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5G时代 集成电路的新趋势：小基站
某天，在我家对面的中电信服务点上竖起了一个不高不低的铁架子，上面有两个金属盒子，还有两根高高竖起的天线。然而在时常进行广场舞聚会的小区女性同胞们的反对下，几天之后，中电信就只能乖乖的把那个铁架子给撤了。
　　与3G、4G相比，5G的新兴技术主要是毫米波与波束成形。此外，在载波聚合、多天线输入输出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）等4G技术上有了新的演进。那么，其对带来了怎样的挑战呢？今天，我们就来预测一下5G挑战下，的新趋势&&小基站。　　　　某天，在我家对面的中电信服务点上竖起了一个不高不低的铁架子，上面有两个金属盒子，还有两根高高竖起的天线。然而在时常进行广场舞聚会的小区女性同胞们的反对下，几天之后，中电信就只能乖乖的把那个铁架子给撤了。　　笔者无法告诉大家基站会不会产生辐射，但是大家真的以为移动运营商会把基站撤走么？如果撤了，那你手机的信号格数应该就是最低的那一档了吧。　　在摩尔定律的发展最直接的变化就把巨无霸变成袖珍丸。请看以下今天的基站长什么样：　　　　你以为的基站Vs.基站实际的样子。　　很多人会问一个问题，右边那张图不是路灯么？这就是小基站！可以伪装在路灯、公交车站牌和任何不起眼角落的变色龙。　　随着集成电路的发展，终端芯片的SoC渐渐走到了穷途末路，而基站芯片的SoC却正在澎湃发展。由此，小基站在4G时期成为了对抗广场舞大妈抗议的重要技术手段。　　问题来了，5G下，微基站会更有意义么？　　目前，限制小基站的主要是天线尺寸的大小。一般要求天线的尺寸与电磁波波长在同一个数量级，而电磁波波长就是光速除以频率。3G/4G的载波波长在分米级，小基站的天线长度也差不多。但是在5G下，载波波长变成了毫米级（这也是之所以叫&毫米波&的原因）。所以天线可以做得更小，做得更多（实现波束成形和Massive MIMO）。　　小基站（Small Cell）的体积和称呼从Micro Cell（微基站）、Nano Cell（纳基站）、Pico Cell（皮基站）已经进化到Femto Cell（飞基站）。它们的主要应用场景在人口密集区、覆盖大基站无法触及的末梢通信。特别是完成号称100Mbps-1GMbps的5G通信。小基站让你工作闲暇之余，在一分钟内下完一集高清《权利的游戏》成为了可能。未来，可以预期的是其会像你家的路由器一样小，藏在CBD和大型Shopping Mall的角角落落。　　　　微、纳、皮、飞&&数学定义表　　小基站的实现，除了摩尔定律带来的高歌猛进外，还有很多智慧的硅工付出的辛劳努力。比如&&非线性功放的数字预畸变（Digital Pre-distortion for Nonlinear Power amplifier）。　　小基站不仅在规模上要远远小于大基站，在功耗上也是必然指数式下降，毕竟占的是220V的市电。随着集成电路的演进，虽然计算功耗不断降低，但射频发射机信号的发射功率没有太大变化，毕竟这是由协议灵敏度决定。在大基站里，我们可以用非硅的工艺实现高线性度功放，反正功耗不Care。但是在理想的小基站里，PA也是做成SoC的。CMOS工艺的功放在线性工作范围的低效率闻名遐迩，在大功率的输出下功率即将饱和。预期单纯地被限制在线性区是&坐井观天&。　　　　于是天才型硅工就提出从在数字域寻找非线性PA的反函数，然后输出一个非线性的数字控制码。两者叠加，就有了一个线性的高效率输出。
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*验 证 码：高频天线性能增强方法研究--《集成电路应用》2018年01期
高频天线性能增强方法研究
【摘要】：采用有限元的方法对一选定天线的场强进行仿真分析,并结合实际测试来研究和论证的。工作频率为13.56 MHz。基于亥姆霍兹线圈磁场叠加的原理,考虑在工作天线附近增加一开路线圈,区别是线圈与工作天线不直接相连。在电磁场环境下,附加的开路线圈感应出相应的电流和磁场进而对工作天线产生影响,并且改善工作天线的阻抗,通过调整附加线圈与工作天线之间的距离来增强所需位置的场强。此方法分析了附加线圈与工作天线之间不同的位置、距离以及附加线圈的大小和通断等情况,给出了这些情况下工作天线的电流和磁场的变化。通过仿真和实测数据表明此方法的有效性。
