Selezione di amplificatori di potenza RF per 5G e infrastruttura cellulare

Il lancio globale del 5G ha intensificato la domanda di amplificatori di potenza RF in grado di fornire una potenza di uscita elevata, un'eccellente linearità e un'efficienza superiore in fattori di forma sempre più compatti.Con l'espansione delle infrastrutture di telecomunicazione, in particolare in Nord America e in Asia-Pacifico, dove le spese di capitale per la diffusione del 5G continuano ad aumentare, gli ingegneri devono affrontare una crescente pressione per selezionare amplificatori di potenza che soddisfino requisiti rigorosi di prestazioni e di temperatura..

Per i progettisti che costruiscono grandi stazioni base MIMO, piccole celle e sistemi di antenne attive, la selezione dell'amplificatore di potenza RF non è una decisione a livello di componente.Influisce sull' apertura della matrice., l'architettura di raffreddamento e, in ultima analisi, il costo totale di proprietà per gli operatori di rete.

Perché il GaN sta ridisegnando i PA infrastrutturali

La tecnologia del nitruro di gallio (GaN) è diventata la scelta dominante per gli amplificatori di potenza dell'infrastruttura 5G, sostituendo costantemente l'LDMOS nelle applicazioni ad alte prestazioni.I dispositivi GaN offrono una maggiore densità di potenza, larghezza di banda più ampia e maggiore efficienza a frequenze elevate, tutti elementi fondamentali per i sistemi MIMO di massa sotto i 6 GHz che devono contenere molte catene di trasmissione in spazi ristretti.

I dati di mercato riflettono questo cambiamento: si prevede che il GaN crescerà ad un tasso di crescita annuale composto di quasi il 17% fino al 2031,con una quota del mercato degli amplificatori di potenza per infrastrutture di accesso radio che dovrebbe raggiungere la metà entro la fine della finestra di previsioneLe recenti introduzioni di prodotti sottolineano questo slancio: i fornitori hanno lanciato transistor GaN Doherty di 70 W per 3,4 – 4,0 GHz e dispositivi da 55 W per 4,8 – 5,0 GHz,appositamente progettato per le architetture MIMO di massa 5G.

Gestione termica ed efficienza nelle serie dense

Una delle sfide principali dell'infrastruttura 5G è la densità termica. Un massiccio array MIMO può contenere 64 o 128 catene di trasmissione in un alloggiamento non molto più grande di un antenna a pannello convenzionale.Ogni watt di calore generato dall'amplificatore di potenza deve essere condotto lontano dalla giunzione, attraverso l'imballaggio e il PCB, e nell'ambiente interno o ambientale.

La conducibilità termica superiore del GaN – rispetto al GaAs aiuta, ma la progettazione termica non può essere un pensiero a posteriori.interfaccia-sink calorifico deve essere valutata nelle condizioni ambientali e del ciclo di lavoro peggiori.I moduli amplificatori RF raffreddati sul lato superiore sono stati introdotti specificamente per affrontare questa sfida, consentendo radio più piccole e più leggere con prestazioni termiche migliorate per le stazioni base 5G.

L'efficienza influisce direttamente sul carico termico. PAE più elevato significa meno calore di scarto e minori requisiti di raffreddamento.Anche un modesto miglioramento dell'efficienza si traduce in un significativo risparmio di energia e di costi operativi.

Linearizzazione e conformità spettrale

Le nuove forme d'onda radio 5G sono molto impegnative, con elevati rapporti di potenza PAPR e ampie larghezze di banda di modulazione che spingono gli amplificatori di potenza in regioni di funzionamento non lineari.che generano prodotti di intermodulazione che possono violare i requisiti ACLR (adjacent channel leakage ratio)La pre-distorsione digitale (DPD) è ampiamente utilizzata per linearizzare l'AP, ma la sua efficacia dipende dalla linearità intrinseca dell'amplificatore e dagli effetti di memoria.

Quando si sceglie un amplificatore di potenza RF per l'infrastruttura 5G, guardare oltre P1dB e OIP3. Considerare le prestazioni del dispositivo sotto le specifiche condizioni di modulazione e larghezza di banda che il sistema userà,e valutare se il guadagno e la stabilità di fase dell'amplificatore supportano l'architettura DPDUn dispositivo che si comporta bene nei test a onde continue può comportarsi in modo diverso sotto eccitazione modulata a banda larga.

Considerazioni relative al ciclo di vita e alla catena di approvvigionamento per i programmi di infrastrutture

Le implementazioni di infrastrutture hanno lunghi cicli di vita di produzione, spesso di cinque o dieci anni o più.Il recente consolidamento del settore, compreso il liquidazione della linea di prodotti Radio Power di NXP e le conseguenti scadenze per l'ultimo acquisto, ha dimostrato quanto rapidamente il panorama dei fornitori possa cambiare..

I team di progettazione dovrebbero identificare le fonti alternative qualificate in anticipo, idealmente prima della produzione.MACOM, e RFHIC coprono ciascuno diverse combinazioni di frequenza, potenza, pacchetto e applicazione e non esiste un unico pool di sostituzione per le parti discontinuateUna strategia multi-sourcing sin dalla fase di progettazione è il modo più efficace per mitigare i rischi del ciclo di vita.

Conclusioni

La selezione di amplificatori di potenza RF per 5G e infrastrutture cellulari richiede di affrontare una serie di compromessi complessi: la tecnologia GaN per la densità di potenza e l'efficienza,una rigorosa progettazione termica per gli array densi, linearità che supporta DPD avanzata e resilienza della supply chain per programmi di produzione pluriennali.Queste considerazioni non faranno altro che crescere in importanza..

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