تُعدّ رقائق الواجهة الأمامية للترددات الراديوية (RFFE) المكونات الأساسية التي تُتيح وظائف الاتصال في الهواتف المحمولة ومختلف الأجهزة الطرفية. ويتجاوز حجم السوق العالمي لهذه الرقائق عشرات المليارات من الدولارات. وقد ساهم النمو الكبير في مبيعات الهواتف المحمولة محليًا خلال السنوات العشر الماضية في إرساء قاعدة صناعية متينة لتطوير صناعة رقائق الواجهة الأمامية للترددات الراديوية في الصين. كما ساهم إطلاق تقنية الجيل الخامس (5G) تجاريًا لأول مرة في الصين، فضلًا عن التغيرات في بيئة التجارة العالمية، في تعزيز نمو هذه الصناعة. وتتمتع صناعة رقائق الواجهة الأمامية للترددات الراديوية في الصين بتاريخ تطوير يمتد لأكثر من 15 عامًا، حيث تشهد نشاطًا ملحوظًا في مجال الابتكار وريادة الأعمال، مع وجود عشرات الشركات المتخصصة في مختلف المجالات، ما يجعلها قطاعًا يحظى باهتمام كبير من السوق ورأس المال. وقد حظي كاتب هذه المقالة بفرصة العمل في صناعة رقائق الترددات الراديوية لمدة 11 عامًا، منذ عصر الجيل الثاني (2G) وحتى عصر الجيل الخامس (5G) الحالي. عمل أيضًا في شركات أجنبية، وشركات خاصة، ومؤسسات حكومية، وقام بتطوير وإنتاج جميع أنواع منتجات الترددات الراديوية بشكل مباشر. تلخص هذه المقالة المناقشات التي دارت بين الكاتب وبعض الزملاء في هذا المجال خلال السنوات الأخيرة، وتسعى إلى توضيح الجوانب التقنية والسوقية والتجارية لمنتجات وحدات الترددات الراديوية. في الوقت نفسه، يشهد قطاع الترددات الراديوية المحلي نموًا متسارعًا منذ أكثر من عشر سنوات، حيث تُعد المنافسة سمة أساسية فيه، بينما يُعتبر التعاون والصداقة من الموارد النادرة. ستركز هذه المقالة على تبادل المعرفة المتعلقة بمفهوم "التصميم المعياري"، وتأمل أيضًا أن يستفيد المزيد من المصنّعين المحليين من الفرص الهائلة التي يوفرها هذا المفهوم من خلال التعاون.

         

المقدمة

بحسب الكلمة الرئيسية التي ألقاها البروفيسور وي شاوجون في "قمة الرؤساء التنفيذيين العالمية 2020" بعنوان "الطريق القويم في العالم هو تقلبات الحياة - حول العزم الاستراتيجي في ظل التغيرات الكبرى"، تُظهر الإحصائيات أن الشركات الأمريكية الأكثر اعتمادًا على السوق الصينية (محسوبة من حيث نسبة الإيرادات) هي كالتالي. نلاحظ أن عمالقة الترددات اللاسلكية الأمريكية الأربعة، وهم: سكاي وركس، وكوالكوم، وكورفو، وبرودكوم (تركز سكاي وركس وكورفو بشكل أساسي على أعمال الترددات اللاسلكية، بينما تشمل أعمال كوالكوم وبرودكوم الترددات اللاسلكية)، يحتلون المراكز الأربعة الأولى في التصنيف.

 

الوضع الدولي لواجهة الترددات اللاسلكية

تركز تقنية الواجهة الأمامية للترددات اللاسلكية بشكل أساسي على المرشحات، ومضخمات الطاقة، ومضخمات الضوضاء المنخفضة، والمفاتيح. تهيمن حاليًا على سوق الترددات اللاسلكية العالمي أربع شركات أمريكية، هي: سكاي وركس، وكوالكوم، وكورفو، وبرودكوم، بالإضافة إلى شركة موراتا اليابانية، والتي تُعدّ من أكبر خمس شركات في هذا المجال.

 

 

تستحوذ شركات الترددات الراديوية الخمس الكبرى على أكثر من 90% من سوق مضخمات الطاقة ومضخمات الضوضاء المنخفضة. أما بالنسبة للمرشحات، فهناك تقنيتان رئيسيتان: ترشيح الموجات الصوتية السطحية (SAW) وترشيح الموجات الصوتية الحجمية (BAW). حاليًا، تستحوذ شركة موراتا على نصف سوق مرشحات SAW، وسكاي وركس على حوالي 10%، وكورفو على حوالي 4%. أما النسبة المتبقية فتتوزع بين كبرى الشركات المصنعة مثل تايو يودن وتي دي كي. تهيمن الشركات الأمريكية على سوق مرشحات BAW، حيث تستحوذ على 90% من السوق.

