2018年是5G技術(shù)奠基的一年，在這一年當(dāng)中關(guān)于5G的眾多標(biāo)準(zhǔn)紛紛確立，包括頻段、5G NR（5G新空口）、SA（獨(dú)立組網(wǎng)）、NSA（非獨(dú)立組網(wǎng)）等，這些標(biāo)準(zhǔn)的確立，都為5G落地商業(yè)化鋪平了道路，加速5G技術(shù)的發(fā)展進(jìn)度。同時(shí)與4G及前幾代通訊技術(shù)相比，由于頻段更廣、峰均比更大、傳輸速率更快等因素，都對(duì)5G射頻前端提出了更高的要求。
5G技術(shù)對(duì)射頻前端所帶來(lái)的挑戰(zhàn)是多方面的，從目前的無(wú)線應(yīng)用狀態(tài)來(lái)看，5G以下的頻段已擁擠不堪，而高頻段的5G資源也將成為未來(lái)廠商們競(jìng)相追逐的目標(biāo)，同時(shí)高頻段也帶來(lái)了新的通信波段，即毫米波。由于手機(jī)天線尺寸與波長(zhǎng)為正相關(guān)，可以得出相應(yīng)天線尺寸在毫米波時(shí)代將變得更小，因此理論上設(shè)備中可以集成更多的天線單元，但這些天線單元需要用同等數(shù)量的射頻連接線與之相連，這意味著通路上射頻前端器件用量會(huì)急劇增多。在一方面需要用這么多的天線來(lái)保證通信質(zhì)量及穩(wěn)定性，另一方面，增多的射頻器件也會(huì)進(jìn)一步拉高成本。如何降低成本，讓射頻天線更多的運(yùn)用到手機(jī)當(dāng)中，成為許多廠商思考的問(wèn)題。
“基站和終端設(shè)備／智能手機(jī)的天線數(shù)量將隨著5G的發(fā)展而增加。天線數(shù)量增加時(shí)，每個(gè)天線元件的尺寸隨頻率的增加而減小，從而使陣列設(shè)計(jì)的集成度更高。基站和智能手機(jī)／終端設(shè)備的設(shè)計(jì)均采用高度集成的天線和數(shù)量最少的連接器，同時(shí)支持?jǐn)?shù)字和混合波束成形技術(shù)。”MACOM技術(shù)、射頻功率工程和應(yīng)用領(lǐng)域的杰出研究員Walter Honcharenko在接受《華強(qiáng)電子》記者采訪時(shí)表示：“通過(guò)開發(fā)集成組件和陣列，可以把連接器的數(shù)量減至最低，這可以降低成本并減少損耗，進(jìn)而延長(zhǎng)電池壽命并減輕重量。在構(gòu)建多元件陣列方面，MACOM擁有豐富的相控陣列設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及生產(chǎn)管理和器件成本控制經(jīng)驗(yàn)。目前，MACOM 正在運(yùn)用其專業(yè)技術(shù)為客戶提供工程支持，在射頻電路和天線陣列之間建設(shè)低成本、低損耗的互聯(lián)電路。”
Qorvo移動(dòng)事業(yè)部應(yīng)用工程師高級(jí)經(jīng)理Anson Zhang對(duì)記者表示：“5G會(huì)用到4x4 MIMO， 也就是每一個(gè)5G的頻段都要用到4根天線。這首先是一個(gè)天線能不能放得下的問(wèn)題，其次是成本增加的問(wèn)題。Qorvo致力于解決復(fù)雜的射頻前端問(wèn)題，比如開發(fā)天線合路器把不同制式、不同頻段合成
對(duì)于Walter Honcharenko及Anson Zhang的觀點(diǎn)，紫光展銳高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理賈智博表示可以從供應(yīng)鏈、架構(gòu)及制作工藝方面著手，他認(rèn)為：“射頻前端從2G到5G手機(jī)上的比重在不斷增加，這是客觀現(xiàn)實(shí)。從我們既有的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，成本控制是系統(tǒng)性的，首先要在保證質(zhì)量的前提下，對(duì)供應(yīng)鏈進(jìn)行科學(xué)的管控；其次是通過(guò)架構(gòu)創(chuàng)新、產(chǎn)品升級(jí)、工藝技術(shù)提升來(lái)改善成本結(jié)構(gòu)。”
相比MACOM、Qorvo、紫光展銳等高管的看法，Qualcomm Incorporated總裁克里斯蒂安諾·阿蒙提供了另一種解決方案，他表示：“Qualcomm Technologies一直不斷探索革新移動(dòng)體驗(yàn)的方式，在2018年六月份推出了面向智能手機(jī)和其他移動(dòng)終端的商用5G新空口毫米波天線模組和6GHz以下射頻模組，這是移動(dòng)行業(yè)的一個(gè)重要里程碑。Qualcomm Technologies在5G領(lǐng)域的前瞻性投入讓我們得以為行業(yè)提供曾被認(rèn)為無(wú)法實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)毫米波解決方案，以及全集成的6GHz以下射頻解決方案。”
