mmWave teknolojisinin dağıtımı, 5G'nin kullanıma sunulmasıyla eş anlamlıdır ve daha hızlı bağlantılar için ilk sonuçlar şaşırtıcıdır. Örneğin, bir mmWave bandı kullanıldığında, 1-2 Gb/sn bağlantı olasılığı, tipik bir HD filmin bir dakikadan daha kısa sürede indirilebileceği anlamına gelir. 30 Mbps'lik bir yükleme bağlantısı, videoların rekor bir hızda buluta geri aktarılmasını da sağlar. Bu kullanıcı deneyimleri, akıllı telefonlar ve küçük hücreler arasındaki anten bağlantıları ile sağlanır ve daha yakından incelenmeye değer.

Bir önceki blog yazısında, 5G'ye Büyük Göç Devam Ediyor, 5G-IF mekanizması da dahil olmak üzere sinyal dağıtım altyapısını tartıştık. Bu tamamlayıcı gönderide, tasarımdan üretime iş akışı da dahil olmak üzere akıllı telefonun antenini temsil eden mmWave hüzmeleme modülündeki mühendislik harikasını tartışacağız.

Bağlantı bütçesi için tasarım

Tasarım aşamasında, tüm kablosuz bağlantılar, bir bağlantı bütçesine bağlı kalınmasını sağlamak için titiz hesaplamalardan geçmelidir. Bu hesaplamalar, en iyi performansı sağlamak için aşağıdaki çizimde basitleştirildiği gibi kablosuz parametreler üzerine kuruludur. Bu durumda, anten dizisinden (tek bir anten elemanı yerine) görüldüğü gibi mmWave uygulamasına odaklanıyoruz.

Bağlantının iletim tarafında, iletim gücü (P_TX) ve anten kazancını (G_TX) kapsama için başlangıç ​​koşullarını ayarlayın. Alma tarafında, alma gücü (P_RX) ve anten kazancını (G_RX) bağlantıyı tamamlayın. Gönderme ve alma arasındaki mesafedeki (D) ayrım, kapsama alanındaki kısıtlamaları belirler. Friis denklemi, 1945'te Bell Laboratuarlarında Herald T. Friis tarafından türetilen bu bağlantı bütçeleme hesaplamalarını yöneten şeydir.

Son olarak, bağlantı bütçesi ayrıca aşağıdaki atmosferik absorpsiyon özelliklerini, özellikle daha yüksek frekansta meydana gelen ve yükseklik ve nem seviyelerine göre değişebilen daha yüksek zayıflamayı da dikkate almalıdır.

Kaynak: Han J. Liebe, Milimetre Dalga Yayılım Modeli, MPM93

mmWave bağlantılarındaki mühendislik harikası, Friis denklemindeki anten kazancı ile ilgilidir. Daha küçük dalga boylarıyla (örneğin, 60 GHz 5 mm'dir), kazancı artırmak için elektriksel olarak büyük bir anten dizisi oluşturmak mümkündür; aslında, 5G için mmWave bağlantılarını gerçekten etkinleştiren bu hüzmeleme teknolojisidir.

Paketteki Anten (AiP)

5G akıllı telefonun herhangi bir şekilde sökülmesinin ortaya çıkaracağı gibi, önceden belirlenmiş mmWave bağlantı bütçesine uygun olarak dağıtılmış birden fazla anten modülü vardır. Bu anten modülleri, yüksek hacimli üretim değerlendirmesi için test edilen cihaz (DUT) haline gelen Qualcomm'un paket halindeki (AiP) aşağıdaki antenine benziyor.

Qualcomm Technologies, Inc. ve/veya yan kuruluşlarının bir ürünü.

Kompakt 5G akıllı telefon tasarımına uyan ince paket profiline dikkat edin. Bu anten modülünün birden çok örneği, mmWave teknolojisi dağıtımının bir parçası olarak 5G akıllı telefonun çevresine dağıtılır. Benzer şekilde, bir bağlantı kurmak için küçük hücreli baz istasyonunda karşılık gelen bir anten gereklidir. Bu sayede mmWave bağlantısı veri aktarımına hazır hale gelir.

Öncü yeni havadan test yöntemleri

Keşfedilmesi gereken soru, verici ve alıcı operasyonları için gömülü mmWave devresi ve huzme oluşturan anten yapısının mevcut olduğu bu ortaya çıkan mmWave cihazının nasıl test edileceğidir. Anten paketin bir parçası olarak, testler şunları içerecek şekilde gelişmelidir: havadan (OTA) yöntemler yüksek hacimli üretim ortamlarında uygundur.