 

يتضح أن قطاع الترددات اللاسلكية الأمامية سوقٌ ضخمة قادرة على استيعاب التطور المستمر لخمس شركات عالمية عملاقة. تتمتع هذه الشركات بنطاق تكنولوجي واسع وقدرات عالية على تصميم الوحدات النمطية؛ وتُعدّ المنتجات النمطية المسار الرئيسي للمنافسة الدولية. تمتلك كل شركة من هذه الشركات تقنية BAW أو بدائلها.

الوضع المحلي لواجهة الترددات اللاسلكية

تناولت العديد من المقالات الوضع المحلي لأنظمة الترددات الراديوية الأمامية. لن أتطرق إلى التفاصيل هنا، بل سأكتفي بذكر بعض الاستنتاجات التي تحظى بإجماع نسبي.

 

1. تركز الشركات المحلية عمومًا على الأجهزة المنفصلة؛ وتُعد الأجهزة المنفصلة المسار الرئيسي الحالي للمنافسة المحلية.

2. تفتقر الشركات المحلية إلى تكنولوجيا ومنتجات الترشيح المتقدمة، كما أن قدراتها على التنميط المعياري ضعيفة بشكل عام.

             

تحديات وفرص تطوير تقنية الجيل الخامس المعيارية

لقد وصلت تحديات مساحة توصيل الأسلاك في لوحات الدوائر المطبوعة ووقت تصحيح أخطاء الترددات اللاسلكية إلى الهواتف المحمولة منخفضة التكلفة، مما يفتح مسار ترقية متكرر لرقائق الوحدات المحلية.

 

رقائق وحدات الترددات اللاسلكية ليست سلسلة منتجات جديدة. في الواقع، تزامن استخدامها تقريبًا مع طرح تقنية LTE تجاريًا. خلال السنوات العشر الماضية، شاع استخدام وحدات الترددات اللاسلكية المعقدة في الهواتف الرائدة لمختلف العلامات التجارية؛ وفي الوقت نفسه، تلبي حلول الأجهزة المنفصلة جميع متطلبات العديد من الهواتف منخفضة التكلفة. لذلك، برز سوقان متميزان خلال السنوات العشر الماضية: تستخدم الهواتف الرائدة حلول الوحدات، بينما تستخدم الهواتف منخفضة التكلفة حلول الأجهزة المنفصلة. تتطلب حلول الوحدات "تكاملًا وأداءً عاليين"، لذا يكون سعرها مرتفعًا جدًا؛ بينما تتطلب حلول الأجهزة المنفصلة "تكاملًا وأداءً متوسطين"، ويكون سعرها منخفضًا نسبيًا. ثمة اختلافات تقنية وتسويقية كبيرة بين الحلين، ويمكننا أن نطلق على هذا "فجوة الوحدات" في عصر الجيل الرابع.

   

"فجوة الوحدات" في عصر الجيل الرابع

 

لقد غيّر وصول تقنية الجيل الخامس هذا الوضع تماماً.

 

بالمقارنة مع الهواتف المحمولة منخفضة التكلفة التي تدعم تقنية الجيل الرابع (4G) والتي تتراوح بين هوائيين إلى أربعة هوائيات، فقد ازداد عدد الهوائيات في هواتف الجيل الخامس (5G) منخفضة التكلفة إلى ما بين ثمانية واثني عشر هوائيًا؛ كما ازدادت نطاقات التردد وتوليفاتها التي يجب دعمها بشكل ملحوظ مقارنةً بتقنية الجيل الرابع. وكما هو معلوم، يرتبط عدد مكونات الترددات الراديوية ارتباطًا وثيقًا بعدد الهوائيات ونطاقات التردد، مما يعني أن عدد مكونات الترددات الراديوية قد ازداد بشكل كبير. في الوقت نفسه، ونظرًا لمتطلبات التصميم الهيكلي، لا يمكن زيادة مساحة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) المخصصة للواجهة الأمامية للترددات الراديوية في هواتف الجيل الخامس، لذا فإن مساحة الحلول المنفصلة تتجاوز بكثير مساحة لوحة الدوائر المطبوعة المتاحة. هذا قيدٌ تفرضه المساحة.

 

يُمثل وقت تصحيح الأخطاء تحديًا آخر. يستغرق تصحيح أخطاء الترددات اللاسلكية لشبكات الجيل الرابع باستخدام حلول الأجهزة المنفصلة عادةً أسبوعًا. مع الزيادة الكبيرة في تعقيد ترددات الجيل الخامس، وبافتراض استخدام حلول منفصلة، ​​قد يزداد وقت التصحيح من 3 إلى 5 أضعاف؛ ومن حيث التكلفة، سيتطلب الأمر معدات اختبار أكثر تكلفة للجيل الخامس وموارد هندسية متخصصة في اختبار الجيل الخامس. أما في حال استخدام الوحدات، فإن معظم عمليات التصحيح تُنفذ داخليًا أثناء تصميم الوحدة، ويُنقل جزء كبير من عبء التصحيح إلى جانب البرمجيات، مما يُحسّن كفاءة التصحيح بشكل ملحوظ. هذا قيدٌ يفرضه الوقت.

