電子發燒友網報道（文/李寧遠）不管是在消費電子領域，工業自動化領域，還是在汽車自動駕駛領域，毫米波的應用現在越來越多，實現了更智能化的感知通信體驗。通常，毫米波模塊安裝在由收發器、天線、電源管理電路、存儲器和接口外設組成的印刷電路板上。
其中毫米波天線在毫米波組件中的地位舉足輕重。毫米波波長要比低頻率波波長短很多，而天線尺寸與電磁波波長成正比，因此毫米波天線的尺寸要比低頻率天線小很多，也因此波束寬度要小很多，能量更加集中。
雖然客觀上毫米波雷達天線尺寸小一些，但是不同的天線技術會直接影響到天線在板上損耗和效率，尤其是損耗這一方面，毫米波的路徑損耗本身就會比低頻率波大。可以說毫米波天線集成技術是實現毫米波高分辨數據流、移動分布式計算等應用場景的關鍵技術。
目前毫米波天線集成的實現方式可分為兩大類——AoC和AiP。AoC天線將輻射原件直接集成到射頻芯片棧的后端，這種集成方式可以在一個僅幾平方毫米小尺寸單一模塊上做到沒有任何射頻互連和射頻與基帶功能的相互集成。AiP則基于封裝材料與工藝，將天線與芯片集成在封裝內，實現系統級無線功能。
AoC技術需要先進的后處理步驟或封裝工藝，以減少嚴重的介電損耗。在當前的技術條件下，這種集成方式目前看來競爭力并不在毫米波頻段，該天線集成技術在成本和性能上的性價比更適合較毫米波有更高寬帶和更高載波頻率的頻段。
AiP技術可以說是5G毫米波頻段毫米波終端天線最適合的方案。AiP技術能兼顧天線性能、成本及體積，相比傳統天線與射頻模塊的分散式設計更順應硅基半導體工藝集成度提高的潮流。AiP天線集成技術進一步將各類通信元件，如傳送收發器、電源管理芯片、射頻前端等元件與天線整并在一起，達到縮小厚度與減少PCB面積的目的。目前大多數60GHz無線通信和雷達芯片都采用了AiP技術。
毫米波對于垂直行業的價值已經得到各產業界廣泛的認同，AiP天線技術無疑在其中發揮了重要作用。利用AiP天線技術，布板空間的節省大大降低了模塊的外形尺寸，器件到天線的布線距離縮短也有利于降低功率損耗。另一方面，我們知道PCB 上的天線是需要使用高頻基板材料的，AiP天線技術可以降低天線對高頻基板材料的需求。如TI的AiP技術利用倒裝芯片封裝技術直接將天線集成到無塑封裝基板上，防止因天線穿過塑封材料時產生損耗而降低效率并導致雜散輻射。
但雷達傳感方面AiP的應用也不是沒有劣勢，以TI的6843為例，其AiP方案和普通方案芯片性能完全一致，區別僅由天線差異引入。可以很明顯地看到由于采用了小型天線，雷達增益降低，導致探測威力下降，這也是為什么AiP毫米波雷達一般只用于近場感應。另一個劣勢在于空間角分辨能力減弱，對于復雜的靜態場景反而不能很好地構建出空間模型。
在各種需要傳感器近場感知環境的場景里，可以說有著毫米波雷達廣闊的用武之地，AiP天線技術則幫助毫米波雷達大大強化了近場感知能力。下圖是加特蘭基于AiP毫米波雷達的人員檢測演示截圖，從3D追蹤效果來看AiP技術大大增加了雷達的距離分辨率，而且視野足夠寬闊。在汽車ADAS應用里，利用AiP高度集成的毫米波傳感器也能應用在各種檢測中，點云效果也很優秀。AiP毫米波雷達解決了普通毫米波雷達尺寸大、功耗高等一系列問題。
加特蘭毫米波雷達芯片Alps、Alps-Mini、Rhine、Rhine-Mini均采用AiP技術，在天線性能方面設計冗余度很高，包括高阻抗帶寬冗余及增益冗余。以加特蘭4發4收的AiP毫米波雷達芯片為例，在超短距模式下，對于10 平方米 RCS的目標，其檢測距離達45米，視場角為90°，支持4D檢測；在短距模式下，對于相同RCS的目標，其檢測距離達80米，視場角為90°，支持通過使用內部的移相器實現俯仰方向的模擬發射器波束成形。
上海矽杰微也推出了AIP全集成毫米波雷達芯片SRK1103M，面向汽車和物聯網應用領域的24GHz的毫米波雷達產品。SRK1103M在10mm*12mm*1.34mm的小尺寸下1T1R全集成，無需板上毫米波走線，增強了雷達與其他系統模塊的匹配性。
英飛凌近期則針對物聯網短距離定位應用推出了基于AiP技術的60GHz多普勒雷達運動傳感器BGT60LTR11AIP，3.3 mm*6.7mm*0.56mm的小尺寸下1T1R全集成，具有80°半功率波束寬度（HPBW），最遠可檢測7米距離。器件通過可調的占空比，實現不到2mW的功耗。
在通信方面AiP技術同樣效果明顯，目前AiP技術的開發主要集中在諸如高通及海思等芯片設計公司、臺積電及三星等半導體集成電路制造公司、日月光及矽品等封裝測試廠家。
5G毫米波特性帶動了天線尺寸縮小，但將不同元件整合在單一封裝中，仍然會存在散熱等諸多問題。高通的QTM毫米波模塊方案利用AiP天線技術解決這些問題，支持多達64個雙極化天線單元以實現范圍更廣的最優毫米波覆蓋。該全集成系統級解決方案整合了[敏感詞]的毫米波技術，如面向雙向通信的波束成形、波束導向和波束追蹤技術，在5G毫米波通信集成天線封裝模塊上處于領先地位。
射頻元件商如Skyworks、Qorvo，封測代工廠如日月光、Amko等，也都選擇以AiP技術為研發方向切入5G通訊市場。Qorvo就基于OTM設計對AiP模組進行了研發設計升級，整個 AiP 設計更小，成本更低，與此同時整個AIP的發射功率不變化，但直流功耗變小，天線設計更簡單。5G毫米波模塊的升級也帶動了天線封裝AiP技術的持續發展。
天線集成的根本是將一個相控陣所需的所有組件集成到一個芯片上，這是硅基毫米波天線系統的優勢所在。在毫米波應用大放異彩的今天，AiP技術優化了毫米波性能，給予了毫米波充裕的設計靈活性，也將毫米波推向更多的應用領域。
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