logotypen
 
 

IN FOCUS

Suojaa datasi kunnolla

SSD-levyt tarjoavat luontaisesti korkean luotettavuuden kaikentyyppisiin sovelluksiin, aina aloitustason kuluttajalaitteista kriittisiin järjestelmiin. Asianmukaiset tietosuojamekanismit voivat maksimoida levyn käyttöiän toteuttamalla ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä tarpeen mukaan, kertoo Silicon Motion artikkelissaan.

Lue lisää...
" "

RF-järjestelmät tarvitsevat tehovahvistimia (PA) tuottaakseen lineaarisesti tehokkaan korkean lähtötehon. Kun järjestelmät siirtyvät korkeamman asteen modulaatiomenetelmiin, kuten 64/128/256 Quadrature Amplitude Modulation (QAM), niiden on myös tarjottava korkea lineaarisuus ja tehokkuus tiheämmissä ympäristöissä, joissa huippu-keskimääräinen tehosuhde on tiukka.

Kirjoittaja Baljit Chandhoke, Microchip Technology

Uuden sukupolven galliumnitridi (GaN) piikarbidin (SiC) monoliittisilla MMIC-piireillä tarjoaa ratkaisun näihin haasteisiin suurimmalla tehotiheydellä korkean lineaarisen lähtötehon tuottamiseksi korkealla hyötysuhteella. Tässä artikkelissa käsitellään 5G-, satelliittiviestintä-, ilmailu- ja puolustussovellusten vaatimuksia, mukaan lukien erityyppiset säteenmuodostusarkkitehtuurit ja kuinka GaN on SiC -tehovahvistimet ratkaisee viestintähaasteita näissä RF-sovelluksissa.

RF-mahdollisuudet ja -haasteet

RF-tehovahvistimien suurimmat kasvumahdollisuudet ja haasteet ovat satelliittiviestinnässä sekä uusissa 5G-viestintäratkaisuissa. NASA on antanut yksityissektorin yrityksille mahdollisuuden laukaista tuhansia matalan maapallon kiertoradan (LEO) satelliitteja, jotka nyt kiertävät maata ja tarjoavat laajakaistaisen Internet-yhteyden, navigoinnin, merenkulun valvontaa, kaukokartoitusta ja muita palveluita. Nämä RF-sovellukset etsivät jatkuvasti koon, painon, tehon ja kustannusten etuja. Suuret lautasantennit korvataan vaiheistetuilla ryhmäantenneilla satelliittiviestinnässä, jotka vaativat pienempikokoisia komponentteja integrointiin sekä kevyempiä komponentteja. Suuri RF-teho, joka on lineaarinen korkean P1dB:n ja IP3:n kanssa, vähentää vääristymiä ja on tehokas korkealla PAE-arvolla minimoimaan virrankulutuksen, on olennainen näille RF-sovelluksille.

Alla ETNdigi-lehden numerossa 1/2024 ilmestynyt artikkeli kokonaisuudessaan.

5G REQUIRES BETTER POWER AMPLIFIERS

A new generation of Gallium Nitride (GaN) on Silicon Carbide (SiC) Monolithic Microwave Integrated Circuits (MMIC) PAs offers a solution to these challenges with the highest power density to generate high linear output power with high efficiency. This article goes into the requirements of 5G, satellite communications, aerospace and defense applications including the different types of beamforming architectures and how GaN on SiC Power Amplifiers are solving the communication challenges in these RF applications.

RF PA OPPORTUNITIES AND CHALLENGES

The biggest growth opportunities and challenges for the RF power amplifiers are in satellite communications, as well as emerging 5G communications solutions. NASA has enabled private-sector companies to launch thousands of low-Earth-orbit (LEO) satellites that are now circling the earth and delivering broadband Internet access, navigation, maritime surveillance, remote sensing and other services. These RF applications consistently seek Size, Weight, Power and Cost (SWaP-C) benefits. Large dish antennas are being replaced with phased array antennas for satellite communication that require smaller size components for integration, as well as lower weight components. High RF power, which is linear with high P1dB and IP3, to reduce distortion and is efficient with high PAE to minimize power consumption, is essential for these RF applications.

