בעוד מחקר גלובלי מאיץ לעבר רשתות אלחוטיות של הדור השישי (6G), המירוץ כדי לספק שיעורי נתונים טרהביט-טרשניים, עצלות תת-מיל שנייה, וקישוריות בכל מקום מעצימה.בלב של כל 6G transceive עומד רכיב קריטי של נתונים, לעתים קרובות קובע אם ניתן יהיה למלא מטרות שאפתניות אלה: מגבר כוח (PA) בעוד הרבה מהירות של לוחמת מידע יעיל, כולל אנטנות גבוהה, יש צורך, או אנטנות אבטחה גבוהה, יש צורך, יש צורך, או כוח, יש צורך בתדירות גבוהה יותר, או כוח.

הבנה של כוח מגבר: היסודות ומעבר

מגבר כוח הוא מעגל אלקטרוני אשר מגביר את רמת הכוח של אות קלט, בדרך כלל תדר רדיו (RF) או גלימות מיקרוגל, לרמה מספקת לשידור באמצעות אנטנה. במערכות תקשורת אלחוטיות, הרש"פ היא השלב הפעיל האחרון לפני האנטנה ולכן אחראית על מתן כוח הפלט הנדרש תוך שמירה על המעטפת המודולציה.

הרש"פ המסורתית בשימוש ב 4G ומערכות 5G המוקדמות נבנות סביב מאוחר יותר diffused מתכת-חמצני-semiconductor (LDMOS) Transistors או gium arsenide (GaAs) pHEMTs, הפועלת בלהקות תת- 6 GHz.עבור 5G מילימטרים (Ricial Retran) כמו GHz-R) ®, 2, 000 GHz) ®, 000 , 000 β-R) β-R) , 000 β-R) סיליקון (R) סיליקון) סיליקון (R) סיליקון) סיליקון) סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון (R) קיבולת גבוהה יותר, כמו GHz (R) GHz (R) GHz) קיבולת גבוהה יותר קיבולת גבוהה יותר (R) GHz (R) סיליקון) קיבולת סיליקון (R) סיליקון) סיליקון (R) סיליקון (R) ו-R) כמו סגסוגת סיליקון (Ric טווח כפול (Ric טווח כפול (Ricial של סיליקון) סיליקון) סיליקון) כמו סיליקון) סגסוגת סגסוגת סגסוגת סגסוגת סיליקון) סגסוגת

כדי להעריך את התפקיד של הרש"פ ב 6G, יש להבין את הפעולה הבסיסית של שרשרת משדרים.מעבד הבסיס מייצר אות מנוסה, אשר מועלמת לתדירות המוביל על ידי מערבול, ולאחר מכן מראש מדגימה על ידי מגבר הנהג, ולבסוף מוגדל על ידי מגבר כוח לפני ההגעה האנטנה.256 חייב לספק מספיק כוח כדי להתגבר על דרך הפסד ושמירה על דרישות דלקתיות נמוכה יותר (איור 6G) כדי לעמוד בדרישות גבוהות יותר.

התפקיד הקריטי של Power Amplifiers in 6G Systems

6G שואפת לספק את שיעורי הנתונים שיא של 1 Tbps או יותר, אשר הוא בערך 50 פעמים המטרה של 5G. זה דרך צולב תלוי רוחב פס עצום - מעשרות ג'יגההרץ עד מאות ג'יגההרצה, להקות מסורתיות מתחת 6 GHz הם הרבה יותר מדי מכווץ וצר כדי לתמוך את התעריפים האלה.

ב-6G, הרשות הפלסטינית חייבת לספק במקביל ארבעה פונקציות מפתח:

  • (FLT:0) חיזוקים זרים: 1.FLT:1 לספק מספיק כוח פלט (בדרך כלל +10 ל +23 dBm עבור ציוד משתמש, עד +30 dBm או יותר עבור תחנות בסיס) כדי לקבוע קישור תקשורת על פני מרחקים של עשרות עד מאות מטרים בסביבות עירוניות או מקורה, אפילו עם אובדן נתיב גבוה.
  • (FLT:0) תדירות ההסתה המקסימלית של המכשיר: FLT1; אופרות 1:1 או ליד תדירות ההסתה המקסימלית של המכשיר (f max) עבור להקות תת-THz, לרשות הפלסטינית יש תדר אחד-גאין טוב מעל תדירות המוביל. , טכנולוגיות ג'ון נוכחיות רבות יש f max סביב 400-500 GHz, הגבלת השימוש שלהם בתדרים גבוהים יותר.
  • (FLT:0) יעילות: 1FLT 1 מזער צריכת כוח DC כדי להפחית את ייצור החום, להאריך את חיי הסוללה במכשירים ניידים, ועלויות תפעוליות נמוכות יותר בתשתיות. Power-aded יעילות (PAE) מטרות עבור 6G הרש"פ הן בטווח של 20–40% בתדרים תת-THz, אשר מאתגרת בהתחשב בכך כי הפסדים קצביים עם תדירות.
  • (FLT:0)Linearity:FLT 1 שמור את המעטפה האות מבלי להציג עיוות בין-מודולציה או AM /PM המרה. עבור מודולים מסדר גבוה (למשל, 1024-QAM או שלDM עם יחס גבוה לעוצמה גבוהה עד לממוצע), הרשות חייבת לשמור על גבוה ליניאריות בטווח הדינמי שלה.

