毫米波技术需要高度线性、紧凑和高能效的宽带产品

解勇

5G通信正在改变我们的生活，同时也在促进产业数字化转型，为工业、汽车和消费电子等行业提供了巨大的应用想象空间与市场机会，例如实现创建人与机器人和谐共存的环境，高质量医疗，并且加速實现安全的自动驾驶汽车，等等。

●打造未来智能工厂——5G无线网络可以帮助工厂实现更高的可靠性，例如缩短延迟时间、提高生产效率。在人与机器人共存的世界里，更强的连接可以改善人机互动，并降低事故风险。

●提供高质量的医疗服务——通用5G连接可以借助可穿戴生物传感器对患者实施远程监测，进行生命体征检测，并将信息传输给基于云的诊断引擎。通过接收、解析信息，在出现异常信号时能够迅速采取行动挽救生命。

●推动全自动驾驶汽车的发展——5G的低延时和高带宽可以做到将车辆外的信息，例如车流模式、路上行人、其他车辆，甚至路况等信息进行实时综合分析和快速自动决策。由此，可减少汽车事故和提升交通通行效率。

●提升自然资源行业信息化水平——以水质监测为例，利用5G通信技术可以实时采集水域信息并生成采样报告及检测报告，彻底改变传统水文测量、水质采样监测和环境执法巡逻等水生态环境监测监管模式。此外，5G技术还将有助于提高灾害事故监测感知能力，例如对洪水、地震和泥石流的来临及时发出预警。

随着5G领域对射频前端产品需求的不断增加，设备开发的技术挑战可总结为更小的体积、更低的功耗和更低的成本要求。ADI公司提倡通过系统级方法解决5G功耗难题，例如我们可以基于减少或消除滤波器及其他无源要素的无线电架构进行构建，得到一个综合性能出色的解决方案。ADI创建了一种软件定义无线电收发器的全新通信架构，将复杂的信号链集成到一个芯片中，该架构可以将无线电中每通道的尺寸减小至1/10，功耗降低50%，可以用作在5G系统所需更高性能的射频拉远单元中。同时，ADI还一直致力于开发创新性的高性能低功耗的数字预失真（DPD）算法，并集成于射频收发器产品中，以提升PA效率，降低整体系统功耗和成本。另外，为实现5G基站的节能降耗，ADI的最新集成收发器产品还支持不同的节电模式，如芯片待机模式、关断模式，等等。

因此，ADI公司基于零中频架构的集成CMOS无线电收发器产品，在带来高集成度的同时显著改善了整体无线电系统的大小、重量和功耗。此外，ADI公司还提供用于无线电前端信号链的各种高性能的RF器件系列、精密监测和控制产品以及高效电源管理电路。

另一方面，5G在基站端的无线解决方案对各类器件的要求基本上都有尺寸、功耗、性能和成本几个维度。对于Sub-6GHz的大规模MIMO宏基站来说，集成度和功耗要求更高，ADI的ADRV9026/9和ADRF5515A系列产品是业界领先的系统解决方案;对于小基站，ADRV9029内置DPD和CFR功能可以完美解决功耗和成本的苛刻要求;而对于毫米波相控天线阵，前面提到的MxFE，UDC和BF信号链器件可以提供超大带宽，高集成度和高性能的混合相控阵列解决方案。

1毫米波的新挑战

5G生态系统采用以更低延迟、更快创建连接的技术构建，如毫米波、大规模MIMO和自适应波束成形等新技术，同时5G比前几代技术实现更多数量设备的连接。这些应用带来极具挑战的全新器件需求，要求测试与测量设备具备两项关键性能：在更宽频谱范围内（包括28GHz和39GHz毫米波）测量性能;对过去无法超越的带宽（>1GHz）以更高的信噪比进行测量。

一般来说，毫米波是指30-300GHz之间的射频频段。高频毫米波主要技术特点为频段宽，适用于各种宽频信号处理。其天线尺寸小，波束窄，方向性好，空间分辨率高。但其缺点则是易受大气衰减和吸收的影响，在空间传播很容易被阻挡和吸收，因此实际作用距离不可能太远。