MILLIMETER-WAVE 5G COMMUNICATIONS

New generations of millimeter-wave 5G communication solutions, by virtue of their speed, ultra-wide bandwidth and low latency for broadband communication, is substantially increasing how much information can be shared in support of real-time decision-making and other military applications. 5G systems operating in lower frequency bands (sub 6 GHz) have been vulnerable to high-power jamming signals, but 5G millimeter-wave (24 GHz and above) systems are bringing 5G networking to both on-battlefield and off-battlefield applications with the millimeter wave band that is not as vulnerable to high-power jamming signals. Examples include battlefield sensor networks for command-and-control data gathering, and augmented reality displays that enhance situational awareness for pilots and infantry soldiers. 5G will also enable virtual reality solutions for remote vehicle operation in air, land and sea missions. Off the battlefield, 5G will enable a variety of smart-warehouse, telemedicine and troop-transportation applications.

5G MMWAVE FREQUANECY BANDS

Different countries have different bands for 5G mmWave. In the United States, 28 GHz was the first 5G mmWave band deployed, which is being followed by 39 GHz. China is deploying 5G mmWave in the 24.25 – 27.5 GHz and have lagged in the adoption of the 5G mmWave. 

5G NETWORK ARCHITECTURE

5G network is composed of macro base stations and small cells. Macro base station is connected to the core network using mmWave Back haul or fiber optic links. Macro Base stations can talk directly to the user equipment cell phones or can talk to the small cells which talk to the user equipment mobile device providing the last mile connectivity. There are pico cells and femto cells which provide network connectivity inside office buildings where the connection might be weak or which have high user density.

5G mmWave Frequency Bands Globally.

Femtocells are typically user-installed to improve coverage area within a small vicinity, such as a home office or a dead zone within a building. Femtocells are designed to support only a handful of users and are only capable of handling a few simultaneous calls – they have a very low output power up to 0.2Watts.

5G Network Architecture Comprising of Small Cells and Macro Base Station.

Picocells offer greater capacities and coverage areas, supporting up to 100 users over a range up to 300 metres. Picocells are frequently deployed indoors to improve poor wireless and cellular coverage within a building, such as an office floor or retail space. Picocells can be deployed temporarily in anticipation of high traffic within a limited area, such as a sporting event, but are also installed as a permanent feature of mobile cellular networks in a heterogeneous network working in conjunction with Macro cells to provide uninterrupted coverage for end users. They have an output power up to 2 Watts.

Macro base stations – are large base stations covering a large area > km and have output power of up to > 100 Watts.

RADAR COMMUNICATION APPLICATION

Radar systems operate in the 1 Gigahertz (GHz) to 2 GHz L band for applications including “identify friend or foe,” distance-measuring equipment, and tracking and surveillance. S band (2 GHz to 4 GHz) is used for selective response Mode S applications and for weather radar systems. X Band (8 GHz to 12 GHz) is used for weather and aircraft radar, while C Band (4 GHz to 8 GHz) is used for 5G and other sub- 7 GHz communications applications. 5G mmWave provides the highest bandwidths and data rates, operating in 24 GHz and higher frequency bands. Satellite communications for LEO and geosynchronous communication operate in the K band, which spans from 12 GHz to 40 GHz.

RF BEAMFORMING

Different types of Phased Array Beamforming architectures used in these RF applications are:
1. Analog Beamforming
2. Digital Beamforming and
3. Hybrid Beamforming

Marine Radar communication uses frequencies in the S-band, L-band, C-Band, X-Band all the way up to Ku/Ka band.

ANALOG BEAMFORMING

For any Phased Array, the ideal separation between elements is wavelength lambda/ by 2.

The block diagram shows Analog Beamforming: There are four Phased Array elements separated by wavelength Lambda by 2. For a 30 GHz signal, it will be 5 mm separation between Phased Array elements. In Analog beam forming, the phase shifter does the beam forming by changing phase to do constructive interference for receiving and transmitting the signal by focusing the energy from the beam in a particular direction.

