毫米波技術(shù)需要高度線性、緊湊和高能效的寬帶產(chǎn)品

解勇

5G通信正在改變我們的生活，同時也在促進產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，為工業(yè)、汽車和消費電子等行業(yè)提供了巨大的應(yīng)用想象空間與市場機會，例如實現(xiàn)創(chuàng)建人與機器人和諧共存的環(huán)境，高質(zhì)量醫(yī)療，并且加速實現(xiàn)安全的自動駕駛汽車，等等。

●打造未來智能工廠——5G無線網(wǎng)絡(luò)可以幫助工廠實現(xiàn)更高的可靠性，例如縮短延遲時間、提高生產(chǎn)效率。在人與機器人共存的世界里，更強的連接可以改善人機互動，并降低事故風險。

●提供高質(zhì)量的醫(yī)療服務(wù)——通用5G連接可以借助可穿戴生物傳感器對患者實施遠程監(jiān)測，進行生命體征檢測，并將信息傳輸給基于云的診斷引擎。通過接收、解析信息，在出現(xiàn)異常信號時能夠迅速采取行動挽救生命。

●推動全自動駕駛汽車的發(fā)展——5G的低延時和高帶寬可以做到將車輛外的信息，例如車流模式、路上行人、其他車輛，甚至路況等信息進行實時綜合分析和快速自動決策。由此，可減少汽車事故和提升交通通行效率。

●提升自然資源行業(yè)信息化水平——以水質(zhì)監(jiān)測為例，利用5G通信技術(shù)可以實時采集水域信息并生成采樣報告及檢測報告，徹底改變傳統(tǒng)水文測量、水質(zhì)采樣監(jiān)測和環(huán)境執(zhí)法巡邏等水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測監(jiān)管模式。此外，5G技術(shù)還將有助于提高災害事故監(jiān)測感知能力，例如對洪水、地震和泥石流的來臨及時發(fā)出預警。

隨著5G領(lǐng)域?qū)ι漕l前端產(chǎn)品需求的不斷增加，設(shè)備開發(fā)的技術(shù)挑戰(zhàn)可總結(jié)為更小的體積、更低的功耗和更低的成本要求。ADI公司提倡通過系統(tǒng)級方法解決5G功耗難題，例如我們可以基于減少或消除濾波器及其他無源要素的無線電架構(gòu)進行構(gòu)建，得到一個綜合性能出色的解決方案。ADI創(chuàng)建了一種軟件定義無線電收發(fā)器的全新通信架構(gòu)，將復雜的信號鏈集成到一個芯片中，該架構(gòu)可以將無線電中每通道的尺寸減小至1/10，功耗降低50%，可以用作在5G系統(tǒng)所需更高性能的射頻拉遠單元中。同時，ADI還一直致力于開發(fā)創(chuàng)新性的高性能低功耗的數(shù)字預失真（DPD）算法，并集成于射頻收發(fā)器產(chǎn)品中，以提升PA效率，降低整體系統(tǒng)功耗和成本。另外，為實現(xiàn)5G基站的節(jié)能降耗，ADI的最新集成收發(fā)器產(chǎn)品還支持不同的節(jié)電模式，如芯片待機模式、關(guān)斷模式，等等。

因此，ADI公司基于零中頻架構(gòu)的集成CMOS無線電收發(fā)器產(chǎn)品，在帶來高集成度的同時顯著改善了整體無線電系統(tǒng)的大小、重量和功耗。此外，ADI公司還提供用于無線電前端信號鏈的各種高性能的RF器件系列、精密監(jiān)測和控制產(chǎn)品以及高效電源管理電路。

另一方面，5G在基站端的無線解決方案對各類器件的要求基本上都有尺寸、功耗、性能和成本幾個維度。對于Sub-6GHz的大規(guī)模MIMO宏基站來說，集成度和功耗要求更高，ADI的ADRV9026/9和ADRF5515A系列產(chǎn)品是業(yè)界領(lǐng)先的系統(tǒng)解決方案;對于小基站，ADRV9029內(nèi)置DPD和CFR功能可以完美解決功耗和成本的苛刻要求;而對于毫米波相控天線陣，前面提到的MxFE，UDC和BF信號鏈器件可以提供超大帶寬，高集成度和高性能的混合相控陣列解決方案。

1毫米波的新挑戰(zhàn)

5G生態(tài)系統(tǒng)采用以更低延遲、更快創(chuàng)建連接的技術(shù)構(gòu)建，如毫米波、大規(guī)模MIMO和自適應(yīng)波束成形等新技術(shù)，同時5G比前幾代技術(shù)實現(xiàn)更多數(shù)量設(shè)備的連接。這些應(yīng)用帶來極具挑戰(zhàn)的全新器件需求，要求測試與測量設(shè)備具備兩項關(guān)鍵性能：在更寬頻譜范圍內(nèi)（包括28GHz和39GHz毫米波）測量性能;對過去無法超越的帶寬（>1GHz）以更高的信噪比進行測量。

一般來說，毫米波是指30-300GHz之間的射頻頻段。高頻毫米波主要技術(shù)特點為頻段寬，適用于各種寬頻信號處理。其天線尺寸小，波束窄，方向性好，空間分辨率高。但其缺點則是易受大氣衰減和吸收的影響，在空間傳播很容易被阻擋和吸收，因此實際作用距離不可能太遠。

