انتخاب تقویت کننده قدرت RF برای 5G و زیرساخت سلولی

گسترش جهانی 5G تقاضا برای تقویت کننده های قدرت RF را افزایش داده است که می توانند قدرت خروجی بالا، خطی بودن عالی و کارایی برتر را در فاکتورهای فرم فشرده تر ارائه دهند.در حالیکه زیرساخت های مخابراتی به ویژه در آمریکای شمالی و آسیا و اقیانوسیه گسترش می یابد، در حالی که هزینه های سرمایه گذاری برای گسترش 5G همچنان در حال افزایش است، مهندسان با فشار فزاینده ای برای انتخاب تقویت کننده های قدرت که نیازهای عملکردی و حرارتی سختگیرانه را برآورده می کنند، مواجه هستند..

برای طراحان ساخت ایستگاه های پایه MIMO عظیم، سلول های کوچک و سیستم های آنتن فعال، انتخاب تقویت کننده قدرت RF تنها یک تصمیم در سطح قطعات نیست.اين بر افراطي تله تاثير ميذاره، معماری خنک کننده و در نهایت کل هزینه مالکیت برای اپراتورهای شبکه.

چرا GaN در حال تغییر ساختار زیرساخت ها است؟

فناوری گالیوم نیترید (GaN) به انتخاب غالب برای تقویت کننده های قدرت زیرساخت 5G تبدیل شده است و به طور پیوسته LDMOS را در برنامه های کاربردی با عملکرد بالا جایگزین می کند.دستگاه های GaN چگالی قدرت بیشتری را ارائه می دهند، پهنای باند گسترده تر و بهره وری بهتر در فرکانس های بالا، که همه آنها برای سیستم های MIMO عظیم زیر 6 گیگاهرتز که باید زنجیره های انتقال زیادی را در فضاهای تنگ بسته بندی کنند، حیاتی هستند..

داده های بازار این تغییر را منعکس می کند. پیش بینی می شود که GaN با نرخ رشد سالانه تقریباً 17٪ تا سال 2031 رشد کند.با سهم خود را از بازار تقویت کننده قدرت زیرساخت دسترسی رادیویی انتظار می رود نزدیک به نیمی از پایان پنجره پیش بینیمعرفی محصولات اخیر این حرکت را نشان می دهد: تامین کنندگان ترانزیستورهای GaN Doherty را با قدرت 70W برای 3.4 ∼4.0 گیگاهرتز و دستگاه های 55W برای 4.8 ∼5.0 گیگاهرتز عرضه کرده اند.طراحی شده برای معماری های عظیم MIMO 5G.

مدیریت حرارتی و کارایی در آرایه های متراکم

یکی از چالش های تعریف زیرساخت های 5G تراکم حرارتی است. یک آرایه MIMO عظیم ممکن است 64 یا 128 زنجیره انتقال را در یک محفظه که خیلی بزرگتر از آنتن پانل معمولی نیست، شامل شود.هر وات از گرما تولید شده توسط تقویت کننده قدرت باید به دور از اتصال هدایت شود، از طریق بسته بندی و PCB، و به محفظه یا محیط محیطی.

هدایت حرارتی برتر GaN نسبت به GaAs کمک می کند، اما طراحی حرارتی نمی تواند یک فکر بعدی باشد.رابط به حرارتی سینک باید در بدترین شرایط محیط و چرخه کار ارزیابی شود.ماژول های تقویت کننده RF خنک شده در سمت بالا به طور خاص برای مقابله با این چالش معرفی شده اند و رادیو های کوچکتر و سبک تر را با عملکرد حرارتی بهبود یافته برای ایستگاه های پایه 5G امکان پذیر می کنند..

بهره وری به طور مستقیم بر بار حرارتی تاثیر می گذارد. PAE بالاتر به معنای گرما ضایعات کمتری و نیازهای خنک کننده کمتر است. در یک ایستگاه پایه کلان با هزاران واحد مستقر،حتی بهبود متوسط بهره وری به صرفه جویی قابل توجهی در انرژی و هزینه های عملیاتی منجر می شود.

خطی سازی و انطباق طیف

شکل های موج رادیویی جدید 5G سختگیرانه هستند نسبت های قدرت اوج به متوسط بالا (PAPR) و پهنای باند انکساری گسترده تقویت کننده های قدرت را به مناطق عملیاتی غیرخطی می کشند.تولید محصولات بین سازگاری که می توانند الزامات نسبت نشت کانال مجاور (ACLR) را نقض کنندپیش تحریف دیجیتال (DPD) به طور گسترده ای برای خطی سازی PA استفاده می شود، اما اثربخشی آن به خطیت ذاتی تقویت کننده و اثرات حافظه بستگی دارد.

هنگام انتخاب یک تقویت کننده قدرت RF برای زیرساخت های 5G، فراتر از P1dB و OIP3 نگاه کنید.و ارزیابی کنید که آیا تقویت کننده افزایش و ثبات فاز پشتیبانی معماری DPD خود رادستگاهی که در تست امواج مستمر عملکرد خوبی دارد ممکن است تحت تحریک محدوده ی پهن باند رفتار متفاوتی داشته باشد.

ملاحظات چرخه عمر و زنجیره تامین برای برنامه های زیرساخت

پیاده سازی زیرساخت ها چرخه های طولانی تولید دارند، اغلب پنج تا ده سال یا بیشتر است. بنابراین انعطاف پذیری زنجیره تامین یک ملاحظه طراحی درجه اول است.تحکیم اخیر صنعت ٫ از جمله انحلال خط تولید رادیو پاور NXP ٬ و مهلت های خرید آخرین بار ٬ نشان داده است که چگونه چشم انداز تامین کننده می تواند به سرعت تغییر کند.

تیم های طراحی باید منابع جایگزین واجد شرایط را در اوایل، به طور ایده آل قبل از روند تولید، شناسایی کنند. در بازار GaN زیر 6 GHz، تامین کنندگان از جمله Sumitomo Electric Device Innovations، Qorvo، Ampleon،MACOM، و RFHIC هر کدام ترکیبی متفاوت از فرکانس، قدرت، بسته و کاربرد را پوشش می دهند و هیچ مجموعه ای از قطعات جایگزین برای قطعات متوقف شده وجود ندارد.یک استراتژی چند منبع از مرحله طراحی موثرترین راه برای کاهش ریسک چرخه زندگی است.

نتیجه گیری

انتخاب تقویت کننده های قدرت RF برای 5G و زیرساخت های سلولی مستلزم حرکت در یک مجموعه پیچیده از تعادلات است: تکنولوژی GaN برای تراکم و کارایی قدرت،طراحی حرارتی دقیق برای آرایه های متراکم، خطی بودن که از DPD پیشرفته پشتیبانی می کند و انعطاف پذیری زنجیره تامین برای برنامه های تولید چند ساله.این ملاحظات فقط اهمیت بیشتری خواهند داشت..

https://www.signalpoweramplifier.com