השפעה על רמת נתונים ו-Destion Quality

שיעור הנתונים בקישור אלחוטי הוא פרופורציה ישירה רוחב הפס והיעילות הספקטרוםית.המני הכוח משפיע הן.A ברשות עם כוח תפוקה לא מספיק כוח המערכת להשתמש במודולציה מסדר נמוך יותר כדי לשמור על יחס אות-לכאורה, צמצום יעילות הספקטרום או יכולת משולבת של הרש"פ (SPA) הוא גם כן, אם הרש"פ מציגה עיוותים לא ליניאריים, גודל השגיאה, מה שמחייב את היישום להחלפתם של מאות מקלטים או ל- ARGIputerreatives) באמצעות יכולת משולבת (כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, היא יעילה יותר, היא יעילה יותר, כלומר, כלומר, כלומר, היא יעילה יותר, עבור קומפקטית, כלומר, עבור יחידות כוח קומפקטיות של כוח קומפקטיות של כוח קומפקטיות של כוח קומפקטיות של כוח קומפקטיות של כוח קומפקטיות של כוח קומפקטיות של כוח קומפקטיות של כוח קומפקטיות של כוח קומפקטיות של כוח קומפקטיות של כוח קומפקטיות של כוח קומפקטיות של כוח קומפקטיות של קומפקטיות של קומפקטיות של כוח קומפקטיות של קומפקטיות של כוח קומפקטיות של

אתגרים טכנולוגיים: חום, קווירנטיות, ופיזיקה טרחרץ

פיתוח של מגברי חשמל עבור 6G כרוך בהתמודדות עם מכשולים פיזיים והנדסה בסיסיים הדוחקים את הגבולות של מה אפשרי עם הטכנולוגיה הנוכחית של מוליכים למחצה.

ניכוי חום בתדירות גבוהה

כאשר תדרי הפעלה נכנסים לטווח תת-טרחרץ, המימדים של תכונות הטרנזיטור מתכווץ לעשרות ננומטרים. האזור הפעיל של המכשיר הופך קטן מאוד, המוביל לריכוז אינטנסיבי של חום.עבור GaN HEMTs, מוליכות תרמית של תת-המתח היא קריטית; אפילו עם SiC substrates (התנהגות תרמית - W350 / mK), חום יכול לעלות על 10 / חום מתקדם של חום הוא גבוה יותר מ - 300 / הרץ (מחץ) גבוה יותר חום רציני יותר.

קוהרנטיות לעומת אי-יעילות המסחר-offs

המסחר הקלאסי בין לינאריות ויעילות הופך בולט אפילו יותר בתדרים תת-THz. שיטות מסורתיות לשיפור הליניאנס, כגון Class-A הטיה (ה ליניאריות הגבוהה ביותר אך יעילות מקסימלית של 50%), הן בלתי-מעורכות בגלל הרווח הנמוך הזמין.Doherty power amplifier ארכיטקטורות, בשימוש נרחב ב 4G/5G, להיות קשה ליישום עקב השינוי בשלב ומניעה נדרשת מתודולוגיה דיגיטלית, כולל שיטות עיבודיות אדמירל-מנטליות, כולל חשיפה לינאריות, כולל אפילפטיות, כגון:

אובדן פרדוקסלי ואתגרי אינטר-קישור

בתדרים מעל 100 GHz, אפילו כמה מיקרונים של מתכת קישור יכול להציג תגובה משמעותית, הפיכה קיבולית, והפסדי קו השידור.הגורם האיכות (Q) של אינטגרטורים על שבבים והופכים טיפות, מה שהופך את הפחתת בעיות של Flippite או חיתוך רוחב פסים.

חידושים בחומרים Semiconductor ואדריכלות של מכשירים

כדי להתגבר על המגבלות של טכנולוגיות קיימות, חוקרים ומנהיגי התעשייה רודפים מספר נתיבים מקבילים.בחירה של מערכת חומרית קובעת במידה רבה את תדירות, כוח ויעילות של הרשות.

