הניתוק המהיר של רשתות אלחוטיות, מונע על ידי הביקוש הבלתי-מרוצה לנתונים מהירים והפצתם של 5G ואינטרנט של דברים (IoT) מכשירים, הציבו דרישות חסרות תקדים בתדירות הרדיו (RF) בקצה הרשת. תאים קטנים ו- Distributating Ena Systems (DAS) הפכו לכלים חיוניים לאספקת סיקור אמין, גבוה בטמפרטורות גבוהות של תחנות כוח, והפסדים אלה, בשני מצבי סיכון איטיים של מערכות הפעלה.

טכנולוגיות RF מוקדמות: מ-Vcuum tubes to Solid-state Foundations

המגברים המוקדמים ביותר של RF המשמשים במערכות אנטנה מבוזרות ויושבי חוזר סלולריים מוקדמים התבססו על טכנולוגיית צינורות אבק.תבניות כגון tetrodes ו klystrons יכלו לספק פלט חשמל משמעותי - לעתים קרובות מאות וואטים - אבל הגיעו עם חסרונות משמעותיים.הם היו גדולים פיזית, יצרו חום עצום, נדרש ציוד כוח מתח גבוה, וסבלו מלניות גרועה, אשר הציגה עיוותים ופרקציה מוגבלת של לוחות רוחב פסים אלה היו יכולים להיות נתמך על ידי תאים נמוכים.

המעבר לטרנסיסטורים של מדינת מוצק בשנות ה-90 סימן אבן דרך עיקרית. סיליקון דו קוטבי צומת טרנזיסטורים (BJTs) ולאחר מכן diffused מתכת-חמצני-semiconductor (LDMOS) הציעו טביעות רגל קטנות באופן דרמטי, מתחים הפעלה נמוכים יותר, ושיפור האמינות הניהול שלה, במיוחד, הפך להיות מערכי העבודה של תחנת בסיס תאית כמעט למשך שני עשורים מתאימים לתפקוד נמוך יותר.

בתחילת שנות ה-2000, המגבלות של מגברי סיליקון הפכו לצוואר בקבוק עבור דגני רשת. המפעילים דורשים יחידות קטנות יותר, יעילות יותר אנרגיה שניתן יהיה לרכוב על ריהוט רחוב, בתוך תקרה, או על בניית חזיתות ללא קירור פעיל.זה צריך להגדיר את הבמה לדור חדש של חומרים מוליכים למחצה וארכיטקטורה מגבר.

קידום עיצוב מגבר: GaAs, GaN ו LDMOS Evolution

ההקדמה של ארסנל arsenide (GaAs) transistors בסוף שנות ה-90 הביאה שיפורים משמעותיים בביצועים גבוהים הליניאריות. GaAs מכשירים הציגה ניידות גבוהה יותר אלקטרונים מאשר סיליקון, המאפשר להם לפעול ביעילות בתדרים מעל 2 GHz - הספקטרום שבו שלבים קטנים ומערכות DAS פועלים. עם זאת, GaAs מגברי כוח היו מוגבלים לרמות כוח נמוכות יותר (בדרך כלל כמה וואט) ומיוצרים נמוכים יותר.

פריצת הדרך האמיתית הגיעה עם המסחר של מכשירי גליון ניטריד (GaN) ב-2010. GaN-on-silicon ו GaN-on-silicon-carbide מציעים שילוב של צפיפות כוח גבוהה, רוחב פס רחב ויעילות מעולה כי סיליקון ו-GGA פשוט לא יכול להתאים. a יחיד GaN transistor יכול לספק 50-100 וואט של כוח RF בשבריר של נפח של תאים נמוך יותר.

באותה תקופה, טכנולוגיית LDMOS לא עמדה עדיין. LDMOS מתקדם, לעתים קרובות משולב עם סיליקון-on-insulator (SOI) substrates, השיג יעילות גבוהה יותר ולינאריות טובה יותר. עם זאת, LDMOS נשאר מוגבל באופן חד-משמעי על ידי הביצועים הנמוכים שלה ואת הפלט גבוה יותר, מה שהופך את GaN לבחירה המועדפת עבור תאים קטנים ועיצובים, במיוחד עבור 5 מ"מ"מ"מ"מ ופריסת.

