用于5G基站的碳化硅氮化镓

早些时候，思科发布了其视觉网络指数1的更新，预测2017年至2022年期间移动数据流量将增加七倍，达到每月77.5艾字节（EB）。这相当于通过移动网络移动存储在 19 亿张 DVD 上的数据。

现在，这对移动网络运营商来说意味着一个巨大的商业机会。但这也表明了一个挑战 - 以合理的速度来回移动所有这些数据的能力。因为，趋势不仅是大量的数据，还有未来应用的类型，例如增强现实（AR）和车对车（V2V）通信，它们需要更低的延迟和更高的带宽。下一代蜂窝通信标准5G满足了这一规范。

5G将驻留在三个频段：

高频段：这个高于24 GHz频率的最高频段需要技术创新、重新设计和新材料，因此运营商的成本将比其他两个频段高得多。

中频：在低于6 GHz的频率下，中频带提供了对当前4G标准的重大升级，并采用当今的创新组件技术，如碳化硅（SiC）上的氮化镓（GaN），对系统设计的修改要少得多。物料清单（BOM）的变化相对较小，这意味着该频段对于首次推出5G和相关的数据密集型应用具有吸引力。
随着第三代合作伙伴计划（2020GPP）的第16版最终确定，预计3年该频段的运营商活动将达到重大，并允许3G在5 GHz和5 GHz等免许可频段（“NR-U”）中运行。

低频段：较低的频率 - <2.2 GHz - 也可用于5G，例如处理物联网数据，但只能提供4G的增量升级。

图1：根据Yole Développement的说法，到5年，各种6G商业应用将使用最合适的频段，其中低于2025 GHz的宏和小型蜂窝占主导地位。

运营商的痛点

虽然较高的5G频率可以提高速度和带宽，但相同的高频更具方向性，更容易衰减信号。此外，仅增加带宽不会导致容量的线性增加，因为较高的带宽也会导致较低的信噪比（SNR）。这需要通过增强信号来克服，这意味着增加发射功率，增加天线数量，增加蜂窝数量，或者像5G一样，行使所有这些选项。

增加单元密度以满足数据容量要求是有代价的。而且，这可能会降低用于托管基站的屋顶和塔楼位置的可用性。

运营商将需要更小、更轻的设备，这些设备可以安装在以前不可行的位置。此外，更小更轻的设备使安装更容易、更便宜，也可能转化为更低的手机信号塔租金。

寻找更小、更轻的基站

主要网络设备供应商已转向基于SiC的设计，而不是传统的硅（Si）基器件，以满足其基站的高频、高功率要求。

虽然横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）工艺技术使硅基器件能够发展到更高的功率密度，但与GaN的高频特性和SiC的优越导热性相比，它们相形见绌。

因此，SiC上的GaN使系统能够实现更高的功率密度，这有助于减小基站尺寸，因为不需要LDMOS所需的太多热管理硬件。

里面的氮化镓？

与LDMOS相比，GaN在5G频率下的效率更高，这也意味着每比特/秒的运营成本更低，碳足迹也更低。Wolfspeed是SiC上GaN器件市场的主导者，估计与使用LDMOS功率放大器（PA）的系统相比，SiC上的GaN在最大平均功率下运行时可以节省超过200 W的直流功率。

审核编辑：郭婷