氮化镓射频开关在高功率射频设计中的应用
在大功率射频前端(RFFE)设计中,PIN二极管技术一直是射频开关的历史选择。这种技术是足够的,因为频段的数量是有限的,而且电路板的空间也不是一个制约因素。然而,现代高功率基站和军事通信射频链路需要覆盖许多频段,以满足安全语音和数据通信的需求,同时优化SWaP。
在mMIMO架构的推动下,5G基站远端射频头(RRH)的结构正变得极为复杂,许多RFFE必须在有限的电路板空间内实现。RRH通常安装在高高的柱子上,这在总尺寸和重量方面增加了额外的限制,以方便基站设备的安装和维护。RFFE的效率和总功耗对于管理总热耗散也很关键。降低前端滤波器和射频开关的损耗有助于减少总功耗,放宽散热要求,也减少了RFFE的尺寸和重量。
大功率相控阵雷达就像5G基站一样,需要在有限的电路板空间内集成许多RFFE。由于需要复杂的偏置方案和众多的无源元件,用传统的PIN二极管开关实现多频段和分布在大频率范围内的多个RFFE已经变得非常困难。新的射频开关技术可以帮助解决许多这些问题。
军事通信RFFE的要求
图1表示军事通信射频链路的典型双功率放大器(PA)RFFE。双功率放大器通常采用基于GaN的功率放大器,覆盖30MHz至2.6GHz。在许多专有的军用软件定义射频中,连续的频率覆盖是必不可少的,覆盖30MHz至2.6GHz,为6.5倍频程带宽;因此,理论上至少需要七个频段。
图1 军事通信射频链路的双功放前端。
然而,一个谐波滤波器需要一个保护带,以达到对带内频率低端的二次谐波的最小抑制要求。例如,如图2所示,第一个频段不能是30至60MHz,或一个倍频程,因为30MHz的二次谐波落在这个频段内。第一频段必须是30到50MHz,假设有10MHz的保护带,才能达到预期的滤波抑制效果,以满足谐波抑制的要求。
图2 军事射频链路的谐波滤波器要求。
由于有一个至少10MHz的保护带,频率范围必须分成8个不连续的频段,才能有从30MHz到2.6MHz的连续覆盖。其中,射频开关的主要功能是将射频信号路由到适当的谐波滤波器,并将信号合并,再次通过谐波滤波器后,将其路由到天线。射频开关的性能对射频链路的整体性能至关重要。
开关插入损耗是减少总功耗的最重要因素之一。较低的开关插入损耗也减少了功率放大器所需的总功率。功率放大器输出功率的减少降低了其直流电能消耗。减少功率,从而减少总
原文始发于微信公众号(actMWJC):氮化镓射频开关在高功率射频设计中的应用(原载于《微波杂志》7/8月)