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氮化鎵——實(shí)現(xiàn)5G的關(guān)鍵技術(shù)

氮化鎵——實(shí)現(xiàn)5G的關(guān)鍵技術(shù)

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2022-03-17 07:11:26 3

如何實(shí)現(xiàn) RF 鏈 5G 目標(biāo)和“綠色”網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)？

進(jìn)入 RF 氮化鎵 (GaN) 的* – 這項(xiàng)高效、寬帶隙、可靠的功率 PA 技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)效率逐年大幅提高。如下圖所示，在基站收發(fā)臺(tái) (BTS) 生態(tài)系統(tǒng)中引入 GaN 后，前端效率大幅提升，使其成為適合高功耗和低功耗應(yīng)用的一項(xiàng)全新*技術(shù)。

2GaN 具有優(yōu)異的特性，包括高功率密度、高功率附加效率 (PAE)、高增益以及易于實(shí)施阻抗匹配，可提高 RF 鏈的整體效率。就像一級(jí)方程式賽車的設(shè)計(jì)師一樣，無(wú)線工程師也可細(xì)致地調(diào)整和調(diào)節(jié)他們的 RF 系統(tǒng)來(lái)逐步優(yōu)化性能。從一開(kāi)始就采用基礎(chǔ)更好的半導(dǎo)體技術(shù)，可以在大幅提升能源效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)性能目標(biāo)。

5G 和 GaN

4G LTE 網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)建趨于成熟，但是要縮小與 5G 的差距，還需要進(jìn)行多次升級(jí)。目前我們正處于 5G 定義和概念驗(yàn)證階段，但是像 Verizon 這樣的公司正在加快時(shí)間表以實(shí)現(xiàn)專注于固定無(wú)線接入的早期部署。

早期的 5G 試驗(yàn)開(kāi)始于 2013 年，現(xiàn)在經(jīng)常會(huì)有早期試驗(yàn)和近期實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)發(fā)布出來(lái)。

那些在毫米波、大規(guī)模 MIMO 天線陣列和波束形成方面提供可觀結(jié)果的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入預(yù)商用開(kāi)發(fā)階段。所有的基站 OEM 已進(jìn)入產(chǎn)品試用模式。

像高通、英特爾這樣的公司正在測(cè)試支持 5G 的調(diào)制解調(diào)器，例如在 28 GHz 頻段工作的 X50 調(diào)制解調(diào)器。

Qorvo 和 NanoSemi 已針對(duì)適用于大規(guī)模 MIMO 應(yīng)用的 GaN 設(shè)備的超寬帶線性化結(jié)果發(fā)布演示數(shù)據(jù)。這些前瞻性公司正在探索主要的 5G 系統(tǒng)架構(gòu)、頻段和使能技術(shù)，以尋找成本、性能和復(fù)雜度的適當(dāng)平衡。

為了滿足多樣的 5G 要求，GaN 制造商需要提供跨越寬頻率和功率水平范圍的多個(gè)變體。有了多個(gè) GaN 工藝可供選擇，設(shè)計(jì)人員可以將 GaN 技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)行最優(yōu)匹配。以下圖表說(shuō)明了 Qorvo 在這個(gè)領(lǐng)域的能力。

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正如 Qorvo 的 Doug Reep 在另一篇文章中提到的，GaN 將取代傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料用于 5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，例如要求更高頻率、緊密集成和最低實(shí)施成本的小型蜂窩。

他還繼續(xù)表明，低電壓 GaN 所提供的效能將不可避免地進(jìn)入手機(jī)設(shè)備。GaN 具有在高溫環(huán)境中運(yùn)行的特性，非常適合被動(dòng)制冷、全戶外塔頂基站電子設(shè)備和汽車應(yīng)用?？偠灾?，擁有廣泛的 GaN 技術(shù)選擇將意味著更多的應(yīng)用需求得到滿足。

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如今，GaN 被大量應(yīng)用于小型蜂窩和 BTS 市場(chǎng)領(lǐng)域，并在 2016 年繼續(xù)呈上升勢(shì)頭。GaN 出貨量在 2016 年預(yù)計(jì)達(dá)到近 3 億美元，遠(yuǎn)超過(guò) 2015 年的 1.5 億美元。

小型蜂窩、分布式天線系統(tǒng) (DAS) 和遠(yuǎn)程無(wú)線電頭端網(wǎng)絡(luò)的密集化部署在這一趨勢(shì)中發(fā)揮了重要的作用。

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未利用的頻譜、高吞吐量和低延遲目標(biāo)的激勵(lì)因素正在吸引開(kāi)發(fā)人員向更高的毫米波頻段遷移。

毫米波頻譜頻段提供的帶寬是目前 4G 頻段 (<4 GHz) 的10 至 30 倍，而網(wǎng)絡(luò)容量與可用的帶寬成正比。

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GaN 非常適合提供毫米波領(lǐng)域所需的高頻率和寬帶寬。它可以滿足性能和小尺寸要求，如上圖所示。

使用毫米波頻段的應(yīng)用需要高度定向的波束形成技術(shù)（波束形成將無(wú)線電信號(hào)聚焦成強(qiáng)指向性的波束，從而提高功率并最大限度地減少用戶設(shè)備上的干擾）。

這意味著 RF 子系統(tǒng)將需要大量有源元件來(lái)驅(qū)動(dòng)相對(duì)緊湊的孔徑。GaN 非常適合這些應(yīng)用，因?yàn)橐孕》庋b尺寸提供強(qiáng)大性能是其最顯著的特點(diǎn)之一。

到 2020 年，當(dāng) 5G 趨于成熟時(shí)，我們都會(huì)發(fā)現(xiàn)其所帶來(lái)的功能和優(yōu)勢(shì)。如今，各種試驗(yàn)、計(jì)劃、討論和演示不斷推動(dòng)著 5G 標(biāo)準(zhǔn)的定義。但明天，我們的日常生活將隨處可見(jiàn)低于 1 毫秒的延遲和極高的容量。無(wú)論結(jié)果如何，GaN 無(wú)疑都將成為 5G 應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。

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