5G网络在全球范围内变得越来越普遍。许多支持5G的消费类设备已经受益于更高的速度和更低的延迟。然而，由于技术限制，分配给5G的部分频段并未得到有效利用。这些频段包括新无线电(NR)39GHz频段，但实际范围从37GHz到43.5GHz，具体取决于国家/地区。与当今5G网络使用的其他较低频段相比，NR频段在性能方面具有显着优势。例如，它可以实现超低的通信延迟、超过10Gb/s的数据速率和可容纳多个用户的巨大容量。
然而，这些壮举是有代价的。高频信号在空间传播时会迅速衰减。因此，将发射功率集中在直接瞄准接收器的窄波束中至关重要。原则上，这可以使用相控阵波束形成器来实现，这是由精心相位控制的天线阵列组成的传输设备。然而，在NR频段的高频区域工作会降低功率放大器的效率，因为它们往往会遇到非线性问题，这会使传输的信号失真。
为了解决这些问题，日本东京工业大学(TokyoTech)的KenichiOkada教授领导的一组研究人员最近在一项新研究中开发了一种用于5G基站的新型相控阵波束形成器。他们的设计采用了两种众所周知的技术，即Doherty放大器和数字预失真(DPD)，用于毫米波相控阵收发器，但有一些变化。研究人员将在即将召开的2022年IEEEVLSI技术和电路研讨会上展示他们的发现。
Doherty放大器于1936年开发，由于其良好的功率效率和适用于具有高峰均比的信号(例如5G信号)，在现代电信设备中得到了复兴。TokyoTech的团队修改了传统的Doherty放大器设计并生产了一个双向放大器。这意味着同一电路既可以放大要发送的信号，也可以放大接收到的低噪声信号。这实现了放大对传输和接收的关键作用。
“我们提议的放大器双向实现非常节省面积。此外，由于它与晶圆级芯片级封装技术的协同设计，它可以实现低插入损耗。这意味着信号通过时损耗的功率更少放大器，”冈田教授解释说。
然而，尽管有几个优点，Doherty放大器会加剧由相控阵天线元件失配引起的非线性问题。该团队通过两种方式解决了这个问题。
首先，他们采用了DPD技术，该技术涉及在传输前对信号进行失真，以有效消除放大器引入的失真。与传统的DPD方法不同，它们的实现对所有天线使用了共享查找表(LUT)，从而最大限度地降低了电路的复杂性。
其次，他们为相控阵引入了元件间失配补偿功能，提高了其整体线性度。“我们将提议的设备与其他最先进的5G相控阵收发器进行了比较，发现通过补偿共享LUTDPD模块中的元件间失配，我们的设备展示了较低的相邻信道泄漏和传输误差，”冈田教授评论道。“希望本研究中描述的设备和技术能让我们所有人更快地获得5GNR的好处。”