未来5~10年,随着毫米波和低轨卫星通信的加入,5G将向6G演进,终极目标就是要实现“万物互联”,无处不在的无线连接将会成为现实,“通信-感知-计算”一体化的网络也将可能实现,高度复杂的网络、高成本的硬件和日益增加的能耗成为亟待解决的技术问题。
(图片来源网络)
为了解决这些问题,各项新技术被引入。其中,超材料对电磁波的控制相关研究在国内引起了广泛关注,目前我国在超材料领域的研究在国际也处于先进水平。2014年,中国科学院院士、东南大学毫米波国家重点实验室主任崔铁军团队首次将超材料对电磁波的动态控制,以数字编程的方式实现,为6G技术研究打开了一个全新领域。今年,中国移动发布了《6G信息超材料技术白皮书》,进一步对超材料、信息超材料在移动通信中的应用进行了探索。研究发现超材料可以用于做天线盖板,提高天线收发信号的能力、降低天线高度;而信息超材料有个很大的用途就是做智能超表面(RIS)。
何为智能超表面(RIS)
RIS通常由大量精心设计的辐射单元排列组成。通过给辐射单元上的可调元件施加控制信号,RIS可以动态地控制这些辐射单元的电磁性能,进而实现以可编程的方式对空间电磁波进行主动的智能调控,形成相位、幅度、极化可调控的电磁场。作为超材料的二维实现,RIS天然具有低成本、低复杂度和易部署的特性,可用于解决未来无线网络面临的问题。RIS的引入使得无线传播环境从被动适应变为主动可控,从而构建了智能无线环境(SRE)。
(图片来源网络)
作为一种动态电磁参数调控技术,RIS已经初步展示了巨大潜力。但是,在规模商用前,RIS仍在技术研究、工程应用、网络部署和标准化等方面面临诸多问题与挑战。
在实际工程应用中一个最突出的问题就是功耗,目前的RIS方案都需要在天面上部署大量的PIN二极管,单颗PIN二极管需要消耗1-10mA的电流,而一个阵面通常有成千上万个通道,总体的电流将达到数个安培,功耗大。相应地,一个阵面需要大量的PIN二极管器件,导致硬件成本高;另外,这些可调控的电子元件布在天线阵面,容易碰触,对静电要求高,而PIN 二极管静电防护能力低,有ESD风险。这些硬件的挑战限制了RIS的工程化应用。
可靠的硬件实现方案——隔直流射频开关芯片
安其威公司创新性地提出了一种基于低成本硅基工艺的隔直流开关专利技术,开发了ARW3171/ARW3172两款产品,适用于毫米波智能反射面、毫米波移相器等应用,具有尺寸小、静态功耗低的特点,适合大规模集成,采用CMOS工艺,成本低,为RIS阵面的大规模工程化应用提供了合适的硬件实现方案。该产品具有如下特点:
一、尺寸小,成本低
该产品基于成熟的CMOS工艺,成本低;采用0201封装,0.6mmX0.3mm,管脚数为2,适用于成熟的贴片工艺,方便客户上板。封装尺寸小,进一步降低系统布线复杂度,减小布板空间。
二、电流小,功耗低
该产品偏置电流<10uA,静态功耗极低,只有25μW,远低于PIN Diode的静态功耗。采用表面贴装工艺,寄生参数小。该产品静电防护能力大于750V,而AlGaAs PIN管的防静电能力小于200V,大大提升了ESD防护能力。
三、应用电路简便
只要单电源工作,应用电路简单。
ON状态:RFin口 +2.5V,RFout口0V;
OFF状态:RFin口、RFout口都是0V;