Block Diagram of Analog Beamforming with Four Phased Array Elements.

This is all done at RF Frequency hence is most sensitive to interconnect losses. Then the signal from the phase shifter goes to the power combiner/ splitter, followed by up down converter and ADC/DAC to the base band. In this case there is for N Phased Array elements there is only one Digital Front end. As seen in the block diagram, for 4 Phased Array elements, there is only one digital front end comprising of ADC/DAC. The benefit of this architecture is the smallest number of components, lowest power dissipation. However, as the phase shifting is done in RF bands – this type of beamforming architecture is most sensitive to interconnect losses and complexity in phase shifting.

DIGITAL BEAMFORMING

Digital Beamforming has traditional up down conversion to the baseband band frequency and then digital phase shifting is done. This architecture provides more precision as digital beamforming is done in the baseband. However, there is ADC/DAC for each phased array element resulting in large number of components and high-power dissipation. In this case for N Phased Array elements there are N Digital Front ends. As seen in the block diagram, for 4 Phased Array elements, there are 4 digital front ends comprising of ADC/DACs.

Block Diagram of Digital Beamforming with 4 Phased Array Elements.

HYBRID BEAMFORMING

Hybrid beamforming combining digital and analog beamforming is optimal for larger phased arrays to get the efficiency of analog beamforming with less number of elements, power dissipation and precision of digital beamforming. As seen in the block diagram, for 4 Phased Array elements, there are 2 digital front ends comprising of ADC/DAC. Comparing with Analog Beamforming there was only a single digital frontend ADC/DAC and with Digital beamforming there were 4 digital frontend ADC/DACs.

Block Diagram of Hybrid Beamforming with 4 Phased Array Elements.

RF SIGNAL CHAIN

The figure shows the RF Signal chain block diagram. At the receiver, the RF signal comes in through the antenna, goes through a limiter diode, followed by a switch and the desired RF frequency is selected through the saw filters. The desired signal is then amplified through the low noise amplifier with extremely low noise figure to minimize degradation in signal to noise ratio of the received signal. Then, it is down converted using a mixer. The local oscillator (LO) signal is generated using discrete PLL components comprising of phase frequency detector, pre-scaler to provide the LO frequency to the Mixer to down convert the signal to Intermediate Frequency (IF), followed by conversion from IF to baseband for signal processing.

RF Signal Chain Block Diagram.

At the transmitter, the base-band signal is upconverted to IF and then to the desired RF frequency. The RF signal is amplified using a Power Amplifier to transmit the signal.

PA REQUIREMENTS

Power Amplifiers (PAs) play a key role at the transmitter in RF applications. One of the biggest PA requirements is that it can operate in its linear region to minimize RF distortion. Satellite communications systems that use higher-order modulation schemes such as 64/128/256 Quadrature Amplitude Modulation (QAM) are extremely sensitive to non-linear behavior.  Another challenge is achieving satisfactory peak-to-average power ratio (PAPR)—that is, the ratio of the highest power the PA will produce to its average power. PAPR determines how much data can be sent and is proportional to the average power. At the same time, the size of the PA needed for a given format depends on the peak power. 5G mmWave Effective Isotropic Radiated Power (EIRP) requirements mandated by FCC include 43dBm EIRP transmit power for the Mobile handsets and Base Station Transportable Power of 55dBm EIRP. These and other conflicting challenges can only be met with GaN on SiC power amplifiers for satellite communication, 5G, aerospace and defense applications.

GaN ON SiC POWER AMPLIFIERS

GaN on SiC has the highest power density to generate high linear output power with high efficiency. GaN on SiC power amplifiers can operate at high frequencies in the Ka, Ku band from 12 GHz to 40 GHz for satellite communication, 5G and have broad bandwidths, high gain with better thermal properties, meeting the requirements of RF applications. Microchip provides RF solutions using GaN on SiC technology meeting the SWaP-C requirement for components. ICP2840 is a flagship device which operates in 27.5–31 GHz providing continuous wave (CW) output power of 9 watts and pulsed output power of 10 watts with a gain of 22 dB and power added efficiency of 22%.