 

تُعدّ قيود الزمان والمكان قوية وعالمية. لذا، في الهواتف المحمولة منخفضة التكلفة بتقنية الجيل الخامس، يوجد طلب طبيعي على وحدات "متوسطة الأداء وعالية التكامل"، وهو ما يتوافق مع وحدات "متوسطة الأداء وعالية التكامل" في الهواتف الرائدة. وبما أن جميعها تتطلب وحدات عالية التكامل، إلا أن متطلبات الأداء تختلف، يمكن لرقائق الوحدات المحلية أن تتطور تدريجيًا من "متوسطة الأداء" (في الهواتف المحمولة منخفضة التكلفة بتقنية الجيل الخامس) إلى "متوسطة الأداء" (في الهواتف الرائدة بتقنية الجيل الخامس). ونتيجة لذلك، يتم تضييق فجوة الوحدات.

 

 

لكل شيء وجهان. بعد سدّ "فجوة الوحدات النمطية"، ظهرت مخاطر في سوق المكونات المنفصلة؛ فالشركات المحلية المتخصصة في الرقائق المنفصلة تحتاج أيضاً إلى موارد وقوة هائلة لإيجاد مكانتها في منتجات الوحدات النمطية؛ وإذا لم تتمكن من تحقيق اختراق، فستدخل مرحلة اختناق في المستقبل القريب.

 

في المراحل الأولى لتقنية الجيل الخامس، يتوفر حاليًا في السوق حل هجين يستخدم أجهزة ووحدات منفصلة. ثمة أسباب موضوعية عديدة لظهور هذا الحل، منها "فجوة الوحدات" التي تشكلت عبر التاريخ. هذا الحل هو نتاج حلول وسط، حيث تم التضحية ببعض المؤشرات الرئيسية، وتقديم تنازلات في بعض الجوانب. فلو لم تكن هناك شركات تصنيع رقائق تركز على إنتاج وحدات محلية الصنع، لما توفرت رقائق وحدات محلية الصنع عالية الجودة؛ ولو لم تتوفر رقائق وحدات محلية الصنع عالية الجودة، لظل سعر حلول الوحدات مرتفعًا دائمًا.

             

تصنيف موجز لتكنولوجيا الترشيح

مرشح الموجات الصوتية الحجمية (BAW): يتميز هذا المرشح بانخفاض فقد الإدخال، وتوهين كبير خارج النطاق، وعدم تأثره بتغيرات درجة الحرارة. يتقلص حجم مرشح BAW مع زيادة التردد، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص للاتصالات متوسطة وعالية التردد التي تتجاوز 1.7 جيجاهرتز، وله مزايا واضحة في تطبيقات الجيل الخامس (5G) والجيل السادس (sub-6G).

 

 

مرشح الموجات الصوتية السطحية (SAW): هو جهاز ترشيح خاص مصنوع من مواد كهرضغطية مثل بلورات الكوارتز، ونيوبات الليثيوم، والسيراميك الكهرضغطي، مستفيدًا من تأثيره الكهرضغطي وخصائص انتشار الموجات السطحية. يتميز مرشح الموجات الصوتية السطحية بأداء مستقر، وسهولة الاستخدام، ونطاق تردد واسع، وهو الأكثر استخدامًا في التطبيقات ذات الترددات الأقل من 1.6 جيجاهرتز. مع ذلك، يعاني من عيوب مثل فقد الإدخال الكبير ومشاكل التسخين الشديدة عند معالجة الإشارات عالية التردد. لذا، فهو غير مناسب لمعالجة الإشارات عالية التردد التي تزيد عن 1.6 جيجاهرتز.

 

 

مرشح من نوع LC: أي مرشح من نوع المحث والمكثف. يتكون مرشح LC عادةً من مزيج مناسب من مكثف الترشيح والمفاعلة والمقاومة. يشكل المحث والمكثف معًا دائرة مرشح LC.

 

             

تصنيف موجز لوحدات الترددات اللاسلكية

تدمج وحدة الواجهة الأمامية للترددات الراديوية جهازين منفصلين أو أكثر، مثل مفاتيح الترددات الراديوية، ومضخمات الضوضاء المنخفضة، والمرشحات، والمزدوجات، ومضخمات الطاقة، في وحدة واحدة، مما يُحسّن التكامل والأداء، ويُصغّر الحجم. ويمكن تقسيم وصلة الترددات الراديوية للهوائي الرئيسي، وفقًا لطرق التكامل المختلفة، إلى: FEMiD (مفتاح ترددات راديوية متكامل، ومرشح، ومزدوج)، وPAMiD (مضخم طاقة متعدد الأوضاع ومتعدد النطاقات متكامل مع FEMiD)، وLPAMiD (مضخم ضوضاء منخفض، ومضخم طاقة متعدد الأوضاع ومتعدد النطاقات متكامل مع FEMiD)، وما إلى ذلك؛ بينما يمكن تقسيم وصلة الترددات الراديوية لهوائي التنوع إلى: DiFEM (مفتاح ترددات راديوية متكامل ومرشح)، وLFEM (مفتاح ترددات راديوية متكامل، ومضخم ضوضاء منخفض، ومرشح)، وما إلى ذلك.

