基站在十年前也許會被認為是種虛假技術。但隨著“綠化”工程的深入人心以及降低能耗以節約成本這一愿望的推動，基站設計人員正在尋求集成度更高、更省電以及更小巧的元件。同時，在未來數年內，預計移動通信數據流量每年都將成倍增長。因此，必須在降低功耗同時增大容量。放大器是一種可降低功耗但又不會對網絡容量造成影響的關鍵器件。無論是低噪放大器(LNA)、功率放大器(PA)或驅動放大器，它們的設計都以縮小體積、降低功耗且同時實現更高可靠性和效率以及更大容量為目標。

　　對更大網絡容量的需求與日俱增。Amplitech公司的總裁Fawad Maqbool表示，“無線應用和需求不斷增長。為滿足下一代(4G、5G)無線產品如手持PDA和地面通信鏈路的要求，需要越來越大的帶寬。這種需求也在穩步提高工作頻率和數據速率，這就要求接收系統能提供更低噪聲、更低失真、更高的動態范圍和更廣闊的覆蓋范圍。”

　　有許多放大器正在不斷滿足這些需求。例如，RFMD公司剛剛推出了高線性度、數字控制(6b)的可變增益放大器(DVGA)。RFDA DVGA系列在整個增益范圍提供低于5dB的噪聲指標。每個VGA在 0.5dB步進分辨率下具有31.5dB的增益范圍。該系列提供多款型號，可支持如下最高指標：增益38dB、輸出三階截取點(IP3)43dBm、工作頻率4GHz。例如，RDA1005L覆蓋10～4000MHz頻段，0.5dB步進時提供18.5dB的增益。它的1dB壓縮點(P1dB)輸出功率為21.0dBm，輸出IP3為35.0dBm。同系列產品RFDA2026覆蓋1800～2400MHz頻段，0.5dB步進時增益為32.0dB。它的1dB壓縮點輸出功率為24.0dBm，輸出IP3為43.0dBm。這些器件適用于接收器和發射器設計，同時提供并行和串行接口版本。

　　無線基礎設施也是RFMD RF5633(2.2-3.8GHz)WiMAX功率放大器IC的目標應用。這款IC采用銦鎵磷化物(InGaP)異質結雙極晶體管(HBT)技術，集成了一個三 級PA和功率檢測器。它提供2.5%的誤差向量幅度(EVM)，在3.4～3.6GHz和3.6～3.8GHz頻段的輸出功率分別為+28dBm和+27dBm。可對PA的偏置進行控制以適應22dB的增益步進，從而提高系統動態范圍。RF5633提供34dB增益。

　　M/A-COM Technology Solutions公司新推出的一款0.5W HBT放大器主要針對蜂窩和WiMAX基站應用。MAAM-009286覆蓋250～4000MHz頻段，在5V/155mA偏置下，其輸出IP3為42dBm。在2140MHz下提供15.5dB的中頻增益。此外，該公司70-3000MHz系列微型增益級放大器適合用于蜂窩基站。

　　這些砷化鎵(GaAs)單片微波集成電路(MMIC)放大器采用單級、自偏置設計(圖1)。它們具有50Ω的輸入/輸出阻抗以盡量減少所需外部元件數。M/A-COM公司的MAAL-009120具有1.4dB@900MHz的典型噪聲，在500～3000MHz頻段，IP3為35dBm。同系列產品MAAL-010200具有1.3dB@900MHz的典型噪聲，在500～3000MHz頻段，IP3為36dBm。這兩款產品在900MHz下的典型增益都是14dB。M/A–COM公司的產品經理Jack Redus表示，“更快的數據速率和更復雜的調制方案促使無線基礎設施要求驅動放大器具有更高線性度。這些趨勢又伴隨著對降低整體功耗和制造復雜性的不變追求。雖然在單個芯片上集成放大器、開關、衰減器和其它功能可以簡化制造流程，但它往往以犧牲各個功能塊的性能為代價。在單一封裝內將不同技術進行多功能集成可以優化性能和制造，從而最終取代單一功能器件。我們目前提供的某些單一功能放大器未來將被整合進采用表面貼裝的多功能、多芯片方案。”

　　圖1：為盡可能減少外部元件數量，這些GaAs MMIC放大器采用單級、自偏置設計。

　　WiMax和4G LTE應用(2.3-2.8GHz)也屬于Hittite Microwave公司推出的GaAs InGaP HBT MMIC功率放大器的目標應用。這款型號為HMC755LP4E的PA在輸出IP3為43dBm時具有31dB的增益。在33dBm飽和輸出功率下可實現28%的功率附加效率(PAE)。三個電源控制引腳可用于降低RF輸出功率或關斷PA以節省直流功耗。采用正交頻分復用(OFDM)信號，HMC755LP4E可達到25dBm的輸出功率(64QAM、54Mb/s)，同時EVM為2.5%。

