富士通发布高效率的W波段氮化镓功率放大器

  为了实现远距离、高负载无线通信需求,比较理想的方案是整合所有包括W波段的高频频段,同时增加整个功率放大器的输出。除此之外,在商业使用层面,用户更加注重功率放大器的效率提升,从而减轻能源消耗。
 
  因此,基于以上原因,富士通带来了同时具有高输出高效率的W波段功率放大器。通过减少漏电流和HEMT器件内阻,来增强器件的整体性能。富士通目前已经做到每毫米栅极宽度的能量密度为4.5W,同时能够节约26%的能耗。
 
  研发背景
  由于最近几年无线通信技术的飞速发展,这其中5G和物联网(IoT)的崛起尤为突出。根据预测,预计到2020年这些技术的年增长率都在1.5倍左右。为了应对这种技术带来的挑战,研究人员将目光集中到了W波段。
 
  而且目前的主要研究对象是如何有效的提升传播距离和容量,同时降低能耗,因此,富士通研发了两种新技术来解决这些问题。
 
  1. 降低内阻
GaN HEMT结构图 
图1 GaN HEMT结构图
 
  富士通已经成功研发出有效降低HEMT内阻的方法,其新方法可以使内阻降低为之前结构的十分之一。主要的结构变动是在源极和漏极的正下方提前埋入氮化镓材料的垂直结构,这种结构能够产生高密度的电子。
 
  2. 控制漏电流
 HEMT特性图
图2 HEMT特性图
 
  在晶体管不工作时,当二维电子气(2DEG)绕过栅极下方时就会出现漏电流。这种漏电流往往会造成功率放大器的工作效率降低。一般的方法是在沟道层下方增加一层阻挡层,但是这样2DEG也会随之降低,使漏极电流减少。
 
  目前,富士通研发出一种全新的铟镓氮(InGaN)材料的阻挡层,这种技术可以在保持漏极电流不降低的同时,有效抑制2DEG的弯曲现象(图1、2)。
 GaN HEMT功率放大器性能对比
图3 GaN HEMT功率放大器性能对比
 
  富士通预测这款功率放大器在高容量以及距离超过10km的无线通信中,传输速度依然可以超过10Gbit/s。
 
  未来计划
  富士通公司一直致力于研制及应用远距离高容量的功率放大器。这一技术预测可以在2020年进行商业化使用,以预防今后可以出现的巨大自然灾害造成的光缆通信故障,也可以为重要会议提供通信支持。

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