 

وصلة التردد اللاسلكي للهوائي الرئيسي

 

وصلة ترددات لاسلكية لهوائي التنوع

             

"كثافة القيمة" للواجهة الأمامية للترددات اللاسلكية

بما أن مساحة لوحة الدوائر المطبوعة في الهواتف المحمولة من الجيل الخامس مورد محدود، ونحن بحاجة إلى "ضغط" المزيد من الأجهزة الوظيفية للترددات اللاسلكية في الهواتف المحمولة من الجيل الخامس، فعند تقييم كل نوع من أنواع أجهزة الترددات اللاسلكية، نحتاج إلى وضع معيار لوصفها بشكل موحد كمؤشر شامل يعكس قيمتها ومساحة لوحة الدوائر المطبوعة التي تشغلها.

 

كثافة القيمة = (متوسط ​​سعر البيع) / (حجم عبوة الرقائق)

 

بعد ذلك، نستخدم أداة قيمة VD لتحليل الأنواع الثلاثة من المنتجات: المرشحات، ومضخمات الطاقة، ووحدات الترددات الراديوية.

 

1. قيمة VD للمرشح

 

 

بدايةً، دعوني أوضح أنه بما أن المرشح يتطلب عادةً دائرة مطابقة خارجية، فإن قيمة VD الفعلية تكون أقل من قيمة VD للجهاز. لنتجاهل هذا العامل مؤقتًا. بناءً على البيانات المذكورة أعلاه، يمكننا استخلاص بعض النتائج: من LTCC إلى مُضاعِف الإرسال الرباعي، تستمر قيمة VD في الازدياد، من 1.2 إلى 10.0، ويكون هذا الازدياد سريعًا نسبيًا.

 

2. قيمة VD لمضخم الطاقة

 

 

بناءً على البيانات المذكورة أعلاه، يمكننا أيضاً أن نرى:

أ) من الجيل الثاني إلى الجيل الرابع، تزداد قيمة VD من 0.6 إلى 1.5.

ب) بالنسبة للمنتجات المصغرة التي تطورت من 4G إلى CAT1، ومضخمات الطاقة العالية التي تطورت من HPUE أو Phase5N، فقد زادت قيمة VD إلى حوالي 2.

 

3. قيمة VD لوحدة الترددات اللاسلكية

 

 

بناءً على البيانات المذكورة أعلاه، يمكن ملاحظة ما يلي:

أ) قيمة VD المشتركة لوحدات الاستقبال حوالي 5؛

ب) تحتوي الحزمة الصغيرة H/M/L LFEM في وحدة الاستقبال على قيمة VD بارزة للغاية، أكبر من 10؛

ج) وحدة الإرسال (باستثناء FEMiD)، قيمة VD تتراوح بين 4 و 6؛

د) يتميز مُضخّم الإشارة FEMiD بأعلى قيمة VD بين وحدات الإرسال. لذلك، عند دمج FEMiD مع مُضخّم الإشارة MMMB ذي قيمة VD أقل، يُمكن تحقيق كفاءة معقولة في تصميم لوحة الدوائر المطبوعة.

 

أثناء تلخيص الجدول، أضفنا أيضًا بيانات مرجعية حول معدل توطين التكنولوجيا ومعدل توطين السوق. وبشكل عام، ستكون قيمة VD مرتفعة بشكل غير دقيق بالنسبة للفئات الفرعية التي يكون فيها معدل توطين السوق منخفضًا، أو حيث يتجاوز معدل توطين التكنولوجيا معدل التوطين بكثير. بعد زيادة الحصة السوقية للمنتجات المحلية المقابلة، ستتاح فرصة أكبر لخفض الأسعار في المستقبل.

             

الجبال الخمسة لوحدات إرسال الترددات اللاسلكية

   

الإطلاق 1: يُستخدم دمج مرشحات مضخم الطاقة (PA) ومرشحات LC بشكل أساسي في نطاق تردد الجيل الخامس الجديد (3-6 جيجاهرتز). ومن المنتجات النموذجية مرشحات PAMiF أو LPAMiF من نوع n77 وn79. يُعد تصميم مضخم الطاقة للجيل الخامس في هذه النطاقات الترددية الجديدة تحديًا كبيرًا، ولكن نظرًا لأن طيف هذه النطاقات "نظيف" نسبيًا، فإن متطلبات المرشحات ليست عالية، لذا يمكن استخدام مرشحات من نوع LC (IPD، LTCC). وبالتالي، يُعد هذا النوع من المنتجات تحديًا ولكنه ليس معقدًا، وتتحكم مضخمات الطاقة بشكل كامل في تقنيته وتكلفته.

