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

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

本文將探討5G功率放大器（PA）設計進步所帶來的挑戰(zhàn)與機遇。同時，我們還將分享針對當前趨勢的見解，并提供實用建議，助力工程師們更有效地進行設計。

將市場需求與產品性能相契合

首先，讓我們來快速回顧一下5G蜂窩市場顯而易見的趨勢與需求。

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技術的延展，其通過多次使用相同的頻譜來增加數(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的轉變使得通信道數(shù)量從4個增加至16個、32個、64個、128個甚至更多；mMIMO技術有助于減少信號問題、加快連接速度、增強信號強度、減少掉線次數(shù)以及實現(xiàn)更好的信號指向。

為滿足消費者的需求，蜂窩基站的發(fā)展已朝著先進的有源陣列天線設計方向邁進（如圖2所示）。這一演進主要體現(xiàn)在mMIMO架構、3GHz C波段頻率以及對超高容量的需求。隨著5G Advanced在3GPP第18版中的引入，我們將看到128個發(fā)射/接收（128T/128R）（通道）和256個發(fā)射/接收（256T/256R）（通道）的配置得以實施，為5G Advanced微波網(wǎng)絡提供前所未有的容量。雖然mMIMO技術帶來了諸多優(yōu)勢，但它也要求PA必須同時具備高效率和高線性度的特點，以滿足5G基站的嚴苛要求，并不斷推動以越來越小的器件尺寸來實現(xiàn)相同性能。

圖2，蜂窩基站的演變

圖3，毫米波lambda波長和間距

PAM助力緊湊型高頻5G基站

作為一位技術“發(fā)燒友”，您或許想知道當前的技術解決方案如何滿足5G基站系統(tǒng)的需求。盡管目前的各種技術都可以在設計中發(fā)揮作用，但只有最佳的技術才能滿足當今的5G標準，并為無線技術企業(yè)提供緊湊、高效的解決方案。接下來，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)建設更快、更容易、更可靠，同時滿足前文提到的5G需求。

這就是氮化鎵（GaN）功率放大器模塊（PAM）技術；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鍵部分，高效且有效地完成了RF前端的設計。

圖4，PAM QPA和QPB（偏置控制器）產品框圖

概括而言，PAM技術具有以下優(yōu)勢及設計優(yōu)點：

深入探討：PAM如何滿足市場需求

Qorvo的GaN和PAM技術為滿足無線基礎設施市場不斷變化的需求而開發(fā)。借助GaN技術，Qorvo能夠提供符合市場性能要求，以及基站原始設備制造商（OEM）和蜂窩網(wǎng)絡運營商期望的解決方案。以下，讓我們來逐一探討PAM如何與市場需求相匹配。

5G基站天線設計的不斷發(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，但同時也增加了復雜性，要求PA更加高效且線性度更高。GaN技術的進步使PA在效率和線性度方面都得到提升。借助Qorvo的GaN技術，PA和PAM產品的效率可達48%，同時誤差矢量幅度（EVM）低于2%，相鄰信道泄漏比（ACLR）在采用線性化技術后達到50dBc。這些參數(shù)降低了運營商和OEM的能耗，推動了更加環(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5G生態(tài)系統(tǒng)的影響。

5G-Advanced——對于5G-Advanced技術而言，更加小型化的組件對于將眾多RF前端和天線整合進緊湊空間以滿足高頻需求至關重要；因此，在PA設計和整個系統(tǒng)中實現(xiàn)更小的尺寸成為關鍵。半導體領域減小尺寸的一個有效策略是集成化，而PAM在這方面表現(xiàn)尤為出色（見下圖5）。PAM將包括控制器在內的多個功能整合到單個單元中，同時仍達到或超過5G基站設計的性能標準。這不僅使得封裝更小、更高效；還由于PAM自帶內置50歐姆輸入輸出匹配，而消除了對單獨匹配組件的需求。最終，系統(tǒng)設計得以簡化，并降低了成本。

圖5，分立式PA與集成式PAM的比較