目前毫米波在無線通訊領(lǐng)域的應(yīng)用目前主要考慮兩種常見的場景。一個是郊區(qū)，我們稱之為“固定無線接入”，它能通過空中向家庭或辦公室提供帶寬非常寬的信號。第二個場景，稱之為“密集市區(qū)”，它可能不會覆蓋很大的區(qū)域，但是可能要穿透建筑物上的玻璃，這是一個挑戰(zhàn)。

隨著毫米波解決方案性能和成本的不斷優(yōu)化，其商業(yè)發(fā)展?jié)摿€是很大的。毫米波正在讓5G的邊界快速擴大，利用毫米波技術(shù)優(yōu)勢，傳媒行業(yè)將迎來更多變革，網(wǎng)絡(luò)直播、高清視頻將帶來革命性體驗。未來，毫米波由于設(shè)備小、易于部署、容量極大、隨著技術(shù)的更新可以提供單點超過10Gbit/s的速率能力，為應(yīng)用提供了非常好的傳送能力，將加速更逼真影像技術(shù)的產(chǎn)生，如全息通信、沉浸式VR云游戲、網(wǎng)聯(lián)機器人等業(yè)務(wù)。

隨著全球毫米波5G部署的加速，運營商面臨更大壓力，既需要降低推廣成本，同時還要用更節(jié)能、更輕便、更可靠的無線電產(chǎn)品擴大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。這就需要高度線性、緊湊和高能效的寬帶產(chǎn)品，在不犧牲質(zhì)量和性能的情況下允許多頻段設(shè)計復用。無論是GaAs、GaN、SiGe還是CMOS在5G毫米波中都有其獨特的優(yōu)勢和相關(guān)應(yīng)用機會。ADI高集成度高性能5G毫米波前端芯片組包括兩個單通道（1T1R）上/下變頻器（UDC）ADMV1128和ADMV1139，以及兩個雙極化16通道波束成形（BF）器件ADMV4828和ADMV4928，采用了先進的CMOS工藝。與其它解決方案相比，該波束成形器提供的功率效率和線性輸出功率使毫米波相控陣設(shè)計的尺寸、重量、功率和成本得以降低。該全頻段上/下變頻器具有高驅(qū)動電平，不需要提供不同頻段的多種型號，并合并了驅(qū)動級，節(jié)省了物料成本。

2第三代半導體的價值

為了滿足全頻譜覆蓋能力，業(yè)界努力探索各種創(chuàng)新的半導體材料和工藝技術(shù)。硅鍺（SiGe）技術(shù)采用相對較低的工作電壓（2V至3V），但其集成優(yōu)勢非常有吸引力。GaAs擁有微波頻率和5V至7V的工作電壓，多年來一直廣泛應(yīng)用于功率放大器。硅基LDMOS技術(shù)的工作電壓為28V，已經(jīng)在電信領(lǐng)域使用了許多年，但其主要在4GHz以下頻率發(fā)揮作用，因此在寬帶應(yīng)用中的使用并不廣泛。而新興GaN技術(shù)的工作電壓為28V至50V，擁有低損耗、高熱傳導基板（如碳化硅，SiC），開啟了一系列全新的可能應(yīng)用。

對微波相關(guān)半導體技術(shù)，ADI無疑選擇了“全面開花”——無論是GaN還是GaAs或者是SiGe等半導體材料，ADI都有相關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)品推出，如HMC994/998/907/797APM5E系列GaAs類的PA產(chǎn)品，最大的特點是可以從0Hz到30GHz的信號和帶寬放大。ADI利用GaN技術(shù)生產(chǎn)高度差異化的射頻和微波功率放大器，這使ADI的產(chǎn)品能夠達到更高的輸出功率水平，提高效率，并擴展頻率帶寬。HMC1099PM5E和HMC8205就是兩個很好的例子。

3展望6G

業(yè)界普遍將100GHz以上的太赫茲頻段視為6G最可能使用的工作頻段。相比于毫米波，太赫茲頻段頻率更高、通信容量更大，具有傳輸速率高、抗干擾能力強和易于實現(xiàn)通信探測一體化等特點，并且是電磁波譜中唯一尚待開發(fā)的新頻段，頻譜資源極為豐富。借助太赫茲頻段大帶寬特性，足以支持6G所需超高傳輸速率和超大傳輸容量的能力。此外，未來的6G網(wǎng)絡(luò)將是一個地面無線與衛(wèi)星通信集成的天地一體化全連接世界，通過將衛(wèi)星通信整合到6G移動通信，實現(xiàn)全球無縫覆蓋。

ADI射頻微波產(chǎn)品提供業(yè)界廣泛的能力以及深厚的系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)知識，包括面向DC到100GHz以上應(yīng)用的完整“波束至比特”產(chǎn)品系列。同時，ADI的高性能信號鏈產(chǎn)品在全球航空航天市場一直處于比較領(lǐng)先的地位，對于商用衛(wèi)星也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。相信隨著6G的研究和推進，ADI將繼續(xù)在該領(lǐng)域扮演關(guān)鍵技術(shù)賦能者角色。4EAFA7D6-BE52-47B1-9919-0D0AAEDED6CD