Hızlı bir anten primeri olarak, tasarım aşamasında bu kablosuz cihazı karakterize etmek için yankısız bir oda gereklidir. Nasıl konuşlandırılacağını taklit eden bu uzak alan yaklaşımında, cihaz bir kaide üzerine yerleştirilir ve DUT'un fiziksel yönüne karşı anten desenini ortaya çıkarmak için döndürülür. Oda iki amaca hizmet eder: birincisi, yakındaki sinyallerden paraziti önler ve ikincisi, test için yansımasız bir ortam yaratır. Haznenin toplam boyutu, operasyonel dalga boyları ile orantılıdır ve mmWave teknolojisi durumunda hazne nispeten küçüktür. Ancak, üretimde gerekli olan otomasyon türü için yeterince küçük değil.

Bir OTA yerleştirmesi oluşturmak için gereken uyarlama, aşağıdaki yeni silikon iş akışında gösterilmektedir. Gofret sınıflandırmasından sonra, hüzmeleme modülü, paketleme kusurlarını (ve aykırı değerleri) ortaya çıkarmak için test gerektirir. Daha yüksek site yoğunluğuna sahip bir OTA eklemesi, test maliyetini düşürür ve mmWave teknolojisinin benimsenmesini hızlandırır (düşük site yoğunluğuna kıyasla).

Gofret sıralama sırasında RFIC testi için iş akışı, anten yapısı ile sonraki paketleme faaliyetleri için bilinen iyi kalıplar (KGD) üretmesi gerektiğinden basittir. Dolayısıyla zorluk, üretim için ölçeklenen bir OTA çözümünün nasıl oluşturulacağıdır.

OTA tasarımında oda önemlidir

İlk olarak, test stratejimizin bir parçası olarak tek bir site tasarımı yaklaşımını ele alıyoruz. Daha sonra, tek saha tasarımı, test hedeflerinin maliyetini karşılamak için istenen saha yoğunluğuna kolayca tahminde bulunacaktır. Bu tasarım yaklaşımı, mevcut uygulama alanını, anten yerleşimlerini, parça işlemeyi ve saha yoğunluğu için geleceğe yönelik hazırlıkları anlamak için standart bir işleyici seçimiyle başlar. Standart bir işleyiciden yararlanmak, ölçek avantajlarından tasarruf için mevcut RF işleyicilerinden yararlanarak maliyetleri kontrol eder.

Yankısız oda yaklaşımına kıyasla ilk sorun, bu geleneksel oda boyutunun, kompakt bir aralıkta bile standart bir işleyici ile etkileşim için pratik olmamasıdır. Bunun yerine, mmWave en iyi uygulamalarını optimize eden ve daha yüksek saha yoğunluğuna ölçeklenebilir bir yol oluşturan daha küçük bir oda gereklidir. Her yankısız oda, benzer şekilde DUT'u içine alacak ve hedef dalga boyuna ve paket boyutuna bağlı olarak ek tasarım optimizasyonu gerektirecektir.

Ardından, oda tasarım sürecini genel test stratejisinin bir parçası olarak ele alıyoruz. Başlangıç ​​noktası genellikle kanıtlanmış bir mühendislik değerlendirme kitidir; aksi takdirde sıfırdan yeni bir tasarım gereklidir. Her iki durumda da, oda tasarımı genellikle, daha büyük yankısız oda ve daha küçük üretim dostu varyant arasında tahmin edilen ve gerçek sonuç karşılaştırmalarının mümkün olduğu modeller oluşturarak uzak alan için tasarım yapacak bir anten gurusu gerektirir. Hatırlatma olarak, bu lisanslı mmWave bantlarında her dB'nin önemli olduğu durumlarda tekrarlanabilir sonuçlar üretmek için bu tek siteye ihtiyacımız var. Hazne tasarımındaki karmaşıklık önemsizdir ve ayrıca anten paketi form faktörü, boyut ve huzme oluşturan anten düzeninin yanı sıra mmWave modülü dağıtım için optimizasyondan geçerken meydana gelecek varyasyonları da barındırmalıdır.

Oda tasarımının yanı sıra, sinyal dağıtımı da dahil olmak üzere fiziksel katman ara bağlantı ön koşullarını karşılamamız gerekiyor. Tek saha tasarımı, elektromanyetik (EM) sinyallerde hem yatay hem de dikey polarizasyon dahil olmak üzere hüzmeleme anteninin delik görüşü için optimize edilecektir ki bu çözülmesi çok zor olmayan bir problemdir.

