中國(guó)5G移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)完成了第一階段對(duì)于大規(guī)模天線、多址多載波、高頻段通信等關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)，同時(shí)也驗(yàn)證了高達(dá)Gbps的用戶體驗(yàn)速率、毫秒級(jí)端到端時(shí)延、每平方公里百萬(wàn)節(jié)點(diǎn)等多樣化場(chǎng)景需求；目前運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)展開了第二階段的試驗(yàn)，開展面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、低時(shí)延高可靠和低功耗大連接三大5G典型場(chǎng)景的無(wú)線空口和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案的研發(fā)與試驗(yàn)，測(cè)試頻率為3.6 GHz, 并計(jì)劃在2017年底前完成測(cè)試，為2018年的5G 通信實(shí)驗(yàn)網(wǎng)開通做準(zhǔn)備。
為了實(shí)現(xiàn)高速大容量的用戶體驗(yàn)，勢(shì)必拓寬信號(hào)帶寬，在一系列規(guī)劃頻段中，3.4 GHz-3.8 GHz頻段率先成為全球的熱點(diǎn)頻率，引起全球移動(dòng)產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注。各大設(shè)備商重點(diǎn)開發(fā)面向3.4 GHz-3.8 GHz的宏站或一體化小型基站。比如諾基亞的TD-LTE 3.5GHz 8T8R宏站RRU和4T4R低功率RRU以及一體化小基站。愛立信的宏站Macro Radio 2218和微站Micro Radio 440均聚焦3.4 GHz-3.8 GHz 應(yīng)用。華為和中興也紛紛推出了基于3.4 GHz-3.8 GHz的多載波寬帶RRU，載波信號(hào)帶寬均超過(guò)150 MHz。
各大射頻功放管廠商也爭(zhēng)先恐后，推陳出新，不斷發(fā)布滿足市場(chǎng)需求的器件。而目前主流的硅基LDMOS功放管在頻率和效率上的性能缺陷，導(dǎo)致其很難滿足5G系統(tǒng)高頻和高效的需求，逐漸喪失了在基站功放市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。 而氮化鎵以其固有的高功率密度有效的降低了結(jié)電容，從而提高了帶寬，滿足了多載波系統(tǒng)對(duì)功率半導(dǎo)體器件的視頻帶寬要求。
華為率先大批量使用GaN 射頻功率管，不僅優(yōu)化了系統(tǒng)射頻性能，而且簡(jiǎn)化了熱設(shè)計(jì)，縮小了體積和重量，便于工程建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，有效的推動(dòng)了行業(yè)發(fā)展，開啟了以氮化鎵材料為主的第三代射頻功放管商用的新時(shí)代。
首先，功率放大器作為通信發(fā)射系統(tǒng)中極為重要的部分，其輸出功率的能力，漏級(jí)效率大小都會(huì)對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)有著重要的影響，從綜合性能來(lái)說(shuō)，氮化鎵射頻功放管成為了高頻大功率以及寬帶高效功放模塊的最合適選擇。GaN既彌補(bǔ)了LDMOS的高頻帶寬和效率的性能缺失，又改善了GaAs在高頻功率容量的不足，加上氮化鎵在可靠性方面的優(yōu)勢(shì)，使其成為5G 通信的首選功放管技術(shù)。
再者，近年來(lái)歐美半導(dǎo)體公司對(duì)國(guó)內(nèi)功放管市場(chǎng)的封鎖趨緊，國(guó)內(nèi)氮化鎵企業(yè)受到了市場(chǎng)的大力追捧，加速發(fā)展。
一款新型GaN射頻功放管DX1H3438140P可支持頻段為3.4 GHz-3.8 GHz，借助其優(yōu)異的寬帶性能，客戶可以在該頻段內(nèi)采用同一個(gè)寬帶功放管來(lái)代替原有的兩種甚至是三種功放管。功放管的工作電壓為48 V，在該頻段擁有較好的線性度、功率密度、效率以及寬帶特性。在板級(jí)使用時(shí)，外匹配容易實(shí)現(xiàn)，調(diào)試簡(jiǎn)單。
