RF 功率放大器對(duì)于維持可靠的遠(yuǎn)距離通信是必不可少的。（來(lái)源：Qorvo）

5G 是無(wú)線通信領(lǐng)域有史以來(lái)最重要、最強(qiáng)大的技術(shù)之一。與 4G 相比，5G 在數(shù)據(jù)速率、延遲和容量方面有了顯著改進(jìn)，有望成為行業(yè)和世界真正的變革性技術(shù)。

然而，這些根本性的性能改進(jìn)對(duì)底層射頻 (RF) 硬件產(chǎn)生了更大的壓力和更嚴(yán)格的要求。最重要的射頻硬件之一是功率放大器 (PA)，該設(shè)備的重要性隨著 5G 的普及而增加。為了幫助緩解 5G RF PA 設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)，功率放大器模塊 (PAM) 已成為近年來(lái)的重要工具。

在本文中，我們將討論 PA、它們?cè)?5G 中的作用，以及 Qorvo 如何利用 PAM 來(lái)幫助支持未來(lái)的 5G 基礎(chǔ)設(shè)施。

什么是功率放大器？

在處理 RF 信號(hào)時(shí)，尤其是在 5G 的較高頻段，電壓電平可能會(huì)非常低。這是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)殡姶?(EM) 信號(hào)在較低的振幅下更容易受到系統(tǒng)級(jí)噪聲的影響（即信噪比降低）。除此之外，低壓信號(hào)通常缺乏驅(qū)動(dòng)下游電路或天線所需的強(qiáng)度。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，工程師使用功率放大器。RF PA 是一個(gè)電路塊，用于增加 RF 信號(hào)的幅度、功率輸出或驅(qū)動(dòng)能力。通常，RF PA 位于系統(tǒng)天線附近，為發(fā)射天線提供高功率信號(hào)。

使用 PA，目標(biāo)是增強(qiáng)信號(hào)，同時(shí)保持從輸入到輸出的高保真度。由于這些原因，線性度、效率和輸出功率是 PA 的重要規(guī)格。

功率放大器設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

從歷史上看，功率放大器及其周圍電路是使用電路板上的分立元件設(shè)計(jì)的。雖然這種方法已為行業(yè)服務(wù)多年，但隨著一些重要的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的出現(xiàn)，這種方法的功效正受到質(zhì)疑。

這些挑戰(zhàn)之一是能夠平衡面積、成本、性能和功耗之間的權(quán)衡。通常，這些規(guī)范往往會(huì)相互沖突，設(shè)計(jì)人員必須知道如何優(yōu)化他們的電路，以針對(duì)給定應(yīng)用以最佳方式平衡權(quán)衡。當(dāng)使用分立元件時(shí)，由于零件選擇、元件互操作性和布局影響性能等考慮因素，平衡這些權(quán)衡變得越來(lái)越困難。

當(dāng)系統(tǒng)需要覆蓋更寬的帶寬和更高的頻率范圍時(shí)，這在轉(zhuǎn)向 5G 時(shí)會(huì)變得更加混亂。今天的系統(tǒng)需要高達(dá) 400MHz 的平均瞬時(shí)帶寬，同時(shí)在高達(dá) 4GHz 的頻率下運(yùn)行?，F(xiàn)在的挑戰(zhàn)是保持上述系統(tǒng)權(quán)衡，同時(shí)在該頻帶上提供性能。

使用 PAM 的解決方案

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，Qorvo 轉(zhuǎn)向了 PAM。

PAM 是一種電子元件，它將 PA 中的分立元件及其周圍電路集成到單個(gè)封裝解決方案中。例如，在 5G 基站的應(yīng)用中，PAM 可能會(huì)將驅(qū)動(dòng)放大器和末級(jí)放大器集成到一個(gè)封裝中，而不是將它們實(shí)現(xiàn)為分立的電路塊。通過(guò)將整個(gè) PA 系統(tǒng)集成到單個(gè)模塊中，我們可以獲得許多重要結(jié)果（圖 1）。

圖 1：Qorvo QPA4501 PAM 包含一個(gè) Doherty 末級(jí)以實(shí)現(xiàn)高功率和高效率。（來(lái)源；Qorvo）

首先，PAM 使射頻系統(tǒng)（例如基站）的設(shè)計(jì)比分立式選項(xiàng)容易得多。設(shè)計(jì)人員無(wú)需選擇組件和設(shè)計(jì)分立電路，而是可以選擇適合其需求的模塊并將其作為一個(gè)整體在系統(tǒng)中實(shí)施。

除此之外，與非模塊解決方案相比，PAM 可以提供改進(jìn)的性能和面積。通過(guò)集成組件，可以最大限度地減少寄生效應(yīng)等布局問(wèn)題，從而提高性能和效率。Qorvo PAM 還為設(shè)計(jì)人員解決了阻抗匹配等考慮因素，確?？色@得最大性能。

最后，這種集成平均允許更小的系統(tǒng)，從而為用戶在最終系統(tǒng)設(shè)計(jì)中節(jié)省重量和面積。

Qorvo 的 PAM 專業(yè)知識(shí)

Qorvo 提供業(yè)界最大、最具創(chuàng)新性的GaN-on-SiC產(chǎn)品組合，幫助用戶實(shí)現(xiàn)卓越的效率和工作帶寬。GaN-on-SiC 產(chǎn)品具有高功率密度、更小的尺寸、出色的增益、高可靠性和工藝成熟度。Qorvo 認(rèn)識(shí)到 PAM 在未來(lái)5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要性，并致力于將行業(yè)領(lǐng)先的解決方案推向市場(chǎng)。Qorvo 的 PAM 旨在提供功率、效率、尺寸和成本的平衡，同時(shí)讓用戶的設(shè)計(jì)盡可能簡(jiǎn)單。

作者

Shawn Gibb 是 Qorvo 基礎(chǔ)設(shè)施和國(guó)防產(chǎn)品業(yè)務(wù)部 (IDP) 的 5G 基站產(chǎn)品高級(jí)產(chǎn)品線經(jīng)理。他在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、材料和設(shè)備技術(shù)開(kāi)發(fā)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。Shawn 擁有史蒂文斯理工學(xué)院的化學(xué)工程學(xué)士學(xué)位和材料工程碩士學(xué)位，并在 III 族氮化物材料和器件技術(shù)方面擁有 29 項(xiàng)專利。在 2019 年加入 Qorvo 之前，Shawn 曾在 Akoustis、Crystal IS、RFMD 和 Emcore 公司工作。

審核編輯：湯梓紅