毫米波天線集成技術(shù)——AiP

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）不管是在消費(fèi)電子領(lǐng)域，工業(yè)自動化領(lǐng)域，還是在汽車自動駕駛領(lǐng)域，毫米波的應(yīng)用現(xiàn)在越來越多，實(shí)現(xiàn)了更智能化的感知通信體驗(yàn)。通常，毫米波模塊安裝在由收發(fā)器、天線、電源管理電路、存儲器和接口外設(shè)組成的印刷電路板上。

其中毫米波天線在毫米波組件中的地位舉足輕重。毫米波波長要比低頻率波波長短很多，而天線尺寸與電磁波波長成正比，因此毫米波天線的尺寸要比低頻率天線小很多，也因此波束寬度要小很多，能量更加集中。

雖然客觀上毫米波雷達(dá)天線尺寸小一些，但是不同的天線技術(shù)會直接影響到天線在板上損耗和效率，尤其是損耗這一方面，毫米波的路徑損耗本身就會比低頻率波大?？梢哉f毫米波天線集成技術(shù)是實(shí)現(xiàn)毫米波高分辨數(shù)據(jù)流、移動分布式計(jì)算等應(yīng)用場景的關(guān)鍵技術(shù)。

毫米波天線陣列實(shí)現(xiàn)方式

目前毫米波天線集成的實(shí)現(xiàn)方式可分為兩大類——AoC和AiP。AoC天線將輻射原件直接集成到射頻芯片棧的后端，這種集成方式可以在一個僅幾平方毫米小尺寸單一模塊上做到?jīng)]有任何射頻互連和射頻與基帶功能的相互集成。AiP則基于封裝材料與工藝，將天線與芯片集成在封裝內(nèi)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級無線功能。

AoC技術(shù)需要先進(jìn)的后處理步驟或封裝工藝，以減少嚴(yán)重的介電損耗。在當(dāng)前的技術(shù)條件下，這種集成方式目前看來競爭力并不在毫米波頻段，該天線集成技術(shù)在成本和性能上的性價(jià)比更適合較毫米波有更高寬帶和更高載波頻率的頻段。

AiP技術(shù)可以說是5G毫米波頻段毫米波終端天線最適合的方案。AiP技術(shù)能兼顧天線性能、成本及體積，相比傳統(tǒng)天線與射頻模塊的分散式設(shè)計(jì)更順應(yīng)硅基半導(dǎo)體工藝集成度提高的潮流。AiP天線集成技術(shù)進(jìn)一步將各類通信元件，如傳送收發(fā)器、電源管理芯片、射頻前端等元件與天線整并在一起，達(dá)到縮小厚度與減少PCB面積的目的。目前大多數(shù)60GHz無線通信和雷達(dá)芯片都采用了AiP技術(shù)。

AiP技術(shù)助力下的毫米波

毫米波對于垂直行業(yè)的價(jià)值已經(jīng)得到各產(chǎn)業(yè)界廣泛的認(rèn)同，AiP天線技術(shù)無疑在其中發(fā)揮了重要作用。利用AiP天線技術(shù)，布板空間的節(jié)省大大降低了模塊的外形尺寸，器件到天線的布線距離縮短也有利于降低功率損耗。另一方面，我們知道PCB 上的天線是需要使用高頻基板材料的，AiP天線技術(shù)可以降低天線對高頻基板材料的需求。如TI的AiP技術(shù)利用倒裝芯片封裝技術(shù)直接將天線集成到無塑封裝基板上，防止因天線穿過塑封材料時產(chǎn)生損耗而降低效率并導(dǎo)致雜散輻射。

在各種需要傳感器感知環(huán)境的場景里，可以說有著毫米波雷達(dá)廣闊的用武之地，AiP天線技術(shù)則幫助毫米波雷達(dá)大大強(qiáng)化了近場感知能力。下圖是加特蘭基于AiP毫米波雷達(dá)的人員檢測演示截圖，從3D追蹤效果來看AiP技術(shù)大大增加了雷達(dá)的距離分辨率，而且視野足夠?qū)掗?。在汽?a target="_blank">ADAS應(yīng)用里，利用AiP高度集成的毫米波傳感器也能應(yīng)用在各種檢測中，點(diǎn)云效果也很優(yōu)秀。AiP毫米波雷達(dá)解決了普通毫米波雷達(dá)尺寸大、功耗高等一系列問題。

在通信方面AiP技術(shù)同樣效果明顯，雖說5G毫米波特性帶動了天線尺寸縮小，但將不同元件整合在單一封裝中，仍然會存在散熱等諸多問題。高通的QTM毫米波模塊方案也是利用AiP天線技術(shù)解決這些問題，在5G毫米波通信集成天線封裝模塊上處于領(lǐng)先地位。5G毫米波模塊的升級也帶動了天線封裝AiP技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

小結(jié)

天線集成的根本是將一個相控陣所需的所有組件集成到一個芯片上，這是硅基毫米波天線系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。在毫米波應(yīng)用大放異彩的今天，AiP技術(shù)優(yōu)化了毫米波性能，給予了毫米波充裕的設(shè)計(jì)靈活性，也將毫米波推向更多的應(yīng)用領(lǐng)域。