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（獨立組網(wǎng)）、NSA（非獨立組網(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5G射頻前端提出了更高的要求。
5G技術(shù)對射頻前端所帶來的挑戰(zhàn)是多方面的，從目前的無線應(yīng)用狀態(tài)來看，5G以下的頻段已擁擠不堪，而高頻段的5G資源也將成為未來廠商們競相追逐的目標(biāo)，同時高頻段也帶來了新的通信波段，即毫米波。由于手機(jī)天線尺寸與波長為正相關(guān)，可以得出相應(yīng)天線尺寸在毫米波時代將變得更小，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急劇增多。在一方面需要用這么多的天線來保證通信質(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，每個天線元件的尺寸隨頻率的增加而減小，從而使陣列設(shè)計的集成度更高。基站和智能手機(jī)／終端設(shè)備的設(shè)計均采用高度集成的天線和數(shù)量最少的連接器，同時支持?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》記者采訪時表示：“通過開發(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)計經(jīng)驗以及生產(chǎn)管理和器件成本控制經(jīng)驗。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移動事業(yè)部應(yīng)用工程師高級經(jīng)理Anson Zhang對記者表示：“5G會用到4x4 MIMO， 也就是每一個5G的頻段都要用到4根天線。這首先是一個天線能不能放得下的問題，其次是成本增加的問題。Qorvo致力于解決復(fù)雜的射頻前端問題，比如開發(fā)天線合路器把不同制式、不同頻段合成
對于Walter Honcharenko及Anson Zhang的觀點，紫光展銳高級市場經(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。從我們既有的經(jīng)驗來看，成本控制是系統(tǒng)性的，首先要在保證質(zhì)量的前提下，對供應(yīng)鏈進(jìn)行科學(xué)的管控；其次是通過架構(gòu)創(chuàng)新、產(chǎn)品升級、工藝技術(shù)提升來改善成本結(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體驗的方式，在2018年六月份推出了面向智能手機(jī)和其他移動終端的商用5G新空口毫米波天線模組和6GHz以下射頻模組，這是移動行業(yè)的一個重要里程碑。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)為無法實現(xiàn)的移動毫米波解決方案，以及全集成的6GHz以下射頻解決方案。”
無疑，在5G更高頻段中，由于所對應(yīng)天線尺寸的相對縮小，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，同時對供應(yīng)鏈的優(yōu)化，對架構(gòu)以及產(chǎn)品、工藝技術(shù)的升級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信號的穩(wěn)定接收，但這也帶來了一個矛盾，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。
面對當(dāng)前產(chǎn)生的矛盾，Anson Zhang表示：“在5G時代，布板面積確實是一個很大的挑戰(zhàn)。模塊化的實現(xiàn)將會是5G射頻前端的發(fā)展趨勢，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。不斷縮小的單個晶圓尺寸，包括功率放大器和濾波器，以及晶圓級封裝技術(shù)都將推動高集成模塊化的設(shè)計。Qorvo一直致力于射頻前端的模塊化發(fā)展并不斷推動各個功能模塊的集成，無論是技術(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的基礎(chǔ)。”
技術(shù)的發(fā)展有時是趨同的，MACOM對于此矛盾的解決方案與Qorvo保持一致，Walter Honcharenko認(rèn)為：“MACOM敏銳地意識到5G基站給硬件設(shè)計人員帶來了規(guī)格限制的挑戰(zhàn)。在設(shè)計射頻前端時，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)計服務(wù)，同時也供應(yīng)其他標(biāo)準(zhǔn)類模塊產(chǎn)品。”
5G技術(shù)的發(fā)展帶動了通信行業(yè)的快速發(fā)現(xiàn)，智能化自動化，類似我司的基于5G通信的設(shè)備也是不斷研究完善。
高通是通過提供集成化的射頻模組，來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，擁有更廣闊的想象空間和設(shè)計自由，而這正通過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％，旨在滿足計劃在2019年推出5G新空口智能手機(jī)和移動終端的制造商對于終端尺寸的嚴(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主流的方案，同時射頻器件集成模塊化也帶來了器件的需求數(shù)量和復(fù)雜程度提升，這也帶動射頻前端器件市場快速增長。
（作者：黃山明）