無(wú)疑，在5G更高頻段中，由于所對(duì)應(yīng)天線尺寸的相對(duì)縮小，可以把足夠多的天線塞入設(shè)備當(dāng)中以保證通信的穩(wěn)定可靠性，把多根天線進(jìn)行合成，減少天線連接器，建立低成本、低損耗的互聯(lián)電路，同時(shí)對(duì)供應(yīng)鏈的優(yōu)化，對(duì)架構(gòu)以及產(chǎn)品、工藝技術(shù)的升級(jí)都可以有效改善成本結(jié)構(gòu)。
天線的不斷增多固然能夠保證5G信號(hào)的穩(wěn)定接收，但這也帶來(lái)了一個(gè)矛盾，持續(xù)增加的射頻前端數(shù)量和PCB板可用面積趨緊之間的矛盾，這促使了射頻前端模塊組化的發(fā)展。以三星手機(jī)為例，從歷代三星手機(jī)的拆解中就可以發(fā)現(xiàn)，手機(jī)內(nèi)部射頻元件密度不斷上升，但射頻區(qū)域占PCB板的面積卻持續(xù)縮減。
面對(duì)當(dāng)前產(chǎn)生的矛盾，Anson Zhang表示：“在5G時(shí)代，布板面積確實(shí)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。模塊化的實(shí)現(xiàn)將會(huì)是5G射頻前端的發(fā)展趨勢(shì)，集成包括功率放大器，濾波器，射頻開關(guān)，低噪聲放大器等等。不斷縮小的單個(gè)晶圓尺寸，包括功率放大器和濾波器，以及晶圓級(jí)封裝技術(shù)都將推動(dòng)高集成模塊化的設(shè)計(jì)。Qorvo一直致力于射頻前端的模塊化發(fā)展并不斷推動(dòng)各個(gè)功能模塊的集成，無(wú)論是技術(shù)和產(chǎn)品都一直走在前列。Qorvo擁有功放、濾波器、開關(guān)等所有的工藝和技術(shù)，這也為集成方案打下了非常扎實(shí)的基礎(chǔ)。”
技術(shù)的發(fā)展有時(shí)是趨同的，MACOM對(duì)于此矛盾的解決方案與Qorvo保持一致，Walter Honcharenko認(rèn)為：“MACOM敏銳地意識(shí)到5G基站給硬件設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了規(guī)格限制的挑戰(zhàn)。在設(shè)計(jì)射頻前端時(shí)，必須考慮有限的PCB封裝、散熱、功率和重量目標(biāo)等因素。這些限制的本質(zhì)將促使行業(yè)轉(zhuǎn)向更高效、集成度更高的小尺寸模塊發(fā)展。MACOM擁有廣泛的器件產(chǎn)品組合，均可集成到各頻段模塊中。MACOM 為某些頻段和用例提供定制設(shè)計(jì)服務(wù)，同時(shí)也供應(yīng)其他標(biāo)準(zhǔn)類模塊產(chǎn)品。”
5G技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了通信行業(yè)的快速發(fā)現(xiàn)，智能化自動(dòng)化，類似我司的基于5G通信的設(shè)備也是不斷研究完善。
高通是通過(guò)提供集成化的射頻模組，來(lái)解決目前天線與布局之間的困境，克里斯蒂安諾·阿蒙表示：“我們致力于讓OEM廠商在打造5G智能手機(jī)的外形方案時(shí)，擁有更廣闊的想象空間和設(shè)計(jì)自由，而這正通過(guò)Qualcomm Technologies在5G新空口毫米波模組小型化方面的突破性創(chuàng)新得以實(shí)現(xiàn)。最新推出的毫米波天線模組，比2018年7月發(fā)布的首批QTM052毫米波天線模組小25％，旨在滿足計(jì)劃在2019年推出5G新空口智能手機(jī)和移動(dòng)終端的制造商對(duì)于終端尺寸的嚴(yán)苛要求。借助這些更小型的天線模組，OEM廠商可以更從容地設(shè)計(jì)天線布局，更自如、靈活地打造他們的5G毫米波產(chǎn)品。”
集成化成為目前大多數(shù)廠商解決設(shè)備內(nèi)部空間與天線數(shù)量增多矛盾的技術(shù)發(fā)展方向，把眾多射頻器件放在一起形成射頻模組也是未來(lái)主流的方案，同時(shí)射頻器件集成模塊化也帶來(lái)了器件的需求數(shù)量和復(fù)雜程度提升，這也帶動(dòng)射頻前端器件市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。
（作者：黃山明）