Выбор усилителя мощности RF для 5G и сотовой инфраструктуры

Глобальное развертывание 5G усилило спрос на ВЧ усилители мощности, способные обеспечивать высокую выходную мощность, превосходную линейность и превосходную эффективность в постоянно более компактных форм-факторах. По мере расширения телекоммуникационной инфраструктуры, особенно в Северной Америке и Азиатско-Тихоокеанском регионе, где капитальные затраты на развертывание 5G продолжают расти, инженеры сталкиваются с растущим давлением при выборе усилителей мощности, отвечающих строгим требованиям к производительности и тепловым режимам..

Для разработчиков, создающих базовые станции massive MIMO, малые соты и системы активных антенн, выбор ВЧ усилителя мощности является не только решением на уровне компонента. Он влияет на апертуру массива, архитектуру охлаждения и, в конечном итоге, на общую стоимость владения для операторов сети.

Почему GaN меняет инфраструктурные усилители мощности

Технология нитрида галлия (GaN) стала доминирующим выбором для усилителей мощности инфраструктуры 5G, постепенно вытесняя LDMOS в высокопроизводительных приложениях. Устройства GaN предлагают более высокую плотность мощности, более широкую полосу пропускания и лучшую эффективность на повышенных частотах, что критически важно для систем massive MIMO в диапазоне ниже 6 ГГц, которые должны размещать множество передающих цепей в ограниченном пространстве..

Рыночные данные отражают этот сдвиг. Прогнозируется, что GaN будет расти со среднегодовым темпом роста почти 17% до 2031 года, при этом его доля на рынке усилителей мощности радиодоступа к концу прогнозного периода приблизится к половине.. Недавние выпуски продуктов подчеркивают эту тенденцию: поставщики выпустили транзисторы GaN Doherty мощностью 70 Вт для диапазона 3,4–4,0 ГГц и устройства мощностью 55 Вт для диапазона 4,8–5,0 ГГц, специально разработанные для архитектур 5G massive MIMO..

Тепловой режим и эффективность в плотных массивах

Одной из определяющих проблем инфраструктуры 5G является тепловая плотность. Массив massive MIMO может содержать 64 или 128 передающих цепей в корпусе, не намного большем, чем обычная панельная антенна. Каждый ватт тепла, выделяемого усилителем мощности, должен отводиться от перехода, через корпус и печатную плату, и поступать в корпус или окружающую среду.

Превосходная теплопроводность GaN по сравнению с GaAs помогает, но тепловой расчет не может быть второстепенным. Полный путь теплопередачи — от перехода к корпусу, от корпуса к интерфейсу, от интерфейса к радиатору — должен оцениваться в условиях наихудшей окружающей среды и рабочего цикла. Модули ВЧ усилителей с охлаждением сверху были представлены специально для решения этой проблемы, позволяя создавать более компактные, легкие радиостанции с улучшенными тепловыми характеристиками для базовых станций 5G..

Эффективность напрямую влияет на тепловую нагрузку. Более высокая PAE означает меньшее количество рассеиваемого тепла и снижение требований к охлаждению. В макробазовой станции с тысячами развернутых устройств даже скромные улучшения эффективности приводят к значительной экономии энергии и эксплуатационных расходов..

Линеаризация и спектральная совместимость

Формы сигналов 5G New Radio предъявляют высокие требования. Высокие соотношения пиковой и средней мощности (PAPR) и широкие полосы модуляции выводят усилители мощности в нелинейные рабочие области, генерируя интермодуляционные продукты, которые могут нарушать требования к коэффициенту утечки в соседнем канале (ACLR). Цифровое предварительное искажение (DPD) широко используется для линеаризации усилителя мощности, но его эффективность зависит от собственной линейности усилителя и его эффектов памяти.

При выборе ВЧ усилителя мощности для инфраструктуры 5G смотрите дальше P1dB и OIP3. Учитывайте производительность устройства в конкретных условиях модуляции и полосы пропускания, которые будет использовать ваша система, и оцените, поддерживает ли стабильность усиления и фазы усилителя вашу архитектуру DPD. Устройство, которое хорошо работает при тестировании в режиме непрерывной волны, может вести себя иначе при широкополосном модулированном возбуждении.

Соображения по жизненному циклу и цепочке поставок для инфраструктурных программ

Развертывание инфраструктуры имеет длительные производственные циклы, часто охватывающие пять-десять лет и более. Поэтому устойчивость цепочки поставок является первоочередным соображением при проектировании. Недавняя консолидация отрасли, включая прекращение выпуска продуктовой линейки радиоусилителей NXP и связанные с этим сроки последнего закупа, продемонстрировала, как быстро может меняться ландшафт поставщиков..

Команды разработчиков должны заблаговременно выявлять квалифицированные альтернативные источники, в идеале до начала производства. На рынке GaN в диапазоне ниже 6 ГГц поставщики, включая Sumitomo Electric Device Innovations, Qorvo, Ampleon, MACOM и RFHIC, каждый из которых охватывает различные комбинации частот, мощности, корпусов и применений, и не существует единого пула замен для снятых с производства деталей.. Стратегия множественного выбора поставщиков с этапа проектирования является наиболее эффективным способом снижения риска жизненного цикла.

Заключение

Выбор ВЧ усилителей мощности для инфраструктуры 5G и сотовой связи требует навигации по сложному набору компромиссов: технология GaN для плотности мощности и эффективности, строгий тепловой расчет для плотных массивов, линейность, поддерживающая продвинутый DPD, и устойчивость цепочки поставок для многолетних производственных программ. Поскольку 5G-Advanced и ранние исследования 6G выходят в новый спектр около 7 ГГц, эти соображения будут только расти в важности..

https://www.signalpoweramplifier.com