Sa pinabilis na komersyal na deployment ng 5G-Advanced at patuloy na pag-unlad sa 6G pre-research, ang mga mobile communication system ay mabilis na umuunlad patungo sa mas mataas na frequency band, mas malawak na bandwidth, mas mataas na integration at mas mababang power consumption. Bilang pangunahing link ng mga wireless na sistema ng komunikasyon, ang pinakamataas na limitasyon sa pagganap ng mga frontend ng RF ay direktang tinutukoy ang kapasidad ng saklaw, bilis ng paghahatid at kahusayan ng enerhiya ng mga network.

Mula sa pananaw ng co-design sa pagitan ng mga aktibong power device at passive high-frequency na bahagi, sinusuri ng papel na ito ang kasalukuyang mga hamon ng broadbandization, mataas na kahusayan at miniaturization na kinakaharap ng mga RF frontend, na pinagsasama ang pinagsamang ebolusyon ng third-generation semiconductor power na mga MMIC at ang kritikal na papel ng high-Q multilayer ceramic capacitors sa RF matching at filtering network. Tinatalakay din ng papel na ito ang halaga ng engineering ng collaborative optimization sa antas ng device para sa pagpapabuti ng pangkalahatang pagganap ng mga RF system, at inaasam ang trend ng pagpapaunlad ng teknolohiya ng mga RF device sa panahon ng 6G.

Mula sa malakihang pag-deploy ng mga 5G macro base station, hanggang sa pagpapatupad ng 10 Gbps downlink capability sa 5G-A, at sa tinukoy na teknikal na direksyon ng 6G gaya ng terahertz at intelligent reflecting surface, bawat henerasyon ng mobile communication iteration ay nagpapataw ng mas mahigpit na mga kinakailangan sa performance sa RF frontends. Sa kasalukuyan, ang industriya ay nahaharap sa tatlong pangunahing hamon:

Ang una ay ang hamon sa broadbandization. Ang pangangailangan para sa cross-band carrier aggregation sa 5G-A at full-band coverage na mas mababa sa 10 GHz sa 6G ay nangangailangan ng RF power amplifier na nagtatampok ng malawak na instant bandwidth. Ang kahirapan sa disenyo ng pagtutugma ng mga network na may tradisyonal na mga discrete na device ay tumaas nang malaki, at ang mga katangian ng frequency response ng mga passive na device ay direktang naghihigpit sa limitasyon ng bandwidth ng mga system.

Ang pangalawa ay ang hamon sa kahusayan ng enerhiya. Sa ilalim ng layuning "dual carbon", ang kahusayan ng enerhiya ng base station ay naging pangunahing tagapagpahiwatig ng pagtatasa para sa mga operator. Ang pag-optimize ng mga arkitektura ng Doherty at mga teknolohiyang digital predistortion ay unti-unting lumapit sa teoretikal na bottleneck. Ang karagdagang pagpapabuti ng kahusayan sa enerhiya ay dapat na umabot sa bahagi ng aparato, na may sabay-sabay na pagsisikap mula sa parehong proseso ng pag-ulit ng mga aktibong chip at ang pagkawala ng pag-optimize ng mga passive na aparato.

Ang pangatlo ay ang miniaturization challenge. Habang ang bilang ng mga Massive MIMO channel ay nag-upgrade mula 64 hanggang 128, ang panloob na espasyo ng mga aktibong antenna unit (AAU) ay patuloy na lumiliit. Ang pagsasama ng device, pag-mount sa ibabaw at miniaturization ay naging hindi maiiwasang mga uso, na naglalagay ng mas mataas na mga kinakailangan para sa pagiging maaasahan ng package, pagkakapare-pareho at automated assembly compatibility ng mga device.

Sa kontekstong ito, hindi na matutugunan ng pag-upgrade ng performance ng isang device ang mga pangangailangan sa antas ng system. Ang magkasanib na disenyo at magkasanib na pagpili ng mga aktibong power device at passive na high-frequency na device ay naging isang mahalagang landas upang masira ang pagganap ng mga RF frontend.

Bilang pangunahing aktibong device ng RF frontend, ang teknikal na ruta ng mga power amplifier ay mabilis na lumilipat mula sa mga discrete transistor solution patungo sa ganap na pinagsama-samang mga solusyon sa MMIC. Ang mga third-generation na semiconductor power device na kinakatawan ng LDMOS at GaN na mga proseso ay hindi lamang patuloy na pinapabuti ang breakdown voltage at output power, kundi pati na rin ang malalim na pagsulong ng architectural integration.