 

المرحلة الثانية: دمج مضخم الطاقة (PA) مع مرشحات BAW (أو مرشحات SAW عالية الأداء). من الأمثلة الشائعة على ذلك منتجات PAMiF من n41 أو منتجات iFEM من Wi-Fi، والتي تعمل ضمن نطاق ترددي قريب من 2.4 جيجاهرتز. يُعدّ نطاق التردد لهذا النوع من المنتجات نطاقًا شائعًا، وتتميز مواصفات مضخم الطاقة فيه بالتحدي، ولكنها ليست عالية. نظرًا لعمله بالقرب من 2.4 جيجاهرتز، فإن نطاق التردد مزدحم للغاية، ولذلك تحتاج المنتجات الشائعة إلى دمج مرشحات BAW عالية الأداء لتحقيق التوافق. ولأن وظيفة المرشح في هذا النوع من المنتجات ليست معقدة، يظل مضخم الطاقة خاضعًا للتحكم التقني؛ ولكن من حيث التكلفة، قد تتجاوز تكلفة المرشح تكلفة مضخم الطاقة. بشكل عام، يُعدّ هذا النوع من المنتجات تحديًا ولكنه ليس معقدًا، ويتمتع مضخم الطاقة فيه بقدر معين من التحكم.

 

وحدة الإطلاق 3: وحدة الإطلاق منخفضة النطاق. عادةً ما تدمج وحدة الإطلاق منخفضة النطاق (LB (L)PAMiD) نطاقات تردد 4G/5G أقل من 1 جيجاهرتز (مثل B5، B8، B26، B20، B28، إلخ)، بما في ذلك مضخمات طاقة عالية الأداء وعدة مُزدوجات منخفضة التردد؛ وفي حلول مختلفة، قد تدمج أيضًا GSM850/900 وDCS/PCS 2GPA لزيادة مستوى التكامل. عادةً ما يتطلب تنفيذ مُزدوجات التردد المنخفض استخدام تقنية TC-SAW لتحقيق مواصفات النظام المثلى. وفقًا لاحتياجات حل النظام، إذا تم دمج مضخم منخفض الضوضاء (LNA) على أساس LB PAMiD، يُطلق على هذا النوع من المنتجات اسم LB LPAMiD. يتضح أن تعقيد هذه المنتجات مرتفع نسبيًا: من حيث مضخم الطاقة، يلزم دمج 4G/5GPA عالي الأداء، وأحيانًا يلزم دمج نواة 2GPA عالية الطاقة؛ فيما يتعلق بالمرشحات، عادةً ما يتطلب الأمر من 3 إلى 5 وحدات مزدوجة من نوع TC-SAW باستخدام تقنية التغليف على مستوى الرقاقة (WLP). من منظور التكلفة الإجمالية (بافتراض ضرورة دمج مضخم طاقة ثنائي الكسب)، فإن جزء مضخم الطاقة/مضخم الضوضاء المنخفض وجزء المرشح يشكلان نسبة متساوية تقريبًا. يتطلب نظام LB (L)PAMiD قدرات تقنية متوازنة نسبيًا، لذا يظهر المستوى الثالث عند نقطة التقاء مضخم الطاقة والمرشح.

 

المنتج الرابع: FEMiD. تتضمن هذه المنتجات عادةً مرشحات/مضاعفات/مُجمِّعات إشارات متنوعة من الترددات المنخفضة إلى العالية، بالإضافة إلى مفاتيح هوائي في المسار الرئيسي؛ وهي لا تتضمن مُضخِّم طاقة. تتطلب منتجات FEMiD عادةً مُضخِّمات LTCC وSAW وTC-SAW وBAW (أو IHPSAW بأداء مُكافئ) ومفاتيح SOI مُدمجة. وقد رسّخت شركة موراتا مكانتها في هذا النوع من المنتجات وهيمنت على السوق لما يقرب من ثماني سنوات. استخدمت كبرى شركات تصنيع الهواتف المحمولة، مثل سامسونج وهواوي، أو لا تزال تستخدم، عددًا كبيرًا من هذه المنتجات في هواتفها المتوسطة والعالية الجودة. وكما ذُكر سابقًا، يتركز مُورِّدو PAMiD المُنافسون بشكل رئيسي في أمريكا الشمالية؛ ونظرًا لاعتبارات تنويع سلسلة التوريد، قد تُفكِّر بعض طرازات الهواتف المحمولة ذات الشحنات الكبيرة جدًا في استخدام مُضخِّم طاقة MMMB (متعدد الأوضاع ومتعدد النطاقات) بالإضافة إلى بنية FEMiD. ينتشر موردو MMMB PA المؤهلون على نطاق واسع في أمريكا الشمالية والصين وكوريا الجنوبية، كما أن قدرة شركة موراتا اليابانية على إنتاج FEMiD ضخمة للغاية (وخاصةً في LTCC وSAW). وكما ذكرنا سابقًا، فإن قيمة VD لـ FEMiD عالية جدًا، كما أن استغلال المساحة في الحل ككل يقع ضمن نطاق معقول.

