計算系統的日益普及正在增加網絡流量，隨之而來的是在全球范圍內持續實施 5G 等下一代無線標準。芯片供應商機會巨大，尤其是射頻半導體制造商。一些分析師估計，未來 3 年基站的復合年增長率為 12%，電信回程的復合年增長率為 5%。國防應用也為射頻功率器件提供了絕佳的機會，因為它們傾向于用利用 GaAs 和 GaN 的固態技術取代舊設計。

5G 無線移動網絡承諾超低延遲、更高的數據速率和更大的用戶容量，但它們需要新的和改進的射頻設備，包括放大器和收發器，以提供更高的集成度和更低的功耗。

由于移動計算設備的日益普及，網絡流量呈指數級增長。因此，全球不斷推出 5G 等下一代無線標準。隨著數字化變得更便宜且耗電更少，具有更高采樣率的更高級別數字解決方案的實施正變得越來越普遍。

因此，芯片供應商擁有巨大的機會，尤其是射頻 (RF) 半導體制造商。一些分析師估計，未來三年基站的復合年增長率 (CAGR) 為 12%，電信回程的復合年增長率 (CAGR) 為 5%。由于業界傾向于用利用砷化鎵 (GaAs) 和氮化鎵 (GaN) 技術的固態器件取代舊設計，國防應用也為射頻功率器件提供了絕佳機會。

例如，MACOM 預計所需功率放大器的數量將增加 32 至 64 倍，反過來，在五年周期內，這可能會使該市場的經濟價值增加 3 倍以上。 5G 基礎設施的投資，并根據預測，將每個放大器的成本降低 10 到 20 倍。

5G無線移動

第 5 代 (5G) 無線移動網絡將運行在 24 GHz 至 95 GHz 之間，并將能夠通過安全可靠的連接提供超低延遲。它承諾為高清 4K/8K 流媒體電視等應用提供高速無線連接。這意味著射頻和微波工程師要快速設計和構建 5G 和物聯網 (IoT) 產品以爭奪市場份額，需要付出巨大的努力和壓力。

與之前的 3G 和 4G LTE 實施相比，5G 引入了許多架構復雜性，主要是由于巨大的多輸入多輸出 (MIMO) 天線配置。

毫米波 (mmWave) 設備最重要的測試之一是傳播損耗。目前，工程師通過一系列測試來驗證收發器的性能，例如誤差矢量幅度 (EVM)、占用帶寬 (OBW) 和頻譜發射模板 (SEM)。為了測試集成在電路板上或外殼內部的天線，需要使用空中 (OTA) 測量。

兩個最大的挑戰是電磁干擾 (EMI) 和電磁兼容性 (EMI)，這需要避免電磁效應的技術，但也需要在熱是關鍵設計因素的關鍵任務操作中避免整個設備和設備故障。

波束賦形是可以幫助支持 5G 網絡的高速、低延遲和可靠性要求的技術之一。波束成形是指在傳輸天線和最終用戶之間創建路徑的最有效方式，減少可能的障礙物造成的干擾和功率損耗。

必須使用先進的 GaN 技術來提高這些創新頻段的網絡基礎設施的可用輸出功率和能源效率。

射頻放大器

5G 無線電設備必須在傳統蜂窩頻段以及其他微波和毫米波頻段中運行，管理復雜的調制方案，展示低能耗并實施新技術。基站是蜂窩網絡的交叉點；它們記錄無線電小區的傳輸數據并傳輸它們。

未來，為了保證毫米波頻段的數據能夠順暢地跨頻段流動，必須通過保持低能耗來提高基站的輸出功率，從而降低電力成本。

電子設備和基于 GaN 的系統的能效明顯高于傳統硅 (Si)。GaN 是一種可確保 3.4 eV 的高帶隙的材料，而等效的硅基器件可實現 1.12 eV。寬帶隙允許器件在斷裂發生之前支持比硅對應物（相同尺寸）高得多的電場，因此，器件變得無法使用。

無線通信系統的主要部件是發射機中的功率放大器。高速網絡中使用的高級數字調制技術需要高效放大器，以避免可能降低信號質量的互調失真。

業界使用了多種放大器架構來實現更高的效率。例如，Doherty 放大器架構保證了具有高平均峰值比（高峰均值、PAR 或 PAPR）的輸入信號具有極高的功率效率。Doherty 放大器通常用于必須線性放大可變幅度信號的情況。

富士通和恩智浦等許多公司使用另一種稱為“異相”的技術來提高放大器的效率。它結合了兩個非線性射頻放大器和兩個不同的驅動不同相位信號的放大器。

正確選擇無源元件的設計技術允許設計人員針對確定的輸出幅度優化系統，從而提高效率。

RF 放大器設計人員的另一個設計因素是包絡跟蹤，其中不斷調整施加到功率放大器的電壓以確保它以最大功率運行。

與 DC/DC 轉換器提供固定電壓的典型功率放大器不同，包絡跟蹤系統使用高帶寬和低噪聲波形調制電源與放大器的連接，與信號實時同步信封。包絡跟蹤是一種射頻功率管理技術，可以在任何 LTE 帶寬的信號下在高水平上提高系統效率（圖 1）。

圖 1：包絡跟蹤放大器的框圖。

隨著具有更短柵極長度的 GaAs 和 GaN 器件的問世，再加上新的設計技術，現在可以安全運行至毫米波波長的新器件面世，開啟了 10 年前難以想象的新應用（圖 1）。 2）。

圖 2：MAAP-011233 的應用示意圖。（圖片：MACOM）

一個例子是 MACOM MAAP-011233，這是一款 4 瓦、四級功率放大器，組裝在無鉛、32 毫米 AQFN 塑料容器中。該功率放大器的工作頻率范圍為 28.5 GHz 至 31 GHz，提供 26 dB 的線性增益、4 W 飽和輸出功率和 27.5% 的效率，具有 6 V 極化。該產品采用 pHEMT GaAs 工藝制造，可提供完全鈍化以提高可靠性。