ICP2840 Linear PAE Across Frequency and Output Power Levels.

ICP2840 Linear Gain Across Frequency and Output Power Levels.

MICROCHIP K BAND POWER AMPLIFIERS

ICP2840 generates 9W continuous wave output power in the Ka band from 27.5–31 GHz for uplink frequency for satellite communication as well as 28 GHz 5G frequency band.

ICP2637 has a wide bandwidth from 23–30 GHz and generates 5 watts CW output power and is offered in a QFN package as well as in die form.

ICP1445 generates 35 watts pulsed output power in the 13–15.5 GHz frequency Band.

ICP1543 operates in the Ku band 12 to 18 GHz generating 20 watts CW output power.

These PAs have high gain and power added efficiency using GaN on SiC technology and meet the requirements at Ku/Ka band for 5G, satellite communication, aerospace and defense applications. GaN on SiC with its highest power density provides the optimal power amplifier solutions for these applications.

Microchip Technology’s Ku Ka band GaN on SiC MMIC Power Amplifiers include ICP2840, which generates 9W of continuous wave output power in the Ka band from 27.5 – 31 GHz for uplink.

MORE NEWS

Euroopan komponenttikauppa odottaa vieläkin käännettä kasvuun

Euroopan komponenttien jakelumarkkinoilla ei vieläkään näy merkkejä käänteestä parempaan. DMASS Europen tuoreiden tilastojen mukaan vuoden 2025 ensimmäinen neljännes toi mukanaan tuntuvan 14,3 prosentin laskun koko markkinalle, ja kokonaismyynti jäi 3,92 miljardiin euroon. Erityisesti puolijohteet jatkoivat jyrkkää laskuaan, romahtaen lähes 20 prosenttia 2,37 miljardiin euroon.

Kontronilla erinomainen alkuvuosi

Kontron aloitti vuoden 2025 vahvasti, raportoidessaan merkittävää kasvua kannattavuudessa ja tilauskannassa. Samalla yhtiö laajentaa IoT-tuotevalikoimaansa uudella LTE-yhteyksiä hyödyntävällä teollisuuslaitteella.

Nopeutuvat signaalit vaativat parikaapelilta yhä enemmän

Signaalinsiirron kehitys kiihtyy – kirjaimellisesti. Uusimmat datakeskus- ja verkkosovellukset siirtyvät käyttämään jopa 224 Gbps PAM4 -modulaatiota, jossa jokainen bittikanava kuljettaa neljää jännitetasoa äärimmäisen tiiviissä aikakehyksessä. Tällainen signalointi vaatii kaapeleilta ennen näkemätöntä tarkkuutta.

MEMS-pohjainen tahdistus tulee nyt älypuhelimeen

Piilaaksolainen SiTime tuo markkinoille ensimmäisen mobiilikäyttöön suunnitellun MEMS-kellopiirin, joka haastaa perinteiset kvartsikiteet älypuhelimissa.

Tilaäänikoodekki on hyvä esimerkki uudesta Nokiasta

Maailman ensimmäinen tilaäänipuhelu kuulostaa tieteiselokuvalta – mutta se on todellisuutta. Kesällä 2024 Nokia esitteli uuden Immersive Voice -teknologian avulla toteutetun puhelun, jossa ääni ei vain kuulu, vaan ympäröi kuulijan kuin keskustelukumppani olisi fyysisesti läsnä. Tämän mahdollisti uusi 3GPP-standardiin hyväksytty IVAS-koodekki (Immersive Voice and Audio Services), joka vie mobiiliviestinnän täysin uudelle tasolle.

Tinahiukkaset anodissa vauhdittavat latausta ja kasvattavat energiatiheyttä

Eteläkorealaiset tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen akun anodimateriaalin, joka yhdistää nopean latauksen, suuren energiatiheyden ja pitkän käyttöiän – läpimurto voi mullistaa sähköautojen ja energiavarastojen markkinat.

