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移動通信類電子元器件的發展研究進展

來源:原創論文網 添加時間:2018-11-12

摘要

  移動通信的發展與應用是當前全世界發展關注的焦點。其中, 在日本的PDC/PHS、在歐洲的DECT/GSM、在美國的CDMA與各類TDMA等移動通信系統都是現階段持續發展的重要內容, 這符合知識經濟時代發展要求。通過了解當前移動通信設施發展特點可知, 只有保障電子元器件全面革新, 才能保障行業穩步運行。下面主要對移動通信用電子元器件的技術發展趨勢及具體動向進行深層探索。

移動通信類電子元器件的發展研究進展

  1、電子元器件的重要性

  電子元器件產業現已成為電子信息產業發展的重要內容。其包含了兩方面內容, 一方面是電子元件, 另一方面是器件。以器件中的分立器件為例, 其可以分為二極管、三極管及晶體管等, 而器件中的集成電路也包含模擬電路、微處理器及邏輯集成電路存儲器等。電子元器件產業作為電子信息產業的基礎力量, 更是新時代發展革新的重點。中國電子元器件的發展過程是從淺到深、從少到多, 直到累積一定程度, 才獲取優異成績。二十世紀五十年代中后期, 華北無線電器材聯合廠是我國真正意義上第一家綜合元件廠。一直到二十世紀九十年代, 我國通信事業得到了全面革新, 計算機、互聯網、汽車電子及消費類電子等產業的發展速度越來越快, 此時再受國際制造業開始向中國轉移的影響, 促使我國電子元器件行業收獲頗多。據統計, 當前我國電子元器件行業總產值大約占據電子信息產業的百分之二十, 電子元器件產業也成為引導我國電子信息產業持續發展的基礎內容。

  在二十世紀出現的電子元器件工業, 對整個世界和人們的工作、生活方式產生了新的變化。從一定意義上講, 電子元器件的發展過程就是電子工業的發展過程。二十世紀初期, 李·德弗雷斯特提出了真空三極管, 用來擴大電話的聲音電流。在這之后, 人們更加渴望出現新的固體器件, 用來取代傳統意義上的放大器和電子開關。二十世紀四十年代末期, 點接觸型鍺晶體管的出現, 促使電子器件的發展歷史打開了新的篇章。但在實踐應用中發現, 這種新提出的點接觸型鍺晶體管在構成中存在接觸點不平穩的問題。在點接觸型鍺晶體管提出后不久, 結型晶體管論也出現在市場中。隨著新時代的到來, 如腐蝕和光刻、晶體外誕生長及缺陷控制材料等技術的出現, 促使市場中涌現出一大批性能良好的電子元器件, 此時電子元器件才從真空管時代進入到晶體管時代和大范圍、超大規模集成的電路時代。

  因為社會經濟發展提出的需求越來越多, 促使電子裝置變得更加繁瑣, 此時就需要電子裝置展現出有效性、快捷性及質量輕、功率小、成本低等優勢。受二十世紀五十年代集成電路理念的影響, 在整合新時代發展提出的新型材料、器件技術等內容后, 我國在二十世紀九十年代研究出了第一代集成電路。通過了解歷史發展可知, 在半導體發展過程中, 集成電路占據重要地位, 其加速了銅芯技術和計算機的發展步伐, 對科學研究的各個區域和工業社會結構而言也有積極作用。相信在這些技術的幫助與引導下, 我國將會研發出性能更高、價格更便宜的集成電路[1]。