【作者单位】：
【基金】：
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2.4G/cc2500+PA内置天线500米无线模块(WM2500LP7)
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“2.4G/cc2500+PA内置天线500米无线模块(WM2500LP7)”参数说明
是否有现货：
CE,FCC,ROHS标准
功能结构：
数字集成电路
制作工艺：
小尺寸PCBA
导电类型：
小尺寸PCBA
集成度高低：
为小规模集成电路
应用领域：
“2.4G/cc2500+PA内置天线500米无线模块(WM2500LP7)”详细介绍
　　型号：WM2500LP7
　　参数简介
　　模块基于Chipcon，Ti　CCG　数字无线收发一体FSK芯片以及LNA　和PA　相关元件设计的一款大功率PCB板天线的无线数传模块，设计人员可以把整个无线模块作为一个嵌入式的组件，从而不需要考虑无线的模拟部分：例如阻抗匹配。
　　频率：2.4G
　　最大速率：500K
　　RF输出功率：18dBm
　　接受灵敏度：-120dBm/1.2K　速率（LAN　Part　increase　6　dbm）
　　程序设计界面：SPi　数字接口
　　最大功耗：120mA
　　最大距离：3-500米
　　天线：PCB板天线
　　尺寸：29.7*17*4　mm
　　应用范围
　　工业控制、2.4G遥控、有源电子标签、无线玩具、无线遥控、智能家居，、LED控制屏、灯光控制等等
　　功能简介
　　模块根据标准的cc2500芯片编程操作，有PA和LNA功能，可通过iO口控制开启关闭，可软件做跳频处理，模块最大速率可设500k，适合做高速灯控信号传输或其他高速信号传输。
　　管脚描述
　　注：此模块需要自行编程操作，未使用过类似射频模块的朋友请慎重购买！
　　WM2500LP7模块的最佳用途：模块设计功率偏大在100mW，刚可过各种认证，并有使用LNA增加接收灵敏度，在普通居室复式居室使用均不会有距离太远而接收不到的情况，且天线已PCB设计，不会有露在产品外头的天线，可封装在塑胶壳内使您的产品即美观又实用，是智能家居产品增加无线功能的最佳选择，也是其它中小范围大型车间无线使用的完美方案。
　　不熟悉cc2500芯片的朋友可购买WM2500LP7的串口透明传输模块WM24TR-L-02，接口是TTL电平的串口，直接接单片机串口，发什么数据接收什么数据。　
“2.4G/cc2500+PA内置天线500米无线模块(WM2500LP7)”其他说明
型号 ： WM2500LP7 参数简介
模块基于Chipcon, TI CCG 数字无线收发一体FSK芯片以及LNA 和PA 相关元件设计的一款大功率PCB板天线的无线数传模块，设计人员可以把整个无线模块作为一个嵌入式的组件, 从而不需要考虑无线的模拟部分: 例如阻抗匹配.
频率: 2.4G 最大速率: 500K RF输出功率: 18dBm 接受灵敏度 : -120dBm /1.2K 速率(LAN Part increase 6 dbm) 程序设计界面: SPI 数字接口 最大功耗 : 120mA 最大距离 : 3-500 米 天线 : PCB板天线 尺寸 : 29.7*17*4 mm
工业控制、2.4G遥控、有源电子标签、无线玩具、无线遥控、智能家居,、LED控制屏、灯光控制等等
模块根据标准的cc2500芯片编程操作，有PA和LNA功能，可通过IO口控制开启关闭，可软件做跳频处理，模块最大速率可设500k，适合做高速灯控信号传输或其他高速信号传输。
注：此模块需要自行编程操作，未使用过类似射频模块的朋友请慎重购买！
