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5G 有足夠的理由去追求。CCS Insight 的預(yù)測，到2023 年，5G 用戶數(shù)量將達(dá)到10 億；2022 年底，5G蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施將承載近15%的全球手機(jī)流量。

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能效高，尺寸緊湊，成本低，功率密度高，線性高G 基礎(chǔ)設(shè)施對射頻半導(dǎo)體器件的硬性要求。對于第三代半導(dǎo)體技術(shù)，特別是氮化鎵（GaN），5G 開始商業(yè)化是一大好處。與硅、砷化鎵、鍺甚至碳化硅器件相比，GaN 器件Trinamic代理適用于1-110 GHz涵蓋移動(dòng)通信、無線網(wǎng)絡(luò)、點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對點(diǎn)多點(diǎn)微波通信和雷達(dá)應(yīng)用的高頻通信應(yīng)用。整合這些優(yōu)點(diǎn)，GaN 已被證明非常適合5G 取代4個(gè)基站功率放大器G 以及前幾代無線基礎(chǔ)設(shè)施的廣泛應(yīng)用LDMOS(金屬氧化物半導(dǎo)體橫向擴(kuò)散)。與LDMOS 相比，GaN 使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的功率密度，有助于降低基站的尺寸，并使用不太復(fù)雜的冷卻硬件。GaN 在5G 頻譜中更高的能效性能可以降低位/秒的運(yùn)行成本和環(huán)境影響。同樣，GaN 更適合高濕度、多塵、極熱和功率波動(dòng)的工作環(huán)境，對性能的負(fù)面影響很小。

Filippo Di Giovanni(意法半導(dǎo)體汽車及分立器件產(chǎn)品部)

就寬帶性能、功率密度和能效而言，硅LDMOS和GaAs 以傳統(tǒng)技術(shù)為統(tǒng)技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于GaN(高電子遷移率晶體管)技術(shù)，無論襯底是硅還是硅SiC，都是如此。正是這項(xiàng)技術(shù)滿足了5G 應(yīng)用嚴(yán)格的散熱要求，確保節(jié)省印刷電路板空間，滿足大規(guī)模要求MIMO 安裝天線陣列的要求。多功能節(jié)省基站空間GaN芯片和多片模塊取代了分立設(shè)計(jì)。

此外，5G 新頻段射頻信號和數(shù)據(jù)處理硬件導(dǎo)致功耗增加，使5G 從電網(wǎng)容量到機(jī)柜尺寸、備用儲電系統(tǒng)、功率密度和電力電子設(shè)備的冷卻能力，基站的整個(gè)供電系統(tǒng)都不堪重負(fù)。例如，能效和功率密度高于其他功率半導(dǎo)體技術(shù)，GaN 再次成為5G 熱點(diǎn)的最大受益者之一。

另一方面，5G 電信設(shè)備供應(yīng)商的要建立大規(guī)模生產(chǎn)和多廠供應(yīng)的彈性供應(yīng)鏈。GaN 典型的技術(shù)III-V 從晶圓廠到量產(chǎn)方法的制造工藝和過渡期是關(guān)鍵。生長在碳化硅襯底上GaN 底部供應(yīng)緊張的方法可能會困擾硅基GaN 這一需求可以通過合理的性能折衷來滿足。意法半導(dǎo)體決定開發(fā)，以避免任何可能的材料供應(yīng)問題GaN 使用硅襯底而不是碳化硅。

5G 時(shí)代不僅宏基站密度會更高，需要功率密度更高的基站收發(fā)臺，還會有更小的網(wǎng)絡(luò)單元(皮基站和飛基站)，增加網(wǎng)絡(luò)容量，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。當(dāng)然，主要目標(biāo)是減輕宏基站的負(fù)擔(dān)。5G 商業(yè)還改變了射頻信號頻段和信號收發(fā)方式。目前，我們看到的大多數(shù)移動(dòng)通信頻率是3 GHz 以下和3 GHz 至6 GHz（低于6 GHz）然而，以前被認(rèn)為不適合移動(dòng)通信的新頻段已經(jīng)開始出現(xiàn)，例如，高于24 GHz 高頻毫米波。物聯(lián)網(wǎng)、V2V（車間通信）、自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能制造等新興應(yīng)用刺激了對更高比例和更短延遲的需求，迫使基站制造商使用基于多輸入和多輸出的新架構(gòu)來處理大量信號MIMO(多輸入多輸出)天線。預(yù)計(jì)基站有源天線波束成形技術(shù)將繼續(xù)提高頻譜利用率。在5G 在開始商業(yè)化的過程中，安裝小型蜂窩天線的部署將促進(jìn)的市場RF GaN 需要設(shè)備。大規(guī)模MIMO 基站中5G 信號處理電路功耗的設(shè)計(jì)師會更加注重半導(dǎo)體能效，然后尋求幫助GaN 供應(yīng)商開發(fā)性能更高的產(chǎn)品。

(本文來源《IC2022年6月，代理雜志