毫米波天線(xiàn)集成技術(shù)——AiP

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）不管是在消費電子領(lǐng)域，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，還是在汽車(chē)自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，毫米波的應用現在越來(lái)越多，實(shí)現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(xiàn)、電源管理電路、存儲器和接口外設組成的印刷電路板上。

其中毫米波天線(xiàn)在毫米波組件中的地位舉足輕重。毫米波波長(cháng)要比低頻率波波長(cháng)短很多，而天線(xiàn)尺寸與電磁波波長(cháng)成正比，因此毫米波天線(xiàn)的尺寸要比低頻率天線(xiàn)小很多，也因此波束寬度要小很多，能量更加集中。

雖然客觀(guān)上毫米波雷達天線(xiàn)尺寸小一些，但是不同的天線(xiàn)技術(shù)會(huì )直接影響到天線(xiàn)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(huì )比低頻率波大?？梢哉f(shuō)毫米波天線(xiàn)集成技術(shù)是實(shí)現毫米波高分辨數據流、移動(dòng)分布式計算等應用場(chǎng)景的關(guān)鍵技術(shù)。

毫米波天線(xiàn)陣列實(shí)現方式

目前毫米波天線(xiàn)集成的實(shí)現方式可分為兩大類(lèi)——AoC和AiP。AoC天線(xiàn)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(gè)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(xiàn)與芯片集成在封裝內，實(shí)現系統級無(wú)線(xiàn)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?lài)乐氐慕殡姄p耗。在當前的技術(shù)條件下，這種集成方式目前看來(lái)競爭力并不在毫米波頻段，該天線(xiàn)集成技術(shù)在成本和性能上的性?xún)r(jià)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(shuō)是5G毫米波頻段毫米波終端天線(xiàn)最適合的方案。AiP技術(shù)能兼顧天線(xiàn)性能、成本及體積，相比傳統天線(xiàn)與射頻模塊的分散式設計更順應硅基半導體工藝集成度提高的潮流。AiP天線(xiàn)集成技術(shù)進(jìn)一步將各類(lèi)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(xiàn)整并在一起，達到縮小厚度與減少PCB面積的目的。目前大多數60GHz無(wú)線(xiàn)通信和雷達芯片都采用了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(jià)值已經(jīng)得到各產(chǎn)業(yè)界廣泛的認同，AiP天線(xiàn)技術(shù)無(wú)疑在其中發(fā)揮了重要作用。利用AiP天線(xiàn)技術(shù)，布板空間的節省大大降低了模塊的外形尺寸，器件到天線(xiàn)的布線(xiàn)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(xiàn)是需要使用高頻基板材料的，AiP天線(xiàn)技術(shù)可以降低天線(xiàn)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(xiàn)集成到無(wú)塑封裝基板上，防止因天線(xiàn)穿過(guò)塑封材料時(shí)產(chǎn)生損耗而降低效率并導致雜散輻射。

在各種需要傳感器感知環(huán)境的場(chǎng)景里，可以說(shuō)有著(zhù)毫米波雷達廣闊的用武之地，AiP天線(xiàn)技術(shù)則幫助毫米波雷達大大強化了近場(chǎng)感知能力。下圖是加特蘭基于A(yíng)iP毫米波雷達的人員檢測演示截圖，從3D追蹤效果來(lái)看AiP技術(shù)大大增加了雷達的距離分辨率，而且視野足夠寬闊。在汽車(chē)ADAS應用里，利用AiP高度集成的毫米波傳感器也能應用在各種檢測中，點(diǎn)云效果也很優(yōu)秀。AiP毫米波雷達解決了普通毫米波雷達尺寸大、功耗高等一系列問(wèn)題。

在通信方面AiP技術(shù)同樣效果明顯，雖說(shuō)5G毫米波特性帶動(dòng)了天線(xiàn)尺寸縮小，但將不同元件整合在單一封裝中，仍然會(huì )存在散熱等諸多問(wèn)題。高通的QTM毫米波模塊方案也是利用AiP天線(xiàn)技術(shù)解決這些問(wèn)題，在5G毫米波通信集成天線(xiàn)封裝模塊上處于領(lǐng)先地位。5G毫米波模塊的升級也帶動(dòng)了天線(xiàn)封裝AiP技術(shù)的持續發(fā)展。

小結

天線(xiàn)集成的根本是將一個(gè)相控陣所需的所有組件集成到一個(gè)芯片上，這是硅基毫米波天線(xiàn)系統的優(yōu)勢所在。在毫米波應用大放異彩的今天，AiP技術(shù)優(yōu)化了毫米波性能，給予了毫米波充裕的設計靈活性，也將毫米波推向更多的應用領(lǐng)域。