WM2500LP7 模块的最佳用途： 模块设计功率偏大在100mW，刚可过各种认证，并有使用LNA增加接收灵敏度，在普通居室复式居室使用均不会有距离太远而接收不到的情况，且天线已PCB设计，不会有露在产品外头的天线，可封装在塑胶壳内使您的产品即美观又实用，是智能家居产品增加无线功能的最佳选择，也是其它中小范围大型车间无线使用的完美方案。
不熟悉cc2500芯片的朋友可购买WM2500LP7的串口透明传输模块 WM24TR-L-02 ，接口是TTL电平的串口，直接接单片机串口，发什么数据接收什么数据。
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毫米波电路及天线的3D集成和封装：新的机遇和挑战
发布时间： 10:11:02
来源：射频百花潭
直到70年代后期，尚未开发的毫米波（mmWave）（频率范围30至300GHz）被限制于特殊应用，比如光谱学和军事雷达。前端的复杂性和非标制造技术使得毫米波模块成本远远高于高容量市场和消费市场能接受的程度。
自80年代初以来，研发机构在毫米波技术领域已取得重大进展，并在半导体行业得以实现，为其广泛应用开辟了新的视野&：高速数据通信、汽车雷达、机载导弹跟踪系统、空间光谱检测和成像。
毫米波元件市场的全球收入&2013&年估计为&1.16&亿美元，到2018&年预计达到&11&亿美元，复合年度增长率（CAGR）约为&59%。虽然这可以被行业视为一个巨大的经济机会，新兴的应用正带来特殊的挑战，如电气性能、紧凑结构、集成可能性和系统可靠性等方面。
本文聚焦于短到中距离的通讯设备，说明与无线收发器的集成以及它们与其他元件共存相关的一些技术挑战。
无源器件的典型尺寸开始与标准电子封装兼容，毫米波的短波长正可视作将其集成的一个机会。对于某些应用，大型器件如波导、连接器、非面滤波器和大型天线阵列，向完全集成和小型化系统的进展仍然缓慢。对于短距离的&60&GHz&通信，便携式设备是未来十年主要的市场驱动力&&因此需要完全集成、紧凑和高性能的收发器。对于天线，小型化过程受到辐射源面积与可达增益之间的基本关系所限&；这往往被视为无线收发器完全集成的瓶颈。
集成收发器与天线
片上天线（AoC）的方法包括将辐射元件直接集成到射频芯片栈的后端，无论它是采&用&CMOS、BiCMOS&还&是&III-V&族技术制造的（见图&1a）。该解决方案的主要优点在于，在一个大小仅为几平方毫米的单一模块上，没有任何射频互连和所有射频与基带功能的相互集成。然而，硅基的&AoC、基板的高介电常数（&r=11.7&至&11.9）和低电阻率（&&&&10&O&&&cm）严重降低了匹配带宽和辐射效率。不过，AoC&的性能可以通过局部修改基板的性能得到提高。例如，可以通过在辐射元件下蚀刻气腔或采用一个悬浮的隔膜来完成。在这两种情况下空气层的存在会减少介电损耗和降低有效介电常数。其他创新的解决方案包括硅衬底电阻率的局部修改，采用离子注入法或上述芯片集成耦合辐射元件。
在封装天线（AiP）的集成方法中，天线是在一个单独基板上实现的，独立于&RFIC&芯片（参见图&1b）。该基板可以专门用于辐射元件及其馈送线，也可以起到包装收发器零件和异构集成的作用。出于这个原因，AiP设计在毫米波收发器的三维集成场景中发挥着关键作用，同时提供一个额外的自由度，用来选择低介电常数和/&或高电阻率的衬底。此外，天线平台的允许面积可能比&AoC&的大。因此，集成天线性能的一个有效比较基准应该考虑所分配的面积，则我们可以定义一个新的品质因数归一化单位面积实现的增益（线性尺度）。图&2绘出了&60&GHz&集成天线的文献调查数据，表明&AiP&的增益高于&AoC&的两到四倍，这是由于使用低损耗衬底代替了&CMOS&级硅。
主流的毫米波封装
对于无线收发器集成的一个给定技术选择，取决于几个约束条件的权衡&：电气性能、热机械可靠性、体积紧凑性、可制造性和成本。传承于已有良好建树和成熟的&PCB&技术，当今的高密度互连（HDI）设计规则可实现小于&40&m&的布线与空隙以及直径不足&100&m&的微过孔，这是满足毫米波集成所要求的。此外，新一代的多层有机（MLO）封装采用薄厚薄膜配置的高质量电介质。这样的一个结果是，标准&FR-4&和再分配层压板逐步由低损耗介电材料，如&RO族和液晶聚合物（LCP），所取代。作为&一&个&例&子，STMicroelectronics&开发了&60&GHz&的&HDI&有机封装，采用的是一种基于&RO4003C&的对称层叠的技术。
