降低複雜度及BOM成本　寬頻放大器成Small Cell助力

隨著市場對性能、成本和功耗的要求持續提高，無線電系統的設計也變得越來越複雜。由於世界各地的電信運營商使用了許多不同的頻段，同時，目前商用系統向上延伸至毫米波頻率且高於50GHz，使得現今的射頻系統設計者面臨著重大挑戰。

藉由寬頻放大器，得以解決多頻段和複雜的無線電前端面臨的挑戰。新一代的寬頻放大器取代了用於每個頻段的零組件獨立鏈，提供單一的前端，以高性能表現跨越全頻段來操縱廣泛的頻率範圍，這可以顯著減少射頻設計的複雜性。

業界相關廠商正在全力提升產品的應用效益，例如亞德諾(ADI)便和EBV Elektronik公司合作，以最新資訊來支援設計工程師。ADI提供高性能寬頻放大器的設計方法及製程技術，而EBV的技術專家則提供適合於其設計的零組件選擇方案來協助開發人員，並在開發階段提供設計支援。

寬頻放大器漸獲採用　隨小型基地台普及

從蜂巢式基礎設施及點對點鏈接，到量測設備，寬頻設計在一些領域撼動了市場。為了世界不同地區的客戶，設備製造商正積極尋求可以使用單一主機板或系統的平台途徑。理論上，通用平台應能以最小的配置而適用於不同的應用方案，藉由達成規模經濟，為節約成本開創更多機會。

在蜂巢式基礎設施市場，寬頻放大器能為現有的2G、3G、4G乃至於5G基地台，以單一元件的形式提供射頻前端，而非提供幾十個甚至是幾百個零組件。這些寬頻元件的頻率橫跨800MHz到3.5GHz，並為設計人員和網路操作員帶來許多助益。傳統的射頻前端設計需要獨立的放大器，並能為每個頻段支援零組件，所以單一的寬頻元件可以在前端射頻電路板上取代許多其它零組件。這降低了電路板的成本及複雜性，且因更少的零組件而提升了可靠性。當一個單一電路板可用於世界各地的網路，而毋須操作者管理多個版本，這種設計方法也降低了元件管理的複雜性，並降低了操作成本。

目前可以觀察到一個現象，就是寬頻放大器在小型基地台的使用正在增加。通常而言，小型基地台僅支援10個或20個用戶，但是比起大型基地台具有尺寸更小、更低廉的成本，以及更低的功耗。這使得營運商可以更具成本效益地擴大網路覆蓋，寬頻放大器的使用也就越來越普及。

對於小型基地台來說，寬頻放大器的電流消耗越低越好，相較於為電話網路須支援的每一頻段都配置一個獨立的前端訊號鏈，寬頻放大器提供了更小的設計。如前所述，開發者可以向相關供應商的應用工程師(FAE)徵詢一系列可用元件的參考，藉由降低小型基地台的功耗及物料清單(BOM)成本來與支援的用戶數達成理想平衡。

相關廠商的應用工程師能提供的支援，也可能包括協助建立放大器性能模式及模擬其在設計中的使用狀況，並透過不同的權衡選擇方案指導開發人員。例如，雖然寬頻放大器也許比專用窄頻放大器具有更高的雜訊係數，但不需要額外的射頻開關來改變頻段，因此，訊號鏈的整體雜訊降低。於是，便可據以降低訊號鏈中其它零組件的成本，來達成所期望的性能或提供更長的幅度。運用廠商提供的評估板，使開發人員在整體訊號鏈充分檢驗寬頻放大器，以證明更低的整體雜訊係數。

單一放大器設計　解決射頻設計挑戰

這種單一放大器的方式，也使設計者能專注於解決天線設計和整體鏈路功率效率的挑戰。以ADI的寬頻放大器為例，可操作達到80GHz以實現彈性設計，降低了產品管理的複雜性，並透過更高的可靠性有助於降低操作成本。

正如在蜂巢式基礎設施設備中處理許多不同射頻頻段，相同的挑戰對儀器開發人員來說，難度更是加倍，因此寬頻放大器也在測試和測量系統中越來越受歡迎。最新的儀器需要處理比以往更廣的頻寬，從低端到高達80GHz和90GHz。無論是測試最新點對點通訊鏈路設計，或者高性能的相位陣列雷達平台，儀器設計人員必須能夠在最廣的可能頻段提供具有最佳線性度的訊號增益。雖然對儀器而言成本可能是一個較小的因素，但性能則是至關重要的，無論是訊號產生器或頻譜分析儀都必須盡可能提供最高訊號品質。

這一切意味著寬頻放大器有幾個不同的範圍，而如前所述，相關廠商的應用工程師可以幫助設計人員決定應用方案的射頻範圍所用的合適部件。蜂巢式基地台和小型基地台的設計通常使用從100MHz到6GHz或8GHz的頻率，在2G、3G、4G和5G載波頻率周圍來調變。100MHz至20GHz頻段涵蓋大部分軍事通訊系統，寬頻放大器可以支援認知式軟體定義無線電以分析所有可用的頻段，並確定一個特定可連線的網路。於是，該網路協議會下載到一個控制晶片，使一個手持裝置能用於許多不同的無線電系統。此頻段也涵蓋軍事雷達應用。

降低開發成本與功耗　簡化Small Cell安裝維護

儀器設計通常希望使用20GHz以上的寬頻放大器，主流設計則提升至40GHz或50GHz，甚至為了測試非常高性能的應用方案而達到80GHz及90GHz。點對點鏈路將在未經許可的60GHz頻段，以及最具挑戰性的設計中高達86GHz的頻段進行操作，且需要可以確實地向上延伸到該頻率範圍的測試和測量系統。

以ADI為例，其擁有涵蓋了在更高的頻率範圍內可適用不同應用方案的雜訊係數和功耗而允許寬頻操作的技術專利，並由EBV的工程師提供該等應用方案的一系列元件來幫助開發人員。

對於放大器元件的性能而言，製程技術是關鍵因素。總是會有一個平衡取捨的方案，能達到以最優惠的價格提供最高的性能，也因此確認目標頻段是非常重要的。有時，較低成本的技術，如0.25微米的砷化鎵(GaAs)擬晶性高電子移動率電晶體(pHEMT)可以被用於在2GHz到20GHz的射頻頻段，以良好的線性度與增益來提供足夠的性能。其他的應用方案，尤其是在50GHz或以上的方案，在pHEMT砷化鎵元件內需要一個0.1μm至0.15μm較短的閘極長度。這些砷化鎵系寬頻pHEMT放大器，則能提供最佳線性度和最低雜訊，以在更高的頻率提供寬頻性能表現。藉由這些專門技術經驗，設計人員便能橫跨各種頻率和應用方案範圍，使用寬頻放大器來達成所需的雜訊和電流性能表現。

現今已有大量的應用方案是為了寬頻放大器而開發。隨著蜂巢式基礎設施設備的需求增加，開發人員可利用寬頻放大器來減少設計的複雜性和功耗，從而降低世界各地的系統安裝及維護的成本。同樣的技術可用於降低成本和提升高性能點對點鏈路的可靠性，為更廣泛的領域及新的客戶帶來寬頻連接。該技術亦提供給先進儀器必要的性能，提供測試和測量能力，幫助開發這些複雜的射頻系統。

(本文作者Oliver Kanzler為ADI射頻暨無線產品總監，Keith Benson為ADI放大器產品總監)