　　雖然飛思卡爾半導體(Freescale)以其LDMOS技術著稱，但該公司最近推出了針對基站、家庭基站和蜂窩中繼器中發射器和接收器的功能要求而優化的MMIC產品。這組器件同時滿足低噪放大器和發射功率放大器的要求。例如，MML09211H是一款增強型的pHEMT MMIC低噪聲放大器，非常適合865～960MHz頻段的WCDMA基站以及目前正在實施的728～768MHz頻段高數據速率網絡等各種應用。在400～1400MHz頻段，該器件具有0.6dB的低噪聲指標。在900MHz時小信號增益為20dB，P1dB輸出功率為21dBm。這款放大器具有35dBm的隔離性能和32dBm的輸出IP3。其同系列產品MMA20312B是一款兩級InGaP HBT功率放大器，針對無線基站以及中繼器和家庭基站而設計。該放大器覆蓋1800～2200MHz頻段。2140MHz下的小信號增益是26dB，P1dB輸出功率為31dBm，。

　　另外兩款最新寬帶MMIC放大器既適用于傳輸鏈的驅動放大器又可作為接收鏈的二級低噪聲放大器。MMG15241H pHEMT器件覆蓋500～2800MHz頻段，在2140MHz下的噪聲系數為1.6dB。P1dB輸出功率為+24dBm，IP3為39dBm，小信號增益為15dB。此外，MMG20271H低噪聲放大器覆蓋1500～2400MHz頻段。在2140MHz下具有1.8dB的噪聲系數，P1dB輸出功率+27dBm，42dBm的IP3以及15dB的小信號增益。

　　Skyworks Solutions新推出的兩款GaAs MMIC低噪聲放大器號稱能滿足多種蜂窩基礎設施接收器應用(包括GSM、CDMA、WCDMA和LTE基站及中繼器)苛刻的噪聲和線性要求(圖2)。SKY67100-396LF覆蓋1.7～2.0GHz頻段，SKY67101-396LF覆蓋0.7～1.0GHz頻段。這些增強型贗晶高電子遷移率晶體管(pHEMT)低噪放大器具有0.49dB的低噪聲系數和34dBm的輸出三階截取點。其內部有源偏置電路確保不同溫度下具有穩定的性能。

　　圖2：這兩款GaAs增強型pHEMT低噪放大器主要針對多種蜂窩基礎設施接收器應用(包括GSM、CDMA、WCDMA和LTE基站及中繼器)。

　　在1.95GHz下，SKY67100-396LF 的噪聲系數為0.61dB。它具有優于20dB的輸入回波損耗和34dBm的高輸出三階截取點。在0.9GHz下，SKY67101-396LF的噪聲系數是0.49dB。其在0.9GHz的輸入和輸出回波損耗都在20dB以上。在0.9GHz，這款LNA具有34.1dBm的高三階截取點。

　　Avago Technologies分別覆蓋1500～2300MHz以及2300～4000MHz頻段的兩款器件完善了該公司下一代低噪聲放大器系列，該系列產品覆蓋用于GSM、CDMA、UMTS、WiMAX和LTE的所有蜂窩頻段。這些LNA針對基站RF前端設計而開發。在1900MHz及5V/51mA典型工作條件下，該公司的專利GaAs增強型pHEMT工藝技術提供了0.48dB的噪聲系數以及35dBm的OIP3。它具有17.8dB 的增益，P1dB輸出功率為21dBm，。在2500MHz及5V/56mA典型工作條件下，該技術提供0.59dB的噪聲系數和35dBm的OIP3。它具有17.5dB的增益、P1dB壓縮點輸出功率為+22dBm。得益于內置有源偏置電路，Avago低噪聲放大器的工作電流是可調的。因此，設計人員可在工作電流和輸出線性度(采用OIP3測量)之間進行權衡同時保持最佳的噪聲系數。

　　Aeroflex/Metelics的HBT放大器產品線非常適合蜂窩、PCS、2.5/3G、MMDS、WLL及其它無線基礎設施應用。該公司同時提供中/小功率放大器以及Darlington增益模塊。HBT中/小功放專為高頻、A類驅動器件設計，其輸出功率為0.25至4W，增益范圍為100MHz至2650MHz。例如，MMA717-3030就是針對100MHz至2.5GHz的中等功率水平而設計。通常情況下，它具有31dBm的輸出功率，50dBm的高輸出IP3，其典型動態范圍是97dB。