Kännykkämarkkina kasvoi vain 3 prosenttia alkuvuonna

Älypuhelinmarkkinoiden globaali kasvu jäi vaatimattomaksi vuoden 2025 ensimmäisellä neljänneksellä, kertoo tutkimusyhtiö Counterpoint Research tuoreessa raportissaan. Markkinatulot nousivat vain 3 prosenttia vuoden takaisesta, mikä vastaa kasvua myös toimitusmäärissä.

Uuden polven SiC-tekniikka kutistaa sähköauton invertterin

Infineon esittelee tehoelektroniikan PCIM-messuilla Nürnbergissä uraauurtavan piikarbidikomponentin, joka tehostaa sähköautojen vetojärjestelmiä – pienemmät, kevyemmät ja energiatehokkaammat invertterit ovat askeleen lähempänä.

Nokian privaattiverkko seuraa jatkossa Maerskin rahtilaivoja

Nokia on solminut merkittävän sopimuksen tanskalaisen logistiikkajätti Maerskin kanssa toimittaakseen privaattiverkkoratkaisunsa yhtiön 450 rahtialukseen. Kyseessä on osa Maerskin uutta IoT-alustaa, OneWirelessia, jonka tavoitteena on parantaa reaaliaikaista rahtiseurantaa, toimitusketjun näkyvyyttä ja operatiivista tehokkuutta.

Piinanolanka-akku siirtyy vihdoin tuotantoon

Kalifornialainen vuonna 2008 perustettu Amprius Technologies on valmis siirtymään sarjatuotantoon uudenlaisen akkukenno­tekniikkansa kanssa. Yhtiön "Sicore"-niminen kenno käyttää pii-nanopilareihin perustuvaa anoditeknologiaa ja saavuttaa huipputason energiatiheyden: 450 Wh/kg painon mukaan ja 950 Wh/l tilavuuden mukaan.

6G vaatii uutta radiotaajuussuunnittelua

Suomalaiset huippuyritykset ja tutkimuslaitokset ovat yhdistäneet voimansa uuden sukupolven mobiiliverkkojen kehittämiseksi. Oulun yliopiston vetämä RF ECO3 -hanke tähtää tulevaisuuden 6G-teknologian kriittiseen osa-alueeseen: tehokkaampaan ja kestävämpään radiotaajuussuunnitteluun.

Yksinkertainen ratkaisu kasvattaa sähköauton akun eliniän jopa 19-kertaiseksi

Korelaisten POSTECHin (Pohang University of Science and Technology) ja Sungkyunkwanin yliopiston tutkijat ovat löytäneet uuden tavan pidentää sähköautojen litiumioniakkujen käyttöikää jopa 19-kertaiseksi – ilman uusia materiaaleja tai teknologioita. Ratkaisu on yksinkertainen: siinä pitää välttää akun täydellistä tyhjentämistä.

GaN tekee moottorinohjauksesta tehokkaampaa

GaN-teknologian edelläkävijä Navitas Semiconductor on julkistanut uuden GaNSense Motor Drive IC -piirisarjan, joka mullistaa moottorinohjauksen tehokkuuden ja integraation. Uusi ratkaisu yhdistää kaksi galliumnitridi-FET-transistoria (GaN FET), ohjauksen, suojaukset ja virranmittauksen yhteen, täysin integroituun piiriin.

DigiKey alkaa myymään vakiotyökaluja

DigiKey on lanseerannut oman, yksinoikeudella myytävän tuotesarjansa nimeltä DigiKey Standard. Uusi vakiokomponenttien valikoima koostuu sähkö- ja elektroniikkasuunnittelun perustyökaluista ja tarvikkeista, jotka ovat heti saatavilla nopeaan toimitukseen.

Kuutiosentin kokoinen projektori AR-laseihin

Itävaltalainen teknologiayhtiö TriLite tuo markkinoille uuden, vallankumouksellisen Trixel 3 Cube -projektorin, joka esitellään ensi kertaa yleisölle Display Week 2025 -tapahtumassa San Josessa, Kaliforniassa. Trixel 3 Cube on maailman pienin ja kevyin laserkeilaukseen perustuva projektionäyttö.

