การเปิดตัว 5G ทั่วโลกได้เพิ่มความต้องการเครื่องขยายสัญญาณ RF ที่สามารถให้กำลังขับสูง ความเป็นเส้นตรงที่ยอดเยี่ยม และประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในรูปแบบที่กะทัดรัดมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อโครงสร้างพื้นฐานโทรคมนาคมขยายตัว โดยเฉพาะในอเมริกาเหนือและเอเชียแปซิฟิก ซึ่งค่าใช้จ่ายในการลงทุนในการใช้งาน 5G ยังคงเพิ่มสูงขึ้น วิศวกรต้องเผชิญกับแรงกดดันที่เพิ่มขึ้นในการเลือกเครื่องขยายสัญญาณที่ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพและความร้อนที่เข้มงวด.
สำหรับนักออกแบบที่สร้างสถานีฐาน Massive MIMO, เซลล์ขนาดเล็ก และระบบเสาอากาศแบบแอคทีฟ การเลือกเครื่องขยายสัญญาณ RF ไม่ใช่แค่การตัดสินใจในระดับส่วนประกอบเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อช่องรับแสงของอาร์เรย์ สถาปัตยกรรมการระบายความร้อน และท้ายที่สุดคือต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของสำหรับผู้ให้บริการเครือข่าย
ทำไม GaN จึงกำลังปรับเปลี่ยนโครงสร้างพื้นฐาน PA
เทคโนโลยี Gallium Nitride (GaN) ได้กลายเป็นตัวเลือกหลักสำหรับเครื่องขยายสัญญาณกำลังสำหรับโครงสร้างพื้นฐาน 5G โดยค่อยๆ แทนที่ LDMOS ในการใช้งานประสิทธิภาพสูง อุปกรณ์ GaN ให้ความหนาแน่นกำลังสูงกว่า แบนด์วิดท์ที่กว้างกว่า และประสิทธิภาพที่ดีกว่าที่ความถี่สูง ซึ่งทั้งหมดนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับระบบ Massive MIMO แบบ sub-6 GHz ที่ต้องบรรจุวงจรส่งสัญญาณจำนวนมากในพื้นที่จำกัด.
ข้อมูลตลาดสะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงนี้ GaN คาดว่าจะเติบโตในอัตราการเติบโตต่อปีแบบทบต้นเกือบ 17% จนถึงปี 2031 โดยส่วนแบ่งในตลาดเครื่องขยายสัญญาณกำลังสำหรับโครงสร้างพื้นฐานวิทยุคาดว่าจะใกล้เคียงครึ่งหนึ่งเมื่อสิ้นสุดช่วงการคาดการณ์. การเปิดตัวผลิตภัณฑ์ล่าสุดเน้นย้ำถึงโมเมนตัมนี้: ซัพพลายเออร์ได้เปิดตัวทรานซิสเตอร์ GaN Doherty ที่มีอัตรา 70W สำหรับ 3.4–4.0 GHz และอุปกรณ์ 55W สำหรับ 4.8–5.0 GHz ซึ่งสร้างขึ้นเพื่อสถาปัตยกรรม 5G Massive MIMO โดยเฉพาะ.
การจัดการความร้อนและประสิทธิภาพในอาร์เรย์ที่หนาแน่น
หนึ่งในความท้าทายที่สำคัญของโครงสร้างพื้นฐาน 5G คือความหนาแน่นของความร้อน อาร์เรย์ Massive MIMO อาจมีวงจรส่งสัญญาณ 64 หรือ 128 วงจรในตัวเรือนที่ไม่ใหญ่ไปกว่าเสาอากาศแบบแผงทั่วไป ความร้อนทุกวัตต์ที่เกิดจากเครื่องขยายสัญญาณกำลังจะต้องถูกนำพาออกจากจุดเชื่อมต่อ ผ่านแพ็คเกจและ PCB และเข้าสู่ตัวเครื่องหรือสภาพแวดล้อมภายนอก
การนำความร้อนที่เหนือกว่าของ GaN เมื่อเทียบกับ GaAs ช่วยได้ แต่การออกแบบความร้อนไม่สามารถเป็นสิ่งที่คิดทีหลังได้ เส้นทางการถ่ายเทความร้อนทั้งหมด ตั้งแต่จุดเชื่อมต่อถึงเคส, เคสถึงอินเทอร์เฟซ, อินเทอร์เฟซถึงฮีทซิงค์ จะต้องได้รับการประเมินภายใต้สภาวะแวดล้อมและรอบการทำงานที่เลวร้ายที่สุด มีการเปิดตัวโมดูลเครื่องขยายสัญญาณ RF แบบระบายความร้อนด้านบนเพื่อจัดการกับความท้าทายนี้โดยเฉพาะ ทำให้วิทยุมีขนาดเล็กลง เบาลง และมีประสิทธิภาพความร้อนที่ดีขึ้นสำหรับสถานีฐาน 5G.
