5G通信的触角: 毫米波MIMO天线开关

时间：06-06 来源：21ic电子网点击：

带来的网络结构改变

当前的云计算的概念就是：数据在中心，终端通过基础设施在任何地点任何时间来获得数据与服务。但是考虑到5G网络中的一些应用关于小于1ms的延迟，这种结构不能满足需求。即使从现在到5G大规模应用的期间，计算设备和网络设备都继续以摩尔定理飞速发展。但是有一个极限目前没法跳过：就是光纤中光的传播速度。所以目前的研究结论是，如果要使5G网络中的<1ms延时成为现实，那么数据与用户的距离要小于1千米。也就是你的最近的一个基站需要缓存所要的数据与服务，这一特性使得此类应用的成本将非常高。而对于社交类的应用，关于用户数据的基站间漫游管理，目前的技术也需要根本性改变。拿着手机刷微博，那么经过的每个基站可能都需要同步一份个人资料、所有微博、评论、点赞，而不是在需要的时候找中心要数据。极端情况下所有的运营商都将共用一个网络，所有内容都在这个网络中，不然不能满足小于1ms的网络延迟要求。

5G系统中的核心器件：RF天线开关与其应用举例

如上述所言，载波聚合、波束形成、MIMO是5G射频系统中重要的技术。而这些技术的应用都离不开一个关键器件——RF天线开关。普通的开关用小按钮;稍稍高频(几十MHz，几百MHz)的开关用三极管、FET管搭建;如果频率到了几G几十G的范围，那么一般情况使用PIN二极管来做的开关。关于PIN二极管的详细在下文讨论，与普通开关类似，RF天线开关的种类也可以使用端子数目来分类：

图、天线开关的一些常见类型

此处列几个天线开关的应用实例以说明RF天线开关的一些应用。

手机终端的天线开关应用

下图是我们目前使用的手机中的RF天线开关，可以看出应用场合大致三种：主开关，3G/4G切换开关，接收器信号复用开关。

图、手机中的RF天线开关

载波聚合中的天线开关应用

图、载波聚合示意

波束形成技术中的天线开关应用

下图为复合使用了MIMO的波束形成技术的系统组成。

图、波束形成技术的系统组成

详细看，其中的天线开关应用如下：

图、波束形成技术中天线开关应用示例

高频天线开关市场上的主要厂家

业界称此市场为Monolithic Microwave ICs (MMIC)。目前市场上的产品按照工艺主要分为以下几类：

· GaAs 包括AlGaAs
· GaN 包括GaN-Si, GaN-SiC
· Si/SiGe 包括CMOS,LDMOS等
· 其他

重要的供应商如下：

· MACOM
· ON Semiconductor
· OMMIC
· Qorvo(由TriQuint与RF Micro Device合并而来)
· Analog Devices
· Infineon (包括收购的IR)
· WIN Semiconductors
· Murata
· Mitsubishi
· Keysight
· Microsemiconductor
· Qualcomm(包括收购的NXP /Freescale)
· Kyocera
· Toshiba

MACOM的毫米波天线开关新品MASW-011098

业界领先的无线射频厂商MACOM近日推出了用于5G系统的毫米波天线开关MASW-011098，这里对这个器件的应用与性能参数做一些简介。此器件使用AlGaAs工艺制造，在这里我们同时使用另外一个使用Si材料制作的类似产品(ADRF5020)做参数上的一些对比以展示两种材料的类似产品的参数的一些差别。下文以M器件与A器件分别指代以方便讨论。

M器件主要应用于26GHz-40GHz的频段，所以也称毫米波段射频开关或者Ka波段射频开关。根据MACOM的官方文档，此器件主要的目标应用领域为28GHz，37GHz 与39GHz 的5G射频系统。

A器件的功能类似，但是频率范围为100MHz-30GHz。这是由于材料工艺上的局限，Si材料的射频开关在工作频率上并不能覆盖目前所有5G所可能使用的频段。

首先看两者功能Block：