5जी-एडवांस्ड की त्वरित व्यावसायिक तैनाती और 6जी पूर्व-अनुसंधान में निरंतर प्रगति के साथ, मोबाइल संचार प्रणालियाँ तेजी से उच्च आवृत्ति बैंड, व्यापक बैंडविड्थ, उच्च एकीकरण और कम बिजली खपत की ओर विकसित हो रही हैं। वायरलेस संचार प्रणालियों की मुख्य कड़ी के रूप में, आरएफ फ्रंटएंड की ऊपरी प्रदर्शन सीमा सीधे नेटवर्क की कवरेज क्षमता, ट्रांसमिशन दर और ऊर्जा दक्षता निर्धारित करती है।

सक्रिय बिजली उपकरणों और निष्क्रिय उच्च-आवृत्ति घटकों के बीच सह-डिज़ाइन के परिप्रेक्ष्य से, यह पेपर आरएफ फ्रंटएंड द्वारा सामना की जाने वाली ब्रॉडबैंडाइजेशन, उच्च दक्षता और लघुकरण की वर्तमान चुनौतियों का विश्लेषण करता है, जिसमें तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर पावर एमएमआईसी के एकीकृत विकास और आरएफ मिलान और फ़िल्टरिंग नेटवर्क में उच्च-क्यू मल्टीलेयर सिरेमिक कैपेसिटर की महत्वपूर्ण भूमिका शामिल है। यह पेपर आरएफ सिस्टम के समग्र प्रदर्शन में सुधार के लिए डिवाइस-स्तरीय सहयोगात्मक अनुकूलन के इंजीनियरिंग मूल्य पर भी चर्चा करता है, और 6जी युग में आरएफ उपकरणों के प्रौद्योगिकी विकास की प्रवृत्ति की संभावनाओं पर भी चर्चा करता है।

5जी मैक्रो बेस स्टेशनों की बड़े पैमाने पर तैनाती से लेकर, 5जी-ए में 10 जीबीपीएस डाउनलिंक क्षमता के कार्यान्वयन तक, और 6जी की परिभाषित तकनीकी दिशाओं जैसे टेराहर्ट्ज़ और बुद्धिमान प्रतिबिंबित सतहों तक, मोबाइल संचार पुनरावृत्ति की प्रत्येक पीढ़ी आरएफ फ्रंटएंड पर तेजी से कठोर प्रदर्शन आवश्यकताओं को लगाती है। वर्तमान में, उद्योग तीन प्रमुख चुनौतियों का सामना कर रहा है:

पहली चुनौती ब्रॉडबैंडीकरण की है। 5जी-ए में क्रॉस-बैंड कैरियर एग्रीगेशन और 6जी में 10 गीगाहर्ट्ज से कम फुल-बैंड कवरेज की मांग के लिए व्यापक तात्कालिक बैंडविड्थ की सुविधा के लिए आरएफ पावर एम्पलीफायरों की आवश्यकता होती है। पारंपरिक असतत उपकरणों के साथ नेटवर्क के मिलान की डिज़ाइन कठिनाई में काफी वृद्धि हुई है, और निष्क्रिय उपकरणों की आवृत्ति प्रतिक्रिया विशेषताएँ सीधे सिस्टम की बैंडविड्थ सीमा को प्रतिबंधित करती हैं।

दूसरी ऊर्जा दक्षता चुनौती है। "दोहरे कार्बन" लक्ष्य के तहत, बेस स्टेशन ऊर्जा दक्षता ऑपरेटरों के लिए एक मुख्य मूल्यांकन संकेतक बन गई है। डोहर्टी आर्किटेक्चर और डिजिटल प्रीडिस्टॉर्शन प्रौद्योगिकियों का अनुकूलन धीरे-धीरे सैद्धांतिक अड़चन के करीब पहुंच गया है। सक्रिय चिप्स की प्रक्रिया पुनरावृत्ति और निष्क्रिय उपकरणों के हानि अनुकूलन दोनों के एक साथ प्रयासों के साथ, ऊर्जा दक्षता में सुधार को डिवाइस पक्ष तक बढ़ाया जाना चाहिए।

तीसरी लघुकरण चुनौती है। जैसे-जैसे विशाल एमआईएमओ चैनलों की संख्या 64 से बढ़कर 128 हो गई है, सक्रिय एंटीना इकाइयों (एएयू) का आंतरिक स्थान सिकुड़ता जा रहा है। डिवाइस एकीकरण, सतह माउंटिंग और लघुकरण अपरिहार्य रुझान बन गए हैं, जो उपकरणों की पैकेज विश्वसनीयता, स्थिरता और स्वचालित असेंबली संगतता के लिए उच्च आवश्यकताओं को सामने रखते हैं।

