射频PA挑战:驾驭效率与线性度的微妙平衡

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射频功率放大器的工作常常处于非线性区域,以获得高输出功率,但这会导致信号失真,产生不需要的谐波和交调产物,影响通信质量。因此,如何在保持高功率输出的同时,实现信号的高线性度,是一大难点。这通常需要采用复杂的线性化技术,如预失真、数字预失真(DPD)或包络跟踪与包络调制(ET/EM)等。
功率放大器
 
PA是系统中主要的能耗单元,提高其工作效率(尤其是在背离峰值功率的宽动态范围内)对于延长电池寿命和减少热管理负担至关重要。然而,传统的功率放大器,如A类和AB类,效率相对较低。因此,开发如Doherty、Envelope Tracking (ET) 和其他高效率架构成为研究热点,同时也需解决随之而来的复杂热设计问题。
 
随着5G及未来通信标准的演进,射频PA需支持更宽的信号带宽,这对放大器的设计提出了更高要求。宽带宽放大器的设计需平衡增益平坦度、线性度和效率,这在高频和高功率下尤为困难。为了适应移动设备和物联网设备的小型化趋势,射频PA必须在减小尺寸、降低重量的同时,保持或提升性能。这推动了射频前端模块(RF FEM)的集成化发展,要求PA与其他射频组件(如开关、滤波器)紧密集成在同一芯片或封装中,而不会牺牲性能或增加成本。
 
射频PA的性能在很大程度上取决于所使用的半导体材料和制造工艺。硅基CMOS工艺虽成本低、集成度高,但其在高频性能上有所局限。相比之下,砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等III-V族化合物半导体在高频和高功率应用中表现出色,但成本和集成度是其劣势。因此,如何在不同应用场景中权衡材料与工艺的选择,是一大考量。
 
在高性能通信系统中,PA的相位噪声直接影响到整个系统的同步性能和信号质量。控制和减少相位噪声,以及确保放大器在整个工作温度和电源电压范围内稳定工作,是设计中的重要挑战。在保证高性能的前提下,如何通过技术创新和大规模生产降低成本,是商业化应用的关键。特别是在大规模部署的无线通信系统中,成本敏感性极高。
 
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