גליום ניליד (GaN) וגאליום Oxide (Ga2O3)

הטכנולוגיה של GaN ממשיכה להשתפר, עם דיווחים של f max מעל 400 GHz ב- HEMT עם אורך שער מתחת 20 nm. עבור הקצה התחתון של ספקטרום 6G (100-200 GHz), GaN-on-SiC הרש"פ כבר יכול לספק 1-2 W של כוח פלט עם PAE קרוב 30% בעתיד.האתגר הוא דוחף GaN ל-300 GHz ומעבר לגליום, קומפקטית, קומפקטית, אבל הוא עשוי להיות בעל השפעה נמוכה יותר מאשר מוליכים למחצה, אבל הוא בעיקר מוליכים למחצה.

Indium Phosphide (InP) HBTs

(ב) הטכנולוגיה של HBT מחזיקה כיום את השיא של מהירות טרנזיסטור, עם f t ו f max העולה על 1.5 THz.המצאות הגדולות כמו Teledyne (ארה"ב) ו- Fraunhofer IAF (גרמניה) הוכיחו את תהליכי InP HBT עם רוחב פולטים עד 200 np1 התקנים להשיג רווח גבוה בתת תת-THz, אך סובלים מהתמוטטות נמוכה (בדרך כלל סביב 3-F) אשר יש צורך לשלב תאים מרובים כדי להשיג את רמות כוח.

סיליקון-גרמנים (SiGe) BiCMOS

(הטכנולוגיה של SiGe BiCMOS, המשלבת את SiGe HBTs עם CMOS קונבנציונאלי CMOS לוגיקה, מציעה נתיב יעיל לאינטגרציה. SiGe HBTs הוכיחו f max מעבר ל 500 GHz בדורות האחרונים, בעוד כוח הפלט שלהם לשלב נמוך יותר מאשר InP, הם יכולים להשתלב עם פונקציות דיגיטליות, אנלוגיות ו-RF על מות יחיד.

חומרים מתעוררים: Graphene ו 2D Semiconductors

(שני חומרים ממדיים כגון גרפן, molybdenum disulfide (MoS2), ו זרחן שחור יצרו עניין עצום עבור אלקטרוניקה גבוהה ⁇ ⁇ ⁇ , במיוחד, מתגאה ניידות נושאת מעל 105 ס"מ / Vs, אשר יכול לאפשר הפעלה thertz עם התנגדות parasitic נמוכה.

חידושים בעיצוב באדריכלות הרש"פ עבור 6G

מעבר לחומרים, התנצלות מעגלית חדשנית חיונית כדי להפיק את הביצועים המקסימליים של טרנזיסטורים זמינים.

Doherty Power Amplifiers at Sub-THz

האדריכלות הדורטית, המשתמשת במגבר נושא וגורם שיא לשיפור היעילות ברמות הכוח האחוריות, היא מרכיב מרכזי בתחנות הבסיס של 4G ו-5G.G.Porting זה ל-140 תדרי תת-תמוז דורש תכנון זהיר של המכשול ב- Dobda/4) ורשת המשולבת של 140GHz, קו גל באורך 140-הת' בתהליך סיליקון קצר מאוד (Ric-R) אך הוא מסוגל להשיג את יעילותומטר 2CM-Routdance) אך ורק 2.

Transistor Amplifiers

(ב) , מגבלות מתח התמוטטות מגבילות את התנופה המתח.לסמן מספר טרנזיסטורים בסדרה (כמו קוד) יכול להגדיל את התנופה האפקטיבית של מתח התפוקה, ובכך לשפר את העוצמה.האתגר הוא כי הכנפיים הטפילטיים של המכשירים המחסנים ליצור מפיץ 1D4 מכווץ את האות ב ניקוז העליון טרנזיטציה ואת הוספת פסגות של אוניברסיטת קליפורניה: 50 ג'טב"מ"ר.

מפיץ ומטייל - Wave Amplifiers

מגברים ממורמרים (DAs) משלבים שלבים מרובים לאורך קו שידור, המאפשרים לפעולה פס רחב. בתדרים תת-THz, הרווח לשלב הוא נמוך, כל כך הרבה שלבים נדרשים, המוביל לצריכת חשמל גבוהה DC. עם זאת, עבור יישומים אולטרה-רחב פס (למשל, מ -100 עד 200 GHz), DA יכול לספק רווח שטוח ותפוקה מתונה.

