5G移动通信研发的重点，封装天线在毫米波应用中面临的挑战有多大？

毫米波天线是终端产品伸向用户的一个最直接的触角，很大程度上影响最终产品的体验。封装天线（Aip）早期与蓝牙无线技术一起发芽，中期与60GHz无线技术及毫米波雷达一起成长，如今又对传统的通信提出了更高标准的技术挑战，已成为国际上5G移动通信研发的重点。

近日，我爱方案网受邀参加2019中国（深圳）集成电路峰会。在本次峰会的分论坛之一——第十七届中国通信集成电路技术应用研讨会上，日月光集团研发技术经理何承谕对封装天线的变化趋势、在毫米波无线通讯上面临的挑战以及应对策略做了深入的分析。

Wifi、5G通讯和车用雷达都将往毫米波方向布局

Wifi、5G通讯和车用雷达，慢慢都会往毫米波方向布局。预计2020年到2030年期间，将会有很多毫米波相关的产品涌现出来。

从整个通讯平台来看，目前4G使用的一个通讯平台，比如Wifi、4G流量，大概使用的频段在3G频段左右，本身的带宽也不够宽，而5G的带宽会非常快，所以传输的流量会非常宽。另外，一旦有更多需求量，毫米波将会是被优先选择的方向。

在天线的设计里，元件的尺寸大小与波长有关系。并且频率越高，波长越小。从通讯平台来看，3GHz20赫兹以上的通讯属于毫米波。Wifi、4G流量，大概使用的频段在3G频段左右，相当用度，本身的带宽也不够宽，5G的带宽会非常快，所以传输的流量会非常宽。毫米波大概从通讯平台来看，毫米波大概是在3GHz20赫兹以上。目前4G流量是3GHz，Wifi会用到60GHz，另外车用雷达会用到7779GHz。

拿车用雷达来说，其实要实现应用有很多种方式，现在市场上更多的是做成7779GHz的。车用雷达有前面的ACC防装雷达或者倒车雷达，雷达分为长距离、中距离、短距离，考虑到封装的尺寸，天线不能太多，才可以实现短距离雷达。短距离雷达可以增测精准度，编制物体精准度要更高。

5G毫米波到来，对封装天线的设计提出哪些新的要求？

天线最开始的时候只是一根线，后来演进成嵌在板上的了，像是2G、3G、4G、5G手机的天线都设计在板上。以前的天线尺寸大概是3-8mm，这么大的尺寸可以设计到毫米波板上。当频率是28GHz时，天线尺寸差不多是2.4mm，当频率是60GHz的时候，天线尺寸为1.2mm。此时的天线就可以重新封装上。4G手机的天线会比较熟悉平行传输信号，但是我们在封装天线的时候，由于频率越高流失越高，信号以一种形式在下方走最短的路径。这对于封装体来说，是一个很大的变化和挑战。

目前市场上的应用来看，2018年就出现了可以嵌在手机的很小的天线模组。在手机的天线毫米波的应用中，一个天线中大概2-3个毫米波，根据天线的指向性，在2.3GHz的时候，天线是覆盖的方式，但是处于毫米波的时候，由于Gen太高，需要通过很多天线的方式达到覆盖的范围，所以大概需要有2-3个天线。

封装面临的问题在于怎么设计天线？何承谕说，“如果是2.4GHz的Gen的天线，设计的时候在板子上，天线怎么走是在板子上？基本上镜片不会用短距离做耦合。当天线进来的时候就在上房，这里会产生很多微妙的地方，设计天线的时候，天线下面是很干净的区域，如果是金属层就是干净的，不会有很多复杂的东西，如果收集到这里，镜片就在下面，因为镜片要走出很多的线路，不管是控制信号的线等等，为了让天线的特性好必须有一个完整的金属层。”

何承谕认为，要做好天线需要满足以下几大要求：

第一，做到宽屏的天线。以Wifi来讲就是97-166，当金属板到AY有24的屏宽，5G的通讯平台需要5GHz，这属于非常宽屏的天线设计；
第二，空气中传播的速度。在空气中传播的时候，2.4GHz电子波在低频传输非常低，但是高频传输是非常大的，当在空气中使用的时候，Gen一定要过高；
第三，镜片做的信号经过所有的线路走到天线端的时候，这段Loss是多少，GHz  Loss很少考虑这一些，但是毫米波的差别就是几个mm，要让线路的路径走得越短越好。不然线路打出这么大的Power，封装的时候Power下降，那会产生很大的工作量；
第四，材料特性。由于天线要做到基板里，所以电子波全部流动或者传递，那基板的材料特性就变得非常重要。

封装的应用领域都不一样，对于5G来讲，5G通讯的线路应用的频段比较多，另外要做到波速切换。当波速做不同的切换到不同的角度V会会非常复杂，镜片复杂之后用很多线去走出来，所以用到的层数会比较多。5G通讯用到的天线属于正列天线，当天线走到正列天线会用到AFC或者CFB，如果只有单一电线什么情况？短距离的车用雷达的时候，大概只用一根天线，天线数量不用做那么复杂，设计整个电路架构设计来讲，相对于5G来讲会比较简单，因为车用雷达不会做到太多。所以层数比较低。做车用雷达的尽量走最短的路径，所以层数不能太高。总的来说，天线做到封装要看应用、使用频段和应用的范围，会有不同的封装架构去选择。

结语

当天线做到封装里面的时候，它对于天线的设计能力或者封装架构来说，都有很大的差异和挑战，材料的特意性以及差距也会有很大的变化，量测部分也面临着挑战，产品做到量产阶段挑战会更大。