從通信到智能汽車等，細(xì)解射頻技術(shù)如何助推熱門行業(yè)發(fā)展

2017-03-11  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

未來的世界是一個(gè)無線連接一切的世界。據(jù)Gartner預(yù)測(cè),在2015年,全球消費(fèi)行業(yè)僅僅只有29億部聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域僅7.36億部聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。到2020年,聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將達(dá)到250億部,實(shí)現(xiàn)全球平均每個(gè)人3個(gè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的規(guī)模。在無線聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備爆發(fā)式增長(zhǎng)的大趨勢(shì)下,射頻器件的年產(chǎn)值也將成倍激增。

射頻器件是無線通訊設(shè)備的基礎(chǔ)性零部件,隨著CMOS射頻集成電路的普及,越來越多的模塊從分立器件轉(zhuǎn)到了集成電路上。然而,有一些器件由于各種各樣的原因,目前還無法用集成度最高的CMOS工藝制造,而必須使用特殊工藝以保證性能。這些無法集成到RFIC上的射頻器件通常稱為射頻前端模塊(RF Frontend Module)。

一個(gè)典型的包含F(xiàn)EM以及RFIC/Modem的射頻系統(tǒng)架構(gòu)

射頻前端模塊由功率放大器、濾波器、雙工器、射頻開關(guān)、低噪聲放大器、接收機(jī)/發(fā)射機(jī)等組成,隨著移動(dòng)設(shè)備功能越來越強(qiáng)大,支持的網(wǎng)絡(luò)頻段越來越多,射頻前端模塊成了移動(dòng)設(shè)備中不可缺少的一部分。2015 年,全球移動(dòng)終端射頻器件市場(chǎng)規(guī)模約有110 億美金。根據(jù)高通半導(dǎo)體的預(yù)測(cè),移動(dòng)終端的射頻前端模塊在 2015-2020 年間的復(fù)合增速在 13%以上,到 2020 年市場(chǎng)規(guī)模將超過 180 億美金,而濾波器則是射頻前端模塊增長(zhǎng)最快的細(xì)分方向,濾波器市場(chǎng)將由2015 年的50億美金增長(zhǎng)到2020 年130 億美金。Mobile Experts 的預(yù)測(cè)與高通基本一致,2016年在智能手機(jī)增長(zhǎng)萎靡(9%)的情況下,射頻前端模塊的增長(zhǎng)率仍達(dá)到了17%,其中發(fā)展最快最關(guān)鍵的也正是濾波器模塊。

移動(dòng)終端射頻器件市場(chǎng)規(guī)模(億美金)

射頻前端各個(gè)細(xì)分方向市場(chǎng)空間預(yù)測(cè)(十億美金)

在未來,射頻濾波器市場(chǎng)還將迎來更多增長(zhǎng)。因?yàn)殡S著4G的成熟和5G的來臨,手機(jī)支持的頻段數(shù)量正在上升。在 2012 年全球 3G 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) 3GPP 提出的 LTE R11 版本中,蜂窩通訊系統(tǒng)需要支持的頻段增加到 41 個(gè)。根據(jù)射頻器件巨頭 Skyworks 預(yù)測(cè),到 2020 年, 5G 應(yīng)用支持的頻段數(shù)量將實(shí)現(xiàn)翻番,新增 50 個(gè)以上通信頻段,全球 2G/3G/4G/5G 網(wǎng)絡(luò)合計(jì)支持的頻段將達(dá)到 91 個(gè)以上。對(duì)于一個(gè)頻段而言,一般至少需要兩個(gè)濾波器,因此手機(jī)頻段數(shù)上升的直接結(jié)果就是手機(jī)中使用的射頻濾波器數(shù)量直線上升。

