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5G基站,射频PA数倍增长

 【新闻导读】5G基站PA数量有望增长16倍。4G 基站采用4T4R方案,按照三个扇区,对应的PA需求量为12个,5G基站,预计64T64R将成为主流方案,对应的PA需求量高达192个,PA数量将大幅增长。

 
  5G基站射频PA有望量价齐升。目前基站用功率放大器主要为基于硅的横向扩散金属氧化物半导体LDMOS技术,不过LDMOS技术仅适用于低频段,在高频应用领域存在局限性。对于5G 基站PA的一些要求可能包括3~6GHz和24GHz~40GHz的运行频率,RF功率在0.2W~30W之间,预计5G基站GaN射频PA将逐渐成为主导技术,而GaN价格高于LDMOS和GaAs。
 
 GaN具有优异的高功率密度和高频特性。提高功率放大器RF功率的最简单的方式就是增加电压,这让氮化镓晶体管技术极具吸引力。如果我们对比不同半导体工艺技术,就会发现功率通常会如何随着高工作电压IC技术而提高。硅锗(SiGe)技术采用相对较低的工作电压(2V至3V),但其集成优势非常有吸引力。GaAs拥有微波频率和5V至7V的工作电压,多年来一直广泛应用于功率放大器。硅基LDMOS技术的工作电压为28V,已经在电信领域使用了许多年,但其主要在4GHz以下频率发挥作用,因此在宽带应用中的使用并不广泛。新兴GaN技术的工作电压为28V至50V,优势在于更高功率密度及更高截止频率(CutoffFrequency,输出讯号功率超出或低于传导频率时输出讯号功率的频率),拥有低损耗、高热传导基板,开启了一系列全新的可能应用,尤其在5G多输入输出(Massive MIMO)应用中,可实现高整合性解决方案。
 
  典型的GaN射频器件的加工工艺,主要包括如下环节:外延生长-器件隔离-欧姆接触(制作源极、漏极)-氮化物钝化-栅极制作-场板制作-衬底减薄-衬底通孔等环节。
 
  GaN材料已成为基站PA的有力候选技术。GaN是极稳定的化合物,具有强的原子键、高的热导率、在Ⅲ-Ⅴ族化合物中电离度是最高的、化学稳定性好,使得GaN器件比Si和GaAs有更强抗辐照能力,同时GaN又是高熔点材料,热传导率高,GaN功率器件通常采用热传导率更优的SiC做衬底,因此GaN功率器件具有较高的结温,能在高温环境下工作。GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)凭借其固有的高击穿电压、高功率密度、大带宽和高效率,已成为基站PA的有力候选技术。
 
  GaN射频器件更能有效满足5G的高功率、高通信频段和高效率等要求。相较于基于Si的横向扩散金属氧化物半导体(Si LDMOS,LateralDouble-diffused Metal-oxide Semiconductor)和GaAs,在基站端GaN射频器件更能有效满足5G的高功率、高通信频段和高效率等要求。目前针对3G和LTE基站市场的功率放大器主要有Si LDMOS和GaAs两种,但LDMOS功率放大器的带宽会随着频率的增加而大幅减少,仅在不超过约3.5GHz的频率范围内有效,而GaAs功率放大器虽然能满足高频通信的需求,但其输出功率比GaN器件逊色很多。在5G高集成的Massive MIMO应用中,它可实现高集成化的解决方案,如模块化射频前端器件。
 
  在毫米波应用上,GaN的高功率密度特性在实现相同覆盖条件及用户追踪功能下,可有效减少收发通道数及整体方案的尺寸。实现性能成本的最优化组合。随着5G时代的到来,小基站及Massive MIMO的飞速发展,会对集成度要求越来越高,GaN自有的先天优势会加速功率器件集成化的进程。5G会带动GaN这一产业的飞速发展。然而,在移动终端领域GaN射频器件尚未开始规模应用,原因在于较高的生产成本和供电电压。GaN将在高功率,高频率射频市场发挥重要作用。
 
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点击数:0 | 更新时间:2019-06-03 17:35:15
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