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GaN:适合5G应用的高频衬底材料(9)

时间:2019-01-10 作者:Busy Blogger 阅读:
通信基础设施的趋势是具有极高的数据速率和尽可能接近零的延迟,5G协议尤其需要一种衬底材料,能够在高频下进行工作,从而确保实现这样的要求。

通信基础设施的趋势是具有极高的数据速率和尽可能接近零的延迟,5G协议尤其需要一种衬底材料,能够在高频下进行工作,从而确保实现这样的要求。GaN材料可能解决这个问题——它可以作为衬底材料,实现欧洲通信网络中高速基站所需的电子集成器件:

“随着业界对更宽带宽、更高效率和更高线性度的需求推动GaN技术的采用,另一个趋势是用GaN器件来替代4G基站中的LDMOS,特别是在即将部署LTE-Advanced载波聚合的情况中。作为5G提案的一部分,其远大的节能目标也显然会推动GaN的采用,而3.4~3.8GHz范围(被认为是适合欧洲早期推出5G服务的主要6GHz以下频段)内的新晶体管的开发也预料到了这一点。对于毫米波开发来说,虽然5G毫米波频段还没有正式确定,但最终会是什么样的已经越来越清晰。欧盟委员会无线频谱政策组(RSPG)在其欧洲战略路线图(2016年11月)中推荐将26GHz左右的频段作为毫米波5G的‘先锋频段’,这自然成为一些欧洲厂商产品开发的焦点。正在开发中的其他候选频段还包括28GHz(27.5~28.35GHz)、37GHz(37~38.6GHz)和39GHz(38.6~40GHz)的FCC授权频段。”(来源:Innovate UK)

RSPG在其“RSPG18-005 FINAL”中详细解释了这些考虑因素(见表1):

  • 在一些国家,在1GHz以下频段推出5G可能是对LTE逐步演进,而不是新发布的频谱。因此,为了加速或扩展5G覆盖,而去在这些频段中推出新的5G特定覆盖义务,其机会可能有限。应考虑运营商之间的竞争是否会促使市场及时迁移到5G,或是否应考虑监管干预。
  • 对移动网络运营商提出覆盖义务要求,通常会使这些网络的所有用户受益。但是,5G要服务于不同的垂直行业,会用网络切片提供虚拟专用网络,可能会根据比特率、延迟、可用性、可靠性和速度等特性的最低性能要求,来为不同的客户群提供不同级别的服务。
  • 业界会定义此类服务性能和可用性要求,成员国必须考虑覆盖义务方面的后果。在跨境服务的情况下,如果在欧盟范围内使用共同的服务性能和可用性要求,将会很有帮助。
  • 5G的定义和开发主要关注于为促进城市和郊区的数据速率和容量大幅增长开发合适的技术要素,这对专注于1GHz以上频段的增强型移动宽带的开发尤其如此。

(来源:RSPG18-005 FINAL)

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表1:面向24GHz以上5G的各种在考虑频段。(来源:《RSPG Second Opinion on 5G networks(RSPG关于5G网络的第二意见)》)

GaN在半导体领域的应用开辟了前所未有的新成果:

“来自瑞典、法国和俄罗斯的研究人员合作设计和制造了一种基于GaN缓冲层的波导平衡、声子冷却NbN热电子辐射热计(HEB)混频器。他们用该混频器设计了一款工作在1.3THz本振(LO)频率的双边带(DSB)接收器,取得了极低的噪声温度,可用于分析很宽带宽的太赫兹频率信号。尽管此前针对THz应用也开发出了这种GaN基NbN混频器,但与硅(Si)衬底的混频器相比,这种太赫兹混频器的噪声性能几乎没有记录。这些研究人员采用Y因子技术来表征混频集成电路(IC),通过光刻来制造它们并将其安装在THz波导接收器组件中,然后用其测量接收器的噪声温度。”(来源:MICROWAVES&RF)(另见图6)。

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图6:由基于硅衬底(Tc=10.5K)和基于GaN缓冲层(Tc=12.5K)的NbN所制成的HEB电桥的电阻温度特性曲线比较。(来源:《Study of IF bandwidth of NbN hot electron bolometers on GaN buffer layer using a direct measurement method(利用直接测量方法进行GaN缓冲层基NbN热电子辐射热测量计的IF带宽研究)》)

本文为《电子技术设计》20191月刊杂志文章。

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