इस संदर्भ में, किसी एक डिवाइस का प्रदर्शन अपग्रेड अब सिस्टम-स्तरीय मांगों को पूरा नहीं कर सकता है। सक्रिय बिजली उपकरणों और निष्क्रिय उच्च-आवृत्ति उपकरणों का सह-डिज़ाइन और संयुक्त चयन आरएफ फ्रंटेंड के प्रदर्शन के माध्यम से तोड़ने का एक महत्वपूर्ण मार्ग बन गया है।

आरएफ फ्रंटेंड के मुख्य सक्रिय उपकरण के रूप में, पावर एम्पलीफायरों का तकनीकी मार्ग तेजी से अलग ट्रांजिस्टर समाधानों से पूरी तरह से एकीकृत एमएमआईसी समाधानों में स्थानांतरित हो रहा है। एलडीएमओएस और जीएएन प्रक्रियाओं द्वारा प्रस्तुत तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक बिजली उपकरण न केवल ब्रेकडाउन वोल्टेज और आउटपुट पावर में लगातार सुधार कर रहे हैं, बल्कि वास्तुशिल्प एकीकरण को भी गहराई से आगे बढ़ा रहे हैं।

उदाहरण के तौर पर 3.3-3.8 गीगाहर्ट्ज 5जी बैंड के लिए तीन चरण वाली पूरी तरह से एकीकृत डोहर्टी एमएमआईसी को लें। पारंपरिक असतत डोहर्टी समाधानों के लिए बाहरी पावर स्प्लिटर्स, कॉम्बिनर्स, मिलान नेटवर्क के कई सेट और पूर्वाग्रह सर्किट की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप बड़ी संख्या में बीओएम घटक, बड़े पीसीबी पदचिह्न और कठिन असेंबली स्थिरता नियंत्रण होता है, जो बड़े पैमाने पर उत्पादन में उपज और प्रदर्शन स्थिरता को सीधे प्रभावित करता है। इसके विपरीत, पूरी तरह से एकीकृत डोहर्टी एमएमआईसी वाहक ट्रांजिस्टर, पीकिंग ट्रांजिस्टर, इनपुट पावर स्प्लिटर्स, आउटपुट कॉम्बिनर्स और ऑन-चिप प्री-मैचिंग नेटवर्क को एक ही चिप पर एकीकृत करता है, जिससे 50 Ω इनपुट प्रतिबाधा और मानकीकृत आउटपुट प्रतिबाधा प्राप्त होती है, जो बाहरी मिलान डिजाइन की कठिनाई को काफी कम कर देता है।

ऐसे एकीकृत उपकरणों का मुख्य मूल्य न केवल आकार में कमी में निहित है, बल्कि प्रदर्शन की प्रतिकृति में भी है। ऑन-चिप एकीकृत मिलान नेटवर्क को निर्माता द्वारा सटीक रूप से कैलिब्रेट किया जाता है, जिसमें अलग-अलग उपकरणों के साथ निर्मित समाधानों की तुलना में कहीं बेहतर अंतर-चैनल स्थिरता होती है। इस बीच, वे वाहक और पीकिंग पथों के लिए स्वतंत्र पूर्वाग्रह नियंत्रण का समर्थन करते हैं, जिससे विभिन्न अनुप्रयोग परिदृश्यों के लिए दक्षता और रैखिकता के बीच संतुलन के लचीले समायोजन की अनुमति मिलती है, जो 5 जी मैक्रो स्टेशनों, माइक्रो स्टेशनों और बड़े पैमाने पर एमआईएमओ सक्रिय एंटेना की विविध मांगों को पूरी तरह से अनुकूलित करता है।

आरएफ फ्रंटएंड सिस्टम में, निष्क्रिय उपकरणों को अक्सर नजरअंदाज कर दिया जाता है, लेकिन प्रतिबाधा मिलान नेटवर्क, बाईपास फिल्टर सर्किट और कपलिंग/डीसी ब्लॉकिंग सर्किट का प्रदर्शन अंततः पावर एम्पलीफायर सिस्टम की वास्तविक दक्षता, रैखिकता और परिचालन स्थिरता निर्धारित करता है। उनमें से, आरएफ मल्टीलेयर सिरेमिक कैपेसिटर (एमएलसीसी), सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले निष्क्रिय उपकरणों में से एक के रूप में, उनके क्यू कारक, समकक्ष श्रृंखला प्रतिरोध (ईएसआर), समकक्ष श्रृंखला अधिष्ठापन (ईएसएल) और कैपेसिटेंस सटीकता सीधे मिलान नेटवर्क के सम्मिलन हानि और पैरामीटर स्थिरता को प्रभावित करते हैं।

