氮化鎵——實現5G的關鍵技術

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2022-03-17 07:11:26 5

如何實現 RF 鏈 5G 目標和“綠色”網絡目標？

進入 RF 氮化鎵 (GaN) 的* – 這項高效、寬帶隙、可靠的功率 PA 技術使網絡效率逐年大幅提高。如下圖所示，在基站收發臺 (BTS) 生態系統中引入 GaN 后，前端效率大幅提升，使其成為適合高功耗和低功耗應用的一項全新*技術。

2GaN 具有優異的特性，包括高功率密度、高功率附加效率 (PAE)、高增益以及易于實施阻抗匹配，可提高 RF 鏈的整體效率。就像一級方程式賽車的設計師一樣，無線工程師也可細致地調整和調節他們的 RF 系統來逐步優化性能。從一開始就采用基礎更好的半導體技術，可以在大幅提升能源效率的同時實現性能目標。

5G 和 GaN

4G LTE 網絡的擴建趨于成熟，但是要縮小與 5G 的差距，還需要進行多次升級。目前我們正處于 5G 定義和概念驗證階段，但是像 Verizon 這樣的公司正在加快時間表以實現專注于固定無線接入的早期部署。

早期的 5G 試驗開始于 2013 年，現在經常會有早期試驗和近期實驗中的數據發布出來。

那些在毫米波、大規模 MIMO 天線陣列和波束形成方面提供可觀結果的關鍵技術已經進入預商用開發階段。所有的基站 OEM 已進入產品試用模式。

像高通、英特爾這樣的公司正在測試支持 5G 的調制解調器，例如在 28 GHz 頻段工作的 X50 調制解調器。

Qorvo 和 NanoSemi 已針對適用于大規模 MIMO 應用的 GaN 設備的超寬帶線性化結果發布演示數據。這些前瞻性公司正在探索主要的 5G 系統架構、頻段和使能技術，以尋找成本、性能和復雜度的適當平衡。

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變體。有了多個 GaN 工藝可供選擇，設計人員可以將 GaN 技術與應用進行最優匹配。以下圖表說明了 Qorvo 在這個領域的能力。

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正如 Qorvo 的 Doug Reep 在另一篇文章中提到的，GaN 將取代傳統的半導體材料用于 5G 網絡應用，例如要求更高頻率、緊密集成和最低實施成本的小型蜂窩。

他還繼續表明，低電壓 GaN 所提供的效能將不可避免地進入手機設備。GaN 具有在高溫環境中運行的特性，非常適合被動制冷、全戶外塔頂基站電子設備和汽車應用。總而言之，擁有廣泛的 GaN 技術選擇將意味著更多的應用需求得到滿足。

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如今，GaN 被大量應用于小型蜂窩和 BTS 市場領域，并在 2016 年繼續呈上升勢頭。GaN 出貨量在 2016 年預計達到近 3 億美元，遠超過 2015 年的 1.5 億美元。

小型蜂窩、分布式天線系統 (DAS) 和遠程無線電頭端網絡的密集化部署在這一趨勢中發揮了重要的作用。

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未利用的頻譜、高吞吐量和低延遲目標的激勵因素正在吸引開發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，而網絡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用需要高度定向的波束形成技術（波束形成將無線電信號聚焦成強指向性的波束，從而提高功率并最大限度地減少用戶設備上的干擾）。

這意味著 RF 子系統將需要大量有源元件來驅動相對緊湊的孔徑。GaN 非常適合這些應用，因為以小封裝尺寸提供強大性能是其最顯著的特點之一。

到 2020 年，當 5G 趨于成熟時，我們都會發現其所帶來的功能和優勢。如今，各種試驗、計劃、討論和演示不斷推動著 5G 標準的定義。但明天，我們的日常生活將隨處可見低于 1 毫秒的延遲和極高的容量。無論結果如何，GaN 無疑都將成為 5G 應用中的關鍵技術。

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