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高覆蓋/輕巧/低功耗 eFEM主攻通訊傳輸應用

Wi-Fi技術經過了20年的演進,為了提升其連線效率與傳輸速率,調變技術(Modulation)與無線串流數目(Spatial Steam)也有重大的改變,由於這些改變,讓整個Wi-Fi裝置的設計變得更加的複雜。舉例而言,在最新Wi-Fi 6的技術,頻率調變技術由原先的OFDM升級到ODFMA,調變也由256QAM提升到1024QAM,串流數目也從最早的1×1進階到2×2、3×3、4×4,甚至8×8,回到設計面,愈是高效率高傳輸速率的裝置也意謂著更複雜且高規格的設計,這些新的技術與變革也對前端射頻零組件帶來新的挑戰,例如更加線性的功率輸出、更低的EVM Floor、更高的效率,與更好的接收靈敏度等等。 砷化鎵Wi-Fi功率放大器優勢兼具 材料科學的突飛猛進也推進射頻零組件的進步,現今主流的獨立式Wi-Fi功率放大器製程為砷化鎵(GaAs)。由於砷化鎵有優秀高頻傳輸且具有高頻、抗輻射、耐高溫等特性,目前射頻功率放大器以砷化鎵IC所表現出的線性功率(Linearity)與使用效率(Efficiency)最為優秀,因此廣泛應用在主流的商用無線通訊設計,尤其Wi-Fi與行動通訊(3G/LTE)上,表1顯示了internal PA與external FEM的主要差異。 Power Added Efficiency(PAE)為評估無線功率放大器與設計無線傳輸系統時的一個關鍵參數,主要是針對放大器中直流電源(DC)供電能量轉換成交流(AC)射頻訊號放大的能量轉換效率。PAE不好的功率放大器,會將大部分的能量轉換為熱能,導致放大器本身的效率下降,進而影響整個通訊系統的傳輸品質。 PAE(%)的計算公式如下: 可參考Qorvo的Wi-Fi 6 2.4GHz FEM作為例子來計算PAE: 圖1 Wi-Fi前端模組示例 圖1為QPF4228在不同發射功率下所消耗的電流,其為Qorvo針對高通Wi-Fi 6企業級無線路由器平台開發的2.4GHz獨立式射頻前端模組晶片。根據技術規格書,QPF4228在3.3V供電,發射功率22dBm時的耗電流為200mA,QPF4228本身的增益為33dB,套上PAE的公式再經過一連串的單位轉換後所計算出來的結果為24%。 Power(RF_Out):QPF4228功放輸出為22dBm=158.5mW=0.1585W Power(DC):DC Input Power=200mA×3.3V=0.66W PAE(%)=100×(0.158/0.66)=24% eFEM實現穩定連線覆蓋為較佳解方 愈大的Wi-Fi訊號覆蓋範圍帶來更好的使用者體驗,若要有好的Wi-Fi覆蓋範圍,就必須有更大的發射功率與更高的接收靈敏度,然而這代表整個Wi-Fi系統所消耗的功率也會增加,而功率增加的結果也連帶迎來系統散熱設計上的挑戰。必須承認,iPA為Wi-Fi裝置的開發商帶來最直接的好處就是成本優勢,如果iPA就能滿足客戶的規格與設計,那麼External FEM就顯得有點多餘。如果今天客戶所設計的產品對於連線的覆蓋範圍、外觀(精緻小巧的機構設計,如Wi-Fi Extender或是Wall Plug)與整體耗電功率(如PoE)有所要求,那麼如何選擇一個高效且穩定的獨立式FEM就是設計者的重要課題。 (本文作者為Qorvo高級行銷經理)
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瑞薩擴展射頻波束成形產品陣容

瑞薩電子(Renesas)日前宣布推出兩組用於衛星通訊(Satcom)、雷達和相位陣列應用產品的全新IC家族,以擴展毫米波(mmWave)解決方案的產品陣容:F65xx發射用主動式波束成形IC和F692x低雜訊放大器(LNA)。此新型解決方案兼具低功耗、高增益和精巧尺寸,可為衛星通訊和雷達系統中所使用的天線提昇性能。 瑞薩電子RF通訊、工業與通訊業務部副總裁Naveen Yanduru表示,該公司客戶從機械式天線過渡到主動式電子掃描陣列天線(AESA)時,需要可靠、精巧又具成本效益的IC,這些IC具有較低的功耗和雜訊係數,以滿足其系統的EIRP(有效等向輻射功率)和G/T(地面站性能指數)要求。對於該公司全新IC家族將要實現的新興功能感到興奮,其中包括飛航中的即時視訊會議,無處不在的全球寬頻連線,以及自駕車與無人機的全天候雷達狀況認知(Situational Awareness)。 F65xx和F692x元件,可解決設計師從龐大的機械式移動掃描天線,過渡到重量更輕、外形更小巧的主動式電子掃描陣列天線(Active Electronically Scanned Array Antenna, AESA)時,所面臨的散熱和整合難題。這兩組全新家族,支援Ku、Ka和CDL頻段的衛星通訊、雷達和點對點的通訊應用產品。 新一代8通道F6521(Ku)、F6522(Ka)和F6513(CDL)Tx主動式波束成形IC,以小巧的外形,提供良好的性能,可滿足平面相位陣列天線的嚴格整合要求。這些IC運用在操作於Ku和Ka頻段中的地球低∕中軌道(Low/Medium Earth Orbit, LEO),和地球同步軌道(Geosynchronous Earth Orbit, GEO)衛星網路上的地面衛星通訊終端,也能同時滿足EIRP和散熱的要求。
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