لقد أدى الانتشار العالمي لشبكات الجيل الخامس (5G) إلى تكثيف الطلب على مضخمات طاقة الترددات الراديوية (RF) التي يمكنها توفير طاقة خرج عالية، وخطية ممتازة، وكفاءة فائقة في عوامل شكل مدمجة بشكل متزايد. مع توسع البنية التحتية للاتصالات—خاصة في أمريكا الشمالية ومنطقة آسيا والمحيط الهادئ، حيث تستمر النفقات الرأسمالية على نشر شبكات الجيل الخامس في الارتفاع—يواجه المهندسون ضغطًا متزايدًا لاختيار مضخمات طاقة تلبي متطلبات الأداء الحراري الصارمة..
بالنسبة للمصممين الذين يبنون محطات قاعدية ضخمة بتقنية MIMO، والخلايا الصغيرة، وأنظمة الهوائيات النشطة، فإن اختيار مضخم طاقة الترددات الراديوية ليس مجرد قرار على مستوى المكونات. إنه يؤثر على فتحة المصفوفة، وهندسة التبريد، وفي النهاية التكلفة الإجمالية للملكية لمشغلي الشبكات.
لماذا تغير نيتريد الغاليوم (GaN) البنية التحتية لمضخمات الطاقة
أصبحت تقنية نيتريد الغاليوم (GaN) الخيار المهيمن لمضخمات طاقة البنية التحتية لشبكات الجيل الخامس، وتحل تدريجياً محل LDMOS في التطبيقات عالية الأداء. توفر أجهزة GaN كثافة طاقة أعلى، وعرض نطاق ترددي أوسع، وكفاءة أفضل عند الترددات المرتفعة، وكلها ضرورية لأنظمة MIMO الضخمة تحت 6 جيجاهرتز التي يجب أن تحتوي على العديد من سلاسل الإرسال في مساحات ضيقة..
تعكس بيانات السوق هذا التحول. من المتوقع أن تنمو GaN بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ حوالي 17٪ حتى عام 2031، مع توقع أن تصل حصتها في سوق مضخمات طاقة البنية التحتية للوصول الراديوي إلى النصف تقريبًا بحلول نهاية فترة التنبؤ.. تؤكد عمليات إطلاق المنتجات الأخيرة هذا الزخم: أطلقت الشركات المصنعة ترانزستورات Doherty من GaN بقدرة 70 واط لنطاق 3.4-4.0 جيجاهرتز وأجهزة بقدرة 55 واط لنطاق 4.8-5.0 جيجاهرتز، والمصممة خصيصًا لبنى MIMO الضخمة لشبكات الجيل الخامس..
الإدارة الحرارية والكفاءة في المصفوفات الكثيفة
أحد التحديات المحددة للبنية التحتية لشبكات الجيل الخامس هو الكثافة الحرارية. قد تحتوي مصفوفة MIMO الضخمة على 64 أو 128 سلسلة إرسال في غلاف لا يزيد حجمه كثيرًا عن هوائي لوحة تقليدي. يجب نقل كل واط من الحرارة المتولدة بواسطة مضخم الطاقة بعيدًا عن الوصلة، عبر العبوة ولوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، وإلى الغلاف أو البيئة المحيطة.
يساعد التوصيل الحراري الفائق لـ GaN مقارنة بـ GaAs، ولكن لا يمكن أن يكون التصميم الحراري فكرة لاحقة. يجب تقييم مسار نقل الحرارة الكامل—من الوصلة إلى العلبة، ومن العلبة إلى الواجهة، ومن الواجهة إلى المشتت الحراري—في ظل أسوأ ظروف البيئة المحيطة ودورة العمل. تم تقديم وحدات مضخمات الترددات الراديوية المبردة من الجانب العلوي لمعالجة هذا التحدي على وجه التحديد، مما يتيح أجهزة راديو أصغر وأخف وزنًا مع أداء حراري محسّن لمحطات الجيل الخامس القاعدية..
تؤثر الكفاءة بشكل مباشر على الحمل الحراري. تعني كفاءة الطاقة المضافة (PAE) الأعلى حرارة مهدرة أقل ومتطلبات تبريد أقل. في محطة قاعدية كبيرة تضم آلاف الوحدات المنشورة، حتى التحسينات المتواضعة في الكفاءة تتراكم لتوفير كبير في الطاقة وتكاليف التشغيل..
الخطية والامتثال الطيفي
تتطلب أشكال موجات الجيل الخامس الجديدة (5G New Radio) أداءً عاليًا. نسب الذروة إلى المتوسط للطاقة العالية (PAPR) وعرض النطاق الترددي الواسع للتعديل تدفع مضخمات الطاقة إلى مناطق تشغيل غير خطية، مما يولد منتجات تداخل يمكن أن تنتهك متطلبات نسبة تسرب القناة المجاورة (ACLR). يُستخدم التشويه الرقمي المسبق (DPD) على نطاق واسع لخطية مضخم الطاقة، ولكن فعاليته تعتمد على الخطية المتأصلة للمضخم وتأثيرات الذاكرة.
عند اختيار مضخم طاقة الترددات الراديوية للبنية التحتية لشبكات الجيل الخامس، انظر إلى ما هو أبعد من P1dB و OIP3. ضع في اعتبارك أداء الجهاز في ظل ظروف التعديل وعرض النطاق الترددي المحددة التي سيستخدمها نظامك، وقم بتقييم ما إذا كانت استقرار الكسب والطور للمضخم يدعم بنية DPD الخاصة بك. قد يتصرف الجهاز الذي يؤدي أداءً جيدًا في اختبار الموجة المستمرة بشكل مختلف تحت إثارة معدلة واسعة النطاق.
اعتبارات دورة الحياة وسلسلة التوريد لبرامج البنية التحتية
تتمتع عمليات نشر البنية التحتية بدورات إنتاج طويلة، غالبًا ما تمتد من خمسة إلى عشرة أعوام أو أكثر. لذلك، تعد مرونة سلسلة التوريد اعتبارًا أساسيًا للتصميم. أظهر الاندماج الأخير في الصناعة—بما في ذلك إنهاء خط إنتاج NXP Radio Power والمواعيد النهائية لشراء آخر مرة—مدى سرعة تغير مشهد الموردين..
يجب على فرق التصميم تحديد مصادر بديلة مؤهلة في وقت مبكر، ويفضل قبل زيادة الإنتاج. في سوق GaN تحت 6 جيجاهرتز، تغطي الشركات المصنعة بما في ذلك Sumitomo Electric Device Innovations، و Qorvo، و Ampleon، و MACOM، و RFHIC مجموعات مختلفة من الترددات، والطاقة، والحزم، والتطبيقات، ولا توجد مجموعة استبدال واحدة للأجزاء المتوقفة.. استراتيجية التوريد المتعدد من مرحلة التصميم هي الطريقة الأكثر فعالية للتخفيف من مخاطر دورة الحياة.
خاتمة
يتطلب اختيار مضخمات طاقة الترددات الراديوية للبنية التحتية لشبكات الجيل الخامس والشبكات الخلوية التنقل عبر مجموعة معقدة من المفاضلات: تقنية GaN لكثافة الطاقة والكفاءة، والتصميم الحراري الصارم للمصفوفات الكثيفة، والخطية التي تدعم DPD المتقدم، ومرونة سلسلة التوريد لبرامج الإنتاج متعددة السنوات. مع دفع أبحاث 5G-Advanced و 6G المبكرة إلى طيف جديد بالقرب من 7 جيجاهرتز، ستزداد هذه الاعتبارات أهمية..
https://www.signalpoweramplifier.com