  2、趨勢分析

  具體內容主要分為以下幾點:其一, 高頻化。通過了解實踐案例可知, 便攜式電話將從傳統意義上的800兆赫轉變為1.5赫茲、1.9赫茲, 這突顯了移動通信發展的高頻化。下一代國際移動電話系統IMT-2000, 第三代移動通信系統將轉變為2赫茲, 具體信息處理量也會得到優化。在這一背景下, 設計人員對元器件的高頻應用性也提出了相同要求。以濾波器器件為例, 設計人員不但要保障應用的高頻性, 而且要注重展現出寬帶化。電容器等類型的通用元件, 為了預防高頻應用帶來的影響, 可以通過引用無引線的表面貼裝元件、多層陶瓷技術等在高頻化的移動通信設施中操作[2];其二, 低功耗化。便攜式電話的通話時長與電池容量、內部元器件的功耗有直接關系。因此, 為了增加手機電池的應用時間, 要控制元器件的功耗。以濾波器為例, 設計人員要保障插損小, 且對有源器件提出小的電流消耗[3];其三, 小型與輕量化。為了展現設施的小型與輕量化, 設計人員在射頻部位要引用LSI、MMIC化的高集成技術, 且保障引用的外貼分立元器件符合表面貼裝需求。另外, 具體尺寸會逐漸減少。以用量較多的MLCC元件為例, 從傳統意義上的1005型, 現已轉變為更加便捷、靈巧的0603型;其四, 數字化。通過對比模擬研究可知, 數字化對信道寬帶化和濾波器的相關特點有非常高的要求。因此, 為了確保最終設計滿足數字化發展要求, 設計人員可以在控制內外噪音影響的基礎上, 選擇引用不同類型的片式EMC元件。其中, 以小型化片式高阻抗鐵氧體珠式EMC元件為例, 它就是現階段設計人員最常引用的一種;其五, 復合化。隨著社會經濟的不斷發展, 科技技術的全面革新, 人們對移動電話的要求越來越高, 此時為了確保便攜式電話可以在不同區域應用, 設計人員要提出符合機內多系統引用的復合化的小型元器件, 這也是未來移動通信行業持續運行的重要課題[4];其六, 全球化。為了保障研究工作符合環境發展需求, 國際上提出了“IS01400”標準, 主要用來約束制作電子元器件材料和后期廢棄處理工作, 確保具體設計不會影響生態環境的平衡性。由此可知, 在新時代發展背景下, 有關元器件的開發設計和制造都要以此為前提進行規劃和操作。

  3、動向研究

  3.1、隔離器

  不管是CDMA (碼分多址) 還是TDMA (時分多址) , 這兩種方式都需要保障應用的發射功率放大器具擁有優質的線性特性。但因為這種線性特性會受放大器輸出端負載變化的制約, 所以一般情況下會依據安裝隔離器來優化實踐工作效率和質量。需要注意的是, 這種隔離器需要具備低損耗、外形靈巧及隔離性高等優勢, 此時設計人員通常會選擇磁損耗△H低的鐵氧體材料來研發。通過整合實踐案例研究分析可知, 以CE052系列和CE073系列為例, 前者比后者的厚度更薄, 降低了0.5毫米。其中, 具體應用性能主要分為以下幾點:其一, 常溫消耗低于0.6dB;其二, 隔離性能高于14Db[5]。

  3.2、介質濾波器

  這種產品在應用中具備耗能低、溫度性能高及外觀簡潔、大方等優勢。通過整合研究分析可知, 濾波器可以用在RF部分。其中, 介質濾波器是通過引用介質諧振器在多級耦合后, 獲取的濾波器特點, 結合具體耦合情況明確通帶域, 通常情況下在便攜式電話中會用到二級到三級濾波器。例如, 日本村田制作中產生的類型主要分為兩方面, 一方面是應用設計自由水平高的分立諧振器結構, 另一方面是應用包含所有元件形成的獨塊結構。對比兩者的應用效果可知, 除了體積小、構成單一外, 前者展現出的性能、有效性及成本支出都要比后者好。

  3.3、SAW濾波器

  這種產品在實踐引用中具備外觀靈巧、高衰減等特點, 可以大量引用在便攜式電話的RF濾波器與IF濾波器中。以RF中的SAW濾波器為例, 美國PCS在設計引用過程中, 會設計1900兆赫頻帶, 可以維持60兆赫收發帶寬, 信道間隔為20兆赫, 整體較窄。在這一背景下, 依據選擇帶域減半的方法, 提升濾波器的選擇水平。美國PCS的復合型SAW濾波器, 是在鉭酸鋰基板上構建半個中心頻率頻帶的諧振子型濾波器, 這一器件要放在尺寸為3.8毫米×3.8毫米×1.5毫米的陶瓷密封容器中, 并放兩個SAW濾波器。需要注意的是, 產品的插損要低于3.8dB, 衰減量要大于28Db[6]。如圖1所示, 展現了IF SAW濾波器。

