多赛道共同发展的氮化镓，成为5G发展的关键！

电子发烧友网报道（文/李诚）近年来氮化镓技术可谓是站在了发展的上风口，各类相关应用在国内政策的大力扶持下遍地开花。氮化镓同时涵盖了射频与功率领域，具有耐高温、高开关频率、高效的特性，是支撑5G基建、能源互联网、新能源汽车、充电桩、消费类快充快速发展的关键。
 
在“新基建”5G基站的建设中，氮化镓扮演着一个不可或缺的角色。在5G网络中，其无线电的工作频率最高可达6GHz，而4G LTE网络的工作频率只有2.7GHz，工作频率的升高不仅提高了数据传输的速率，还对发射机的功率效率提出了更高的要求。
 
氮化镓与传统的Si和GaAs相比拥有着更为优越的性能，多用于射频放大器中，为5G网络提高更低延迟的高速连接，以及应用的高可靠性。在汽车智能化、网联化以及工业自动化等多面大力驱使下，5G基站得以快速普及，氮化镓在射频领域的市场规模也在迅速扩大。据Yole预测，2026年GaN RF市场规模将达到24亿美元（约153.6亿人民币），其中，2026年5G电信GaN RF营收占比将达到41%，约62.7亿人民币。
 
在氮化镓射频领域中，吸引了不少国际一线半导体厂商的青睐，如Qorvo、Wolfspeed、富士通、英特尔等。在国内三安集成、苏州能讯、海威华芯等都有氮化镓射频晶圆产线的布局。
其中，Qorvo、恩智浦、Microchip陆续推出基于氮化镓的5G射频解决的方案，助力5G技术的发展。
 
Qorvo推出专为5G小基站设计的氮化镓PA
 
Qorvo作为全球射频方案的龙头企业，在射频芯片领域有着较多的经验积累，并在5G射频领域也取得了多项在性能上的突破。
 
其中，Qorvo为使得5G无线基础设施具有更高的性能和稳定性，专为5G基站研发出了一系列5G毫米波基站专用的GaN-on-SiC毫米波射频前端模块，奠定了5G基础建设的良好基础。
去年6月，Qorvo还专门推出了面向小型5G基站的高效功率放大器系列产品，以缓解人口稠密的下5G网络覆盖度的问题。

 
图源：Qorvo

 
上图为该系列产品的详细参数，频率范围在850MHz~3.8GHz均有覆盖，在实际应用中可根据实际应用需求进行不同频率范围的产品选择。该系列产品都具备了提供高功率附加效率的能力，最高可至36%，在一般情况也能保持在30%以上。
 
其中，QPA9942是一款能高效的小型5G蜂窝基站射频放大器，该放大器工作频率在3.3GHz~3.8GHz，工作功率为4W，可为宽带5G信号提供－50dBc的出色DPD线性化ACPR。当输出功率为+28dBm时，PAE能够保持在36%。
 

 
图源：Qorvo

 
该芯片采用的是5x5mm的SMT封装，并且引脚与QPA9908、QPA9901和QPA9903相互兼容，这也进一步提高了产品电路设计的互通性，缩短产品的开发周期。
 
在射频应用中，射频模块对静电是相对敏感的，当静电等级达到一定值时会致使无线模块受到永久性的损坏，为避免不必要的信号衰减和损坏，Qorvo在设计阶段就已经为QPA9942集成额了ESD保护，提高终端应用的可靠性。
 
Microchip专为5G网络设计的GaN MMIC功率放大器
 
去年6月 21日，Microchip推出了具有高线性度可用于卫星通信终端和5G网络的MMIC氮化镓功率放大器GMICP2731-10。
 
该放大器采用GaN-on-SiC的制造工艺，将碳化硅与氮化镓的优势融合，以此提供更可靠、高性能的解决方案，提高整体功率的输出，实现更高效的散热。据悉，该功率放大器在27.5 至 31 GHz 的 3.5 GHz 带宽内工作时，可提供10W的输出功率，其功率附加效率为20%，小信号增益为22 dB，回波损耗为15 dB。
 

 
图源：Microchip

 
同时该芯片还采用内平衡结构的内部设计，分别在输入端与输出端配置了一个50Ω的电阻，并在输出端集成了直流阻断电容用以简化系统的设计。
 
众所周知，通信基站最大的运营成本就是电费，基站功耗的问题是运营商要面对的一大挑战，功耗的问题直接影响着终端产品的落地。为解决产品功耗问题，据Microchip表示，这款采用了GaN-on-SiC制造工艺的放大器与使用GaAs材料的同类型产品相比，在系统功耗和产品重量体积上降低了30%，进而使得产品更加小型化和低功耗，是降低设备运营成本，实现绿色环保的最佳手段，对5G基础建设的发展有着积极的推动作用。
 
结语
 
氮化镓无论是在射频领域还是在电源领域，使用了氮化镓的终端产品在系统效率、功率密度、带宽方面与Si材料相比，都有着显著的优势。随着技术的成熟，已经有更多的硅基氮化镓进入市场，氮化镓已成为5G时代不可或缺的原材料，也是各大厂重点布局的一大领域。