氮化鎵射頻開關在高功率射頻設計中的應用

Manish Shah，TagoreTechnology Inc.

在大功率射頻前端（RFFE）設計中，PIN二極管技術一直是射頻開關的歷史選擇。這種技術是足夠的，因為頻段的數(shù)量是有限的，而且電路板的空間也不是一個制約因素。然而，現(xiàn)代高功率基站和軍事通信射頻鏈路需要覆蓋許多頻段，以滿足安全語音和數(shù)據(jù)通信的需求，同時優(yōu)化SWaP。

在mMIMO架構(gòu)的推動下，5G基站遠端射頻頭（RRH）的結(jié)構(gòu)正變得極為復雜，許多RFFE必須在有限的電路板空間內(nèi)實現(xiàn)。RRH通常安裝在高高的柱子上，這在總尺寸和重量方面增加了額外的限制，以方便基站設備的安裝和維護。RFFE的效率和總功耗對于管理總熱耗散也很關鍵。降低前端濾波器和射頻開關的損耗有助于減少總功耗，放寬散熱要求，也減少了RFFE的尺寸和重量。

大功率相控陣雷達就像5G基站一樣，需要在有限的電路板空間內(nèi)集成許多RFFE。由于需要復雜的偏置方案和眾多的無源元件，用傳統(tǒng)的PIN二極管開關實現(xiàn)多頻段和分布在大頻率范圍內(nèi)的多個RFFE已經(jīng)變得非常困難。新的射頻開關技術可以幫助解決許多這些問題。

軍事通信RFFE的要求

圖1表示軍事通信射頻鏈路的典型雙功率放大器（PA）RFFE。雙功率放大器通常采用基于GaN的功率放大器，覆蓋30MHz至2.6GHz。在許多專有的軍用軟件定義射頻中，連續(xù)的頻率覆蓋是必不可少的，覆蓋30MHz至2.6GHz，為6.5倍頻程帶寬；因此，理論上至少需要七個頻段。

圖1軍事通信射頻鏈路的雙功放前端。

然而，一個諧波濾波器需要一個保護帶，以達到對帶內(nèi)頻率低端的二次諧波的最小抑制要求。例如，如圖2所示，第一個頻段不能是30至60MHz，或一個倍頻程，因為30MHz的二次諧波落在這個頻段內(nèi)。第一頻段必須是30到50MHz，假設有10MHz的保護帶，才能達到預期的濾波抑制效果，以滿足諧波抑制的要求。

圖2軍事射頻鏈路的諧波濾波器要求。

由于有一個至少10MHz的保護帶，頻率范圍必須分成8個不連續(xù)的頻段，才能有從30MHz到2.6MHz的連續(xù)覆蓋。其中，射頻開關的主要功能是將射頻信號路由到適當?shù)闹C波濾波器，并將信號合并，再次通過諧波濾波器后，將其路由到天線。射頻開關的性能對射頻鏈路的整體性能至關重要。

開關插入損耗是減少總功耗的最重要因素之一。較低的開關插入損耗也減少了功率放大器所需的總功率。功率放大器輸出功率的減少降低了其直流電能消耗。減少功率，從而減少總

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