 

الإطلاق 5: M/H (L)PAMiD. يتميز هذا النوع من المنتجات بأعلى قيمة سوقية في مجال واجهات الترددات اللاسلكية، ويُعدّ من أصعب المجالات من حيث التكامل الشامل. إنه ذروة قطاع سوق واجهات الترددات اللاسلكية. يغطي نطاق الترددات الذي تغطيه M/H عادةً من 1.5 جيجاهرتز إلى 3.0 جيجاهرتز. يُعتبر هذا النطاق الترددي الأمثل للاتصالات المتنقلة. تقع ضمن هذا النطاق الترددي أقدم أربعة نطاقات تردد FDD LTE (النطاقات 1/2/3/4)، وأقدم أربعة نطاقات تردد TDD LTE (النطاقات 34/39/40/41)، وجميع نطاقات التردد التجارية لتقنية TDS-CDMA، بالإضافة إلى أول حل تجاري لتجميع الموجات الحاملة (Carrier Aggregation) الذي ظهر في هذا النطاق (باستخدام مُضاعِف B1+B3)، ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وشبكة Wi-Fi. كما تعمل ضمن هذا النطاق اتصالات الشبكات غير الخلوية المهمة مثل 2.4 جيجاهرتز وتقنية Bluetooth. كما هو متوقع، فإن أبرز سمات هذا النطاق الترددي هي "التزاحم" و"التداخل"، وهو أيضاً بيئة مثالية لمرشحات BAW عالية الأداء لإظهار قدراتها. ونظراً لتوافر هذا النطاق الترددي تجارياً منذ فترة طويلة، فإن تقنية مضخمات الطاقة فيه ناضجة نسبياً، ويكمن التحدي الرئيسي في أجهزة الترشيح.

 

دعوني أولاً أشرح لماذا يُعد هذا التردد هو التردد الذهبي للاتصالات المتنقلة. خلال مسيرة التطوير الطويلة، استمدت الاتصالات المتنقلة قوتها الدافعة من معدل انتشار الأجهزة المحمولة، ويكمن التحدي الأساسي لانتشار هذه الأجهزة في أدائها وتكلفتها. عند الترددات العالية جدًا، مثل ما يزيد عن 3 جيجاهرتز وما يزيد عن 10 جيجاهرتز، تتراجع خصائص ترانزستورات أشباه الموصلات بسرعة، مما يُصعّب تحقيق أداء عالٍ؛ وعند الترددات المنخفضة جدًا، مثل ما يقل عن 800 ميجاهرتز وما يقل عن 300 ميجاهرتز، يصبح حجم الهوائي المطلوب كبيرًا جدًا، وكذلك قيم الحث والسعة المستخدمة لمطابقة الترددات الراديوية. في ظل قيود حجم الجهاز، يصعب تحقيق مواصفات النظام لأداء الترددات الراديوية في نطاق الترددات المنخفضة جدًا. باختصار، من منظور أداء الأجهزة النشطة (الترانزستورات)، يُؤمل أن يكون التردد أقل. من منظور أداء الأجهزة السلبية (المكثفات والمحاثات والهوائيات)، يُؤمل أن يكون التردد أعلى. إن التناقض الجوهري بين الأجهزة النشطة والسلبية، مرورًا بالتنازلات في جانب التطبيق، وصولًا إلى التكامل داخل الوحدة، يُشبه تيارين محيطيين قويين، أحدهما دافئ والآخر بارد، يلتقيان في نطاق التردد 1.5-3 جيجاهرتز، على أهم قناة رئيسية للاتصالات المتنقلة في تاريخ البشرية، مُشكلين بذلك أرضًا خصبة وغنية بترددات الراديو الطرفية: M/HB (L)PAMiD. يا له من أمر رائع!

 

تهيمن حاليًا شركات تصنيع أمريكية مثل برودكوم، وكورفو، وآر إف 360 على سوق هذه المنتجات المتطورة. يوضح الشكل أدناه تحليلًا تفصيليًا لرقاقة إلكترونية نشرته كورفو على حسابها الرسمي. يتضح أن هذا النوع من المنتجات يحتوي على أكثر من 10 وحدات BAW، و2-3 ترانزستورات ثنائية القطبية غير متجانسة من زرنيخيد الغاليوم، و3-5 ترانزستورات SOI، ووحدة تحكم CMOS واحدة، ويتميز بأعلى مستوى من التعقيد التقني بين منتجات الترددات الراديوية. يتطلب هذا النوع من المنتجات عادةً دمج أجهزة ذات قيمة VD عالية جدًا، مثل مُضاعِفات الإرسال الرباعية أو الخماسية/السداسية.

