【導讀】當前，全球5G發(fā)展已經(jīng)進入關鍵期，滲透率在快速提升，5G在各行各業(yè)逐漸完成場景落地。根據(jù)中國網(wǎng)信辦的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2021年底，中國已建成142.5萬個5G基站，總量占全球60%以上，5G用戶數(shù)達到3.55億戶。而就在5G發(fā)展如火如荼的同時，全球主要國家已經(jīng)投身6G研究。
圖1：中國5G基站數(shù)量占比
（圖源：中國信通院）
6月21日，中國移動對外發(fā)布《6G網(wǎng)絡架構(gòu)技術白皮書》，這是業(yè)界首次系統(tǒng)化發(fā)布6G網(wǎng)絡的架構(gòu)設計。同時，在第二屆全球6G技術大會上，美英日加等國也深入探討了6G相關網(wǎng)絡技術和場景落地。從5G到6G，天線系統(tǒng)升級是關鍵所在。本文主要闡述在當前的6G研究中，天線系統(tǒng)的顯著特征，以及貿(mào)澤電子在售的電子元器件如何助力實現(xiàn)這些復雜的系統(tǒng)級設計。
6G帶來的更大規(guī)模天線挑戰(zhàn)
在2022世界移動通信大會上，大會主辦方全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會發(fā)布報告指出，預計到2022年底，全球5G連接數(shù)量將超過10億。并且報告中還提到，2022年至2025年運營商6,200億美元（預計金額）資本支出中的85%將用于5G發(fā)展。隨著基站覆蓋率不斷提升，終端連接數(shù)量暴漲，現(xiàn)階段5G發(fā)展已經(jīng)進入深水區(qū)。
在此過程中，5G的身份也在發(fā)生著悄然的變化，從運營商圈定用戶的新世代網(wǎng)絡，變成了數(shù)字經(jīng)濟的筑基技術。在短視頻、4K/8K高清視頻、網(wǎng)絡直播等領域初顯威力后，目前5G+工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心，除了網(wǎng)速更快以外，5G在高寬帶、低延遲和廣泛連接方面的潛力逐漸被挖掘出來。
然而，隨著5G創(chuàng)新項目和示范項目越來越多，5G的短板也開始顯現(xiàn)。比如在覆蓋性方面，5G依然只能覆蓋陸地區(qū)域，而無法覆蓋地球面積占比更大的海域，以及空中；在連接范圍方面，5G在應對密集型場景時依然會有局限性；在低延遲方面，5G在自動駕駛和一些工業(yè)場景下依然被認為是需要優(yōu)化的。要解決這些難題，就只能寄希望于下一代移動通信網(wǎng)絡——6G。
相較于5G，6G在傳輸速度、傳輸容量、傳輸空間和覆蓋范圍等方面有明顯優(yōu)勢。
傳輸速度
6G可能會是當前5G峰值速度的100倍，網(wǎng)絡延遲從毫秒級降低到微秒級，虛擬現(xiàn)實和自動駕駛等場景都將因此受益。
傳輸容量
6G將使用“空間復用技術”，容量達到5G基站的1,000倍以上，連接設備密度達到每立方米數(shù)百個，更加有利于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。
傳輸空間
6G將采用空天地一體化網(wǎng)絡，打通了衛(wèi)星和地面基站的通信。
覆蓋范圍
6G將在地球上形成無所不在的全覆蓋網(wǎng)絡，在海上和山區(qū)也不用擔心無法通信。
為了完成這些關鍵指標，6G除了使用“空間復用技術”以外，也會將通信頻率提升到太赫茲級別，這個頻率已經(jīng)接近分子轉(zhuǎn)動能級的光譜，在單節(jié)點信號覆蓋以及抗干擾方面面臨著更大的挑戰(zhàn)。再考慮上述提到的6G單節(jié)點容量提升，因此6G對通信設備的天線系統(tǒng)提出了非常高的要求。
相較于5G天線核心技術——大規(guī)模MIMO，6G采用陣列規(guī)模更大的超大規(guī)模MIMO，每一個陣列中還會融合感知通信、數(shù)字波束控制、AI賦能等創(chuàng)新技術，具備寬動態(tài)、多波束的典型特征。為了支持更寬的頻段，提升單基站的通信容量，在基站側(cè)配置的超大規(guī)模天線陣列會有幾十個甚至是上千個。并且為了支持更高頻通信，高增益天線也是不可或缺的。
在具體實施層面，6G全新的天線設計又需要具備體積小、重量輕、低成本、低功耗、架構(gòu)靈活等特點。也就是說，理想的6G基站天線系統(tǒng)相較于現(xiàn)有的大規(guī)模天線陣列，體積相當，甚至是更小，且因為AI和通信技術深度融合，6G天線陣列規(guī)模雖然很大，但功耗更低，且更加靈活。
