功率放大器模块及其在 5G 设计中的作用

来源:电子工程世界发布时间:2022-09-15734浏览

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5G 是无线通信市场领域有史以来十分重要的强大技术之一。与 4G 相比，5G 在数据速率、延迟和容量方面都有显著提升，有望成为行业乃至全球真正的变革性技术。
然而，这些根本性的性能改进也对底层射频 (RF) 硬件产生了更大的压力，并提出了更严格的要求。功率放大器 (PA) 是射频硬件中非常重要的部件之一，随着 5G 的普及，它的重要性不断提升。为了帮助缓解为 5G 设计射频放大器的挑战，近年来，功率放大器模块 (PAM) 已成为一个重要的工具。
在本文中，我们将讨论功率放大器及其在 5G 中的作用，以及 Qorvo 如何利用功率放大器模块来帮助支持未来的 5G 基础设施。

什么是功率放大器？

在处理射频信号时，特别是在 5G 的高频段，电压电平可能非常低。这是一个挑战，因为电磁 (EM) 信号在较低的振幅下更容易受到系统级噪声的影响（即，信噪比降低）。除此之外，较低电压信号通常缺乏驱动下游电路或天线所需的强度。
为了解决这些挑战，开发人员使用了功率放大器。射频功率放大器是一个电路模块，用于增加射频信号的振幅、功率输出或驱动能力。一般来说，射频功率放大器位于系统天线附近，为发射天线提供高功率信号。
使用功率放大器的目的是增强信号，同时保持从输入到输出的高保真度。因此，线性度、效率和输出功率是功率放大器的几个重要规格参数。

功率放大器设计挑战

过去，功率放大器及其周围的电路是采用板载分立式元件设计。虽然这种方法在行业内使用了很多年，但由于出现了一些非常大的设计挑战，这种方法的有效性受到质疑。
其中一个挑战是如何在面积、成本、性能和功耗之间做一个权衡。一般来说，这些规格参数往往是相互冲突的，设计人员必须知道如何优化其电路，以便针对特定应用尽可能兼顾这些权衡因素。在使用分立式元件时，由于零件选择、元件互用性和布局等都会影响性能，要在这些因素之间取得平衡变得越来越困难。
当发展到5G 时，这种情况就更加复杂了，此时系统还需要覆盖更宽的带宽和更高的频率范围。当今的系统需要高达 400 Mhz 的平均瞬时带宽，同时工作频率高达 4 GHz。现在的挑战要求在实现上述系统权衡的同时，还要提供该频带范围的性能。
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