एक उदाहरण के रूप में 100बी श्रृंखला उच्च-क्यू आरएफ सिरेमिक कैपेसिटर लेते हुए, वे पी90 तापमान गुणांक के साथ चीनी मिट्टी के ढांकता हुआ सामग्री को अपनाते हैं, जो घने सिरेमिक सिंटरिंग प्रक्रिया और कम परजीवी अधिष्ठापन संरचना डिजाइन के साथ संयुक्त होता है। वे सामान्य एमएलसीसी की तुलना में उच्च आवृत्ति बैंड पर बहुत अधिक क्यू कारक और कम प्रविष्टि हानि प्राप्त कर सकते हैं। उच्च-शक्ति आरएफ पावर एम्पलीफायरों के मिलान नेटवर्क में, वे निष्क्रिय हानि के कारण गर्मी उत्पादन और दक्षता हानि को प्रभावी ढंग से कम कर सकते हैं, और पावर एम्पलीफायरों की समग्र नाली दक्षता में सुधार कर सकते हैं।

विभिन्न सटीकता आवश्यकताओं वाले परिदृश्यों के लिए, उच्च-क्यू आरएफ कैपेसिटर एक पूर्ण सहिष्णुता ढाल बनाते हैं: ±1% सटीकता ग्रेड वाले उपकरण सटीक मिलान नेटवर्क और उच्च रैखिकता आवश्यकताओं वाले परिदृश्यों के लिए उपयुक्त होते हैं, बड़े पैमाने पर उत्पादन में चैनलों के बीच पैरामीटर स्थिरता सुनिश्चित करते हैं और अंशांकन और डिबगिंग लागत को कम करते हैं; ±2% और ±5% सहनशीलता ग्रेड वाले उपकरण क्रमशः औद्योगिक और नागरिक आरएफ उपकरणों के विभिन्न ग्रेड के अनुकूल प्रदर्शन और लागत को संतुलित करते हैं। इस बीच, 500 वी और उससे अधिक की उच्च वोल्टेज झेलने वाली रेटिंग उच्च-शक्ति पावर एम्पलीफायरों के उच्च-वोल्टेज पूर्वाग्रह सर्किट के लिए पूरी तरह से अनुकूल हो सकती है। टिन-लीड उच्च-विश्वसनीयता समाप्ति तकनीक के साथ संयुक्त, वे -55°C से +175°C तक व्यापक तापमान परिचालन आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं, और बेस स्टेशन, रडार और एयरोस्पेस जैसे कठोर अनुप्रयोग वातावरण के लिए अनुकूल हो सकते हैं।

व्यावहारिक इंजीनियरिंग डिजाइन में, सक्रिय बिजली उपकरणों और निष्क्रिय उपकरणों का चयन स्वतंत्र रूप से नहीं किया जाता है। दोनों के बीच सहयोगात्मक मिलान इष्टतम सिस्टम प्रदर्शन प्राप्त करने की कुंजी है।

सबसे पहले प्रतिबाधा मिलान का सहयोगात्मक डिज़ाइन है। पावर एमएमआईसी की आउटपुट प्रतिबाधा विशेषताएँ मिलान नेटवर्क के टोपोलॉजी और घटक मापदंडों को निर्धारित करती हैं। उच्च-क्यू कैपेसिटर के ईएसआर और ईएसएल मापदंडों को केवल आदर्श कैपेसिटर मॉडल का उपयोग करने के बजाय मिलान सिमुलेशन के समग्र मॉडल में शामिल करने की आवश्यकता है। मापा मॉडल के साथ उच्च-क्यू निष्क्रिय उपकरणों का उपयोग करके संयुक्त सिमुलेशन सिमुलेशन परिणामों और वास्तविक परीक्षणों के बीच स्थिरता में काफी सुधार कर सकता है, डिजाइन पुनरावृत्तियों को कम कर सकता है और उत्पाद आर एंड डी चक्र को छोटा कर सकता है।

दूसरा है सहनशीलता और निरंतरता का सहयोगात्मक नियंत्रण। एकीकृत पावर एमएमआईसी में उच्च पैरामीटर स्थिरता होती है। यदि मिलान कैपेसिटर की सहनशीलता बहुत बड़ी है, तो यह पूरे लिंक के प्रदर्शन में उतार-चढ़ाव का मुख्य स्रोत बन जाएगा। उच्च-परिशुद्धता आरएफ चैनल डिजाइन में, एकीकृत एमएमआईसी के साथ जोड़े गए ±1% सहनशीलता वाले उच्च-क्यू कैपेसिटर का उपयोग बहुत छोटी सीमा के भीतर अंतर-चैनल लाभ उतार-चढ़ाव को नियंत्रित कर सकता है, जिससे बड़े पैमाने पर एमआईएमओ मल्टी-चैनल सिस्टम के अंशांकन कार्यभार को काफी कम किया जा सकता है।