當然，和過往每一代通信技術的天線系統(tǒng)一樣，在6G超大規(guī)模天線系統(tǒng)里，電子元器件依然是核心支撐，是系統(tǒng)的基石。在探索和打造6G超大規(guī)模天線系統(tǒng)，乃至整個6G通信系統(tǒng)的過程中，貿(mào)澤電子都是理想的電子元器件采購平臺。下面，我們就為大家推薦幾款貿(mào)澤電子平臺上在售的，適用于大規(guī)模天線陣列的元器件。
適用于高頻、高速通信的整體連接器方案
如上所述，無論是當前的5G，還是未來的6G，天線系統(tǒng)都將采用大規(guī)模MIMO或者超大規(guī)模MIMO。硬件組成上，會有數(shù)個、數(shù)十個，甚至是上千個天線陣列構(gòu)成大規(guī)模天線系統(tǒng)，那么在系統(tǒng)中起到連接作用的連接器便顯得尤為重要。然而我們今天并不是向大家推薦某一款連接器，而是貿(mào)澤電子平臺上在售的來自制造商Samtec的連接器整體解決方案。
在微波和毫米波技術領域，Samtec提供精密射頻連接器和電纜組件，支持最高110GHz的高頻段，并提供出色的可重復性和低VSWR。
圖2：Samtec精密射頻連接器和電纜組件
（圖源：貿(mào)澤電子）
Samtec精密射頻連接器和電纜組件擁有1.85mm、2.40mm、2.92mm、3.50mm和SMPM（微型連接器）五大系列。其中，1.85mm、2.40mm、2.92mm和3.50mm均是基于空氣介質(zhì)設計，擁有低電壓駐波比和插入損耗，它們之間擁有出色的互連性，1.85mm可與2.40mm相匹配，2.92mm、3.50mm和SMA可配合使用，并且這些堅固的接口可以幫助系統(tǒng)實現(xiàn)一致、可靠的性能；SMPM屬于微型連接器，比SMP小30%，通過推入式設計，可實現(xiàn)快速、方便地接合，借助子彈型適配器還可以做到板對板盲插。
在貿(mào)澤電子上，通過任意一款Samtec精密射頻連接器和電纜組件的產(chǎn)品詳情頁都可以瀏覽到Samtec在這方面的完整解決方案，比如1.85mm系列中的PRF18-J-C-EP-085-BS，大家可以通過搜索此制造商編號快速查詢到這個器件。
在時下熱門的5G通信方面，Samtec面向測試和開發(fā)系統(tǒng)、遠程無線電和有源天線、網(wǎng)絡設備以及汽車和運輸領域推出了不同類型的連接器產(chǎn)品線，滿足相關領域?qū)τ?G技術所需的超高頻率和高數(shù)據(jù)速率需求幫助實現(xiàn)mmWave、大規(guī)模 MIMO、波束成形和全雙工等5G典型技術應用。
圖3：Samtec 5G解決方案
（圖源：貿(mào)澤電子）
在5G測試和開發(fā)系統(tǒng)方面
Samtec廣泛的產(chǎn)品組合和高性能互連專業(yè)技術可以在測試和測量設備之間實現(xiàn)5G系統(tǒng)原型設計和連接。
在遠程無線電和有源天線方面
Samtec提供全系列解決方案幫助設計師在更小的外形下實現(xiàn)大規(guī)模MIMO和波束成形等技術。
在網(wǎng)絡設備方面
Samtec的高性能互連專業(yè)技術和產(chǎn)品解決方案使得這些設備具有可擴展性、智能性和靈活性。
在汽車和運輸領域
Samtec不斷擴展的汽車互連產(chǎn)品組合讓汽車更智能，改善交通流量并提高安全性。
MEC5-070-01-L-DV-W1-K-TR（制造商編號）為一款Samtec MEC5超高密度微型插卡式插座，與較為常見的0.80mm間距解決方案相比，此0.50mm間距超高密度插卡式插座可大大節(jié)省空間，適用于5G遠程無線電和有源天線等高密度應用。在貿(mào)澤電子平臺上，通過MEC5-070-01-L-DV-W1-K-TR詳情頁的最下方信息，便能夠找到Samtec 5G解決方案的入口。
適用于大規(guī)模MIMO的射頻功率氮化鎵晶體管
在5G逐漸從Sub-6G頻段升級到豪米波頻段的過程中，使用包括很多天線在內(nèi)的天線陣列成為唯一的選擇，以克服材料的物理極限，以及國家政策對于發(fā)射功率的限制。而到了6G時代，更高的載波頻率以及更大的通信容量，意味著超大規(guī)模MIMO在基站中更是不可或缺的一環(huán)。
我們接下來要介紹的這款器件，便是適用于5G基站大規(guī)模MIMO有源天線系統(tǒng)的A3G26D055N Airfast? 射頻功率氮化鎵晶體管，來自制造商NXP Semiconductors，貿(mào)澤電子網(wǎng)站上該器件的制造商編號為A3G26D055NT4，大家可以通過搜索此編號迅速找到這顆元器件。
