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2017年我国通信行业5G技术及高带宽需求分析(图)

         5G 高频及高带宽需求推动器件工艺升级

         射频前端中的关键器件包括放大器滤波器。为迎接 5G 的到来,射频器件的升级不仅体现在数量及处理技术的升级方面,超高带宽及超高频信号将超过传统射频器件处理的极限,因此相关材料和技术的升级也势在必行。

         2017 年 5 月,领先 RF 供应商 Qorvo 宣布推出四款适用于 5G 基站的高性能 28GHz RF 产品,其架构充分利用该公司经现场检验的碳化硅基氮化镓 (GaN-on-SiC) 和砷化镓 (GaAs) 工艺技术,不仅提供领先的性能,还具有小型化的尺寸。

         Qorvo 的 28GHz 产品包括:QPC1000 移相器,这款产品具有相位解析能力,能够在发射/接收功能之间切换;两款发射产品 – TGA4030-SM GaAs 中等功率放大器/倍增器和 TGA2594 GaN-on-SiC 功率放大器;QPA2628 GaAs 低噪声放大器。整套 28GHz发射和接收解决方案可提高功效、优化尺寸,帮助电信设备提供商构建 5G 试验系统,加快整个毫米波 5G 基站网络的部署。

         研究机构 Yole Developpement 指出,随着 5G 技术的日益成熟,未来射频功率放大器(RF PA)市场将出现显著成长。由于氮化镓(GaN)之于载波聚合(CA)、多输入多输出(MIMO)等新科技,效能与带宽上双双较横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)具优势。

         LDMOS 制程将逐渐被 GaN 新兴的取代,砷化镓(GaAs)市场占比则相对稳定。展望未来,采用 GaN 制程的 RF PA 将成为输出功率 3W 以上的 RF PA 所采用的主流制程技术,LDMOS 制程的市场份额则会明显萎缩。 

         Qorvo 认为低电压 GaN 所提供的耗能将不可避免的进入手机设备,在 5G 中凭借应对高频信号的优势有望取代 3G、4G 中已被广泛应用的 GaAs 制程。
 
 
图:GaN 满足 5G 应用需求

 
图:GaN 及 LDMOS 出货量对比

         除了放大器部分,滤波器在处理相对 4G 更宽的带宽以及更高的频率时也将需要技术和工艺的升级。其中,声表面波(SAW)滤波器广泛应用于 2G 接收机前端以及双工器和接收滤波器。 

         参考中国报告网发布《2018-2023年中国第五代通信技术(5G)行业市场发展动向调查与投资方向评估分析报告

         SAW 滤波器集低插入损耗和良好的抑制性能于一身,不仅可实现宽带宽,其体积还比传统的腔体甚至陶瓷滤波器小得多。温度补偿 TC-SAW 可有效应对 SAW 易受温度影响的问题,但是 SAW、TC-SAW一般用于 1.5GHz 以内。

 
图:SAW 示意图

 
图:BAW 示意图

         高频率对滤波器的转变也是一个挑战。在 4G 以前,由于频率相对较低,SAW滤波器已经能够满足设备的需求。但跨入了 5G 高频时代,SAW 的局限性就凸显。在高频仍然保持较高 Q 值的 BAW 滤波器就成了业界的新宠。

         同时,随着毫米波、massive MIMO 等技术的成熟应用,滤波器的需求将会快速提升,从而推动相关市场的高速发展。

         体声波滤波器(BAW)滤波器集低插入损耗和良好的抑制性能于一身,不仅可实现宽带宽,其体积还比传统的腔体甚至陶瓷滤波器小得多。BAW 器件所需的制造工艺步骤是 SAW 的 10 倍,但因它们是在更大晶圆上制造的,每片晶圆产出的 BAW 器件也多了约 4 倍。

         即便如此,BAW的成本仍高于 SAW。然而,对一些分配在 2GHz 以上极具挑战性的频段来说, BAW 是唯一可用方案。因此,BAW 滤波器在 3G/4G 智能手机内所占的份额在迅速增长。
 
 
图:适用于各个频段的滤波器技术

         在过去的无线通信系统中,毫米波通信系统由多个分立器件搭建而成,各个器件分别利用 CMOS、SiGe BiCMOS 和 GaAs 材料制成并调整为最优状态,但是过多的器件不可避免导致了较高的成本和复杂因素。

         在 5G 标准中,适当的器件集成一方面将大幅降低成本另一方面也将使得相应的 PCB 更为小型化,鲁棒性及良品率都会大幅提升,从而帮助 5G 技术的大幅普及。

资料来源:中国报告网整理,转载请注明出处(GQ)

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