面向5G通信的射頻功放模塊-力同科技射頻功率放大器模塊
主題演講5G作為第五代移動通信技術(shù)，相比第四代具有更高速率、更短的時延、更大連接和高可靠性等技術(shù)特性。移動通信技術(shù)的發(fā)展不斷的推進(jìn)移動通信質(zhì)量的提高和行業(yè)的發(fā)展，5G移動通信與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，在大幅度提升移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)能力的基礎(chǔ)上，已經(jīng)開始拓展到物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、大數(shù)據(jù)、云計算、智能家居、自動駕駛等領(lǐng)域，這必將開啟萬物互聯(lián)的新模式。5G移動通信技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)主要大規(guī)模MIMO技術(shù)，全雙工通信技術(shù)、新型調(diào)制技術(shù)以及毫米波頻段技術(shù)，整個射頻系統(tǒng)的性能水平對未來 5G的發(fā)展和應(yīng)用都有十分重大的意義。2019年6月，三大運(yùn)營商正式獲得了5G商用牌照，中國移動的5G頻段是2515~2675MHz，4800MHz~4900MHz，中國電信獲得了3400MHz~3500MHz，中國聯(lián)通3500MHz~3600MHz，從頻率劃分情況分析，未來5G系統(tǒng)與其他無線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)間是兼容共存。（圖1）
圖1 新一代5G移動通信
一、射頻功率放大器模塊發(fā)展趨勢
「日益小型化」：隨著第五代無線通訊新標(biāo)準(zhǔn)、新技術(shù)的不斷發(fā)展，無線通信系統(tǒng)朝著寬帶化、多模化、集成化等方向不斷演進(jìn)，在無線通信系統(tǒng)中射頻功率放大器模塊占有極其重要的作用，這要求提高射頻功放模塊的各種性能，比如降低成本、減少尺寸與重量、良好的線性度、高輸出功率。此外，在無線通信設(shè)備中，射頻功放的能耗占到總能耗的60%左右，因此，大帶寬、高效率、小體積、輕重量的射頻功率放大器成為了未來移動運(yùn)營商降低運(yùn)營成本、實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能最為有效的手段。
「GaN功率器件將成為5G 射頻功率放大器模塊的首選」：在過去3G和4G LTE基站市場中，功率器件主要有LDMOS和GaAS兩種，但隨著5G要求的多頻帶載波聚合和大規(guī)模MIMO等，現(xiàn)有的LDMOS和GaAS已經(jīng)不能完全適應(yīng)5G的發(fā)展，其缺點(diǎn)越來越顯著，LDMOS和GaAS功率放大器的帶寬會隨著頻率的增加而大幅減少，僅在約3GHz以下的頻率范圍內(nèi)可以有限使用，因此在高于3GHz頻段的性能已開始出現(xiàn)明顯下滑。與此同時5G要求通信設(shè)備的功率要大幅提升，從3G和4G時代的幾十瓦提升到5G時代的320W左右，傳統(tǒng)的射頻器件已經(jīng)很難滿足性能要求，相反氮化鎵功率器件正好在頻率和功率兩個方面彌補(bǔ)了LDMOS器件的不足，GaN具有的壓電極化效應(yīng)可以顯著地提高電子氣場效應(yīng)晶體管遷移率和密度，GaN技術(shù)特點(diǎn)包括效率更高、帶寬更寬、功率密度更大、體積更小，使之成為第五代通信技術(shù)射頻方案的主流，GaN 的寬帶性能是實(shí)現(xiàn)5G多頻帶載波聚合等重要新技術(shù)的關(guān)鍵因素之一，GaN 的高功率效率不但提高了通信系統(tǒng)的高輸出功率也提高了通信系統(tǒng)的效率，這就使其成為5G射頻功率放大器模塊（以下簡稱“功放模塊”）的首選器件。
二、功放模塊的主要應(yīng)用場景
圖2 功放模塊的主要應(yīng)用場景
三、力同射頻功率放大器介紹及技術(shù)優(yōu)勢
圖3 功放模塊及DPD校正后性能
技術(shù)優(yōu)勢：
「上下電時序保護(hù)」：GaN功放管的上下電時序要求是柵極先加負(fù)壓，然后才能加漏壓，關(guān)電時先關(guān)漏壓，再關(guān)柵壓，電路設(shè)計或使用不當(dāng)易發(fā)生元器件損壞情況，功放模塊中使用柵極、漏極加電時序保護(hù)偏置電路模塊，可極大減小功放管損壞幾率。
「可靠性高」：功放模塊采用的是功率管軟焊的工藝，使功率管的熱快速的散發(fā)到外部的散熱片中，保證功放模塊自身的溫度在一個允許的范圍內(nèi)工作。
「高效率」：功放模塊采用的GaN功放管，結(jié)合Doherty線性化技術(shù)，與DPD及技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)大帶寬、高效率和高線性。
「載波帶寬」：功放模塊支持20MHz / 40MHz / 100MHz / 160MHz的載波帶寬，不需要額外進(jìn)行匹配。
「工作頻率范圍寬」：功放模塊的頻率范圍有如下可選：2515~2675MHz, 3400~3600MHz, 4800-5000MHz。
「實(shí)時監(jiān)控功能」：功放模塊通過和數(shù)字通信板的特有協(xié)議，可以實(shí)時讀取功放模塊的狀態(tài)，如功率、溫度、電流等，方便用戶進(jìn)行運(yùn)營維護(hù)。
「雙工方式」：TDD模式，可以搭配DPD算法進(jìn)行工作。
「定制開發(fā)」：支持客戶不同工作頻段、發(fā)射功率以及不同尺寸和接口的定制化開發(fā)和個性化開發(fā)。