אימוץ של GaN כבר מואץ עוד יותר על ידי שיפורים באריזות וניהול תרמי. מודרני GaN מגבר לעתים קרובות לשלב קוצ'יפ גדל, כיפוף כיור חום משולב, וחומרים מתקדמים ממשק תרמי המאפשר להם לפעול באופן אמין בטמפרטורות גבוהות של טמפרטורות גבוהות אופייני של אולמות תאים קטנים בחוץ. וכתוצאה מכך, מג'ן מבוסס מגנו הפכו לסטנדרט עבור תאים חדשים ו DAS מ -2020.

(ב) [13]: "בהשוואה טכנית עמוקה יותר של חומרים מוליכים למחצה בכוח RF, מדריך האלקטרוניקה של ה-FLT:1Mouser Electronics על GaN לעומת LDMOSveFLT:2 מציע סקירה נגישה.

טכנולוגיות רדיו מודרניות: SSPAs, Doherty ו- Digital Intelligence

כוח המדינה העוצמתי (SSPAs)

כיום, הרוב המכריע של תאים קטנים ו- DAS RF מגברי כוח מוצקים (SSPAs) שנבנו סביב GaN או התקנים מתקדמים LDMOS מציעים יתרונות טפילים על פתרונות מבוססי צינורות: הם קומפקטיים, אמינים מאוד (אין זמן חם או קטוודה השפלה), ויכולים להשתלב בקלות עם מעגלים דיגיטליים של שליטה.

אדריכלות Doherty Architecture

אחד החידושים האדריכליים המשמעותיים ביותר בהגברת RF המודרנית הוא המגבר הדוהרטי.המציא במקור בשנות ה-30 של צינורות אשאל AM, הטופולוגיה דוהרטית התעוררה מחדש ומעודנת עבור מכשירים מודרניים של מדינת מוצק.במגמנט דוהרטי, מתאם מרכזי (קרייר) פועל בדרגה AB ומטפל בדרגה נמוכה של רמות נמוכות לכדי אפקט של 50%, כאשר הוא מדגימה של כוח רגיל, לעתים קרובות פועל על פני 50 מעלות צלזיוס, כלומר, כלומר, בדרך כלל, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, בדרך כלל, כלומר, כלומר, כלומר, משקף יעילות רגילה, כלומר, כלומר, כלומר, הוא גבוה יותר, מצמצם את רמת יעילות של יעילות של יעילות של פחות מגובה של פחות מדגימה של פחות מגובה של פחות מגובה של תאים של תאים של תאים של תאים של תאים של תאים של תאים בינוניים של פחות מגובה של פחות מגובה של פחות מגובה של פחות מגובה של פחות מדגימה של 00%, עבור יעילות תאים בינוניים, כלומר, כלומר, עבור רמה גבוהה יותר משקף יותר מגובה של פחות מגובה של תאים בינוניים, כלומר, כלומר, כלומר

Envelope Tracking and Digital Predistortion

הישגים נוספים מושגים באמצעות מעקב אחר מעטפה (ET) ו predistortion דיגיטלית (DPD) Envelope מעקב דינמי מתאמת את מתח האספקה של המגבר כדי להתאים את המעטפה המיידית של אות RF, להבטיח את המגבר פועל ליד נקודת היעילות השיא שלו בכל הזמנים.DPD, לעומת זאת, משתמש עיבוד אות דיגיטלי כדי למנוע את האות באופן שמבטל את דרישות ה-DQ הקריטיות של 5Q.

תאים קטנים מודרניים ו- DAS משולבים מעגלים (ICs) עכשיו לשלב את כוח RF transistor, מנוע DPD, ו- ET Modulator לתוך שבב יחיד או מודול. אלה פתרונות משולבים מאוד להפחית ספירת רכיב ולפשט את העיצוב של multi-band, מול מגברי מוליד מרובים.לדוגמה, את ה-FLT:0Analog מכשירים כוח RF מדגמיחיקטיבי 1F כולל אופטימיזציה ספציפית למכשירים דיגיטליים.