電子元件領(lǐng)導(dǎo)制造商 TDK 在射頻濾波器領(lǐng)域擁有頂尖技術(shù),目前每天出貨超過 2,500 萬顆濾波器,數(shù)量仍不斷增長(zhǎng)中,涉及客戶涵蓋所有主要手機(jī) OEM 廠商,包括首屈一指的智能手機(jī)業(yè)者。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)分析, iPhone 7中TDK-EPC(愛普科斯(中國(guó))投資有限公司·TDK集團(tuán)成員,2017慕尼黑上海電子展展位:E5.5306)供應(yīng)了2 顆濾波器組及一顆濾波器。同時(shí),TDK-EPC的三線EMC濾波器,高性能電容電感電阻器件等也被眾多國(guó)際知名廠商所采用。

TDK豐富的RF產(chǎn)品組合

同時(shí),隨著移動(dòng)通訊趨向于高速率、大容量數(shù)據(jù)傳輸,智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備所使用的射頻開關(guān)IC需要多端口支持和更高的射頻性能。在這一點(diǎn)上,降低插入損耗是一個(gè)尤為重要的因素,因?yàn)樗档蜕漕l傳輸功率損耗,可支持移動(dòng)設(shè)備具備更長(zhǎng)的電池續(xù)航時(shí)間。東芝公司旗下半導(dǎo)體與存儲(chǔ)產(chǎn)品公司(2017慕尼黑上海電子展展位:E4.4300)研發(fā)的新一代TarfSOI(東芝先進(jìn)的射頻絕緣體上硅(SOI))工藝—“TaRF8”針對(duì)射頻開關(guān)應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了業(yè)界超低插入損耗(0.32db/2.7GHz)。采用新工藝制造的用于移動(dòng)應(yīng)用的傳輸射頻開關(guān)ICSP12T,其搭載集成MIPI-RFFE控制器,適用于3GPP GSM、UMTS、W-CDMA、LTE和LTE-Advanced標(biāo)準(zhǔn)。

除了射頻器件本身的演進(jìn)外,在整個(gè)通訊系統(tǒng)中的射頻系統(tǒng)也隨著新一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)在相應(yīng)變化。縱觀手機(jī)通信協(xié)議的發(fā)展,信道帶寬不斷變大,2G時(shí)代的200KHz,3G時(shí)代的5MHz, 4G時(shí)代的100MHz,到了5G時(shí)代甚至可能接近1GHz,持續(xù)增大的帶寬推動(dòng)著同構(gòu)宏基站與小型基站拓?fù)湎蚋⌒偷姆涓C基站的強(qiáng)大異構(gòu)組合演進(jìn)。

而蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)則演進(jìn)了很多年,根據(jù)GSMA的市場(chǎng)研究統(tǒng)計(jì),在2020年,全球采用蜂窩連網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備數(shù)量將達(dá)1,000億臺(tái)。對(duì)于帶寬和蜂窩無線靈敏度需求的不斷增長(zhǎng),對(duì)蜂窩天線到遠(yuǎn)程無線電頭端的射頻信號(hào)的傳輸提出了越來越高的要求。與此同時(shí),對(duì)連接器尺寸和重量的限制也愈發(fā)的嚴(yán)格起來。

連接器到現(xiàn)在已經(jīng)被很多人所熟知,其中的射頻連接器在市場(chǎng)中的占有量也是越來越多,主要用于射頻同軸系統(tǒng)?；ミB產(chǎn)品巨頭Molex(2017慕尼黑上海電子展,展位號(hào):E6.6400)于近日推出的4.3-10 射頻連接器系統(tǒng)和線纜組件,可滿足下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的需求。在低無源互調(diào) (PIM) 下具有高性能的信號(hào)傳輸效果、100% 的數(shù)據(jù)可追溯性,與當(dāng)前的接口相比扭矩更低。解決方案中包含的連接器與體積比 DIN 7/16 小 30%,重量輕 60%,線纜組件采用一體化的防風(fēng)雨護(hù)罩,正在申請(qǐng)專利當(dāng)中,理想用于室外的蜂窩點(diǎn),是未來蜂窩通信微基站連接的不二之選。

