电子爱好者网报道(文/李宁远)无论是在消费电子、工业自动化领域，还是汽车驾驶领域，现在毫米波的应用越来越多，实现了更加智能的感知通信体验。通常，毫米波模块安装在由收发器、天线、电源管理电路、存储器和接口外设组成的印刷电路板上。
其中，毫米波天线在毫米波组件中占有重要地位。毫米波的波长比低频波短得多，天线大小与电磁波的波长成正比。所以毫米波天线的尺寸比低频天线小很多，所以波束宽度小很多，能量也更集中。
虽然客观上毫米波雷达天线尺寸更小，但是不同的天线技术会直接影响板上天线的损耗和效率，尤其是损耗。毫米波本身的路径损耗会比低频波大。可以说毫米波天线集成技术是实现毫米波高分辨率数据流、移动分布式计算等应用场景的关键技术。
毫米波天线阵的实现
目前毫米波天线集成可分为——AoC和AiP两大类。AoC天线直接将辐射单元集成到射频芯片栈的后端。这种集成模式可以在只有几平方毫米大小的单个模块上实现，无需任何射频互连和射频与基带功能的相互集成。AiP基于封装材料和工艺，将天线和芯片集成到封装中，实现系统级无线功能。
AoC技术需要先进的后处理步骤或封装技术来降低严重的介电损耗。在目前的技术条件下，这种集成方式的竞争力目前似乎不在毫米波频段，这种天线集成技术的成本和性能比更适合比毫米波带宽更高、载频更高的频段。
AiP技术可以说是5G毫米波频段最适合毫米波终端天线的方案。AiP技术可以兼顾天线性能、成本和体积，比传统的天线和射频模块的分散设计更符合硅基半导体技术集成度越来越高的趋势。AiP天线集成技术进一步将各类通信元器件，如发射收发机、电源管理芯片、射频前端等元器件与天线集成在一起，达到减小厚度和PCB面积的目的。目前，大多数60GHz无线通信和雷达芯片采用AiP技术。
AiP技术辅助毫米波雷达对于垂直行业的价值已经被各行业广泛认可，而AiP天线技术无疑在其中扮演着重要角色。采用AiP天线技术，布局空间的节省大大减小了模块的整体尺寸，缩短了器件到天线的布线距离也有利于降低功耗。另一方面，我们知道PCB上的天线需要使用高频基板材料，AiP天线技术可以减少天线美国对高频基板材料的需求。比如TI s AiP技术利用倒装芯片封装技术将天线直接集成到无塑封基板上，防止天线穿过塑封材料时的损耗降低效率，造成杂散辐射。
然而，AiP在雷达探测中的应用并非没有缺点。服用TI s 6843为例，其AiP方案的性能与普通方案完全相同，差异仅由天线差异引入。可以清楚的看到，由于采用小天线，雷达的增益降低，导致探测功率下降，这也是AiP毫米波雷达一般只用于近场感应的原因。另一个缺点是空间角度分辨能力减弱，对于复杂的静态场景不能很好的构建空间模型。
在各种需要传感器近场感知环境的场景中，可以说毫米波雷达有着广泛的应用，而AiP天线技术对毫米波雷达帮助很大
加特兰德毫米波雷达芯片Alps、Alps-Mini、Rhine、Rhine-Mini均采用AiP技术，在天线性能上具有较高的设计冗余，包括高阻抗带宽冗余和增益冗余。拿下加特兰德以4发4收的s AiP毫米波雷达芯片为例，在超近程模式下，对10 m2 RCS的目标探测距离为45米，视场角为90，支持4D探测。近程模式下，对于相同RCS的目标，探测距离为80米，视场角为90，利用内部移相器支持俯仰方向模拟发射机波束形成。
上海希杰威还推出了AIP全集成毫米波雷达芯片SRK1103M，这是一款面向汽车和物联网应用的24GHz毫米波雷达产品。SRK1103M在10mm*12mm*1.34mm的小尺寸中与1T1R完全集成，板上无需毫米波布线，增强了雷达与其他系统模块的匹配性。
最近，凌影推出了基于AiP技术的60GHz多普勒雷达运动传感器BGT60LTR11AiP，用于物联网的短距离定位应用。3.3 mm*6.7mm*0.56mm的小尺寸1T1R完全集成，拥有80半功率波束宽度(HPBW)，最远可探测7m的距离。该器件可通过可调占空比实现小于2mW的功耗。
AiP技术辅助的毫米波通信在通信方面也是有效的。目前，AiP技术的发展主要集中在高通、海思等芯片设计公司，TSMC、三星等半导体集成电路制造公司，太阳月亮、硅等封装测试厂商。
5G毫米波的特性驱动天线在尺寸上不断缩小，但在单个封装中集成不同组件时仍然存在散热等诸多问题。高通 QTM毫米波模块方案采用AiP天线技术解决这些问题，支持多达64个双极化天线单元，实现更大范围的最佳毫米波覆盖。这种完全集成的系统级解决方案集成了最新的毫米波技术，如用于双向通信的波束形成、波束控制和波束跟踪技术，在5G毫米波通信的集成天线封装模块中处于领先地位。
射频元件制造商如Skyworks和Qorvo，封装和测试代工厂如Sunmoon和Amko等。都选择AiP技术作为切入5G通信市场的研发方向。Qorvo基于OTM设计开发并升级了AiP模块。整个AiP设计更小，成本更低。同时，整个AIP的发射功率不变，但DC功耗变小，天线设计更简单。5G毫米波模块的升级也带动了天线封装AiP技术的不断发展。
天线集成的基本原理是将相控阵所需的所有元件集成到一个芯片上，这是硅基毫米波天线系统的优势。今天，毫米波的应用大放异彩。AiP技术优化了毫米波的性能，赋予毫米波充分的设计灵活性，将毫米波推向更多的应用领域。
审计彭静
标签：天线技术AiP