Kunin ang tatlong yugto na ganap na pinagsama-samang Doherty MMIC para sa 3.3–3.8 GHz 5G band bilang isang halimbawa. Ang mga tradisyunal na discrete na solusyon sa Doherty ay nangangailangan ng mga external na power splitter, combiners, maraming set ng magkatugmang network at bias circuits, na nagreresulta sa malaking bilang ng mga bahagi ng BOM, malaking PCB footprint, at mahirap na assembly consistency control, na direktang nakakaapekto sa yield at performance stability sa mass production. Sa kabaligtaran, isinasama ng ganap na pinagsama-samang Doherty MMIC ang mga carrier transistors, peaking transistors, input power splitter, output combiners at on-chip pre-matching network lahat sa isang chip, na nakakamit ng 50 Ω input impedance at standardized output impedance, na lubos na nakakabawas sa kahirapan ng panlabas na pagtutugma ng disenyo.

Ang pangunahing halaga ng naturang pinagsama-samang mga aparato ay namamalagi hindi lamang sa pagbawas ng laki, kundi pati na rin sa pagganap na replicability. Ang mga on-chip integrated matching network ay tiyak na na-calibrate ng manufacturer, na may mas mahusay na inter-channel consistency kaysa sa mga solusyon na binuo gamit ang mga discrete device. Samantala, sinusuportahan nila ang independiyenteng kontrol ng bias para sa mga carrier at peaking path, na nagbibigay-daan sa flexible adjustment ng balanse sa pagitan ng kahusayan at linearity para sa iba't ibang sitwasyon ng application, perpektong umaangkop sa sari-saring pangangailangan ng 5G macro stations, micro stations at Massive MIMO active antennas.

Sa mga RF frontend system, ang mga passive na device ay madalas na napapansin, ngunit ang pagganap ng mga impedance matching network, bypass filter circuits at coupling/DC blocking circuits sa huli ay tumutukoy sa aktwal na kahusayan, linearity at operational stability ng power amplifier system. Kabilang sa mga ito, ang RF multilayer ceramic capacitors (MLCC), bilang isa sa mga pinaka-tinatanggap na ginagamit na mga passive device, ay may kanilang Q factor, katumbas na series resistance (ESR), katumbas na series inductance (ESL) at capacitance accuracy direktang nakakaapekto sa insertion loss at parameter consistency ng pagtutugma ng mga network.

Ang pagkuha ng 100B series high-Q RF ceramic capacitors bilang isang halimbawa, sila ay gumagamit ng porcelain dielectric na materyal na may P90 temperature coefficient, na sinamahan ng siksik na ceramic sintering na proseso at mababang parasitic inductance structure na disenyo. Makakamit nila ang mas mataas na Q factor at mas mababang pagkawala ng insertion sa mga high frequency band kaysa sa mga ordinaryong MLCC. Sa pagtutugma ng mga network ng mga high-power RF power amplifier, maaari nilang epektibong bawasan ang pagbuo ng init at pagkawala ng kahusayan na dulot ng passive loss, at pagbutihin ang pangkalahatang kahusayan ng drain ng mga power amplifier.

Para sa mga sitwasyong may iba't ibang mga kinakailangan sa katumpakan, ang mga high-Q RF capacitor ay bumubuo ng isang kumpletong tolerance gradient: ang mga device na may ±1% accuracy grade ay angkop para sa precision matching network at mga senaryo na may mataas na linearity na kinakailangan, na tinitiyak ang pare-parehong parameter sa pagitan ng mga channel sa mass production at binabawasan ang mga gastos sa pag-calibrate at pag-debug; mga device na may ±2% at ±5% tolerance grades na balanse sa pagganap at gastos ayon sa pagkakasunod-sunod, na umaangkop sa iba't ibang grado ng pang-industriya at civil RF equipment. Samantala, ang mataas na boltahe ay makatiis ng mga rating na 500 V at mas mataas ay maaaring ganap na umangkop sa mga high-voltage bias circuit ng mga high-power power amplifier. Kasama ng tin-lead na high-reliability termination technology, matutugunan nila ang mga kinakailangan sa pagpapatakbo ng malawak na temperatura mula -55°C hanggang +175°C, at umaangkop sa mga malupit na kapaligiran ng aplikasyon gaya ng mga base station, radar at aerospace.

Sa praktikal na disenyo ng engineering, ang pagpili ng mga aktibong power device at passive device ay hindi isinasagawa nang nakapag-iisa. Ang pagtutulungan ng pagtutugma ng dalawa ay ang susi sa pagkamit ng pinakamainam na pagganap ng system.

Una ay ang collaborative na disenyo ng impedance matching. Ang mga katangian ng impedance ng output ng mga power MMIC ay tumutukoy sa topology at mga parameter ng bahagi ng pagtutugma ng mga network. Ang mga parameter ng ESR at ESL ng mga high-Q capacitor ay kailangang isama sa pangkalahatang modelo ng pagtutugma ng simulation, sa halip na gumamit lamang ng mga perpektong modelo ng kapasitor. Ang pinagsamang simulation gamit ang mga high-Q na passive device na may mga sinusukat na modelo ay maaaring lubos na mapabuti ang pagkakapare-pareho sa pagitan ng mga resulta ng simulation at aktwal na mga pagsubok, bawasan ang mga pag-uulit ng disenyo at paikliin ang mga cycle ng R&D ng produkto.