Molex 4.3-10 射頻連接器系統(tǒng)和線纜組件

射頻技術(shù)除了在通訊行業(yè)的大量應(yīng)用以外,隨著信息技術(shù)的發(fā)展,車載通訊功能的不斷加強(qiáng),諸如GPS全球定位系統(tǒng)、衛(wèi)星收音機(jī)、車載互聯(lián)網(wǎng)接入、遠(yuǎn)程車輛診斷及藍(lán)牙的需求,在汽車這個(gè)小而全的子系統(tǒng)里射頻技術(shù)也扮演著舉足輕重的角色。

由于汽車的運(yùn)動(dòng)性,提升汽車對(duì)訊號(hào)的接收質(zhì)量依舊是射頻技術(shù)研究的課題之一。在車內(nèi)復(fù)雜的接收環(huán)境中,從車頂天線模塊到車內(nèi)中控臺(tái)會(huì)需約60英尺同軸電纜,通常會(huì)在天線附近采用FAKRA連接器。FAKRA射頻連接器是目前汽車廣泛采用的部件,應(yīng)用于導(dǎo)航系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制、 車載電話、車載電視、音響設(shè)備、天線等功能,已經(jīng)發(fā)展成汽車內(nèi)射頻連接的標(biāo)準(zhǔn),該連接器外殼具有多種顏色,根據(jù)用途這些顏色業(yè)已標(biāo)準(zhǔn)化。

作為國(guó)際頂端無線射頻和光纖通信技術(shù)制造商,羅森伯格(2017慕尼黑上海電子展,展位號(hào):E6.6516)專注于射頻連接已經(jīng)超過 50年,是首家生產(chǎn)并制定連接器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),并將其應(yīng)用在車載無線射頻領(lǐng)域的公司。其FAKRA射頻連接器在業(yè)內(nèi)享有盛名,主要用于汽車娛樂音響系統(tǒng)、汽車導(dǎo)航儀、數(shù)字信息等,這些經(jīng)過特別設(shè)計(jì)的射頻連接器,在大眾、奧迪等主流車型中均有他們的身影。

羅森博格FAKRA射頻連接器廣泛應(yīng)用于汽車電子中

而全球連接器領(lǐng)域第一大廠TE Connectivity(2017慕尼黑上海電子展,展位號(hào):E6.6502)同樣可提供與FAKRA射頻及USCAR標(biāo)準(zhǔn)完全兼容并據(jù)此設(shè)計(jì)的綜合連接器系統(tǒng)。這些連接器系統(tǒng)遵循針對(duì)車載資訊及多媒體應(yīng)用的FAKRA II和 FAKRA I標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品系列包括用于各種信息娛樂應(yīng)用的射頻線束組件,端子和護(hù)套等。

TE Connectivity符合FAKRA射頻標(biāo)準(zhǔn)的連接器系統(tǒng)

無論是通信還是車載娛樂,亦或是航天航空、軍工和軌道交通等領(lǐng)域,在未來萬物互連的新時(shí)代中,射頻行業(yè)將會(huì)經(jīng)歷漸進(jìn)式的技術(shù)變革而帶來巨大的行業(yè)性機(jī)遇,我們有理由相信射頻技術(shù)革命的無限可能,也許會(huì)顛覆我們對(duì)于許多傳統(tǒng)行業(yè)的普遍認(rèn)知。

作為一直致力于為射頻和連接器企業(yè)提供展示技術(shù)的平臺(tái),為行業(yè)間搭建溝通的橋梁,慕尼黑上海電子展將于2017年3月14-16日在上海新國(guó)際博覽中心隆重召開。如果你想近距離感受行業(yè)最新技術(shù)及趨勢(shì),體會(huì)未來世界的無線互聯(lián),這次盛會(huì)不容錯(cuò)過!

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