חידושים מתקדמים ו- Form Factor

ניהול תרמי נשאר אתגר מפתח בפריסה קטנה של תאים ו- DAS, כמו מגבריים מותקנים לעתים קרובות בחללים עם זרימת אוויר מוגבלת - כגון תספורות תקרה, קטבים קלים, או חדרי ציוד.עיצוב מודרני משתמש בשילוב של צינורות חום, תאי vapor, ומיקרו-אוויר מאולץ כדי לחלץ חום ביעילות מ GaN מת. חלק מהם גם אימצו קירור גבוה, למרות שפחות מתאים סטנדרטיים אלה.

תכונות עיקריות של מגברי RF מודרניים עבור תאים קטנים ו- DAS

בנייה על הטכנולוגיות המתוארות לעיל, מגברי RF עכשוויים עבור תאים קטנים ו- DAS חולקים כמה מאפיינים חיוניים שהופכים אותם מתאימים לסביבות צפופות ורב-מנועיות, רב-band.

  • יעילות גבוהה: ההרחבה הגבוהה:BuildFLT:1 , יעילות טיפוסית של כוח (PAE) עולה על 55% על תפוקת הדירוג.זה מקטין את צריכת האנרגיה - עלות תפעולית משמעותית עבור מפעילי רשת - ומצמצם את דור החום, ומאפשרת מחסנים קטנים יותר ללא קירור פעיל.
  • (FLT:0)Linear תפעול:FLT:1 שימוש ב- DPD ובקרת הטיה מתקדמת, המגברים המודרניים להשיג יחסי דליפת ערוצים סמוכים (ACLR) טוב יותר מ -45 dBc, ומבטיחים כי פליטות מחוץ לפס לא להפריע עם ספקים או מפעילי.
  • גודלו של FLT:0 [ה]Compactmia: 1FLT:1 GaN מבוסס מגבר יכול לספק 20 וואט בחבילה קטנה יותר מכרטיס אשראי.זה מאפשר שילוב לתוך תאים קטנים בגודל של קוט, ד"ס בעל משקל רב, וגורמים אחרים של צורה שאינה מוגבלת.
  • (FLT:0) יכולות ממכרות:FLT:1 Amplifiers עכשיו לשלב מיקרו-בקרים לוחצים לפקח על טמפרטורה, משתקף כוח (VSWR), ורמות כוח התפוקה.הם יכולים להפחית באופן אוטומטי את הרווח (back-off) בתנאים עומס יתר, לסגור אם זוהה תקלה, ולדווח על טלמטורי למערכת הניהול של הרשת.
  • (FLT:0)Multi-band / רב-קר תמיכה:FLT ( 1 Wideband GaN מכשירים יכול לכסות 600 מהרץ ל 6 GHz - אורך נמוך פס 5G, אמצע פס C-band, ו CBRS - עם שלב אחד מגבר. DAS מגברות לעתים קרובות תומך עד 4 ספקים במקביל 5G על פני להקות שונות.
  • (FLT:0) Software-reconfigurable קושחה:BuildFLT:1 , מגבר מודרני רבים מאפשרים ללהקה התפעולית, עלייה במדרון, ופרמטרי לינאריזציה להיות מעודכנים על האוויר באמצעות שדרוגים קושחה.

מגמות עתידיות ב-RF Amplifier Technology

בעוד 5G מתפתח לקראת 5G-- מתקדם ובסופו של דבר 6G, הדרישות של מגברי RF רק יגברו.כמה מגמות מתעוררות יגדירו את הדור הבא של תא קטן ו- DAS עיצוב מגבר.