在相同的情况下，大约&20&年前引入了陶瓷封装以满足关键系统的需求，得益于其化学稳定、机械可靠性和密封组件等性能。陶瓷加工可以制作各种过孔和型腔结构，并可装配外部电容和电感。标准多层陶瓷封装的垂直分辨率大约是&50&m。目前采用的两种主要的多层陶瓷工艺是低温共烧陶瓷（LTCC）和高温共烧陶瓷（HTCC），其各自的最大共烧温度分别是约&900℃和&1600℃。而&HTCC&工艺可为封装提供很好的物理稳定性，只有高熔点金属如钨（Tf=3422℃）和钼（Tf=&2623℃）才可用于内层的布线。不幸的是，这些金属表现出相对低的电导率（分别为&8.9&&&106&和18.7&&&106&S/m），而用于&LTCC&的铜、钛&/&金合金或银，在高频时具有较低的导电损耗。在文献中可以找到一些来自工业界的令人信服的贡献，如IBM&的&60&GHz&的&LTCC&模块，它具有一个MLO封装（RO4000和LCP）。
其中增长最快的封装技术之一，嵌入式晶圆级球栅阵列（eWLB）是一种晶圆级封装方法，它结合了先进的再分配层处理与基片成型转移技术。成型聚合物起到了保护集成电路和支持风扇布线的双重作用。eWLB工艺（包括凸块下金属化）是从硅微加工线继承来的。由于使用了低应力成型聚合物，eWLB&封装可适用于大型封装的天线阵列，同时保证走线&/空间的临界尺寸约&15&m。毫米波集成天线封装的一些示范可以在文献中找到，重点放在&Linz&大学和&DICEGmbH&所描述的雷达应用中&（文献6,7）。由于采用穿透封装互连实现了封装上封装（POP），这种最新的技术为三维集成提供了光明的前景。
今天的硅后道生产线提供了大量的微加工技术来实现封装内系&统（SiP），&如微加工、光刻、离子和激光刻蚀以及大量的沉积和层压技术。标准硅工艺可以轻松达到微米分辨率，满足毫米波甚至亚太赫兹系统的要求。在过去五年中，有机的和硅材料的中介层封装已在&ASIC&和存储器应用中普遍推广，但异构集成的最近趋势表明，更多的射频功能示范和引入玻璃可作为高频应用的潜在候选。
中介层：硅与玻璃的对比
如前所述，由于无与伦比的分辨率及成熟、标准的后道工艺，硅微加工特别适合于毫米波应用。相对于陶瓷材料（&&&20&W&&&m-1&&&K-1）和PCB&材&料（&&&1&W&&&m-1&&&K-1），&硅封装提供了优良的导热性能（25℃时&&&&150&W&&&m-1&&&K-1&）。对于外部功率放大器与收发器芯片组装在一起的典型场景&,&这是很重要的。
对&2.5D&和&3D&玻璃中介层以及它们提供的新的整合机会，近年来被越来越多地关注。众所周知，玻璃基板的介电性能优良、介电常数低（&r&&4&到&6，取决于组成和工艺）、损耗也低，这使其成为射频封装和无源集成的良好候选材料。表&1&对玻璃和硅中介层进行了比较。采用大面板置换晶片有利于大规模生产，而且已在玻璃过孔（TGV）的钻孔和填充以及重分布层（RDL）处理方面有了重大进展。当今的玻璃中介层特别工作组由制造商和供应商如&Asahi、CorningGlass&和&3D&Glass&Solutions&以及学术研究机构如&Georgia&Tech&发起，形成国际中介层联盟。然而，玻璃平板及加工设备的供应链不像硅、有机、陶瓷和&eWLB&技术那样得到很好的定义。2.5D/3D&玻璃中介层技术更有可能随着下一代三维集成器件达到完全成熟&；目前，它足以满足小众应用，比如高性能计算和数据中心，那里较少关注成本（文献8）。
CEA-Leti&开发的第一个全功能的中介层封装基于高电阻率（&&1k&O&&&cm）、120&m&厚的硅衬底，有两个正面和一个背面铜的再分配层。中介层的每一侧都有一个金属化内凸点，分别用于&RFIC&倒装芯片（使用铜支柱或微凸点）和主&PCB&板上采用球栅阵列（BGA）焊料球的封装零件（文献9）。中介层芯片的两侧采用铜填充的直径&60&m（宽高比为&2:1）的硅通孔（TSV）内插接口进行互连。中介层的总面积是&6.5&mm&&&6.5&mm，是迄今报道的最紧凑的带集成天线的60&GHz&收发器。图&3a&所示为带中介层、射频芯片和成型的聚合物的模块的非比例截面，用于确保装配的完整性。60&GHz&RFIC&收发器采用&65&nmCMOS&技术。两个折叠偶极天线（发送和接收）安装在上部前侧&RDL&层。一个由铜条制成的保护环和&TSV&阵列用来减轻两背腔天线之间的表面波耦合（参见图&3b）。