השפעה על ביצועי מערכת-Level: Beamforming ו- MIMO

ב 6G, MIMO מסיבי ו beamforming יוצבו בתדרים תת-THz. כל אלמנט אנטנה דורש הרש"פ שלו, מגבר נמוך, עובר שלב, ואולי למעלה / ממירים למטה.צריכת הכוח של הרש"פ שולטת בתקציב הכוח הכולל של כוח המערך.עבור מערך 1024-element לינארי, גם אם כל אחת מהרשות צריכה רק 50W, סך הכל הוא 5W, אשר מציבה כיוונים לינאריים את המשתנים (I) עם כל אחד, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, אם יש צורך במדד הניהול של ניהול גוף מרכזי של 1024-APTD) עם כל אחד, בין אם הוא בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, בין היתר, על ידי ניהול מערכת ניהול מערכת ניהול מערכת ניהול מערכת ניהול מערכת ניהול מערכת

נטייה דיגיטלית (DPD) ניתן ליישם את היסודות, אבל את המאזניים חישוביים בקנה מידה ליניארי עם מספר המרכיבים, אשר יכול להיות מאות או אלפי ארכיטקטורות אנלוגיה דיגיטלית, שבו precoding נעשה חלקית בפס הבסיס וחלק בתחום האנלוגי, להרגיע את דרישות הליניטי על הרש"פ כי הכוח הכולל של הרש"פ הוא נמוך יותר, אך הביצועים עדיין על פני טמפרטורה עקבית, עקבית, על פני טמפרטורה עקבית, עקבית, עקבית, על פני טמפרטורה עקבית, עקבית, על פני טמפרטורה עקבית.

תחזית: Path to Commercial 6G PAs

רשתות 6G המסחריות הראשונות צפויות בסביבות 2030.בתקופה יש להגיע מספר אבני דרך:

  • (FLT:0)Device Technology Roadmaps:FLT:1 Foundries (TSMC, GlobalFoundries, Intel וכו ') מפתחים את SiGe BiCMOS nodes עם f max מעבר 700 GHz.InP HBT תהליכים חייבים להפגין אמינות ולהניב מתאים לייצור.n-on-SiC תהליכים מרחיבים ל-D-band-170 GHz).
  • (FLT:0) Advanced Packaging:FLT:1 שילוב heterogeneous של InP או GaN PAs עם SiGe BiCMOS שליטה שבבים יהיה צורך לשלב כוח גבוה, מכשירים לינאריות גבוהה עם לוגיקה דיגיטלית מורכבת. 3D ערימה ו interposers יפחיתו הפסדים בין-קישור.
  • (FLT:0) החידושים: FLT:1 Embedd קירור באמצעות ערוצים מיקרו-השפעהיים או על צ'יפ תרמואלקטריים קרירים יתמזגו לתוך המצע של הרש"פ כדי לטפל בשטף חום מעל אלה של 5G הרש"פ הנוכחי.
  • (FLT:0) AI-Assisted Design:FLT:1 Machine אלגוריתמים משמשים כדי לשתף פעולה עם הטופולוגיה, הפריסה והתנאים ההטיה שניתנו מדדי ביצועים מטרה.זה מקטין את זמן מחזור העיצוב ומאפשר לחיפוש של גיאמטריה לא אינטואיטיבית.

הפוטנציאל של 6G - תקשורת הולוגרפית, תאומים דיגיטליים, קוגניציה אלחוטית, ורזולוציה גבוהה רזולוציה גבוהה - מול היכולת להעביר נתונים במהירויות כי הטכנולוגיה הנוכחית לא יכולה להשיג. Power amplifiers הם l אינץ '.ללא התקדמות משמעותית בחומרים, מעגלים, וניהול תרמי, חזון thertz נשאר סקרנות.

לסיכום, האבולוציה של המגבר של הכוח מרכיב בגודל אחד לכל רכיב למודול מיוחד, קבוע תדירות, ומודול יעיל-אופטימי יהיה אחד הסיפורים הטכניים החשובים ביותר של העשור הבא.כפי ש- 6G סטנדרטיזציה מתחילה (3GPP שחרור 21 צפוי בסביבות 2028), המפרטים הפיזיים-שכבתיים יתבעו הרש"פ שהם במקביל בעלי עוצמה גבוהה, רחבים, ליניאריים, מהירים, מהירים, ודרישות חדשות של ספקטרום.

(ב) סעיף זה הופק בהתייחסות למקורות הסמכותיים הבאים: FLT:1

  1. (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  2. (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  3. (ב) טבע (בלטינית:0) , Graphene for Terahertz ElectronicsFLT
  4. (ב) כרך ראשון (בשיתוף:0) 2023 IEEE Compound Semiconductor Integrated Circle Symposium (CSICS) - InP PA HighlightsscioFLT:1
  5. (ב) [15] ,5GPP - 6G ומעבר ל-FIRECT 1