近期，在融資日益困難的當(dāng)下，微波、毫米波相控陣芯片和天線的領(lǐng)軍企業(yè)：成都天銳星通科技有限公司完成新一輪E+輪融資，由德諾資本參與投資，助力其鞏固相控陣技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)軍地位。成立于2013年的天銳星通，參與研發(fā)的相控陣終端曾在神舟十三號載人飛船的返回過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，為飛船提供了可靠的通信保障。

從芯片、模塊到天線全面實現(xiàn)自主可控，技術(shù)水平處于國際領(lǐng)先。天銳星通這家本土高新技術(shù)企業(yè)，正通過研發(fā)降低生產(chǎn)成本，疏通毫米波相控陣天線產(chǎn)品走向商用甚至大規(guī)模出貨的所有環(huán)節(jié)，不斷提升毫米波核“芯”產(chǎn)業(yè)鏈上的話語權(quán)。


布局毫米波相控陣技術(shù)

大規(guī)模的相控陣是解決毫米波無線傳播距離受限的核心關(guān)鍵技術(shù)。相控陣是一個電磁波接收發(fā)射系統(tǒng)，電磁波的頻率越高、波長越短，其天線單元也就越小，在同樣的面積下就可以容納更多的天線。天線一多，密密麻麻地排成一個方陣，就組成了天線陣列。

趙滌燹指出，天銳星通布局毫米波相控陣技術(shù)領(lǐng)域，原理是利用多個天線發(fā)射無線電磁波，無線電磁波在空間進行合成，來聚焦波束，增大輸出功率的效果，它可以彌補毫米波覆蓋能力的不足。以一個6厘米×6厘米的方塊為例，如果我們在3GHz頻段放天線，它只能放一個天線，它發(fā)送的波速就相對比較有限，波速在空間的損耗比較大；如果在30Hz頻段，在同樣的面積下，我可以放100個天線，這100個天線它的空間波速就可以聚焦，可以形成1個非常好的定向波束來定向發(fā)送功率，起到遠(yuǎn)距離覆蓋的一個效果。

毫米波相控陣具備兩大優(yōu)勢：一、實現(xiàn)遠(yuǎn)距離覆蓋。高頻段波長短，天線尺寸小，頻率提升N倍時，在發(fā)射和接收端均配置N×N的陣列天線，實現(xiàn)高增益和窄波束，提高等效輻射功率和接收靈敏度，增大傳輸距離。

例如：頻率升高10倍，F(xiàn)SPL升高20dB；假設(shè)頻率升高后PA和LNA參數(shù)不變，收發(fā)均使用10×10的陣列天線，每個天線接1個PA/LNA，總共獲得60dB的鏈路增益，比低頻天線額外多出40dB的增益。這也是為什么在Ku頻段和Ka頻段使用5G毫米波，需要毫米波在衛(wèi)星通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)寬帶、遠(yuǎn)距離傳輸。

二、二維高速電掃描，調(diào)節(jié)每個天線單元的信號相位控制波束方向，相控陣電掃描可以將各通道信號相干疊加，同時實現(xiàn)空分復(fù)用。為了實現(xiàn)高速電掃描，相控陣是唯一的手段。


全面實現(xiàn)自主可控

天銳星通的毫米波相控陣天線測試實驗室內(nèi)，工作人員正在操作電腦，對相控陣天線進行測試。

“對這樣一臺數(shù)千通道的相控陣天線，常規(guī)的測試方法需要半個月左右，我們通過七八年的算法優(yōu)化，不僅測得準(zhǔn)，測試時間也縮短到一個小時以內(nèi)。”公司總經(jīng)理張成軍表示，今年年底，實驗室將實現(xiàn)自動化改造，大大提高人員效率，同時更節(jié)省時間。

隨著5G毫米波通信和寬帶低軌衛(wèi)星通信的迅速崛起，毫米波相控陣天線開始了前所未有的發(fā)展。然而，毫米波的無線傳輸距離短，價格昂貴是制約其應(yīng)用的短板，在提高性能的同時大幅度地降低成本便是解決問題的核心關(guān)鍵。

“毫米波相控陣技術(shù)的發(fā)展一直以來受核心芯片、封裝和制板工藝的限制，經(jīng)過6年的技術(shù)探索與創(chuàng)新，我們與國家網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實驗室以及深南電路股份有限公司合作，研制出CMOS毫米波全集成4通道、16通道相控陣芯片，封裝集成了1024通道天線單元的毫米波大規(guī)模有源天線陣列。”在芯片測試實驗室內(nèi)，張成軍直言這一路走來不容易。

芯片封裝，通俗點來說就是給芯片加上一個塑料殼，實際上起著安放、固定、密封、保護芯片和增強點熱性能的作用，也是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁。做計劃時，研發(fā)團隊覺得很簡單，計劃1個月、預(yù)算100萬元左右完成，然而幾家全球領(lǐng)先的封裝企業(yè)在毫米波相控陣芯片的封裝上都沒有經(jīng)驗，企業(yè)最終投入超過1000萬元，用了兩年時間才算解決了封裝問題。

“高集成的毫米波相控陣天線PCB板制造，最開始的成品率也只有20%，經(jīng)過四年多和深南電路的不斷嘗試，才實現(xiàn)技術(shù)突破。”張成軍說，不斷研發(fā)的過程中，也促進了毫米波相控陣整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和成熟。


實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化

對于當(dāng)前中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說，任何一個細(xì)分領(lǐng)域的突破，都將成為銘刻在國產(chǎn)替代上的深刻印跡，毫米波芯片作為當(dāng)前5G核“芯”和寬帶低軌衛(wèi)星通信核“芯”技術(shù)鏈當(dāng)中的重要一環(huán)也不例外。

毫米波CMOS相控陣芯片完成3.0版本重大升級！意味著成都天銳星通科技有限公司這款芯片正式規(guī)模化生產(chǎn)。

“傳統(tǒng)的毫米波相控陣通常基于化合物半導(dǎo)體芯片加以實現(xiàn)，制作成本高昂，我們使用硅基CMOS工藝，把單通道芯片成本降低到千分之一。”張成軍表示，目前能提供商用CMOS工藝的5G毫米波相控陣射頻芯片的企業(yè)，全世界僅有5家，除了天銳星通外，其他4家分別是高通、恩智浦、ADI、Anokiwave，均為美國企業(yè)，但他們都還在改進中，沒有真正定型下來實現(xiàn)量產(chǎn)，且各家指標(biāo)性能水平相當(dāng)。

同時，除芯片外，公司探索出基于高密度混壓PCB工藝的大規(guī)模集成相控陣低成本解決方案，攻克了毫米波相控陣大批量生產(chǎn)的工藝問題和成本問題。

目前，公司將新研發(fā)出的毫米波相控陣天線在超大規(guī)模應(yīng)用上，每通道售價定為1美元。張成軍說，在這個價格上，國際上已經(jīng)很難有企業(yè)能夠競爭，“而我們還有可觀的利潤。”此外，研發(fā)團隊也推出了標(biāo)準(zhǔn)化可拼接產(chǎn)品，可將小規(guī)模的相控陣子陣靈活地拼接為用戶所需要的大規(guī)模陣列。“就像拼積木一樣，人人都可以拼。”