基于GaN的高效率功率放大器设计

林建伟,黄继伟

(福州大学 物理与信息工程学院,福建 福州 350108)

近年来,由于智能电话和平板设备的普及,移动通信业务迅速增长,它要求最大传输速度超过20 Gbps,2020年初的移动流量约是2010年的1000倍。为了应对网络的爆炸性容量需求,作为新的移动网络系统,第五代移动通信系统(5G)越来越受到青睐。5G通信划分了多个工作频段,其中的n78频段是多个国家的5G部署频段。3.45 GHz频段为中国电信5G频段的中心频率。

5G通信的低延迟、高速率、大带宽等特性给人们的社会带来巨大变革的同时,也给射频前端设计带来了巨大的挑战。为了实现这些特性,5G基站内功率放大器的使用量达到了4G基站的64倍或128倍。同时,频谱的日益拥挤,使得现代无线通信信号具有非常高的峰均功率比(PARR)[1],这意味着功率放大器的平均功率与最大输出功率相比有显著的回退,将导致功率放大器的效率严重降低。功率放大器的效率低下,一方面会使系统的资本支出和运营成本增加,另一方面散热也会成为系统的一大问题。因此,在5G时代,如何在高峰均功率比的信号下实现高效率将成为研究热点。

为了提高平均输出功率水平附近的效率,人们引入了几种效率增强技术,如LINC,Doherty功率放大器技术等。与其他技术相比,采用负载阻抗调制技术的Doherty功率放大器,具有结构简单且可以在大功率回退的范围内使系统保持高效率,已被广泛应用于移动通信基站中。但由于Doherty电路是一个两路放大器,因此不易被集成。……