AI-Driven Fitive Amplifiers

אלגוריתמי למידת מכונה מתחילים להיות פרוס בתוך הלולאה של המגבר של הבקרה הדיגיטלית של הבקרה הדיגיטלית. במקום להשתמש בטבלאות חיפוש קבועות עבור DPD, מודלים של בינה מלאכותית יכולים להתאים בזמן אמת לשינויים בטמפרטורה, באספקת מתח, וסטטיסטיקות של אותות קלט.זה יכול לשפר עוד יותר את הליני והיעילות בטווח רחב יותר של תנאי הפעלה.חלק מהמודלים במחקר הראו DPD מבוסס AI המפחית את צריכת החשמל ב -10-15% נוספים בהשוואה לפולינומטרד.

(ב) [ה]ה] [ה]] [ה]]] ל[ה]], ראו את המאמר [ה-]ה-[ה] ב-[[1924]], ב[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]

חומרים חדשים: GaN-on-SiC ומעבר

בעוד GaN-on-silicon הפך לזרם המרכזי, GaN-on-silicon-carbide (GaN-on-SiC) מציע אפילו מוליכות תרמית גבוהה יותר וביצועים טובים יותר בתדרים של mmWave. חומר תת-קרקעי זה צובר במהירות מתח עבור 28 GHz ו-39 מגברי תאים קטנים של GHz, שבו צפיפות כוח ויעילות בתדרים גבוהים הם מבטחים קדימה, כמו גם חומרים סגסוגת רדיו-חמצני ו-חמצני (או-חמצני) על פני כדור-חמצני (RD) על מנת לדחוף יותר, למרות שעדיין גבוהה יותר, למרות שעדיין גבוהה יותר, למרות שעדיין גבוהה יותר, למרות שעדיין גבוהה יותר, למרות שעדיין גבוהה יותר, אם כימותרפיסטיום-חמצני, למרות שעדיין גבוהה יותר, אם כי הם מתחמיציפיפות-חמצני, אם כימותרפיסטאו-חמצני, אם כימותרפיסטאו-חמצני, אם כימותרפיסטיום-חמצני, אם כי הם עדיין גבוהה יותר, אם כי הם עדיין גבוהה יותר, אם כי הם עדיין לחץ על מנת לדחוף את רמת יעילות תאים קטנים יותר, אם כי הם עדיין גבוהה יותר, אם כי הם עדיין לחץ על מנת להגביר את יעילות תאים קטנים יותר, אם

שילוב עם Antenna ו Beamforming

במערכות אנטנה פעילות מסיביות MIMO (AAS) - מקורן בתאים קטנים 5G - מגבר RF מתקרב אל אלמנט האנטנה, לעתים קרובות משולב באותה החבילה כמו מגבר שלב וגבר בעל השפעה נמוכה.זה "מגבר מוגדל" גישה זו נוטה לצמצום של דגמי אנטנה מבוססי TG באופן ישיר, ומפחיתה את המקררים הקדמיים מאוד, ומאפשרת קרינת RF מבוזרת.

קיימות ושקיעת אנרגיה

המפעילים נמצאים תחת לחץ גובר להפחית את טביעת הרגל של פחמן של רשתותיהם.מממני RF הדור הבא יצטרכו להשיג > 70% יעילות ברמות כוח ממוצע.טכניקות כגון Modulation אספקת עם ממירים רב-דרגיים והשימוש במכשירים רחב-bandgap כבר ניגש למטרה זו. חלק מהמחקר בוחן את האפשרות של איסוף אנרגיה תרמית מאנרגיה מגברה לעוצמה נמוכה בתוך החיישנים הקטנים - לולאה אנרגיה על המתחם הקטן.

מסקנה

האבולוציה של טכנולוגיות מגברי RF כבר אינסטרומנטלית המאפשרת את הצמיחה המהירה של תאים קטנים ורשתות DAS. מן המגברים של צינור אבק ואקום של העידן האנלוגי למודולים הקומפקטיים, AI-enanced GaN, כל דור של טכנולוגיה התייחס לאתגרים התאומים של יעילות כוח וסייליות תוך הקטנת טביעת הרגל הפיזית.

(ב) [ה]מבחינת רחבה יותר על אתגרים קטנים של פריסת תאים, נייר לבן של 15G אמריקה על תאים קטנים:2 מספק הקשר יקר על תפקידה של הגדלה של RF בתוך הארכיטקטורה הכוללת של רדיו.