毫米波技術需要高度線性、緊湊和高能效的寬帶產品

解勇

5G通信正在改變我們的生活，同時也在促進產業數字化轉型，為工業、汽車和消費電子等行業提供了巨大的應用想象空間與市場機會，例如實現創建人與機器人和諧共存的環境，高質量醫療，并且加速實現安全的自動駕駛汽車，等等。

●打造未來智能工廠——5G無線網絡可以幫助工廠實現更高的可靠性，例如縮短延遲時間、提高生產效率。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。

●提供高質量的醫療服務——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。

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

隨著5G領域對射頻前端產品需求的不斷增加，設備開發的技術挑戰可總結為更小的體積、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進行構建，得到一個綜合性能出色的解決方案。ADI創建了一種軟件定義無線電收發器的全新通信架構，將復雜的信號鏈集成到一個芯片中，該架構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還一直致力于開發創新性的高性能低功耗的數字預失真（DPD）算法，并集成于射頻收發器產品中，以提升PA效率，降低整體系統功耗和成本。另外，為實現5G基站的節能降耗，ADI的最新集成收發器產品還支持不同的節電模式，如芯片待機模式、關斷模式，等等。

因此，ADI公司基于零中頻架構的集成CMOS無線電收發器產品，在帶來高集成度的同時顯著改善了整體無線電系統的大小、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、精密監測和控制產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系列產品是業界領先的系統解決方案;對于小基站，ADRV9029內置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

5G生態系統采用以更低延遲、更快創建連接的技術構建，如毫米波、大規模MIMO和自適應波束成形等新技術，同時5G比前幾代技術實現更多數量設備的連接。這些應用帶來極具挑戰的全新器件需求，要求測試與測量設備具備兩項關鍵性能：在更寬頻譜范圍內（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域的應用目前主要考慮兩種常見的場景。一個是郊區，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”，它可能不會覆蓋很大的區域，但是可能要穿透建筑物上的玻璃，這是一個挑戰。

隨著毫米波解決方案性能和成本的不斷優化，其商業發展潛力還是很大的。毫米波正在讓5G的邊界快速擴大，利用毫米波技術優勢，傳媒行業將迎來更多變革，網絡直播、高清視頻將帶來革命性體驗。未來，毫米波由于設備小、易于部署、容量極大、隨著技術的更新可以提供單點超過10Gbit/s的速率能力，為應用提供了非常好的傳送能力，將加速更逼真影像技術的產生，如全息通信、沉浸式VR云游戲、網聯機器人等業務。

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，同時還要用更節能、更輕便、更可靠的無線電產品擴大網絡覆蓋范圍。這就需要高度線性、緊湊和高能效的寬帶產品，在不犧牲質量和性能的情況下允許多頻段設計復用。無論是GaAs、GaN、SiGe還是CMOS在5G毫米波中都有其獨特的優勢和相關應用機會。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/下變頻器具有高驅動電平，不需要提供不同頻段的多種型號，并合并了驅動級，節省了物料成本。

2第三代半導體的價值

為了滿足全頻譜覆蓋能力，業界努力探索各種創新的半導體材料和工藝技術。硅鍺（SiGe）技術采用相對較低的工作電壓（2V至3V），但其集成優勢非常有吸引力。GaAs擁有微波頻率和5V至7V的工作電壓，多年來一直廣泛應用于功率放大器。硅基LDMOS技術的工作電壓為28V，已經在電信領域使用了許多年，但其主要在4GHz以下頻率發揮作用，因此在寬帶應用中的使用并不廣泛。而新興GaN技術的工作電壓為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用。

對微波相關半導體技術，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都有相關的技術和產品推出，如HMC994/998/907/797APM5E系列GaAs類的PA產品，最大的特點是可以從0Hz到30GHz的信號和帶寬放大。ADI利用GaN技術生產高度差異化的射頻和微波功率放大器，這使ADI的產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通信探測一體化等特點，并且是電磁波譜中唯一尚待開發的新頻段，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網絡將是一個地面無線與衛星通信集成的天地一體化全連接世界，通過將衛星通信整合到6G移動通信，實現全球無縫覆蓋。

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