Lightning-liitäntä katosi Suomesta

Älypuhelinmarkkina Suomessa on käännekohdassa, kun sekä kuluttajakäyttäytyminen että uusi EU-lainsäädäntö muovaavat sitä nopeassa tahdissa. Vuoden 2025 ensimmäisellä neljänneksellä puhelinten ja oheislaitteiden myynti laski kappalemäärissä 1,1 %, mutta myynti euroissa nousi 2,7 prosenttia verrattuna edellisvuoden vastaavaan aikaan.

200 miljoonan käyttäjän avoin ODF täyttää 20 vuotta

Open Document Format (ODF), maailman ainoa laajasti käytetty avoin standardi toimistodokumenteille, on täyttänyt 20 vuotta OASIS-järjestön virallisena standardina. Yli 200 miljoonaa käyttäjää turvautuu ODF:ään arjessaan.

Realme näyttää, että kännykkäakuissa on paljon kehitettävää

Älypuhelinvalmistaja realme julkaisee ensi viikolla uudet realme 14 5G- ja realme 14T -mallit, jotka nostavat erityisesti akunkeston uudelle tasolle. Uutuusmallit on suunniteltu tarjoamaan poikkeuksellisen pitkän käyttöajan, ja ne haastavat kilpailijat keskiluokan älypuhelinmarkkinoilla.

EU:n Chips Act saa kovaa kritiikkiä: tavoitteet epärealistisia

Euroopan tilintarkastustuomioistuin on esittänyt voimakasta kritiikkiä EU:n puolijohdestrategiaa, eli niin sanottua Chips Actia, kohtaan. Tuoreessa raportissaan tuomioistuin toteaa, että ohjelman keskeinen tavoite – nostaa EU:n osuus kehittyneiden ja energiatehokkaiden puolijohteiden maailmanlaajuisesta tuotannosta 20 prosenttiin vuoteen 2030 mennessä – on nykymenolla saavuttamattomissa.

C++ sopii piirien suunnitteluun, mutta ei aina

Diplomi-insinööri Sakari Lahden tuore väitöskirjatutkimus Tampereen yliopistosta osoittaa, että korkean tason synteesi voi jopa puolittaa piirien kehitystyöhön kuluvan ajan verrattuna manuaaliseen RTL-suunnitteluun. Erityisesti FPGA-pohjaisissa projekteissa HLS tarjoaa huomattavan tuottavuushyödyn, kun aikaa vievät mikroarkkitehtuurin yksityiskohdat jätetään automaattisen työkalun huoleksi.

Rekoistakin pitää tulla hiilivapaita

Maantiekuljetukset ovat elintärkeitä talouselämälle. Kuorma-autoilla kuljetetaan ruokaa, tarvikkeita, materiaaleja ja monia muita tavaroita mihin tahansa paikkaan. Vaikka keskiraskaiden ja raskaiden kuorma-autojen osuus maailman ajoneuvoista on vain neljä prosenttia, niiden osuus tieliikenteen hiilidioksidipäästöistä on 40 prosenttia, tehden niistä kasvihuonekaasupäästöjen päälähteen, joka on otettava huomioon pyrittäessä kohti hiilivapautta.

Lue lisää...

Kovaa käyttöä kestävät koneet voi ostaa palveluna

Kenttätyö vaatii kovia koneita – ja nyt ne saa palveluna. Panasonicin uusi Toughbook Mobile-IT As-A-Service (MaaS) -ratkaisu mullistaa tavan, jolla liikkuvaa työtä tukevat laitteet ja IT-palvelut hankitaan ja hallitaan. Ei enää isoja kertahankintoja, pitkiä IT-projekteja tai laitteiden elinkaaren miettimistä – nyt saat kaiken tarvittavan helposti ja kuukausimaksulla.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
R&S -seminaari: 6G
Oulussa 13.5.2025 (rekisteröidy)
Espoossa 14.5.2025 (rekisteröidy)
 
R&S -seminaari: Calibration
Tampereella 22.5.2025 (rekisteröidy)
 
R&S -seminaari: Aerospace & Defence Testing
Tampereella 5.6.2025. Tiedustelut asiakaspalvelu@rohde-schwarz.com
 

 

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 
 
article