芯耀
1066
近日，據人民日報消息比5G快10倍的5G-A信號，出現(xiàn)在很多人的手機上，那么5G-A是什么？
目前，各大運營商都在積極部署 5G-A 網絡，并取得了顯著進展：
中國移動表示，今年將投資近百億元，進一步擴大5G-A中的無線網絡AI應用等規(guī)模部署，實現(xiàn)超過40萬基站的智能化改造。
中國電信今年將推動5G-A在多個行業(yè)和場景的應用落地，聯(lián)合產業(yè)鏈進行創(chuàng)新試點。
中國聯(lián)通今年計劃在39個重點城市主城區(qū)及300余城市重點場景啟動5G-A，并應用到物聯(lián)網、車聯(lián)網、工業(yè)互聯(lián)網等重點場景。
隨著?5G-A（5G-Advanced）技術的快速發(fā)展，通信行業(yè)正迎來一場前所未有的變革。5G-A?作為?5G?與?6G?之間的關鍵過渡技術，不僅在網絡性能指標上實現(xiàn)了大幅提升，更在應用場景拓展、網絡智能化等方面展現(xiàn)出巨大潛力。
5G-A技術對新型半導體材料的核心需求
5G-A作為5G技術的演進版本，通過提升峰值速率（10Gbps）、降低時延（1ms級）、增強定位精度（厘米級）以及千億級物聯(lián)網連接能力，對通信基礎設施的硬件性能提出了更高要求。其技術特點與材料需求可概括為：
高頻通信：毫米波頻段（24-100GHz）的廣泛應用需要半導體材料具備高電子遷移率和低信號損耗特性。
功率密度提升：基站功放輸出功率從5G的200W提升至5G-A的400W級別，散熱需求倍增。
微型化集成：Massive MIMO技術使單基站天線數(shù)量從64增至128甚至256，要求器件體積縮小30%以上。
極端環(huán)境穩(wěn)定性：面向工業(yè)互聯(lián)網和車聯(lián)網場景，需耐受-40℃至200℃溫度波動及高電磁干擾環(huán)境。
在此背景下，以GaN和碳化硅（SiC)、金剛石為代表的第三代半導體材料，在快速的發(fā)展，并受到全球范圍內的高度重視。
氮化鎵：射頻性能與能效突破
氮化鎵作為新型戰(zhàn)略半導體材料，以其優(yōu)異的性能已成為 5G 基站的最佳選擇。隨著 5G 基站相關技術的不斷突破與更新，氮化鎵功放模塊受到越來越多的重視。圍繞氮化鎵功率器件的功放模塊電路設計技術不斷取得突破，已成為 5G 基站的關鍵部件，并逐步開始在多個領域進行商用。
5G高容量基站GaN功率放大器主要應用在5G大功率基站中，能夠有效地緩解5G無線通信系統(tǒng)空間較少，而業(yè)務需求較為密集的難題。氮化鎵功放單元在MIMO基站中，將4G的4-8個信道擴展到64個信道，使4G中信道數(shù)目增加超過8個，而整體尺寸只增加2倍。在5G通信中的32和64通道的 ?MIMO基站功率放大器中使用，是5G通信中最重要的一種信號傳送方式。
5G毫米波基地用GaN單片功率放大器，可實現(xiàn)超高頻段、超低時延的高性能功放。極高的寬帶為5G大規(guī)模通信的數(shù)據反向傳送提供強大傳輸容量。極小的時延可以應用在新型的、對通信延時有極高需求的智能汽車等應用中。而毫米波能夠有效提高頻率帶寬，達到超高速率的無線傳輸，非常符合5G的需求，是5G的核心技術。
碳化硅：功率電子與基站架構
半絕緣型碳化硅器件主要用于 5G 基站、衛(wèi)星通信、雷達等方向，隨著 5G 建設的加速，尤其是 MassiveMIMO 技術的推廣，半絕緣型碳化硅基氮化鎵器件市場規(guī)模將不斷擴大。根據 YOLE 的數(shù)據，2020 年封裝的氮化鎵射頻器件市場規(guī)模約為8.91 億美元，其中超過 99%都是采用碳化硅襯底。
在基站電源系統(tǒng)中，SiC MOSFET可將轉換效率從92%提升至97%，單個基站年節(jié)電達2.4萬度；采用SiC雙向變流器，充放電響應時間縮短至5ms，支撐基站儲能系統(tǒng)動態(tài)調度。減少能源損耗，適配5G-A基站的高能耗需求。
金剛石材料的應用潛力
5G-A?基站，尤其是毫米波基站，功率密度高，設備小型化趨勢明顯，導致散熱問題更加突出。金剛石是自然界中導熱系數(shù)最高的材料，其熱導率高達 2000 W/(m·K)，是銅的5倍。金剛石還具有高電阻率、低介電常數(shù)和低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)異特性。
金剛石襯底可將GaN器件的結溫降低80°C以上，支持更高功率密度的毫米波通信模塊，延長設備壽命。在深紫外光通信方面，金剛石的激子束縛能高達80meV，可制備深紫外LED，用于高安全性光通信和病毒消殺設備，拓展5G-A在醫(yī)療和公共安全領域的應用。另外，在量子通信領域，金剛石中的氮空位（NV）中心是量子比特的理想載體，未來或與5G-A網絡結合，構建量子通信網絡。
在5G-A技術驅動下，氮化鎵、碳化硅、金剛石這三類材料通過性能互補與協(xié)同創(chuàng)新，有望重塑通信技術。從GaN射頻前端的頻譜效率突破，到SiC功率模塊的能效躍升，再到金剛石基GaN器件的熱管理革命，這些超寬禁帶材料的深度融合將支撐5G-A實現(xiàn)萬兆速率、千億連接和厘米級定位的愿景。隨著技術的突破，全球5G-A產業(yè)鏈格局或將迎來新一輪重構。
參考信息：本文部分素材和圖片來自人民日報及網絡公開信息，本平臺發(fā)布僅為了傳達一種不同觀點，不代表對該觀點贊同或支持。如果有任何問題，請聯(lián)系?19045661526（同微信）。
