从通信到智能汽车等，细解射频技术如何助推热门行业发展

2017-03-11 by:CAE仿真在线来源:互联网

未来的世界是一个无线连接一切的世界。据Gartner预测,在2015年,全球消费行业仅仅只有29亿部联网设备,工业应用领域仅7.36亿部联网设备。到2020年,联网设备将达到250亿部,实现全球平均每个人3个联网设备的规模。在无线联网终端设备爆发式增长的大趋势下,射频器件的年产值也将成倍激增。

射频前端兵家必争之地:滤波器

射频器件是无线通讯设备的基础性零部件,随着CMOS射频集成电路的普及,越来越多的模块从分立器件转到了集成电路上。然而,有一些器件由于各种各样的原因,目前还无法用集成度最高的CMOS工艺制造,而必须使用特殊工艺以保证性能。这些无法集成到RFIC上的射频器件通常称为射频前端模块(RF Frontend Module)。

一个典型的包含FEM以及RFIC/Modem的射频系统架构

射频前端模块由功率放大器、滤波器、双工器、射频开关、低噪声放大器、接收机/发射机等组成,随着移动设备功能越来越强大,支持的网络频段越来越多,射频前端模块成了移动设备中不可缺少的一部分。2015 年,全球移动终端射频器件市场规模约有110 亿美金。根据高通半导体的预测,移动终端的射频前端模块在 2015-2020 年间的复合增速在 13%以上,到 2020 年市场规模将超过 180 亿美金,而滤波器则是射频前端模块增长最快的细分方向,滤波器市场将由2015 年的50亿美金增长到2020 年130 亿美金。Mobile Experts 的预测与高通基本一致,2016年在智能手机增长萎靡(9%)的情况下,射频前端模块的增长率仍达到了17%,其中发展最快最关键的也正是滤波器模块。

移动终端射频器件市场规模(亿美金)

射频前端各个细分方向市场空间预测(十亿美金)

在未来,射频滤波器市场还将迎来更多增长。因为随着4G的成熟和5G的来临,手机支持的频段数量正在上升。在 2012 年全球 3G 标准协会 3GPP 提出的 LTE R11 版本中,蜂窝通讯系统需要支持的频段增加到 41 个。根据射频器件巨头 Skyworks 预测,到 2020 年, 5G 应用支持的频段数量将实现翻番,新增 50 个以上通信频段,全球 2G/3G/4G/5G 网络合计支持的频段将达到 91 个以上。对于一个频段而言,一般至少需要两个滤波器,因此手机频段数上升的直接结果就是手机中使用的射频滤波器数量直线上升。

电子元件领导制造商 TDK 在射频滤波器领域拥有顶尖技术,目前每天出货超过 2,500 万颗滤波器,数量仍不断增长中,涉及客户涵盖所有主要手机 OEM 厂商,包括首屈一指的智能手机业者。据相关机构分析, iPhone 7中TDK-EPC(爱普科斯(中国)投资有限公司·TDK集团成员,2017慕尼黑上海电子展展位:E5.5306)供应了2 颗滤波器组及一颗滤波器。同时,TDK-EPC的三线EMC滤波器,高性能电容电感电阻器件等也被众多国际知名厂商所采用。

TDK丰富的RF产品组合

同时,随着移动通讯趋向于高速率、大容量数据传输,智能手机等移动设备所使用的射频开关IC需要多端口支持和更高的射频性能。在这一点上,降低插入损耗是一个尤为重要的因素,因为它降低射频传输功率损耗,可支持移动设备具备更长的电池续航时间。东芝公司旗下半导体与存储产品公司(2017慕尼黑上海电子展展位:E4.4300)研发的新一代TarfSOI(东芝先进的射频绝缘体上硅(SOI))工艺—“TaRF8”针对射频开关应用进行了优化,实现了业界超低插入损耗(0.32db/2.7GHz)。采用新工艺制造的用于移动应用的传输射频开关ICSP12T,其搭载集成MIPI-RFFE控制器,适用于3GPP GSM、UMTS、W-CDMA、LTE和LTE-Advanced标准。

满足下一代移动网络需求,不止是射频器件那么简单!

除了射频器件本身的演进外,在整个通讯系统中的射频系统也随着新一代移动网络的演进在相应变化。纵观手机通信协议的发展,信道带宽不断变大,2G时代的200KHz,3G时代的5MHz, 4G时代的100MHz,到了5G时代甚至可能接近1GHz,持续增大的带宽推动着同构宏基站与小型基站拓扑向更小型的蜂窝基站的强大异构组合演进。

而蜂窝移动网络则演进了很多年,根据GSMA的市场研究统计,在2020年,全球采用蜂窝连网技术的设备数量将达1,000亿台。对于带宽和蜂窝无线灵敏度需求的不断增长,对蜂窝天线到远程无线电头端的射频信号的传输提出了越来越高的要求。与此同时,对连接器尺寸和重量的限制也愈发的严格起来。

连接器到现在已经被很多人所熟知,其中的射频连接器在市场中的占有量也是越来越多,主要用于射频同轴系统。互连产品巨头Molex(2017慕尼黑上海电子展,展位号:E6.6400)于近日推出的4.3-10 射频连接器系统和线缆组件,可满足下一代移动网络的需求。在低无源互调 (PIM) 下具有高性能的信号传输效果、100% 的数据可追溯性,与当前的接口相比扭矩更低。解决方案中包含的连接器与体积比 DIN 7/16 小 30%,重量轻 60%,线缆组件采用一体化的防风雨护罩,正在申请专利当中,理想用于室外的蜂窝点,是未来蜂窝通信微基站连接的不二之选。

Molex 4.3-10 射频连接器系统和线缆组件

互联汽车新时代,FAKRA射频连接器是关键!

射频技术除了在通讯行业的大量应用以外,随着信息技术的发展,车载通讯功能的不断加强,诸如GPS全球定位系统、卫星收音机、车载互联网接入、远程车辆诊断及蓝牙的需求,在汽车这个小而全的子系统里射频技术也扮演着举足轻重的角色。

由于汽车的运动性,提升汽车对讯号的接收质量依旧是射频技术研究的课题之一。在车内复杂的接收环境中,从车顶天线模块到车内中控台会需约60英尺同轴电缆,通常会在天线附近采用FAKRA连接器。FAKRA射频连接器是目前汽车广泛采用的部件,应用于导航系统、远程控制、车载电话、车载电视、音响设备、天线等功能,已经发展成汽车内射频连接的标准,该连接器外壳具有多种颜色,根据用途这些颜色业已标准化。

作为国际顶端无线射频和光纤通信技术制造商,罗森伯格(2017慕尼黑上海电子展,展位号:E6.6516)专注于射频连接已经超过 50年,是首家生产并制定连接器的行业标准,并将其应用在车载无线射频领域的公司。其FAKRA射频连接器在业内享有盛名,主要用于汽车娱乐音响系统、汽车导航仪、数字信息等,这些经过特别设计的射频连接器,在大众、奥迪等主流车型中均有他们的身影。

罗森博格FAKRA射频连接器广泛应用于汽车电子中

而全球连接器领域第一大厂TE Connectivity(2017慕尼黑上海电子展,展位号:E6.6502)同样可提供与FAKRA射频及USCAR标准完全兼容并据此设计的综合连接器系统。这些连接器系统遵循针对车载资讯及多媒体应用的FAKRA II和 FAKRA I标准,产品系列包括用于各种信息娱乐应用的射频线束组件,端子和护套等。