Fortschrittliche High-Q-HF-Komponenten werden eine entscheidende Rolle bei dem größeren Ziel spielen, viele der WiFi-Latenzprobleme der Vergangenheit zu beseitigen.
Als WiFi 6 (IEEE 802.11ax) von der Wi-Fi Alliance eingeführt wurde, war der Standard zunächst für den Betrieb innerhalb der lizenzfreien Bänder zwischen 1-6 GHz vorgesehen. Dann, am 23. April 2020, kündigte die Federal Communications Commission (FCC) an, dass sie Regeln verabschiedet, um das 6-GHz-Band (5,925-7,125 GHz) für die unlizenzierte Nutzung auch für WiFi 6 zu öffnen.
Der mit Spannung erwartete Schritt steigert die Erwartungen für eine erhöhte Geschwindigkeit, die weit über die bereits geschätzten 30-40 % im Vergleich zum bisherigen IEEE 802.11ac-Standard hinausgeht. Auch eine deutliche Steigerung der Bandbreite wird erwartet.
Doch trotz der Betonung dieser Vorteile ist eines der größten Probleme von WiFi die Latenz, also die Zeitverzögerung, die für das drahtlose Senden und Empfangen großer Informationsmengen benötigt wird.
Obwohl viele Anwendungen davon relativ unbeeinflusst sind, gehören zu den latenzempfindlichen Anwendungen Augmented/Virtual Reality, öffentliche Zugangspunkte mit einer großen Anzahl von Benutzern und hochauflösende Videoübertragungen. Da WiFi 6 eine Reduzierung der Latenzzeit um etwa 75 % verspricht, sind viele Produktentwickler verständlicherweise begeistert.
Allerdings ist die Erweiterung der verfügbaren Frequenzen für den neuen WiFi 6-Standard - als WiFi 6E bezeichnet - nur ein Teil des Puzzles, wenn es um die Reduzierung der Latenz geht. Die WiFi 6 und jetzt auch 6E-fähigen Geräte, die sich mit diesen Netzwerken verbinden, müssen auch mit modernsten HF-Komponenten entwickelt werden, die die Latenz auf ein Niveau minimieren, das bisher als unerreichbar galt.
Latenz ist für bestimmte Anwendungen immer noch ein Thema", erklärt Manuel Carmona von Johanson Technology, einem führenden Anbieter von Hochfrequenz-Keramikkomponenten. "Zum Beispiel gibt es eine Latenzzeit von 300-400 Millisekunden [mit IEEE 80211.ac] für Online-Videokonferenzen. Das macht es schwierig, z. B. live mit den Bandkollegen zu jammen. WiFi 6 und 6E, kombiniert mit HF-Komponenten mit extrem niedriger Latenz, werden viele dieser Probleme lösen."
Zu den kritischsten Komponenten für jedes drahtlose HF-Gerät gehören die Bandpassfilter, die das Signal innerhalb der zugewiesenen, von der FCC festgelegten Frequenzen halten. Um diese neuen Anforderungen zu erfüllen und innerhalb der spezifizierten Frequenzen zu bleiben, werden WiFi-RF-Chipsätze benötigt, die die richtige Filterung für eine optimale FCC/ETSI-Konformität auf kleinstem Raum bieten können.
Dies kann jedoch angesichts der Nähe der ursprünglichen WiFi 6-Frequenzen zu denen des 802.11ac und mit WiFi 6E zum Ultrabreitband neben anderen aktiven Bändern in der Nähe des Spektrums eine Herausforderung sein.
"Es ist eine Herausforderung, einen Bandpassfilter zu entwerfen, der scharf genug ist, um die unerwünschten Frequenzen direkt neben denen zu unterdrücken, die man durchlassen will", erklärt Carmona. "Dazu braucht man eine wirklich scharfe Schürze, damit der Filter selektiver ist. Normalerweise erfordert dieses teurere Technologien wie SAW [surface-acoustic-wave], BAW [bulk-acoustic-wave] oder FBAR [thin-film bulk acoustic resonator]."
Glücklicherweise gibt es passive oberflächenmontierte Bandpassfilter, die jetzt von Herstellern von HF-Komponenten entwickelt werden, um den neuen WiFi 6E-Standard zu erfüllen, die kostengünstig sind, eine geringe Einfügedämpfung haben, in viel kleineren Grundflächen verfügbar sind und keinen Strom aus der Batterie ziehen.
Johanson Technology hat zum Beispiel gerade sein erstes keramisches SMT-Bandpassfilter (p/n: 6530BP44A1190) herausgebracht, das einen Durchlassbereich von 5925-7125 MHz hat und gleichzeitig andere störende Bänder zurückhält.
Das Produkt verwendet ein neuartiges, proprietäres Keramikmaterial in einem LTCC-Fertigungsprozess (Low Temperature Co-fired Ceramic), der eine ähnliche Leistung wie bei High-Q-Standards ermöglicht. Der High-Q-Faktor ist ein einheitenloser numerischer Wert, der die Leistung einer HF-Komponente darstellt.
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