圖4：NXP A3G26D055N Airfast?射頻功率氮化鎵晶體管
（圖源：貿(mào)澤電子）
A3G26D055N Airfast? 射頻功率氮化鎵晶體管（以下簡稱：A3G26D055N）設計用于需要非常寬的瞬時帶寬能力的蜂窩基站應用，采用8W對稱式Doherty設計，支持100MHz至2,690MHz的寬頻率范圍。通過下圖能夠看到，該器件在2675MHz時的功率增益為18db（典型值），效率為54.1%。以往“帶寬較低”這一困擾MEMS電容式加速度計的問題，也得到了極大的改善。可以想見，MEMS電容式加速度計的發(fā)展正在拉低CbM和預測性維護的“門檻”，使得這一技術能夠滲透到電機應用的更多場景。
圖5：A3G26D055N性能表現(xiàn)
（圖源：貿(mào)澤電子）
面向5G基站的大規(guī)模MIMO有源天線系統(tǒng)應用，A3G26D055N經(jīng)過了專門的性能優(yōu)化，具有高端子阻抗，實現(xiàn)出色的寬帶性能，并通過新一代信號技術改善線性化誤差矢量幅度，能夠承受非常高的輸出VSWR和寬帶工作條件。此外，該器件采用的緊湊的7.0mm x 6.5mm DFN-6封裝，非常有利于整體實現(xiàn)小型化和高集成。
除了特別適用于5G基站的大規(guī)模MIMO有源天線系統(tǒng)，A3G26D055N在W-CDMA和LTE、宏蜂窩基站驅(qū)動器、微蜂窩基站以及小型蜂窩末級等領域同樣能夠發(fā)揮出色的性能。
可用于5G大規(guī)模MIMO的雙通道開關LNA模塊
接下來，我們?yōu)榇蠹彝扑]的是一款可用于5G大規(guī)模MIMO的雙通道開關LNA模塊。LNA（Low Noise Amplifier）為低噪聲放大器，可用于射頻接收和發(fā)射電路。其中，在射頻接收電路中，LNA模塊可提升接收靈敏度，消除濾波電路造成的衰減問題。
我們今天推薦QPB9378雙通道開關LNA模塊來自制造商Qorvo，該器件在貿(mào)澤電子平臺上的制造商編號為QPB9378TR13。
圖6：Qorvo QPB9378雙通道開關LNA模塊
（圖源：貿(mào)澤電子）
QPB9378TR13是一款面向5G TDD基站的高度集成的RF前端模塊，采用雙通道配置，集成了兩級LNA和大功率SPDT開關。QPB9378TR13在低增益模式下，具有第二級LNA（具有旁路功能）和LNA掉電模式（發(fā)射模式下）。
QPB9378TR13可在2.3-5.0 GHz范圍內(nèi)工作。在接收模式的低增益狀態(tài)下，增益為14.5dB，OIP3為+34.5dBm，噪聲系數(shù)為1.25dB；在接收模式的高增益狀態(tài)下，增益為33.5dB，OIP3為+33dBm，噪聲系數(shù)為1.25dB；在發(fā)射模式下，平均功率處理能力為20W，插入損耗為0.5dB。
QPB9378TR13采用6mm x 6mm的緊湊封裝尺寸，不僅是在5G大規(guī)模MIMO領域，在小型蜂窩BTS、無線基礎設施和基于TDD的架構(gòu)等方面都能夠體現(xiàn)出高性能和高集成優(yōu)勢。
通信技術的未來發(fā)展
正如中國工程院院士鄔賀銓所言，“正在研發(fā)中的6G，需要吸取5G的經(jīng)驗，不能簡單地再將峰值速率提高1,000倍為目標，還得考慮如何才能滿足大眾的應用需求。”顯然，包括當下熱議的6G，以及未來世代的通信技術，絕不僅僅是單純以提升網(wǎng)速為目的，超高帶寬、超低時延、超大容量以及和人工智能技術的深度融合等會為每一代通信技術帶來巨大的改變，當然還會有更多的原始創(chuàng)新技術加入進來。
在可預見的6G時代，超大規(guī)模MIMO和波束成形技術依然會是通信基礎設施升級的核心技術，而幫助實現(xiàn)這些技術的是設備里一顆顆高性能的射頻連接器、電纜組件和種類豐富的射頻器件，它們匯聚在貿(mào)澤電子平臺上，又四散到每一個工程師的手中，并在通信設備中找到最終歸屬，助力一代又一代通信技術的升級迭代。
免責聲明：本文為轉(zhuǎn)載文章，轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息，版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題，請聯(lián)系小編進行處理。
推薦閱讀：
開關穩(wěn)壓器是采用單片結(jié)構(gòu)還是通過控制器構(gòu)建？
