5G 愿景的真正實現(xiàn)，還需要更多創(chuàng)新。網(wǎng)絡基站和用戶設備（例如：手機）變得越來越纖薄和小巧，能耗也變得越來越低。為了適合小尺寸設備，許多射頻應用所使用的印刷電路板（PCB）也在不斷減小尺寸。因此，射頻應用供應商必須開發(fā)新的封裝技術，盡量減小射頻組件的占位面積。再進一步，部分供應商開始開發(fā)系統(tǒng)級封裝辦法（SiP），以減少射頻組件的數(shù)量——盡管這種辦法將會增加封裝成本。

系統(tǒng)級封裝辦法正在被用于射頻前端，而射頻前端包含基站與天線中間的所有組件。

一個典型的射頻前端由開關、濾波器、放大器及調諧組件組成。這些技術設備的尺寸不斷減小，并且相互集成度不斷加大。結果，在手機、小蜂窩、天線陣列系統(tǒng)、Wi-Fi 等 5G 應用中，射頻前端正在變成一個復雜的、高度集成的系統(tǒng)封包。

不管怎樣，5G愿景的實現(xiàn)都需要射頻技術和封裝技術的顛覆性創(chuàng)新。

氮化鎵技術

氮化鎵（GaN）是一種二進制 III/V 族帶隙半導體，非常適合用于高功率、耐高溫晶體管。氮化鎵功率放大器技術的 5G 通信潛力才剛剛顯現(xiàn)。氮化鎵具有高射頻功率、低直流功耗、小尺寸及高可靠性等優(yōu)勢，讓設備制造商能夠減小基站體積。反過來，這又有助于減少 5G 基站信號塔上安裝的天線陣列系統(tǒng)的重量，因此可以降低安裝成本。另外，氮化鎵還能在各種毫米波頻率上，輕松支持高吞吐量和寬帶寬。

氮化鎵技術最適合實現(xiàn)高有效等向輻射基站功率（EIRP），如圖 4-5 所示。美國聯(lián)邦通信委員會定義了非常高的 EIRP 限值，規(guī)定對于 28GHz 和 39GHz 頻帶，每 100MHz 帶寬需要達到 75 dBm 功率。因此帶來了哪些挑戰(zhàn)？相關設備的搭建既要滿足這些目標，又要將成本、尺寸、重量和功率等保持在移動網(wǎng)絡運營商的預算范圍內。氮化鎵技術是關鍵；相比于其他技術，氮化鎵技術在達到以上高 EIRP 值時，使用的元件更少，并且輸出功率更高。

圖 4-5：半導體技術與 EIRP 需求的適應性比較。

對于高功率基站應用，相比于鍺硅（SiGe）或硅（Si）等其他功率放大器技術，在相同 EIRP 目標值下，氮化鎵技術的總功率耗散更低，如圖 4-6 所示。氮化鎵減少了整體系統(tǒng)的重量和復雜性，同時還仍保持較低功耗，因此更適合塔上安裝系統(tǒng)的設計。

氮化鎵技術的部分重要屬性：

可靠性與結實性：氮化鎵的功率效率更高，因此降低了熱量輸出。氮化鎵的帶隙寬，能夠耐受更高的工作溫度，因此可以減少緊湊區(qū)域的冷卻需求。由于氮化鎵能夠在塔上應用（例如：天線陣列系統(tǒng)）的高溫條件下工作，因此可以不需要冷卻風扇，以及/或者可以減少散熱器的體積。歷史上，冷卻風扇由于其機械性質，一直是造成外場故障的首要原因。大型散熱器不僅硬件本身構成重大成本，并且由于重量原因，還可能帶來額外的人力成本。使用氮化鎵可以讓人們不再使用這些高成本的散熱辦法。

圖 4-6：氮化鎵減少了基站設計的復雜性，降低了成本。

低電流消耗：氮化鎵降低了工作成本，產(chǎn)生的熱量也更少。另外，低電流還有助于減少系統(tǒng)功耗和降低電源需求。再者，由于功耗降低，服務提供商也減少了運營支出。

功率能力：相比于其他半導體技術，氮化鎵設備提供更高的輸出功率。市場的發(fā)展趨勢以及對于基站高功率輸出的需求，更加有利于氮化鎵技術的發(fā)展。

頻率帶寬：氮化鎵擁有高阻抗和低柵極電容，能夠實現(xiàn)更大的工作帶寬和更高的數(shù)據(jù)傳輸速度。另外，氮化鎵技術還在 3 GHz 以上擁有良好的射頻性能，其他技術（例如：硅）在這個頻率范圍的性能卻不佳。今天氮化鎵模塊和功率放大器提供的寬帶性能，能夠支持 5G 前所未有的帶寬需求。

集成：5G 需要體積更小的解決方案，這促使供應商將大規(guī)模、包含多個技術的離散式射頻前端，替換成單體式全面集成解決方案。氮化鎵制造商開始抓住這個潮流，開發(fā)那些能夠將收發(fā)鏈條整合到單一封裝的全面集成解決方案。這進一步減少了系統(tǒng)的體積、重量和上市時間。
責任編輯:pj