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5G移动通信研发的重点,封装天线在毫米波应用中面临的挑战有多大?
发布时间:2019-08-29 阅读量:1088 来源:我爱方案网 作者:Jude

毫米波天线是终端产品伸向用户的一个最直接的触角,很大程度上影响最终产品的体验。封装天线(Aip)早期与蓝牙无线技术一起发芽,中期与60GHz无线技术及毫米波雷达一起成长,如今又对传统的通信提出了更高标准的技术挑战,已成为国际上5G移动通信研发的重点。


毫米波2.jpg


近日,我爱方案网受邀参加2019中国(深圳)集成电路峰会。在本次峰会的分论坛之一——第十七届中国通信集成电路技术应用研讨会上,日月光集团研发技术经理何承谕对封装天线的变化趋势、在毫米波无线通讯上面临的挑战以及应对策略做了深入的分析。


Wifi、5G通讯和车用雷达都将往毫米波方向布局


Wifi、5G通讯和车用雷达,慢慢都会往毫米波方向布局。预计2020年到2030年期间,将会有很多毫米波相关的产品涌现出来。


毫米波.jpg


从整个通讯平台来看,目前4G使用的一个通讯平台,比如Wifi、4G流量,大概使用的频段在3G频段左右,本身的带宽也不够宽,而5G的带宽会非常快,所以传输的流量会非常宽。另外,一旦有更多需求量,毫米波将会是被优先选择的方向。


毫米波3.jpg


在天线的设计里,元件的尺寸大小与波长有关系。并且频率越高,波长越小。从通讯平台来看,3GHz20赫兹以上的通讯属于毫米波。Wifi、4G流量,大概使用的频段在3G频段左右,相当用度,本身的带宽也不够宽,5G的带宽会非常快,所以传输的流量会非常宽。毫米波大概从通讯平台来看,毫米波大概是在3GHz20赫兹以上。目前4G流量是3GHz,Wifi会用到60GHz,另外车用雷达会用到7779GHz。


拿车用雷达来说,其实要实现应用有很多种方式,现在市场上更多的是做成7779GHz的。车用雷达有前面的ACC防装雷达或者倒车雷达,雷达分为长距离、中距离、短距离,考虑到封装的尺寸,天线不能太多,才可以实现短距离雷达。短距离雷达可以增测精准度,编制物体精准度要更高。


5G毫米波到来,对封装天线的设计提出哪些新的要求?


天线最开始的时候只是一根线,后来演进成嵌在板上的了,像是2G、3G、4G、5G手机的天线都设计在板上。以前的天线尺寸大概是3-8mm,这么大的尺寸可以设计到毫米波板上。当频率是28GHz时,天线尺寸差不多是2.4mm,当频率是60GHz的时候,天线尺寸为1.2mm。此时的天线就可以重新封装上。4G手机的天线会比较熟悉平行传输信号,但是我们在封装天线的时候,由于频率越高流失越高,信号以一种形式在下方走最短的路径。这对于封装体来说,是一个很大的变化和挑战。


目前市场上的应用来看,2018年就出现了可以嵌在手机的很小的天线模组。在手机的天线毫米波的应用中,一个天线中大概2-3个毫米波,根据天线的指向性,在2.3GHz的时候,天线是覆盖的方式,但是处于毫米波的时候,由于Gen太高,需要通过很多天线的方式达到覆盖的范围,所以大概需要有2-3个天线。


封装面临的问题在于怎么设计天线?何承谕说,“如果是2.4GHz的Gen的天线,设计的时候在板子上,天线怎么走是在板子上?基本上镜片不会用短距离做耦合。当天线进来的时候就在上房,这里会产生很多微妙的地方,设计天线的时候,天线下面是很干净的区域,如果是金属层就是干净的,不会有很多复杂的东西,如果收集到这里,镜片就在下面,因为镜片要走出很多的线路,不管是控制信号的线等等,为了让天线的特性好必须有一个完整的金属层。”


何承谕认为,要做好天线需要满足以下几大要求:


第一,做到宽屏的天线。以Wifi来讲就是97-166,当金属板到AY有24的屏宽,5G的通讯平台需要5GHz,这属于非常宽屏的天线设计;
第二,空气中传播的速度。在空气中传播的时候,2.4GHz电子波在低频传输非常低,但是高频传输是非常大的,当在空气中使用的时候,Gen一定要过高;
第三,镜片做的信号经过所有的线路走到天线端的时候,这段Loss是多少,GHz  Loss很少考虑这一些,但是毫米波的差别就是几个mm,要让线路的路径走得越短越好。不然线路打出这么大的Power,封装的时候Power下降,那会产生很大的工作量;
第四,材料特性。由于天线要做到基板里,所以电子波全部流动或者传递,那基板的材料特性就变得非常重要。


封装的应用领域都不一样,对于5G来讲,5G通讯的线路应用的频段比较多,另外要做到波速切换。当波速做不同的切换到不同的角度V会会非常复杂,镜片复杂之后用很多线去走出来,所以用到的层数会比较多。5G通讯用到的天线属于正列天线,当天线走到正列天线会用到AFC或者CFB,如果只有单一电线什么情况?短距离的车用雷达的时候,大概只用一根天线,天线数量不用做那么复杂,设计整个电路架构设计来讲,相对于5G来讲会比较简单,因为车用雷达不会做到太多。所以层数比较低。做车用雷达的尽量走最短的路径,所以层数不能太高。总的来说,天线做到封装要看应用、使用频段和应用的范围,会有不同的封装架构去选择。


结语


当天线做到封装里面的时候,它对于天线的设计能力或者封装架构来说,都有很大的差异和挑战,材料的特意性以及差距也会有很大的变化,量测部分也面临着挑战,产品做到量产阶段挑战会更大。

 

 

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