毫米波天線集成技術(shù)——AiP

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠(yuǎn)）不管是在消費電子領(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，實現(xiàn)了更智能化的感知通信體驗。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)是實現(xiàn)毫米波高分辨數(shù)據(jù)流、移動分布式計算等應(yīng)用場景的關(guān)鍵技術(shù)。

毫米波天線陣列實現(xiàn)方式

目前毫米波天線集成的實現(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)計靈活性，也將毫米波推向更多的應(yīng)用領(lǐng)域。