 

صورة افتتاحية M/H LPAMiD

المصدر: الحساب الرسمي لشركة كورفو

             

الجبال الخمسة لوحدات استقبال الترددات اللاسلكية

   

نموذج ووتشونغشان الذي يستقبل الوحدة كما هو موضح في الصورة أعلاه.

 

جهاز الاستقبال 1: تم دمج مفتاح الترددات اللاسلكية ومضخم الإشارة المنخفض الضوضاء (LNA) على شريحة واحدة باستخدام تقنية RF-SOI. على الرغم من أنها شريحة واحدة فقط، إلا أنها تُعد وحدة ترددات لاسلكية مركبة الوظائف. تعتمد هذه المنتجات بشكل أساسي على تقنية RF-SOI، والتي تُستخدم في بعض تطبيقات شبكات الجيل الرابع والخامس.

 

جهاز الاستقبال 2: يستخدم تقنية RF-SOI لتنفيذ وظائف مضخم الإشارة المنخفض الضوضاء (LNA) والمفتاح، ثم يدمجها في العبوة مع شريحة مرشح من نوع LC (IPD أو LTCC). يُناسب مرشح LC متطلبات النطاق الترددي الواسع والكبح المنخفض في نطاق 3-6 جيجاهرتز، وهو مناسب لنطاق التردد n77/n79 الخاص بتقنية 5G NR. يعتمد هذا النوع من المنتجات بشكل أساسي على تقنية SOI ويُستخدم بشكل رئيسي في شبكات الجيل الخامس (5G).

 

الاستقبال 3: بالانتقال من مستوى الاستقبال 3، يبدأ مُستقبِل الإشارة بالحاجة إلى دمج عدة مرشحات SAW، ويرتفع مستوى التكامل تدريجيًا. عادةً ما يكون من الضروري دمج مفتاح SOI أحادي القطب متعدد المسارات (SPnT) أو ثنائي القطب متعدد المسارات (DPnT)، بالإضافة إلى عدة مرشحات SAW تدعم تجميع الموجات الحاملة (CA). أما فيما يتعلق بطريقة التغليف، فنظرًا لعدم وجود حد أقصى لمستوى التكامل في "المُستقبِل 3"، فهناك العديد من الخيارات المتاحة. من بينها، تعتمد منتجات الشركات المصنعة العالمية بشكل أساسي على تقنية WLP. بالإضافة إلى مزاياها في الموثوقية وسُمك المنتج، يُمكن إعادة استخدامها في منتجات أخرى ذات مستويات تكامل أعلى.

 

الاستقبال 4: يُطلق على هذا النوع من المنتجات اسم MIMO M/H LFEM. وهو يستخدم تقنية MIMO بشكل أساسي على نطاقات تردد M/H (مثل B1/3/39/40/41/7) لزيادة سرعة الاتصال. ويُعدّ شرطًا أساسيًا للوصول إلى الشبكة في بعض الهواتف المحمولة المتوسطة والعالية الجودة. يبدو أن قطاع الاتصالات يُولي اهتمامًا كبيرًا لنطاق تردد M/H. من الناحية التقنية، يعتمد هذا النوع من المنتجات على مضخم منخفض الضوضاء (LNA) بالإضافة إلى مُبدِّل مُنفَّذ بتقنية RF-SOI، ثم يدمج من 4 إلى 6 قنوات من مرشحات SAW عالية الأداء لنطاق M/H. وقد بدأ المصنّعون العالميون باستخدام تقنية TC-SAW بشكل شائع في نطاقات التردد هذه لتحقيق أفضل أداء شامل.

 

الاستقبال 5: تُعدّ شريحة الاستقبال LFEM من الفئة H/M/L الأكثر تعقيدًا. يُنفّذ هذا النوع من المنتجات عمليات الترشيح (مرشح SAW)، وتبديل القنوات (مفتاح RF)، وتحسين الإشارة (مضخم منخفض الضوضاء) لما بين 10 إلى 15 نطاقًا تردديًا في حجم صغير جدًا. تتميز بكثافة قيمة عالية جدًا (حوالي 10). في مشاريع الجيل الخامس، يُمكنها مساعدة العملاء على تقليل مساحة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) التي يشغلها جزء الاستقبال بشكل كبير، واستخدام المساحة القيّمة في جهاز الإرسال/الهوائي وأجزاء أخرى لتحسين الأداء العام. يتطلب هذا النوع من المنتجات مهارات شاملة عالية، ويتطلب بشكل أساسي استخدام أساليب تغليف متقدمة مثل WLP لتلبية متطلبات الحجم والموثوقية والإنتاجية.

         

تلخيص

1. يتمثل الشرط الأساسي لوحدات الترددات اللاسلكية في تصغير المكونات المختلفة وتكامل الوحدات.

