電子系統(tǒng)工程師們正在適應(yīng)5G基站設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重大變革；包括發(fā)射/接收通道的數(shù)量從4個(gè)激增至高達(dá)256個(gè)。同時(shí)，這些基站的頻率范圍也有所提升，從原先的1GHz擴(kuò)展到現(xiàn)在的3-4GHz，并有望達(dá)到7GHz。隨著更多通道的引入（如上述256個(gè)收發(fā)通道這樣的配置），對(duì)既高效又具備精確信號(hào)能力的功率放大器的需求也愈發(fā)迫切。此外，推動(dòng)構(gòu)建更緊湊的蜂窩網(wǎng)絡(luò)還涉及集成大規(guī)模多入多出（mMIMO）波束成形、小型基站和毫米波基站等先進(jìn)技術(shù)。

電子系統(tǒng)工程師們正在適應(yīng)5G基站設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重大變革；包括發(fā)射/接收通道的數(shù)量從4個(gè)激增至高達(dá)256個(gè)。同時(shí)，這些基站的頻率范圍也有所提升，從原先的1GHz擴(kuò)展到現(xiàn)在的3-4GHz，并有望達(dá)到7GHz。隨著更多通道的引入（如上述256個(gè)收發(fā)通道這樣的配置），對(duì)既高效又具備精確信號(hào)能力的功率放大器的需求也愈發(fā)迫切。此外，推動(dòng)構(gòu)建更緊湊的蜂窩網(wǎng)絡(luò)還涉及集成大規(guī)模多入多出（mMIMO）波束成形、小型基站和毫米波基站等先進(jìn)技術(shù)。

本文將探討5G功率放大器（PA）設(shè)計(jì)進(jìn)步所帶來(lái)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。同時(shí)，我們還將分享針對(duì)當(dāng)前趨勢(shì)的見(jiàn)解，并提供實(shí)用建議，助力工程師們更有效地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

將市場(chǎng)需求與產(chǎn)品性能相契合

首先，讓我們來(lái)快速回顧一下5G蜂窩市場(chǎng)顯而易見(jiàn)的趨勢(shì)與需求。

圖1，5G FR1和FR2生態(tài)系統(tǒng)

大規(guī)模多輸入多輸出（mMIMO）是MIMO技術(shù)的延展，其通過(guò)多次使用相同的頻譜來(lái)增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜萘颗c覆蓋范圍，從而獲得更高的頻譜利用率。如圖1和圖2所示，向mMIMO的轉(zhuǎn)變使得通信道數(shù)量從4個(gè)增加至16個(gè)、32個(gè)、64個(gè)、128個(gè)甚至更多；mMIMO技術(shù)有助于減少信號(hào)問(wèn)題、加快連接速度、增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度、減少掉線次數(shù)以及實(shí)現(xiàn)更好的信號(hào)指向。

為滿足消費(fèi)者的需求，蜂窩基站的發(fā)展已朝著先進(jìn)的有源陣列天線設(shè)計(jì)方向邁進(jìn)（如圖2所示）。這一演進(jìn)主要體現(xiàn)在mMIMO架構(gòu)、3GHz C波段頻率以及對(duì)超高容量的需求。隨著5G Advanced在3GPP第18版中的引入，我們將看到128個(gè)發(fā)射/接收（128T/128R）（通道）和256個(gè)發(fā)射/接收（256T/256R）（通道）的配置得以實(shí)施，為5G Advanced微波網(wǎng)絡(luò)提供前所未有的容量。雖然mMIMO技術(shù)帶來(lái)了諸多優(yōu)勢(shì)，但它也要求PA必須同時(shí)具備高效率和高線性度的特點(diǎn)，以滿足5G基站的嚴(yán)苛要求，并不斷推動(dòng)以越來(lái)越小的器件尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)相同性能。

圖2，蜂窩基站的演變

圖3，毫米波lambda波長(zhǎng)和間距

PAM助力緊湊型高頻5G基站

作為一位技術(shù)“發(fā)燒友”，您或許想知道當(dāng)前的技術(shù)解決方案如何滿足5G基站系統(tǒng)的需求。盡管目前的各種技術(shù)都可以在設(shè)計(jì)中發(fā)揮作用，但只有最佳的技術(shù)才能滿足當(dāng)今的5G標(biāo)準(zhǔn)，并為無(wú)線技術(shù)企業(yè)提供緊湊、高效的解決方案。接下來(lái)，讓我們向您介紹一種尖端的解決方案，旨在使您的基站系統(tǒng)建設(shè)更快、更容易、更可靠，同時(shí)滿足前文提到的5G需求。

這就是氮化鎵（GaN）功率放大器模塊（PAM）技術(shù)；一種封裝小巧、高度集成的RF功率器件。如圖4所示，PAM如同拼圖中的一塊關(guān)鍵部分，高效且有效地完成了RF前端的設(shè)計(jì)。

圖4，PAM QPA和QPB（偏置控制器）產(chǎn)品框圖

概括而言，PAM技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)及設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：

深入探討：PAM如何滿足市場(chǎng)需求

Qorvo的GaN和PAM技術(shù)為滿足無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)不斷變化的需求而開(kāi)發(fā)。借助GaN技術(shù)，Qorvo能夠提供符合市場(chǎng)性能要求，以及基站原始設(shè)備制造商（OEM）和蜂窩網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商期望的解決方案。以下，讓我們來(lái)逐一探討PAM如何與市場(chǎng)需求相匹配。

5G基站天線設(shè)計(jì)的不斷發(fā)展，涵蓋了更多的RF前端天線和更寬的頻率范圍。這一變化雖然降低了系統(tǒng)的總體功率水平，但同時(shí)也增加了復(fù)雜性，要求PA更加高效且線性度更高。GaN技術(shù)的進(jìn)步使PA在效率和線性度方面都得到提升。借助Qorvo的GaN技術(shù)，PA和PAM產(chǎn)品的效率可達(dá)48%，同時(shí)誤差矢量幅度（EVM）低于2%，相鄰信道泄漏比（ACLR）在采用線性化技術(shù)后達(dá)到50dBc。這些參數(shù)降低了運(yùn)營(yíng)商和OEM的能耗，推動(dòng)了更加環(huán)保的基站系統(tǒng)。下面，就讓我們深入了解這些參數(shù)及其對(duì)5G生態(tài)系統(tǒng)的影響。

5G-Advanced——對(duì)于5G-Advanced技術(shù)而言，更加小型化的組件對(duì)于將眾多RF前端和天線整合進(jìn)緊湊空間以滿足高頻需求至關(guān)重要；因此，在PA設(shè)計(jì)和整個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更小的尺寸成為關(guān)鍵。半導(dǎo)體領(lǐng)域減小尺寸的一個(gè)有效策略是集成化，而PAM在這方面表現(xiàn)尤為出色（見(jiàn)下圖5）。PAM將包括控制器在內(nèi)的多個(gè)功能整合到單個(gè)單元中，同時(shí)仍達(dá)到或超過(guò)5G基站設(shè)計(jì)的性能標(biāo)準(zhǔn)。這不僅使得封裝更小、更高效；還由于PAM自帶內(nèi)置50歐姆輸入輸出匹配，而消除了對(duì)單獨(dú)匹配組件的需求。最終，系統(tǒng)設(shè)計(jì)得以簡(jiǎn)化，并降低了成本。

圖5，分立式PA與集成式PAM的比較