5G mobil ağ için güç yükselteçleri (PA) tasarlayın, 4G LTE sistemlerinde karşılaşılanların ötesindeki eşsiz zorluklar sunar.Demiryolu genişliğine geçiş, daha geniş kanallara ve büyük çoklu bağlantıya ihtiyaç duyar.Bu makale, 5G PA'ların tasarlarken, yarı iletken ağlar ve kullanıcı ekipmanının yüksek çıktılarını sağlayarak, frekans gruplarına geçişini sağlayarak 24 GHz'e ve ötesindeki çok yönlü bir şekilde teknik görünüm sağlar.
5G Power Amplifier Design
5G özellikleri ile karşılayan bir güç yükselteçliliği oluşturmak, birden fazla bağımlı faktör içeren bir dengeleme eylemidir. Her bir meydan okuma, genel sistem performansını etkiler ve malzemeler, mimari ve işlemedeki seçimleri etkiler.
Yüksek Frekans Operasyon ve Parasitic Effects
24 GHz'in üzerindeki milimetre frekanslarında, transistör önemli ölçüde azalır ve parasitik kapasitanslar ve indüktörler istenen beton veya sıvı kristal polimer gibi daha büyük bir kısmını gerektirir.Geçmiş parasitics, bağlantı telleri ve şarjları, istenmeyen modları önlemek ve geri bildirim gücünü sağlamak için kritik hale gelir.Bu frekanslarda uygun elektromanyetik simülasyon ve genellikle gelişmiş substrat materyallerin kullanımını gerektirir.
Geniş Band genişliği ve Linearity Trade-offs
5G NR (Yeni Radyo) kanalları alt-6 GHz bandında 100 MHz kadar geniş olabilir ve 400 MHz veya milimetre dalga frekanslarında daha fazla olmalıdır. Bu büyüklükteki zorluk genişliğinin doğrusallığı 64-QAM ve% 1'in altında sürekli grup gecikmesi ve minimum hafızadaki etkiler (AM/PM) hata ve tabandaki en az kontrol edilmesi gerekir.
Güç Verimliliği ve Termal Yönetim
5G baz istasyonları, aktif bir anten serisinde düzinelerce söndürücü güç oranı için birkaç watt'dan güç seviyelerini teslim etmek gerekir, toplam DC güç tüketimi çok büyük olur. PA verimliliğini doğrudan azaltır, operasyonel harcamalar ve karbon ayak izi. PA, nispeten yüksek zirveye sahip güç oranı için yüksek çözünürlükte çalışır - EDG sinyallerinin tipik olarak - 8–11 dB. Verimli bir geri çekilme işlemi önemli hale gelir.
Signal Integrity ve Crest Faktörü Azaltma
DFT-s-OFDM ve CP-OFDM gibi 5G'de kullanılan Modulation şemaları, EVM'de hafif bir artış pahasına, EVM'nin ticari kesinti ve ⁇ regrowth. gibi tekniklerden kaçınmak için PAPR'yi daha sık sık sık sık sık sık sık 2-4 dB'ye kadar düşürmeye çalışır.
Sistem Entegrasyonu ve Ambalaj
Büyük MIMO dizilerinde, PA, mükemmel termal iletkenlik ile kompakt bir ayak izi ile elde etmek için fiziksel olarak yakın olmalıdır.Bu, standart olmayan ambalajları birleştirir ve bir fazda tüm elementleri birleştiren son derece entegre RF performansı, geçiş ve filtreler, mükemmel bir ısı iletkenliği ile birlikte. Flip-çijrasyon ve sıcaklık tazminat algoritmaları gerektirir.
5G PA'lar için Gelişmiş Yarı iletken Teknolojiler
Yarı iletken malzemenin seçimi, herhangi bir PA tasarımının temelidir. 5G için, birkaç teknoloji güç yoğunluğu, verimlilik, frekans aralığı ve maliyete dayalı rekabet eder.
Gallium Nide (GaN) ve Silikonillo (SiC)
Kanoparçası (GaN-on-SiC), yüksek güç tabanı istasyon PA'ların üzerindeki yüksek enerji yoğunluklarının 6 GHz'nin üzerindeki yüksek enerji yoğunluklarının bir sırasını, ısıtımı ile kıyaslanması ve silikonun, 100 V'den fazla bir işlemden oluşan yüksek basınçlı yük gerilimin arttırılmasına olanak sağlar.
Indium Phosphide (InP) ve Silikon Almanyum (SiGe)
En yüksek milimetre dalga frekansları (above 40 GHz), InP heterojunction bipolar transistörler (HBTs) en iyi hız ve çıkış gücü ile iyi entegrasyon olanaklarını sunar.P PA'lar genellikle test ekipmanlarında ve yüksek uç arka bağlantılarında kullanılır. ancak, 28-40 aralığındaki pahalı işlem adımları gerektirir ve daha az sağlamdır. SiGe BiCMOS, diğer yandan dijital kontrol mantığı ile iyi entegrasyon olanakları sunar.
Sub-6 GHz için Karşılaştırmalı Teknolojiler vs. mmWave
6 GHz'in altında, LDMOS (bireysel olarak metal-oksit yarı iletken) yıllardır iş birliği olmuştur, ancak yüksek verimlilik ve bant genişliği için GaN tarafından değiştirildi. GaAs pHEMT (pseudomorphic yüksek elektron hareketliliği transistör) ABD'de olgun üretim ve yüksek lineerlik nedeniyle büyük ölü alanlar için popüler kalır.
Yenilikçi Devre Tasarımı Teknikleri
Mükemmel transistörlerle bile, devre üstoloji ve sistem düzeyinde düzeltmeler 5G performans hedeflerine ulaşmak için çok önemlidir.