तीसरा विश्वसनीयता का सहयोगात्मक मिलान है। उच्च-शक्ति आरएफ परिदृश्यों में, पावर ट्रांजिस्टर का जंक्शन तापमान पीसीबी के माध्यम से आसपास के निष्क्रिय उपकरणों तक संचालित होता है, जबकि उच्च-वोल्टेज पूर्वाग्रह सर्किट कैपेसिटर पर दीर्घकालिक वोल्टेज तनाव डालते हैं। व्यापक तापमान रेंज, उच्च वोल्टेज प्रतिरोध और उच्च-विश्वसनीयता समाप्ति के साथ आरएफ कैपेसिटर का चयन बिजली उपकरणों की विश्वसनीयता ग्रेड से मेल खा सकता है, निष्क्रिय उपकरणों को सिस्टम जीवनकाल के छोटे बोर्ड बनने से रोक सकता है, और लंबी अवधि की सेवा के दौरान उपकरणों की स्थिरता सुनिश्चित कर सकता है।

6जी युग के लिए, आरएफ फ्रंटएंड उच्च आवृत्ति बैंड, उच्च एकीकरण और उच्च बुद्धिमत्ता की ओर विकसित होगा, और डिवाइस प्रौद्योगिकी भी परिवर्तन के एक नए दौर की शुरूआत करेगी।

डिवाइस प्रक्रिया स्तर पर, GaN-on-SiC और GaN-on-Diamond जैसी प्रक्रियाएं पुनरावृत्त होती रहेंगी, जिससे टेराहर्ट्ज़ बैंड में बिजली उत्पादन का समर्थन करने के लिए बिजली घनत्व और गर्मी अपव्यय क्षमता में और सुधार होगा। निष्क्रिय डिवाइस पक्ष पर, उच्च क्यू कारक और कम परजीवी मापदंडों के साथ ढांकता हुआ सामग्री और संरचनात्मक डिजाइन मिलीमीटर-वेव और टेराहर्ट्ज बैंड की कम-नुकसान मांग को पूरा करने के लिए आर एंड डी फोकस बन जाएंगे।

एकीकरण प्रपत्र स्तर पर, सक्रिय और निष्क्रिय घटकों के बीच की सीमा और धुंधली हो जाएगी। विषम एकीकरण और 3डी पैकेजिंग तकनीक पर आधारित रेडियो फ्रीक्वेंसी सिस्टम-इन-पैकेज (SiP) मुख्यधारा बन जाएगा, जो आरएफ फ्रंटएंड के लघुकरण और मानकीकरण को साकार करने के लिए पावर एम्पलीफायरों, कम शोर वाले एम्पलीफायरों, फिल्टर, मिलान कैपेसिटर और निष्क्रिय नेटवर्क को एक पैकेज में एकीकृत करेगा।

एप्लिकेशन आयाम स्तर पर, कोर 6G प्रौद्योगिकियां जैसे कि पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य आरएफ फ्रंटएंड और बुद्धिमान प्रतिबिंबित सतहें उपकरणों की ट्यूनेबिलिटी और प्रतिक्रिया गति के लिए नई आवश्यकताओं को सामने रखेंगी। ट्यून करने योग्य हाई-क्यू निष्क्रिय उपकरणों और ब्रॉडबैंड पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य बिजली उपकरणों का संयोजन भविष्य के तकनीकी अन्वेषण के लिए एक महत्वपूर्ण दिशा बन जाएगा।

आरएफ और माइक्रोवेव प्रौद्योगिकी वायरलेस संचार उद्योग का अंतर्निहित समर्थन है। संचार पीढ़ियों में प्रत्येक छलांग तकनीकी सफलताओं और आरएफ उपकरणों के इंजीनियरिंग नवाचार से अविभाज्य है। 5G-A की व्यावसायिक तैनाती को गहरा करने और 6G के पूर्व-अनुसंधान में तेजी लाने की महत्वपूर्ण अवधि में, एकल उपकरणों के प्रदर्शन की सीमा को तोड़ना और सिस्टम परिप्रेक्ष्य से सक्रिय पावर उपकरणों और उच्च-क्यू निष्क्रिय उपकरणों के सह-डिज़ाइन और संयुक्त अनुकूलन को बढ़ावा देना आरएफ फ्रंटेंड के प्रदर्शन बाधाओं को तोड़ने और उद्योग की समग्र प्रतिस्पर्धात्मकता को बढ़ाने का एक प्रभावी मार्ग है। हम आरएफ और माइक्रोवेव प्रौद्योगिकी की निरंतर प्रगति को संयुक्त रूप से बढ़ावा देने और अगली पीढ़ी की मोबाइल संचार प्रौद्योगिकियों के लिए एक ठोस हार्डवेयर नींव रखने के लिए डिवाइस आर एंड डी, सर्किट डिजाइन, सिस्टम एप्लिकेशन और अन्य पहलुओं में उद्योग सहयोगियों के बीच गहन आदान-प्रदान की भी उम्मीद करते हैं।