【5G】射頻模組-實現5G MIMO天線

【5G】射頻模組-實現5G MIMO天線

更新於 發佈於 閱讀時間約 6 分鐘
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■手機無線通訊架構

終端設備的 無線通信模組主要有三部分為:

1.射頻前端模組(RFFEM, Radio Frequency Front-End)

2.射頻收發模組

3.基帶信號處理器。

其中,射頻前端模組主要是做到信號在不同頻率下的收發。

移動終端中的射頻前端模組/射頻頻器件主要包括 功率放大器、雙工器、射頻開

關、 濾波器、低噪放大器等。

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各項功用為:

●功率放大器(PA,Power Amplifier) :負責發射通道的射頻信號放大;

●RF濾波器(Filter) :負責發射及接收信號的濾波,負責頻率選擇,保障信號

在不同頻率互不干擾傳輸;

RF濾波器分成兩種,一種是表面聲波 (SAW) 濾波器,適用2GHz以下

的頻段,領先廠商是村田(Murata);另一種是體聲波(BAW)濾波器,適用

於2GHz以上的頻段,領先廠商是博通(Broadcom)。因為5G屬於高頻

段,所以BAW濾波器較占優勢。

●雙工器(Duplexer) :負責FDD系統的雙工切換及接收/發送通道的射頻信號

濾波;

●射頻開關(Switch) :負責接收、發射通道之間的切換;

●低噪聲放大器(LAN, Low Noise Amplifier) :主要用於接收通道中的小信號

放大。

https://www.semanticscholar.org/paper/RF-Front-End-Module-Architectures-for-5G-Balteanu/e357a4820d0b0e2ea4399806c11336941e777c62

https://www.semanticscholar.org/paper/RF-Front-End-Module-Architectures-for-5G-Balteanu/e357a4820d0b0e2ea4399806c11336941e777c62

■5G射頻模組

●模組

代表它並非一顆晶片,而是一批晶片和元件的集合。

一般情況下,當我們看到手機的拆機圖片後,最為關心的通常是PCB主機板上

醒目的CPU(SoC)、記憶體、快閃記憶體、基帶和電源管理等主要晶片。

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●利用新增頻段&高頻化、多天線(MIMO)、載波聚合 (CA)、高階調製等

四大技術實現“高速率、大容量、低延時”的5G手機通訊


1. 新增頻段及高頻化:驅動射頻前端器件用量增長、性能提升

5G(sub 6GHz): 新增n77,n78,n79頻段

5G(毫米波) : 新增n257,n258,n260,n262頻段

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5G FDD 波束賦形(Beam Forming)模組架構

http://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP201904221321218445_1.pdf

http://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP201904221321218445_1.pdf

2. 多天線(MIMO):驅動接收器件

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【視頻】MIMO, MU MIMO and Massive MU MIMO Concepts




3. 載波聚合(CA):驅動濾波器及 Tuner 用量及性能提升

載波聚合(Carrier Aggregation,CA)是為了實現更高傳輸頻寬,從而提升傳

輸速率。載波聚合術可以將 2~5 個 成員載波(Component Carrier,CC)聚

合在一起,實現更高的傳輸頻寬,提升傳輸速率。

5G 本身頻段更寬,Sub 6GHz 和毫米波頻段分別為 100MHz 和 400MHz,且

5G 最高支持 16CC,如果將 16 個 Sub 6GHz 頻段聚合,則最大可支援 1.6GHz

傳輸頻寬;如果將 16個毫米波頻段聚合,可支援 6.4GHz 傳輸頻寬。

4. 高階調製:驅動射頻前端器件性能提升

高的調製階數可以提升頻譜利用效率、提升傳輸速率,5G 是從 4G LTE 的

64QAM 提升到 256QAM。通信信號 的傳輸是調製、傳輸、解調的過程,QAM

(Quadrature Amplitude Modulation,正交幅度調製)是一種在兩個正交 載

波上進行幅度調製的調製方式,QAM 利用正弦波與余弦波的正交性,可以同時

調製兩路信號,提高了調製效率。 根據QAM 的幅度變化等級分為 4QAM、

16QAM、64QAM、256QAM 以及 1024QAM 等,代表一個調製符號分別 可

以傳送 2、4、6、8、10 比特的資訊,16QAM 及以上常稱為高階調製。


RF晶片封裝演進

●SiP進化至AiP

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●AiP封裝(Antenna in Package,AiP)

AiP封裝將天線與晶片(主要是前端晶片)集成在模組內, 實現系統級無線功能

的一門技術。幾乎所有的 60GHz 無線通訊和手勢雷達晶片都採用了 AiP 技術,

毫米波 AiP 模組內部集成了陣列天線、射頻前端、 射頻收發器及電源管理晶片

(PMIC),幾乎涵蓋了除基帶晶片外所有的通信元件。一部手機通常會使用

3~4 個 AiP。


●格羅方德45nm工藝RF-SOI射頻前端模組

https://www.semi.org/en/gf-delivering-45rfsoi-customer-prototypes-for-5g

https://www.semi.org/en/gf-delivering-45rfsoi-customer-prototypes-for-5g


【視頻】IPhone 6 射頻模組



【視頻】5G mmWave Front-End Technology

— Qorvo and Mouser Electronics



【視頻】Design of a dual-band PA for mmWave 5G




https://www.tcsb.com.tw/SalePage/Index/4521364

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在理解手機無線通信技術前,需先具備一些信號處理的概念如下 ■訊號的轉換種類    類比訊號-類比訊號-類比訊號(例如廣播)    數位訊號-類比訊號-數位訊號(用數據機上網)    類比訊號-數位訊號-類比訊號(視訊會議系統)    數位訊號-數位訊號-數位訊號(數位資料編碼)   ■數位訊號
將單位脈衝(Unit Impulse)輸入系統時,其響應即是此系統的特性函數 h(t), 此h(t)稱為脈衝響應。 ●時域的脈衝響應為Convolution 函數式 ●頻域的脈衝響應為乘積函數式:
DSP技術的基本原理 訊號取樣 : 依 Nyquist Rate & Interval 法則進行取樣(連續-->離散) 訊號重建 : 抽取、內插(如 ZOH, FOH)等方式進行重建 (離散-->新的離散或重建回連續) ========================================
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