Doherty Power Amplifiers
Doherty mimarisi modern temel istasyonun arka kemiği olmaya devam ediyor çünkü sadece taşıyıcı, geniş bir çıkış gücü yelpazesine yakın yüksek verimlilik sağlar.In a typical two-way Doherty, a taşıyıcı (main) amplifikatörlükli bir ayarlandığında sınıf-AB'de yan yanarıyor; üç yönlü veya dört yönlü Doherty, yüksek verimsiz bölgenin daha büyük verimsiz hale getirilmesi için geliştirilmiş olan yüksek performanslı devreleri genişletiyor.
En Geliştirme İzleme (ET) ve Ortalama Güç İzleme (APT)
En Geliştirmek, yüksek verimlilik için transistörlükte her zaman çalıştırılabilir. Bu yaklaşım, tedarik geriliminin daha yavaş bir oranda artırıldığı (mily operasyonu için UE PA'lar için, ET yaygın olarak kabul edilir, ancak altyapı gücü seviyeleri için, ortalama sinyal bant genişliğindeki kayıplar mmWave'de yasaklanabilir. Ortalama güç takip, tedarik gerilimi 10-15 puanını daha düşük bir hıza yükselten (mily işlem için mikrosaniyeler siparişi)
Dijital Predistortion (DPD) ile Machine Learning
Dijital predistortion, veri toplama ürünleri nedeniyle temel bant işlemcisini kullanır ve DPD'nin hafıza etkilerini yakalamak ve çapraz frekans darbesini yakalamak için kullanılır.DPD katlarının gerçek zamanlı olarak 5× sinyal bant genişliği ile çalışabilmesi gerekir, çünkü intermodülasyon ürünleri için sinyal bant genişliği, hafıza polinomu ve DPD'nin sinir ağları artık standarttır.
Yük Modulation and Outphasing
Doherty'nin ötesinde, Chireix outphasing ve S-polar (tek modulation) gibi modülasyon teknikleri, kombine sinyal amplitüd değişiklikleri için tekrar gözden geçirilir ve her PA pratiklerinde görülen iki aynı PA'nun tekrarlanması ile çalışır.
5G Altyapısı için Sistem-Level Yönleri
Aktif Anten Dizileri ve Kirişform
Büyük MIMO'da, her PA bireysel bir anten elemanına yol açıyor. Her PA'nun fazı ve amplitüdünün amplitüdülleri bir yöne doğrultulma şeklinde ayarlanıyor. Beamform, her PA-PA amplitüdünün ve faz tutarlılığını da etkiler - her PA'nun 0,5 dB ve 2 derece tipik olarak ısıtılması nedeniyle kaçınılabilir. Sıcaklık gradyanları boyuta neden olabilir ve bu yüzden aşırı yükleme noktalarına karşı hassastır.
Over-the-Air (OTA) Test ve Kalibrasyon
5G PA'lar anten topluluğuna entegre edilmiştir, bir bağlantı üzerinden yapılan geleneksel testler artık mümkün değildir. Aşırı hava testi EVM, ACLR ve çok yönlü emisyonlar kullanılarak yapılır.Test ortamının çok fazla sempatisini anlamak ve her PA'nun kazanımı ve aşamasını ayarlamak için bir alıcıdan gelen geri bildirim almak için.Bu, ilk fabrika testinde yapılır ve operasyon sırasında sürekli olarak tekrarlanır.
Future rotası ve Gelişen Çözümler
AI-Optimized Bias Control
Makine öğrenimi, belirli bir trafik modeli için en iyi performans sağlamak için PA önyargı kontrolüne uygulanır. Anahtar ölçümler (şu anki, sıcaklık, EVM), bir AI kontrolörü kapı önyargısını ayarlayabilir, tedarik gerilimi veya cihaz geçiş durumlarını operatör müdahalesi olmadan optimum performans korumak için.Finans öğrenme algoritmalarının çeşitli yük koşulları altında laboratuvar denemelerinde% 5-10 oranında verimlilik artışı göstermiştir.
GaN'nin Ötesinde Gelişmiş Malzemeler
Araştırmacılar alüminyum galium nitride (AlGaN) daha yüksek iki boyutlu elektron gaz arıları ile araştırıyor ve daha da yüksek hacimli yüzeylerde azaltılıyor (GaN)|3) ve elmas substratları daha yüksek çözünürlük alanları ve termal iletkenlik sağlar, ancak bu malzemeler yüksek hacimli RF üretimi için henüz olgun değildir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
5G ağlarında güç yükselteçleri, yüksek frekanslı operasyonla ilgili önemli teknik engellerin üstesinden gelmek, aşırı bant genişliği, sıkı doğrusallık bütçeleri ve sıkı verimlilik hedefleri. Endüstrinin 5G-Gelişen ve 6G gibi geniş bantlı malzemelerle, Doherty, yenilikçi devre mimarisi ile bir araya gelmesi ve dijital önyükleme, mühendisler 5G altyapı ve cihazların taleplerini karşılamak için PA'ya devam edeceklerdir.
[FONT=0)Dönetici:[Dönemli)
- [0]Gallium Nide Teknolojisi Genel Bakış - Mikrodalgalar101).
- [0) 5G Power Amplifier için geliştirme: Analog cihazlar).
- [FONT=0)5G Challenges and Solutions for Power Amplifiers – Qorvo).
- [FONT:0)IEEE: 5G için Doherty Power Amplifier Techniques ( ⁇ gerekli olabilir)).
- [FONT=0) 5G Power Amplifier'in Hava Testi - Keysight (PDF)).