多天線(xiàn)對(duì) 5G 市場(chǎng)中日益擴(kuò)張的小型蜂窩基站提出挑戰(zhàn)

隨著萬(wàn)物互連的 IoT/IoE 社會(huì)的出現(xiàn)，人們的關(guān)注點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向作為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施元素的 5G 通信，并預(yù)測(cè)該市場(chǎng)將會(huì)得到快速增長(zhǎng)。雖然 5G 相關(guān)產(chǎn)品的市場(chǎng)只是初具雛形，但在 2023 年，全球市場(chǎng)價(jià)值預(yù)計(jì)將達(dá)到 380 億美元。與小型蜂窩基站相關(guān)的產(chǎn)品與服務(wù)預(yù)計(jì)將占到該總價(jià)值的 70% 左右。（Fuji Chimera Research Institute, Inc.《實(shí)現(xiàn) 5G/高速大容量通信的核心技術(shù)未來(lái)展望》，2018 年）

之所以會(huì)實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)，原因在于 5G 通信使用的是毫米波2，所以每個(gè) 5G 基站僅涵蓋有限的區(qū)域。因此，5G 通信網(wǎng)絡(luò)配置的特點(diǎn)是擁有大量小型蜂窩基站，這些基站在最初安裝時(shí)將覆蓋通過(guò)傳統(tǒng)通信基站提供覆蓋范圍的每個(gè)宏基站。此外，由于毫米波容易被物體屏蔽，因此在火車(chē)站、購(gòu)物商場(chǎng)和體育館等地點(diǎn)需要安裝更多的小型蜂窩基站。

5G 通信的特點(diǎn)

• 超快速度/大容量 -

  通信速度比 4G?快 10 倍。即使是一部高清電影也可在數(shù)秒內(nèi)下載完畢。

• 多個(gè)并發(fā)連接 -

  每 km2 可連接100 萬(wàn)個(gè)終端，不會(huì)出現(xiàn)通信延遲。

• 超低延遲 -

  通信延遲是 4G 的十分之一（約 1 毫秒）。預(yù)計(jì)將應(yīng)用于無(wú)人駕駛和遠(yuǎn)程手術(shù)領(lǐng)域。

全球 5G 基站市場(chǎng)

Fuji Chimera Research Institute, Inc.，《實(shí)現(xiàn) 5G/高速大容量通信的核心技術(shù)未來(lái)展望》，2018 年

集成多個(gè)天線(xiàn)元件的多天線(xiàn)在小型蜂窩基站中發(fā)揮著重要的作用。5G 通信的關(guān)鍵技術(shù)是波束形成3，該技術(shù)將無(wú)線(xiàn)電波轉(zhuǎn)換為波束，然后將波束傳輸?shù)矫總€(gè)終端。例如，在體育場(chǎng)舉行的體育賽事中，該技術(shù)可將各個(gè)角度的運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作傳輸至大量觀眾終端，實(shí)時(shí)同步廣播多場(chǎng)比賽，并提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)觀眾服務(wù)。該技術(shù)將實(shí)現(xiàn)全新的賽事觀賞方式。

在波束形成過(guò)程中，通過(guò)控制從多天線(xiàn)的天線(xiàn)元件輻射出的信號(hào)相位，將無(wú)線(xiàn)電波轉(zhuǎn)換為波束。因此，集成多個(gè)天線(xiàn)元件的陣列天線(xiàn)逐漸發(fā)展成了多天線(xiàn)。由于帶通濾波器(BPF) 和集成電路?(IC) 也連接至陣列天線(xiàn)，所以這些天線(xiàn)需要外形小巧且纖薄，并確保整個(gè)系統(tǒng)的高級(jí)功能。

5G 通信中的波束形成

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外形更小巧、更纖薄的復(fù)合設(shè)備為 5G 提供多天線(xiàn)解決方案