圖1 IF SAW濾波器
圖1 IF SAW濾波器

  3.4、VCO與PLL模塊

  其中, VCO模塊屬于移動通信設施中獲取頻率源的重要內容。通過了解實踐案例可知, 在片式元件小型化與高密度組裝技術全面革新的背景下, 產品的體積越來越小。例如, MQE900與MQH兩種系列的VCO模塊產品, 兩者尺寸是6mm×7.7mm×2mm與6mm×5mm×2mm。其中, 后者要比前者的體積減少百分之四十。另外, MQE900的振蕩頻率控制在500到2000兆赫, 而MQH的震蕩頻率控制在700到2400兆赫。

  將VCO和小型PLLIC整合在一起, 有助于構建小型低功率的。當前, 日本村田制造提出的雙列PLLIC構成新產品, 可以幫助移動通信設施持續革新, 進而獲取更加小巧的產品零件。這種形式可以用在低壓狀態下, 消耗電流會小于5mA。除此之外, 移動通信行業也會引用的模塊還有RF-AMF等。

  3.5、雙工器

  通過整合實踐發展案例可知, 大部分雙工器以四分之一波長的TEM方式來引用介質諧振器。另外, 因為Q值與截面積相關, 所以諧振器越小, 截面積就越小, 相應的Q值也會隨之降低。在這一背景下, 設計人員會選擇引用大量的諧振器進行操作。以日本村田制造的一體化介質濾波器新產品, 也叫做MB系列, 其在應用中最大的特點就是獨塊結構, 有助于控制焊接數量, 進而展現出小型化與高性能的特點,F階段, 這一產品主要用在美國PCS產品中, 具體外形尺寸由28mm×8.5mm×5mm, 而展現出的性能具體分為以下幾點:其一, 發射側的插損低于3.5dB;其二, 衰減量大于35dB;其三, 接受側的插損低于4.4dB;其四, 衰減量大于45Db[4]。

  3.6、其他

  具體分為以下幾點:其一, 片式介質天線。這種產品的制作方法與單片介質濾波器的制作方法相似, 主要適用于內藏與表面組裝, 其具備的性能特點和鞭狀天線類似, 不同的是其可以解決傳統意義上天線從設施撞斷接拔突出外界的難題, 屬于新時代發展背景下提出的新型產品;其二, 片式MLCC。通過整合研究發現, 其實移動通信設施中最常的元件。當前, 最小尺寸是在0.6mm×0.3mm×0.3mm, 與傳統意義上的最小電容器1005型相比, 技術得到了有效革新[7]。

  4、結束語

  綜上所述, 在移動通信技術全面發展的背景下, 產品更新的速度越來越快, 這對電子元器件而言將會提出更高要求, 因此, 為了保障電子元器件的設計符合移動通信行業的發展需求, 研究人員要深層探索, 持續革新, 注重優化電子元器件的性能和外觀, 進而保障設施的構成更加便捷和輕巧。

  參考文獻
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  [3]曾宥銘.移動通信信息技術應用及其發展[J].電子技術與軟件工程, 2017 (6) :36-36.
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  [5]林川.5G移動通信發展趨勢與若干關鍵技術[J].電子技術與軟件工程, 2018 (3) :40-40.
  [6]闞國錦, 林文斌, 鄒德友, 等.多移動通信模式下的雙頻介質諧振器天線設計[J].電子元件與材料, 2017, 36 (8) :84-87.
  [7]佚名.Marvell針對IoT、可穿戴及汽車天線應用的NFC控制器[J].世界電子元器件, 2016 (1) .

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