Pangalawa ay ang magkatuwang na kontrol ng pagpaparaya at pagkakapare-pareho. Ang mga pinagsamang power MMIC ay may mataas na pare-parehong parameter. Kung ang tolerance ng pagtutugma ng mga capacitor ay masyadong malaki, ito ang magiging pangunahing pinagmumulan ng pagbabagu-bago ng pagganap ng buong link. Sa high-precision na disenyo ng RF channel, ang paggamit ng ±1% tolerance high-Q capacitors na ipinares sa integrated MMICs ay maaaring makontrol ang inter-channel gain fluctuation sa loob ng napakaliit na hanay, na lubos na nakakabawas sa calibration workload ng Massive MIMO multi-channel system.

Pangatlo ay ang collaborative na pagtutugma ng pagiging maaasahan. Sa high-power RF scenario, ang junction temperature ng power transistor ay isinasagawa sa mga nakapalibot na passive device sa pamamagitan ng mga PCB, habang ang high-voltage bias circuits ay nagdudulot ng pangmatagalang boltahe ng stress sa mga capacitor. Ang pagpili ng mga RF capacitor na may malawak na hanay ng temperatura, mataas na boltahe na makatiis at mataas na maaasahang pagwawakas ay maaaring tumugma sa pagiging maaasahan ng grado ng mga power device, maiwasan ang mga passive device na maging maikling board ng system lifespan, at matiyak ang katatagan ng kagamitan sa pangmatagalang serbisyo.

Para sa panahon ng 6G, bubuo ang mga frontend ng RF patungo sa mas matataas na frequency band, mas mataas na pagsasama at mas mataas na katalinuhan, at ang teknolohiya ng device ay maghahatid din sa isang bagong yugto ng pagbabago.

Sa antas ng proseso ng device, ang mga proseso tulad ng GaN-on-SiC at GaN-on-Diamond ay patuloy na umuulit, na higit na magpapahusay sa densidad ng kuryente at kapasidad sa pag-alis ng init upang suportahan ang power output sa terahertz band. Sa bahagi ng passive device, ang mga dielectric na materyales at mga structural na disenyo na may mas mataas na Q factor at mas mababang mga parameter ng parasitiko ang magiging focus ng R&D upang matugunan ang mababang-loss na demand ng millimeter-wave at terahertz bands.

Sa antas ng integration form, ang hangganan sa pagitan ng aktibo at passive na mga bahagi ay lalong lalabo. Ang radio frequency system-in-package (SiP) batay sa heterogenous integration at 3D packaging technology ay magiging mainstream, pagsasama-sama ng mga power amplifier, low-noise amplifier, filter, pagtutugma ng mga capacitor at passive network sa isang solong pakete upang maisakatuparan ang miniaturization at standardization ng RF frontends.

Sa antas ng dimensyon ng application, ang mga pangunahing teknolohiyang 6G tulad ng mga reconfigurable na RF frontend at intelligent reflecting surface ay maglalagay ng mga bagong kinakailangan para sa tunability at bilis ng pagtugon ng mga device. Ang kumbinasyon ng mga tunable high-Q passive device at broadband reconfigurable power device ay magiging isang mahalagang direksyon para sa hinaharap na teknikal na paggalugad.

Ang teknolohiyang RF at microwave ay ang pinagbabatayan ng suporta ng industriya ng wireless na komunikasyon. Ang bawat hakbang sa mga henerasyon ng komunikasyon ay hindi mapaghihiwalay mula sa mga teknolohikal na tagumpay at inobasyon ng inhinyero ng mga RF device. Sa kritikal na panahon ng pagpapalalim ng komersyal na deployment ng 5G-A at pagpapabilis ng pre-research ng 6G, ang paglampas sa limitasyon sa pagganap ng mga solong device at pagsulong ng co-design at pinagsamang pag-optimize ng mga aktibong power device at high-Q na passive na device mula sa pananaw ng system ay isang epektibong landas upang malagpasan ang bottleneck ng pagganap ng mga frontend ng RF at mapahusay ang pangkalahatang competitiveness ng industriya. Inaasahan din namin ang malalim na pagpapalitan ng mga kasamahan sa industriya sa R&D ng device, disenyo ng circuit, application ng system at iba pang aspeto, upang magkatuwang na isulong ang patuloy na pag-unlad ng teknolohiya ng RF at microwave at maglatag ng matatag na pundasyon ng hardware para sa mga susunod na henerasyong teknolohiya ng mobile na komunikasyon.