TDK?利用多年來(lái)累積的獨(dú)有 LTCC 技術(shù)為 5G 小型蜂窩基站開(kāi)發(fā)了將天線(xiàn)元件與 BPF 集成到 LTCC 多層基板中的“LTCC AiP 設(shè)備”。該設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn)是在天線(xiàn)層采用了新開(kāi)發(fā)的低介電材料，因此即使是在毫米波段也能獲得高增益。其他優(yōu)勢(shì)包括出色的環(huán)境適應(yīng)能力和散熱效果以及設(shè)計(jì)和評(píng)估自由度，該設(shè)備為 5G 通信基站多天線(xiàn)提供出色性能。

LTCC 技術(shù)是為生產(chǎn)高頻元件等而開(kāi)發(fā)的構(gòu)造方法。為在相對(duì)低溫下（大約 900°C）燒結(jié)而開(kāi)發(fā)的陶瓷板材經(jīng)過(guò)多層壓制，可實(shí)現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)，金屬導(dǎo)體微觀布線(xiàn)路徑在介電陶瓷板上形成，導(dǎo)體圖案使其能夠充當(dāng)電感器或電容器。由于用于電容器層和電感器層的片材材料不同，所以需要高級(jí)共燒技術(shù)。對(duì)于不同材料的此類(lèi)共燒，TDK 率先提出一種高級(jí) LTCC 構(gòu)造方法，并已實(shí)現(xiàn)了用于移動(dòng)通信終端的高頻過(guò)濾器和前端模塊的商業(yè)化。

LTCC 設(shè)備的分層結(jié)構(gòu)

在萬(wàn)物通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接的 IoT/IoE 社會(huì)中，5G 通信網(wǎng)絡(luò)預(yù)計(jì)將成為通信基礎(chǔ)設(shè)施中不可或缺的一部分。TDK 將持續(xù)供應(yīng)各種支持 5G 通信網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)，包括用于通信電路、感應(yīng)、噪聲抑制和電池的產(chǎn)品與服務(wù)。

支持 5G 通信的 TDK 產(chǎn)品

• 通信電路

  射頻組件和模塊

  為 5G 通信的穩(wěn)定無(wú)線(xiàn)電波傳輸做出貢獻(xiàn)。

• 通信電路

  用于NFC?電路的電感器

  將近場(chǎng)無(wú)線(xiàn)通信 (NFC) 融入 5G 終端。

• 通信電路

  射頻電感器

  減少信號(hào)損失，提升高頻 (RF) 電路的性能。

• 感應(yīng)

  MEMS 運(yùn)動(dòng)傳感器

  用于檢測(cè)各種動(dòng)作的傳感器。也應(yīng)用于 5G 終端。

• 感應(yīng)

  TMR 磁傳感器

  應(yīng)用了 HDD 磁頭技術(shù)的高度靈敏磁傳感器。

• 噪聲抑制

  噪聲抑制片

  一種磁片，可防止因輻射噪聲引起的設(shè)備故障。

• 電池

  聚合物鋰離子電池

  高效的蓄電池。預(yù)計(jì)也將在 5G 終端中發(fā)揮積極作用。

LTCC AiP 設(shè)備

術(shù)語(yǔ)

低溫共燒陶瓷 (LTCC) 是一種模塊技術(shù)，用于在介電板材（使用氧化鋁作為基底的玻璃陶瓷）上印刷和分層由多個(gè)元件（如電容器和電感器）組成的電路。與在印刷基板上高密度安裝元件相比，可節(jié)省更多的空間。

毫米波是指 1-10 mm 的波長(zhǎng)。與微波類(lèi)似，它們遵循非常筆直的路徑，特點(diǎn)是能夠傳輸海量信息。由于毫米波比低頻波更少使用，因?yàn)槿蕴幱谘邪l(fā)階段。

波束形成技術(shù)通過(guò)控制從多天線(xiàn)的天線(xiàn)元件輻射的信號(hào)相位并將其現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)酱罅繂为?dú)的終端，將無(wú)線(xiàn)電波作為高指向性波束進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。

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