將該功放管設(shè)計(jì)成Doherty架構(gòu)，非常適合系統(tǒng)平均功率為20 W的基站使用。采用該功放管設(shè)計(jì)的Doherty架構(gòu)功率放大器，可以支持160 MHz的寬帶信號(hào)，并很好的與寬帶DPD系統(tǒng)配合，在常溫下經(jīng)過(guò)DPD校正之后，線性度可以達(dá)到-50 dBc @ 45.4 dbm，表現(xiàn)出了很完美的射頻閉環(huán)性能。
下面我們對(duì)這款功率管分別作了單管及Doherty性能測(cè)試：
一、Load Pull性能
表1為功放管DX1H3438140P在3.4 GHz-3.8 GHz的Load Pull測(cè)試性能。
表1、DX1H3438140P Load Pull測(cè)試結(jié)果
二、3.6GHz Class AB調(diào)試
該放大器的漏級(jí)電壓Vds為48 V，靜態(tài)電流Idq為400 mA。使用的PCB板材為Rogers 4350B。圖1為調(diào)試前的Demo圖片。
圖1、DX1H3438140P Demo圖片
2.1、小信號(hào)性能
該放大器在3.4 GHz-3.8 GHz內(nèi)回波損耗S11小于-10 dB,帶寬大于400 MHz。在3.6 GHz，小信號(hào)增益大于19 dB。圖2為小信號(hào)調(diào)試的結(jié)果曲線。
圖2、DX1H3438140P調(diào)試后小信號(hào)性能
2.2、脈沖飽和功率測(cè)試
調(diào)試后該放大器的飽和功率為51.7 dBm，飽和效率為67.3 %，功率回退7.5 dB時(shí)的功率增益為19.3 dB。圖3為大信號(hào)脈沖測(cè)試結(jié)果。
圖3、DX1H3438140P調(diào)試后脈沖測(cè)試性能
2.3、DPD線性度測(cè)試
該放大器經(jīng)過(guò)DPD校正后，其表現(xiàn)出了優(yōu)異的線性性能，測(cè)試信號(hào)為WCDMA 3GPP test model 1, 64 DPCH, 45% clipping, PAR = 7.5 dB @ 0.01% Probability on CCDF。在功率回退8 dB時(shí)，其校正后ACLR可以達(dá)到-58 dBC。圖4為DPD測(cè)試結(jié)果。
圖4、DX1H3438140P調(diào)試后DPD性能
三、Doherty 性能
為了實(shí)現(xiàn)功放線性和效率的完美結(jié)合，該公司分別開發(fā)了3.4 GHz-3.6 GHz和3.4 GHz-3.8 GHz的寬帶Doherty 功放板。該功放采用1:1對(duì)稱Doherty架構(gòu)來(lái)表現(xiàn)其最佳的寬帶及線性特性。針對(duì)目前通信系統(tǒng)中常用的信號(hào)PAR 7.5 dB，以飽和功率回退8 dB作為其平均輸出功率，來(lái)展示其回退時(shí)的性能。具體可以參照?qǐng)D5和圖6中的效率曲線。
3.1、3.4 GHz-3.6GHz Doherty脈沖功率測(cè)試
表2展示了3.4 GHz-3.6 GHz Doherty功放在200 MHz的帶寬內(nèi)的性能參數(shù)，其飽和輸出功率大于53.9 dBm，在飽和功率回退8 dB，平均輸出功率為46 dBm時(shí)，其效率在42.5 %以上，增益大于15.1 dB。該Doherty功放功率回退時(shí)的性能出眾，非常適合在20-30 W區(qū)間的RRU 功放應(yīng)用。
表2、3.4 GHz-3.6 GHz Doherty功放測(cè)試數(shù)據(jù)
3.2、3.4 GHz-3.8GHz Doherty脈沖功率測(cè)試
表3展示了3.4 GHz-3.6 GH Doherty功放在400 MHz的帶寬內(nèi)的性能參數(shù)，其飽和輸出功率大于53.9 dBm，在飽和功率回退8 dB，平均輸出功率為46 dBm時(shí)，其效率在38.5 %以上，增益大于14.7 dB。
表3、3.4 GHz-3.8 GHz Doherty功放測(cè)試數(shù)據(jù)
圖6、3.4 GHz-3.8 GHz Doherty功放脈沖測(cè)試性能
圖7、3.4 GHz-3.8 GHz Doherty Demo圖片
3.3、寬帶DPD線性度測(cè)試
圖8是為客戶設(shè)計(jì)的3.4 GHz-3.6 GHz Doherty功放寬帶信號(hào)線性結(jié)果，測(cè)試信號(hào)為LTE 160 MHz信號(hào)，峰均比為7.5 dB。在功放口輸出功率大于45 dBm時(shí)，其校正后的線性依然可以低于-50 dBc。圖9為160 MHz信號(hào) （11000011模式）矯正后右邊兩個(gè)載波的的頻譜圖。
圖8、寬帶LTE信號(hào)DPD校正結(jié)果
圖9、160 MHz 寬帶信號(hào)頻譜圖
