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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）