能讯半导体基站发射系统发明专利揭秘

该项专利中的基站发射系统可以形成多个射频发射通道，覆盖更宽的发射频带，更好的适应5G基站建设场景。此外，由于输入了动态电压，能够充分发挥GaN射频功率放大器高效的性能，保证电能的损耗较小，提高整个基站发射系统的效率。

集微网消息，此前能讯半导体表示，随着5G基站的建立和高频化、毫米波的快速发展，当前半导体领域正逐步进入LDMOS转到氮化镓（GaN）的时间窗口。在未来的射频器件产业，氮化镓（GaN）将开辟全新的市场空间，创造更大的商业价值。

随着5G标准化研究的不断推动，未来的5G基站除了传统的通信业务，还将支持大数据、高速率、低延迟的网络数据服务。而基站本身通信链路的功耗大部分来源于发射链路，为保证通信质量，基站的射频功率放大器需要进行信号回退，导致攻放的效率大大降低，增大了整个通信组网的功耗。而另一方面，由于5G计划采用毫米波段，由于严重的路损会削弱信号的传输范围，从而造成基站密度加大，同时波束成形技术也导致发射链路更加庞大，这都将会造成系统功耗的增加。因此，基站发射系统将面临着如何提高射频功率放大器效率、系统宽带化以及发射系统面积小尺寸化的难题

针对上述问题，早在2016年11月11日，能讯半导体就提出了一项名为“一种基站发射系统”的发明专利（申请号：201610995789.8），申请人为苏州能讯高能半导体有限公司。此专利提出一种基站发射系统，利用核心的氮化镓射频功率放大器，再配合其他电源模块、数字处理单元来解决现有技术中基站功耗过大的问题。

图1 单路基站发射系统结构图

基站发射系统的结构如图1所示，可以应用在任意通信系统的基站装置中。该系统包括电源模块101，电荷泵与旁路开关模块102、降压模块103、GaN射频功率放大器104以及数字处理单元105。电源模块用于向整个基站发射系统提供电压；电荷泵与旁路开关模块与电源模块相连，用于对电源模块提供的电压进行倍增处理。降压模块将倍增后的输出电压进行降压处理，保证处理后得到的电压满足GaN射频功率放大器的工作电压需求，从而根据GaN射频功率放大器的输出功率向其提供动态变化的电压。GaN射频功率放大器用于对功率信号进行放大处理，提供整个系统的输出。数字处理单元与上述所有模块相连，通过功放输出功率作为输入反馈，计算并调节电源模块输出电压、电荷泵与旁路开关模块的倍增系数以及降压模块降压范围。

此专利核心在于基于GaN材料的射频功率放大器，GaN材料为第三代半导体材料，具有较大的禁带宽度、高击穿场强、高迁移率以及高电流密度的特性。因此使用GaN材料制作的射频功率放大器具有高功率密度、高效、高可靠性、以及宽带的特性。

另外，GaN射频功率放大器的输出等效电容比较小，只有几pF的量级。与现有技术中使用的硅(Si)材料和砷化镓(GaAs)材料的射频功率放大器相比，GaN射频功率放大器的输出电阻Rout随频率增长的变化量会小很多，因此可以广泛应用在高频毫米波领域，适用于当前5G基站建设的场景。同时GaN射频功率放大器的开关响应时间非常短，因此可以大幅度的提高开关功放的效率，从而可以提高设备的效率。

图2 多路基站发射系统结构图

为提高功率输出，提高带负载能力，经常需要使用多个射频功率放大器提供所需输出电流，其结构如图2所示。相比于图一，此结构的发射机用于提供射频发射信号，并输出到GaN射频功放，由于多个并行的射频功放可以形成多个射频发射通道，可以覆盖更宽的发射频带，更好的适应5G基站建设场景。另外由于输入了动态电压，能够充分发挥GaN射频功率放大器高效的性能，保证电能的损耗较小，提高整个基站发射系统的效率。

借助5G建设的机遇，我国在通信领域正处于高速发展时期，而通信的发展离不开射频和半导体领域的支持。能讯半导体提出的这一基于GaN的基站发射系统毫无疑问能够进一步推动国内的通信建设。正如能讯在采访中所提到的：“在射频领域为中国半导体立一块品牌，是能讯的理想“，而正是因为各个企业都有这样的社会责任感，我国才能够在飞速发展的社会中稳步向前。