这个模块是一个&2.5D&集成方案的典型示范，其中&RFIC&安装在中介层的顶部并与天线保持一定距离。垂直互连使用&Leti&的自定义&TSV&ViaLast工艺来实现。图&4&给出了&TSV的一个横截面和&SEM&图像。在收发器中&TSV&互连的主要功能是驱动低频和基带信号，测试车辆包括了额外的测试特征，探讨它们对毫米波穿过封装布线和背部天线馈电的适应性。TSV&的电气性能已得到研究，通过采用&RF&探针测量和适当的去嵌入技术来提取单个&GSG&通道（transition）跨越&DC&到&67GHz&的宽带响应&11。通道（transitions）&在&60&GHz&的插入损耗约&0.6&dB，50&O端的阻抗失配是一个主要因素，即0.46dB（见图&5）。除了宽带特性，采用频域响应的逆傅立叶变换研究了基带信号的完整性。一个&5&Gbps&伪随机二进制序列（PRBS）的瞬态眼图分析表明眼图开启度为&96%。
Leti&正在进行的研究旨在创建一个新一代毫米波中介层封装，相比其他竞争技术具有增强的电气和机械性能以及合理的成本和可制造性。新的模块，目前正在进行规划和预制分析，保持与第一个示范相同的整体厚度&；然而，由于综合高阻抗表面（HIS）反射器设计，总面积减少了大约&33%（从&6.5&mm&&&6.5&mm&到&5.3&mm&&&5.3&mm）（见图&6a）12。如图&6b&所示，有两个用于提高天线性能的改进正被评估。第一个是在中介层顶部层压成型聚合物和处理金属寄生贴片来增强带宽。第二是采用外部介质透镜来提供中距离通信功能（约&10&米）。在这种情况下，在&60&GHz&的目标增益为15&dBi。所提镜头的设计基于半球形和抛物线几何结构，并采用&PA6&级加工塑料（&r=&4.3）。四个设计中的两个，直径为&6&毫米和&1&厘米的半球形透镜，已得到实验验证。首次测量使用了开放&WR15&波导馈电，增益在&57&至&66GHz&时为&12&至&16&dBi。根据系统级验证工作流程，这些镜头都集成了&60GHz&QFN&收发器模块&13，结果显示提高了通信距离，发射透镜为&4&倍，发送和接收透镜为&7.5&倍。
随着蜂窝基站利用载波聚合等先进的调制方案和技术，商用GaN PA的早期应用可能会下降。 但在此之后，随着毫米波应用尤其是大规模MIMO的兴起，GaN的市场前景依然强劲，因为很可能没有其它候选技术，能够满足大规模有源电子扫描阵列所需的功率密度要求。
由于我国5G发展策略是首先做6GHz以下的中频段，所以5G毫米波频段的产业化，速度没有中频段快。按计划，2020年，中国5G开始商用。中国移动对毫米波的商用设定于2022年。今年，由IMT2020（5G）推进组牵头的5G技术试验已经将毫米波纳入试验测试范围，比商用提前五年展开技术试验。曾被认为是中国产业短板的5G毫米波频段，发展现状又如何，商用挑战在哪里？在日前“5G和未来网络技术论坛”上，东南大学毫米波国家重点实验室主任洪伟教授做了深度解析。
随着移动业务的快速发展，新兴的视频应用、手游和网络购物让用户对流量的需求激增。人们对手机依赖越来越高，恨不得时时刻刻保持在线。而流量需求的增加也给运营商带来了容量、覆盖等更多挑战。厦门电信积极践行技术创新，从技术上不断提升移动业务体验，让人们上网更加快速流畅。
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分类是人的一种本能，一种需求，只有通过分类，将事物纳入到某个类别中去，我们才会感觉到安全、可控。只要有了分类，信息才有价值。所以，今天我们就来讲讲卫星导航定位天线分类这个事儿。
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