射频前端设计挑战加剧高通为终端生态带来价值( 二 ) 近日

文章图片

文章图片
三台设备在每次移动网络迭代支持的无线频段数量
一直以来，射频方面的复杂性及其带来的设计挑战在产品宣传中被隐藏起来不为消费者所知。因为这些复杂性会使产品信息变得模糊不清。智能手机用户不需要也不想了解这种不断增加的复杂性；他们希望无论住在哪里，自己的手机都能随时随地正常工作。
为什么一定要如此复杂？
【射频前端设计挑战加剧高通为终端生态带来价值】为实现网络迭代和用户体验的数量级提升，更多的无线频谱被启用。但一个不可忽视的现实是，射频前端设计不能随着对手机无线需求的增加而同步扩展。因为频谱是一种稀缺资源，政府不得不对射频频谱进行配给，造成了今天大多数蜂窝网络无法满足5G的预期需求的局面。毫米波技术是一种解决方案，但它的传播效果并不理想，所以射频设计者不能仅仅依靠它来解决频谱紧张的问题。他们需要在消费级设备上实现前所未有的射频组合支持及构建具有最佳兼容性的蜂窝无线设计。
从Sub-6GHz到毫米波，所有可用的频谱必须在最新的射频和天线设计中得到利用和支持。而且由于频谱资源的不一致，频分双工和时分双工的功能都必须集成在一个射频前端设计中。另外，载波聚合通过绑定不同频率的频谱来增加虚拟管道带宽，也提升了对射频前端的要求和复杂程度。
此外，无线局域网和Wi-Fi不断演进的功能又增加了一层复杂性，因为蜂窝和Wi-Fi信号必须保持分离，否则就会出现大量射频干扰的风险。最新的Wi-Fi 6E标准已引入6GHz的频谱。因此，射频前端必须有先进的过滤技术以避免射频信号的重叠。
智能手机的射频前端设计因为5G带来的射频要求指数级增长而变得如此复杂。如今的消费者可以期待厂商解决所有这些射频挑战，但并不能完全了解这种复杂程度是如何演变过来的。从另一个方面来说，如果要实现普及5G的承诺，射频前端设计的复杂性是无法避免的。
当前5G手机射频前端的设计
当前射频设计的挑战表现在许多方面。最新的旗舰设备中的实体天线数量从典型的3或4根大幅
提升到12根以上；这还不包括毫米波天线模组。下图标明了当前设计中不断增加的天线数量需求，以及需要额外加入的毫米波天线。

文章图片

文章图片
左图：Realme GT中对应中框位置上的一组Sub-6GHz柔性基板天线右图：三星Galaxy A42中发现的包含两个毫米波天线模组的天线阵列
从4G发展到5G ，需要更多的天线来支持4x4 MIMO天线，并覆盖Sub-6GHz下从600MHz到7GHz的各个频率。天线调谐器的使用有助于将现有天线重新用于多个频率以减少实体天线的数量，即使这样帮助很大，但5G的非独立组网需要数以万计的载波聚合组合，而毫米波频谱的特殊性需要多个无线电链。这无疑增加了射频前端的元器件数量、成本和复杂程度。在5G智能手机中，很难逃避5G射频前端设计中不断增长和演进的需求；业界能做的最好的事情就是管控这种复杂性。
在智能手机中的射频前端应对射频需求的指数级增长的同时，射频前端部分也被要求减少在设备中的空间占用。换句话说，射频前端处在进退两难的境地，需要尽量平衡这两个相互矛盾的需求。那么， 5G的射频前端如何在提升性能的同时保持结构紧凑？答案是通过电子集成技术。下图是一个作为接收信号的射频接收路径或链接的前端模组图片。在5G智能手机中印刷电路板的空间非常有限，模组有助于缩小印刷电路板上电子元器件的尺寸。

射频前端设计挑战加剧 高通为终端生态带来价值( 二 )

射频前端设计挑战加剧高通为终端生态带来价值( 二 )