5G帶來射頻器件難題 GaN對比LDMOS和GaAs優勢明顯

回顧移動通信從1G發展到5G的歷程，每一代移動通信系統都可以通過標誌性能力指標和核心關鍵技術來定義，並且無線網路的上下行速度不斷加快，通信設備的射頻前端也在逐步演進。4G由於多模多頻的需求，射頻前端的複雜度相比2G／3G大幅增加，至於下一代移動通信技術，ITU和我國分別提出的5G關鍵能力中都明確了未來5G 100Mbps的用戶體驗速率以及10Gbps以上的峰值速率。為了實現無線網路的更大的帶寬和更快的數據速率，將多個信道或分量載波組合到一個大數據管道中的載波聚合技術被引入。但相較於4G中最高支持5個20MHz的載波聚合，5G時代載波聚合的數量可能會高達32或者64。因此，5G更高的功率、高達100GHz的頻率範圍以及更高的效率的目標不僅讓SAW濾波器在高頻的5G時代局限性凸顯，讓傳統LDMOS製程的功率放大器（PA）在5G毫米波時代也捉襟見肘。

眾所周知，目前針對3G／HSPA和LTE基站市場的PA主要有基於硅的橫向擴散金屬氧化物半導體 （LDMOS）和砷化鎵（GaAs）兩種，但LDMOS PA的帶寬會隨著頻率的增加而大幅減少，僅在不超過約3．5GHz的頻率範圍內有效，GaAs PA是目前市場主流，出貨佔比佔9成以上。隨著通訊頻段向高頻遷移，基站和通信設備需要支持高頻性能的PA，GaN射頻器件相比LDMOS和GaAs優勢逐步突顯。

MACOM無線產品中心資深總監成鋼

MACOM無線產品中心資深總監成鋼表示：「MACOM將在5G的支持下迎來令人振奮的機遇，這項技術將實現向基於陣列的天線轉型，與前幾代產品相比，不僅系統性能優勢顯著，5G系統的射頻內容也會有所增加。決定系統性能的關鍵射頻元件包括功率放大器、低雜訊放大器和發射／接收開關。對於5G解決方案，功率放大器必須兼具高線性度和高效率。方案自然非可提供滿足系統性能要求所需的增益、效率和功率輸出的硅基氮化鎵（GaN－on－Si） MMIC器件莫屬。低雜訊放大器顯然需要優異的雜訊係數，同時還必須具備高線性度和穩健性（針對輸入信號）。開關必須能夠處理高功率，具有極低的插入損耗以降低發送過程中的功率損耗和提高接收過程中的系統雜訊係數，還要具備高線性度。理想的解決方案是基於單片PIN二極體的開關。最終，將通過強大的驅動力將這些功能集成到單個晶元或單個模塊中。」

Qorvo亞太區FAE高級經理楊嘉

Qorvo亞太區FAE高級經理楊嘉表示：「從1G到5G， 極快增長的數據吞吐量推動著運營商對系統不斷地升級， 隨之而來的是對射頻系統的工作頻段， 帶寬及效率越來越嚴苛的要求，LDMOS在高頻段， 寬頻應用及效率等方面越來越力不從心。而這些正是GaN器件的優勢。目前5G的系統研發主要集中在＞2．3GHz頻段及毫米波頻段，隨著工作頻率的提高，GaN器件的優勢會越發明顯。」

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