目前毫米波在无线通讯领域的应用目前主要考虑两种常见的场景。一个是郊区，我们称之为“固定无线接入”，它能通过空中向家庭或办公室提供带宽非常宽的信号。第二个场景，称之为“密集市区”，它可能不会覆盖很大的区域，但是可能要穿透建筑物上的玻璃，这是一个挑战。

随着毫米波解决方案性能和成本的不断优化，其商业发展潜力还是很大的。毫米波正在让5G的边界快速扩大，利用毫米波技术优势，传媒行业将迎来更多变革，网络直播、高清视频将带来革命性体验。未来，毫米波由于设备小、易于部署、容量极大、随着技术的更新可以提供单点超过10Gbit/s的速率能力，为应用提供了非常好的传送能力，将加速更逼真影像技术的产生，如全息通信、沉浸式VR云游戏、网联机器人等业务。

随着全球毫米波5G部署的加速，运营商面临更大压力，既需要降低推广成本，同时还要用更节能、更轻便、更可靠的无线电产品扩大网络覆盖范围。这就需要高度线性、紧凑和高能效的宽带产品，在不牺牲质量和性能的情况下允许多频段设计复用。无论是GaAs、GaN、SiGe还是CMOS在5G毫米波中都有其独特的优势和相关应用机会。ADI高集成度高性能5G毫米波前端芯片组包括两个单通道（1T1R）上/下变频器（UDC）ADMV1128和ADMV1139，以及两个双极化16通道波束成形（BF）器件ADMV4828和ADMV4928，采用了先进的CMOS工艺。与其它解决方案相比，该波束成形器提供的功率效率和线性输出功率使毫米波相控阵设计的尺寸、重量、功率和成本得以降低。该全频段上/下变频器具有高驱动电平，不需要提供不同频段的多种型号，并合并了驱动级，节省了物料成本。

2第三代半导体的价值

为了满足全频谱覆盖能力，业界努力探索各种创新的半导体材料和工艺技术。硅锗（SiGe）技术采用相对较低的工作电压（2V至3V），但其集成优势非常有吸引力。GaAs拥有微波频率和5V至7V的工作电压，多年来一直广泛应用于功率放大器。硅基LDMOS技术的工作电压为28V，已经在电信领域使用了许多年，但其主要在4GHz以下频率发挥作用，因此在宽带应用中的使用并不广泛。而新兴GaN技术的工作电压为28V至50V，拥有低损耗、高热传导基板（如碳化硅，SiC），开启了一系列全新的可能应用。

对微波相关半导体技术，ADI无疑选择了“全面开花”——无论是GaN还是GaAs或者是SiGe等半导体材料，ADI都有相关的技术和产品推出，如HMC994/998/907/797APM5E系列GaAs类的PA产品，最大的特点是可以从0Hz到30GHz的信号和带宽放大。ADI利用GaN技术生产高度差异化的射频和微波功率放大器，这使ADI的产品能够达到更高的输出功率水平，提高效率，并扩展频率带宽。HMC1099PM5E和HMC8205就是两个很好的例子。

3展望6G

业界普遍将100GHz以上的太赫兹频段视为6G最可能使用的工作频段。相比于毫米波，太赫兹频段频率更高、通信容量更大，具有传输速率高、抗干扰能力强和易于实现通信探测一体化等特点，并且是电磁波谱中唯一尚待开发的新频段，频谱资源极为丰富。借助太赫兹频段大带宽特性，足以支持6G所需超高传输速率和超大传输容量的能力。此外，未来的6G网络将是一个地面无线与卫星通信集成的天地一体化全连接世界，通过将卫星通信整合到6G移动通信，实现全球无缝覆盖。

ADI射频微波产品提供业界广泛的能力以及深厚的系统设计专业知识，包括面向DC到100GHz以上应用的完整“波束至比特”产品系列。同时，ADI的高性能信号链产品在全球航空航天市场一直处于比较领先的地位，对于商用卫星也发挥着至关重要的作用。相信随着6G的研究和推进，ADI将继续在该领域扮演关键技术赋能者角色。4EAFA7D6-BE52-47B1-9919-0D0AAEDED6CD