Ara bağlantılar ve oda tasarımıyla ilgili olarak, anten hüzmeleme işlevi için test stratejimizi geliştirmemiz gerekiyor; bu, en uygun fiyata tek tek anten elemanlarını test eden bir yaklaşımla (genel hüzmeleme modelinin aksine) hizmet ediyor. Buradaki sinyal iletim ön koşulu, test anteninin/antenlerinin DUT'a göre kesin olarak yerleştirilmesidir. Bu adım, test sonuçlarında hem tekrarlanabilirliği hem de doğruluğu sağlamak için birçok mekanik ve EM zorluk içerir. Bu adım, öngörülen ve gerçek sonuçları karşılaştırmak için mmWave uzmanlığı, mekanik işçilik ve dikkatli simülasyon çabalarını gerektirir.

Son olarak, artık DUT'un test için uygun bir tek saha tasarımına sahip olduğuna göre, kalibrasyon ve bakım sorunları (ör. değişim kitleri) dahil olmak üzere gerçek test kapsamını dikkate almamız gerekiyor. En düşük test maliyeti için dikkate alınması gereken birkaç popüler geri döngü yöntemi vardır:

1. Sızıntı. Bu en düşük maliyetli yaklaşım, DUT'u etkinleştirir ve DUT kalitesini ilkel olarak değerlendirmek için anten düğümleri arasında ortaya çıkan sızıntıyı ölçer. DUT bu şekilde çalışmak üzere tasarlanmadığından tercih edilen bir yöntem değildir.
2. Geri dönüş. Bu, harici bir yansıtıcının anten düğümlerine daha fazla DUT kalite değerlendirmesi (sızıntıya kıyasla) sağlayan bir geri besleme mekanizması sunduğu daha pahalı bir yaklaşımdır. Bu ideal değildir, çünkü genellikle alım yoluna çok fazla güç verilir ve DUT bu şekilde çalışmak üzere tasarlanmamıştır.
3. Radyasyon testi. Bu yaklaşım en çok yankısız oda yaklaşımına benzer, çünkü DUT ve test cihazı, başarılı/başarısız durumunu belirleyen daha fazla parametrik testi etkinleştirmek için uygun sinyal seviyeleri ile etkileşime girer. Bu karakterizasyon yaklaşımı DUT'u da kalibre edebilir.

Bu tek site OTA tasarım sürecindeki her adım mantıklıdır, ancak sistem mühendisliği çabalarının toplamı, yürütmek için uzman düzeyinde çok disiplinli bir ekip gerektirir. Karmaşık konular, paket boyutu, form faktörü ve anten yerleşiminde muhtemelen birden fazla yineleme gerektirecek olan sürecin tüketici elektroniği doğasıdır. Tek bir DUT ve farklı bantlarda çalışacak birden fazla DUT için işlemleri kolaylaştırmak için genel iş akışı için tek bir site OTA tasarım süreci gereklidir. Ve oda tasarımı, üretim dostu ortamlar için OTA kurulumunu oluşturmak için en önemli şeydir. Bu tek sahalı OTA tasarım süreci, hem şimdiki hem de gelecekteki ürün karışımı için hedef üretim bütçesine ulaşmak için standart işleyici yeteneklerinden yararlanmak için tahminde bulunabilir.

mmWave için OTA çözümü

Tedarik zinciri hikayenizi kendin yap yaklaşımıyla tehlikeye atmadan önce, Teradyne'nin üretime hazır OTA çözümü mmWave uygulamaları için. Sistem mühendisliği yaklaşımımız, OTA test yöntemleri gerektiren yeni ortaya çıkan cihazlar için tasarımdan üretime iş akışı sağlar. Teradyne, yüksek hacimli üretim en iyi uygulamalarına uygun iş akışı sorunlarını çözerek, üretime kadar geçen süreyi hızlandırmaya yardımcı olur.

Teradyne, ortaya çıkan mmWave test metodolojilerinin gururlu bir öncüsüdür. Uzman seviyesindeki multidisipliner ekibimizle, tasarımdan üretime operasyonlarınızı düzene sokmak için özel bir yankısız oda elemanı içeren x8 sahalar etrafında oluşturulmuş son bir işleyici çözümünü içeren patentli bir yöntemimiz var. İş akışı, tahmin edilen simüle edilmiş ve gerçek sonuçları karşılaştırmak için en iyi uygulamaların yanı sıra tek sitelerin tasarımını ve birden çok siteye ölçeklenebilirliği içerir. Avantajı, gelişmekte olan cihazlar için tekrarlanabilir OTA sonuçları sağlayan kanıtlanmış bir çözümle üretime daha hızlı zaman verilmesidir.

Teradyne's hakkında daha fazla bilgi edinin UltraFLEXplus test cihazıBizim mmDalga enstrümantasyon ve OTA çözümü.