2. سواءً كانت وحدة إرسال أو وحدة استقبال، فإن وحدات الجيل الخامس الخالصة صعبة ولكنها ليست معقدة. أما الوحدات الأكثر تحديًا وقيمة فهي الوحدات عالية التعقيد التي تدعم تقنيتي الجيل الرابع والخامس في آن واحد.

 

يُعدّ الاستبدال المحلي فرصة ذهبية لا تتطلب ابتكارًا في المسار الحالي. يكمن جوهر الأمر في الابتكار التكنولوجي لتحقيق إنتاج رقائق الترددات الراديوية لشبكات الجيل الرابع والخامس، وتصغيرها، وتصميمها كوحدات نمطية. تركز شركة كايوان للاتصالات على تطوير رقائق وحدات الترددات الراديوية، وقد أنشأت مراكز بحث وتطوير في شيامن وشنغهاي وتايبيه، وتعتمد نهج "الوحدات المتكاملة"، حيث تخصص موارد رئيسية لوحدات الترددات الراديوية كهدف رئيسي، وتعمل جاهدةً على تعزيز رقائق الوحدات الأكثر فعالية من حيث التكلفة وبأسعار معقولة لتسريع الإنتاج الضخم لمنتجات الوحدات المحلية، والمساهمة في التنمية الصحية لقطاع الاتصالات في الصين.

   
   

بدأ تصنيع وحدات الترددات اللاسلكية في الشركات الغربية قبل الصين بخمس إلى عشر سنوات. وكما هو موضح في الصورة في بداية هذا المقال، تُباع أعداد كبيرة من وحدات الترددات اللاسلكية الأجنبية في السوق الصينية، بينما لا تزال الصين في مرحلة صناعة الأجهزة المنفصلة. بالطبع، يجب على الصناعات الصينية اللحاق بالركب، والخطوة الأولى لتحقيق ذلك هي إجراء تحليل معمق للمعرفة المتعلقة بوحدات الجيل الخامس، ودمج مزاياها التنافسية، وإيجاد نقطة دخول مناسبة، ثم تبني توجه صناعة الوحدات بشكل كامل. طالما أننا نتبنى هذا التوجه بحماس، فنحن على ثقة تامة بأننا سنحقق قفزة نوعية في وحدات الترددات اللاسلكية المحلية في غضون خمس إلى عشر سنوات.

 

تمثال بطرس الأكبر في سانت بطرسبرغ

   

أعطِ مثالًا ناجحًا مشابهًا. بدأت الثورة الصناعية الحديثة في أوروبا الغربية. كانت أوروبا الغربية قد بدأت التصنيع، بينما كانت روسيا لا تزال دولة زراعية إقطاعية متخلفة. في عام ١٧٠٣، أصدر القيصر بطرس الأكبر من سلالة رومانوف أمرًا ببناء عاصمة جديدة في ميناء على بحر البلطيق. على الرغم من معارضة الجميع والجدل الذي لا يُحصى، كافح هذا الملك، أحد أعظم ملوك التاريخ الروسي، الذي سافر ودرس في أوروبا الغربية متنكرًا في زي حرفي، ضد كل الصعاب لبناء عاصمة روسية جديدة (سانت بطرسبرغ) تقود روسيا إلى أوروبا والعالم، مُحتضنةً أوروبا والمحيط والثورة الصناعية. كانت أوروبا والمحيط والثورة الصناعية هي الاتجاهات السائدة في البلاد في القرن الثامن عشر؛ أما اليوم، فالاتجاهات السائدة في صناعة الترددات اللاسلكية هي استبدال المنتجات المحلية، وشبكات الجيل الخامس، ووحدات الترددات اللاسلكية.

 

عندما وُلد بطرس الأكبر، كانت روسيا كقطعة سمك على لوح التقطيع؛ وعندما مات، أصبحت روسيا جاهزة لتقطيع اللحم. وانطلاقًا من النهضة الشاملة لصناعة الهواتف المحمولة المحلية، نأمل أن تتقدم صناعة الترددات الراديوية في الصين بخطى ثابتة، وأن تواكب الموجة التاريخية للاستبدال المحلي، وتقنية الجيل الخامس، ووحدات الترددات الراديوية. إذا كانت صناعة الترددات الراديوية في الصين عند دخولنا هذا المجال لا تزال كقطعة سمك على لوح التقطيع، فإنني آمل أن تصبح بحلول الوقت الذي نخطط فيه جميعًا للتقاعد، جاهزة لتقطيع اللحم. فلنشجعكم جميعًا!

ملاحظة: هذه المقالة مأخوذة من الإنترنت وتدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة نشرها. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.

رقم هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
س: 3518641314 مدير لي

ف ف: 332496225 مدير تشيو

العنوان: الغرفة 809، المبنى ج، مبنى زانتاو للتكنولوجيا، رقم 1079 شارع مينزي، منطقة لونغهوا الجديدة، شنتشن