ประสิทธิภาพส่งผลโดยตรงต่อภาระความร้อน PAE ที่สูงขึ้นหมายถึงความร้อนสูญเปล่าน้อยลงและความต้องการการระบายความร้อนที่ลดลง ในสถานีฐานมาโครที่มีหน่วยติดตั้งหลายพันหน่วย แม้แต่การปรับปรุงประสิทธิภาพเพียงเล็กน้อยก็สามารถสะสมเป็นเงินที่ประหยัดได้มากในด้านพลังงานและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน.
ความเป็นเส้นตรงและการปฏิบัติตามข้อกำหนดสเปกตรัม
รูปคลื่น 5G New Radio มีความต้องการสูง อัตราส่วนกำลังสูงสุดต่อค่าเฉลี่ย (PAPR) ที่สูงและแบนด์วิดท์การมอดูเลตที่กว้างผลักดันเครื่องขยายสัญญาณกำลังเข้าสู่บริเวณการทำงานที่ไม่เป็นเชิงเส้น สร้างผลิตภัณฑ์การผสมสัญญาณรบกวนระหว่างคลื่น (intermodulation products) ที่อาจละเมิดข้อกำหนดอัตราส่วนการรั่วไหลของช่องสัญญาณข้างเคียง (ACLR) การปรับความผิดเพี้ยนแบบดิจิทัล (DPD) ถูกใช้อย่างแพร่หลายเพื่อทำให้ PA เป็นเชิงเส้น แต่ประสิทธิภาพของมันขึ้นอยู่กับความเป็นเส้นตรงและผลกระทบจากหน่วยความจำของเครื่องขยายสัญญาณโดยธรรมชาติ
เมื่อเลือกเครื่องขยายสัญญาณ RF สำหรับโครงสร้างพื้นฐาน 5G ให้มองข้าม P1dB และ OIP3 พิจารณาประสิทธิภาพของอุปกรณ์ภายใต้สภาวะการมอดูเลตและแบนด์วิดท์เฉพาะที่ระบบของคุณจะใช้ และประเมินว่าความเสถียรของอัตราขยายและเฟสของเครื่องขยายสัญญาณรองรับสถาปัตยกรรม DPD ของคุณหรือไม่ อุปกรณ์ที่ทำงานได้ดีในการทดสอบคลื่นต่อเนื่องอาจมีพฤติกรรมแตกต่างกันภายใต้การกระตุ้นแบบมอดูเลตแบบบรอดแบนด์
การพิจารณาตลอดวงจรชีวิตและห่วงโซ่อุปทานสำหรับโครงการโครงสร้างพื้นฐาน
การใช้งานโครงสร้างพื้นฐานมีวงจรการผลิตที่ยาวนาน มักครอบคลุมตั้งแต่ห้าถึงสิบปีหรือมากกว่านั้น ดังนั้นความยืดหยุ่นของห่วงโซ่อุปทานจึงเป็นข้อควรพิจารณาในการออกแบบอันดับแรก การรวมกลุ่มอุตสาหกรรมล่าสุด รวมถึงการยุติสายผลิตภัณฑ์ Radio Power ของ NXP และกำหนดเวลาการซื้อครั้งสุดท้ายที่ตามมา ได้แสดงให้เห็นว่าภูมิทัศน์ของซัพพลายเออร์สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างรวดเร็วเพียงใด.
ทีมออกแบบควรกำหนดแหล่งทางเลือกที่ผ่านการรับรองตั้งแต่เนิ่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งก่อนการผลิตจำนวนมาก ในตลาด GaN แบบ sub-6 GHz ซัพพลายเออร์รวมถึง Sumitomo Electric Device Innovations, Qorvo, Ampleon, MACOM และ RFHIC แต่ละรายครอบคลุมความถี่ กำลัง แพ็คเกจ และการใช้งานที่แตกต่างกัน และไม่มีแหล่งทดแทนเพียงแหล่งเดียวสำหรับชิ้นส่วนที่เลิกผลิตแล้ว. กลยุทธ์การจัดหาหลายแหล่งตั้งแต่ระยะการออกแบบเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการลดความเสี่ยงตลอดวงจรชีวิต
สรุป
การเลือกเครื่องขยายสัญญาณ RF สำหรับโครงสร้างพื้นฐาน 5G และเซลลูลาร์ต้องอาศัยการพิจารณาการแลกเปลี่ยนที่ซับซ้อน: เทคโนโลยี GaN สำหรับความหนาแน่นกำลังและประสิทธิภาพ การออกแบบความร้อนที่เข้มงวดสำหรับอาร์เรย์ที่หนาแน่น ความเป็นเส้นตรงที่รองรับ DPD ขั้นสูง และความยืดหยุ่นของห่วงโซ่อุปทานสำหรับโปรแกรมการผลิตหลายปี เมื่อ 5G-Advanced และการวิจัย 6G ระยะแรกผลักดันเข้าสู่สเปกตรัมใหม่ใกล้ 7 GHz ข้อควรพิจารณาเหล่านี้จะมีความสำคัญมากขึ้นเท่านั้น.
https://www.signalpoweramplifier.com