　　對Aeroflex/Metelics而言，InGaP HBT MMIC放大器被專門設計成寬帶Darlington增益模塊，它結合了不同水平的小信號增益、噪聲和帶寬。它們能在100MHz～12GHz范圍提供平坦的增益響應。例如在2GHz下，MMA708覆蓋DC～4000MHz，同時提供13dB的增益。它在-1dB時的輸出功率為20dBm，典型IP3為38dBm。該放大器提供6dB的噪聲系數，其輸入和輸出VSWR(電壓駐波比)分別為1.40:1和2.00:1。

　　在之前召開的IEEE國際微波研討會(IMS)上，恩智浦半導體(NXP)展示了一系列基于硅鍺碳(SiGe:C)技術的射頻和中頻放大器，包括從低噪聲放大器到固定和可變增益放大器等一系列產品，這些器件據稱可在無線基礎設施的收/發器射頻設計中實現更高集成度。該公司提供了一系列覆蓋400～3500MHz的Doherty功放，包括一款三路Doherty放大器和一款基于該公司50V LDMOS工藝的單封裝600W Doherty功放，它們均工作在900MHz。這款三路Doherty功放可實現52.7dBm的峰值功率(44.1dBm的平均功率)，效率高達49.2%。600W(57.8dBm)的單封裝電路可實現43%以上的效率，在整個工作頻段具有49.2dBm的輸出功率。

　　RFHIC公司表示，對LDMOS來說，在整個30MHz帶寬及六條信道上取得更高效率是一個挑戰。此外，LDMOS晶體管封裝和輸入/輸出匹配模圖都會更大。因此，該公司選擇了氮化鎵(GaN)方法。用于LTE和WCDMA應用的80W功放覆蓋2110～2140MHz、帶寬是30MHz(圖3)。借助Doherty設計和DPD技術，它能夠提供35%或更高的效率。該功放在48V具有50dB增益。通過與韓國移動服務提供商SK電信的合作，這款氮化鎵(GaN)放大器已經被部署在選定地點。RFHIC下一代產品的目標是達到40%的效率。

　　圖3：該放大器的關鍵構建模塊是一個內部匹配的GaN-on-SiC晶體管。

　　除了放大器之外，像Nujira這樣的公司還提供配套產品和服務以支持基站和遠程無線電頭端(radiohead)功放的評估和開發。例如，NCT-E9001評估與開發平臺包就包括波形傳輸和分析、多模式數字預失真(DPD)以及一個完整的射頻發射鏈路。EvalSys工具包提供控制和分析工具。為進行參數比較和開發，用戶可以整合進自己的PA設計、DPD算法和DPD硬件。到目前為止，參考PA輸出級可提供基于LDMOS和GaN的28V和48V射頻功率晶體管。當然，其它規格的產品也在開發中。該公司還提供Coolteq-h大功率調制器，該產品可將功放效率提高到60%。

　　AmpliTech采取了另一種有趣的方法，該公司提供一系列低溫放大器和系統，這些產品承諾將極大改善無線系統的所有參數和覆蓋范圍，同時滿足未來無線技術對基站和多點鏈路的苛刻需求。例如，該公司的80°K低溫冷卻LNA組件在GPS和GSM頻段提供低至0.05dB的噪聲系數，在Ka頻段，噪聲系數是 0.6dB。這種冷卻低噪聲放大器/組件通過一個3m的臍帶式軟線直接放置于天線饋源。由于沒有噪聲邊帶，它簡化了數字信號處理(DSP)的后處理。

　　晶體管開發技術有助于提高基站放大器的效率。例如，TriQuint的TriPower GaAs HV-HBT射頻IC就承諾，在支持運營商更方便地提高網絡容量和速度的同時，還能降低網絡基站放大器所需的電能。目前，為覆蓋一個中型城市及周邊地區，可能需要一個帶有2000個放大器的系統。據TriQuint公司介紹，基于TriPower的網絡每年將減少約340噸的二氧化碳排放。

　　當用于對稱Doherty放大器應用以獲得最高效率時，兩款TriQuint的TG2H214120 120W器件可以提供超過60W的WCDMA平均功率，效率達55%。由于TriPower的效率非常高，運營商可以在現有基站塔上安裝較大的放大器且無需增加體積和重量，而大功率放大器可為蜂窩內的所有用戶提供更高的數據傳輸率。顯然，放大器是實現基站節能的關鍵。但還有一系列相關技術可幫助放大器滿足對更高性能、更低功耗的需求。