用于5G基站的碳化硅氮化鎵

早些時候，思科發(fā)布了其視覺網絡指數1的更新，預測2017年至2022年期間移動數據流量將增加七倍，達到每月77.5艾字節(jié)（EB）。這相當于通過移動網絡移動存儲在 19 億張 DVD 上的數據。

現在，這對移動網絡運營商來說意味著一個巨大的商業(yè)機會。但這也表明了一個挑戰(zhàn) - 以合理的速度來回移動所有這些數據的能力。因為，趨勢不僅是大量的數據，還有未來應用的類型，例如增強現實（AR）和車對車（V2V）通信，它們需要更低的延遲和更高的帶寬。下一代蜂窩通信標準5G滿足了這一規(guī)范。

5G將駐留在三個頻段：

高頻段：這個高于24 GHz頻率的最高頻段需要技術創(chuàng)新、重新設計和新材料，因此運營商的成本將比其他兩個頻段高得多。

中頻：在低于6 GHz的頻率下，中頻帶提供了對當前4G標準的重大升級，并采用當今的創(chuàng)新組件技術，如碳化硅（SiC）上的氮化鎵（GaN），對系統(tǒng)設計的修改要少得多。物料清單（BOM）的變化相對較小，這意味著該頻段對于首次推出5G和相關的數據密集型應用具有吸引力。
隨著第三代合作伙伴計劃（2020GPP）的第16版最終確定，預計3年該頻段的運營商活動將達到重大，并允許3G在5 GHz和5 GHz等免許可頻段（“NR-U”）中運行。

低頻段：較低的頻率 - <2.2 GHz - 也可用于5G，例如處理物聯網數據，但只能提供4G的增量升級。

圖1：根據Yole Développement的說法，到5年，各種6G商業(yè)應用將使用最合適的頻段，其中低于2025 GHz的宏和小型蜂窩占主導地位。

運營商的痛點

雖然較高的5G頻率可以提高速度和帶寬，但相同的高頻更具方向性，更容易衰減信號。此外，僅增加帶寬不會導致容量的線性增加，因為較高的帶寬也會導致較低的信噪比（SNR）。這需要通過增強信號來克服，這意味著增加發(fā)射功率，增加天線數量，增加蜂窩數量，或者像5G一樣，行使所有這些選項。

增加單元密度以滿足數據容量要求是有代價的。而且，這可能會降低用于托管基站的屋頂和塔樓位置的可用性。

運營商將需要更小、更輕的設備，這些設備可以安裝在以前不可行的位置。此外，更小更輕的設備使安裝更容易、更便宜，也可能轉化為更低的手機信號塔租金。

尋找更小、更輕的基站

主要網絡設備供應商已轉向基于SiC的設計，而不是傳統(tǒng)的硅（Si）基器件，以滿足其基站的高頻、高功率要求。

雖然橫向擴散金屬氧化物半導體（LDMOS）工藝技術使硅基器件能夠發(fā)展到更高的功率密度，但與GaN的高頻特性和SiC的優(yōu)越導熱性相比，它們相形見絀。

因此，SiC上的GaN使系統(tǒng)能夠實現更高的功率密度，這有助于減小基站尺寸，因為不需要LDMOS所需的太多熱管理硬件。

里面的氮化鎵？

與LDMOS相比，GaN在5G頻率下的效率更高，這也意味著每比特/秒的運營成本更低，碳足跡也更低。Wolfspeed是SiC上GaN器件市場的主導者，估計與使用LDMOS功率放大器（PA）的系統(tǒng)相比，SiC上的GaN在最大平均功率下運行時可以節(jié)省超過200 W的直流功率。

審核編輯：郭婷