在南京某5G基站測試場，工程師正將一枚硬幣大小的射頻芯片接入儀器。顯示屏上，2.3GHz頻段的能效曲線突然躍升：在9dB功率回退狀態(tài)下，這顆采用新型“碎片結構”的Doherty功率放大器（DPA）效率突破55%，比傳統(tǒng)方案提升20%——這項由中國團隊在《信息與電子工程前沿》發(fā)表的研究成果，或將改寫全球5G基站的能耗規(guī)則。

5G基站背后的“電力黑洞”
現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)為應對海量數(shù)據(jù)需求，普遍采用高階調制技術，卻導致信號峰均功率比（PAPR）驟增。作為基站射頻前端的核心器件，傳統(tǒng)Doherty功放在6dB回退時效率即斷崖式下跌，被業(yè)界稱為“電力黑洞”。數(shù)據(jù)顯示，全球430萬座5G基站中，僅功放環(huán)節(jié)的年電能浪費就達120億度，相當于三峽電站1/8的年發(fā)電量。

“這就像讓短跑選手全程沖刺馬拉松?！闭撐耐ㄓ嵶髡呦撵o教授比喻道?，F(xiàn)有對稱式Doherty架構雖結構簡單，但其效率增強區(qū)間被鎖死在6dB回退、窄至200MHz的頻段內，難以匹配5G基站2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz等多頻段協(xié)同需求。

碎片結構：微帶電路的基因重組
研究團隊創(chuàng)造性地將生物學中的基因片段概念引入射頻電路設計。他們開發(fā)的“碎片式微帶結構”，將傳統(tǒng)規(guī)則排布的電路單元分解為192個可編程金屬網(wǎng)格，每個網(wǎng)格如同DNA堿基對般自由組合：

動態(tài)編碼：采用MOEA/D多目標進化算法，40個種群經過50代迭代尋優(yōu)
相位馴服：在1.7-2.5GHz頻段內將相位離散度壓縮至25°以下
三維匹配：同步滿足阻抗、效率、帶寬的“不可能三角”
蘇州芯片中試線測試顯示，該結構使輸出匹配網(wǎng)絡（OMN）的相位一致性提升3倍。當頻率從2.5GHz向1.7GHz滑動時，功放效率波動從±10%收窄至±5%，相當于在800MHz帶寬內建起“能效平原”。

混合目標函數(shù)：給電磁波裝上導航
團隊提出的阻抗-相位混合目標函數(shù)，首次實現(xiàn)電磁參數(shù)的全維度控制：

雙態(tài)鎖定：在飽和狀態(tài)鎖定14+j1Ω目標阻抗，回退態(tài)生成-j30Ω增強電抗
相位圍欄：通過數(shù)字孿生構建215°相位約束圈，規(guī)避高頻失配陷阱
動態(tài)平衡：實時計算328種網(wǎng)絡功能關聯(lián)模型，智能推薦最優(yōu)參數(shù)組合
采用Wolfspeed CGH40010F氮化鎵芯片的實測數(shù)據(jù)顯示，新型DPA在2.5GHz頻點的飽和輸出功率達44dBm，9dB回退效率穩(wěn)定在45%-55%區(qū)間。更驚人的是帶寬容忍度——當工作頻段突然從2.3GHz跳至1.8GHz時，系統(tǒng)能在0.3ms內自重構匹配網(wǎng)絡，較傳統(tǒng)方案提速50倍。

通信基站的綠色革命
這項技術的產業(yè)化前景已在多個場景顯現(xiàn)價值：

基站節(jié)能：使64TRX Massive MIMO基站的年耗電降低8.6萬度
頻譜解放：支持700MHz+2.6GHz+4.9GHz三頻并發(fā)，頻譜利用率提升23%
成本顛覆：碎片結構使功放芯片面積縮小40%，材料成本下降35%
某設備商在深圳部署的試驗站顯示，采用新方案的AAU設備在滿負荷運行時，表面溫度從72℃降至58℃，設備壽命預計延長3年。更深遠的影響在于架構革新——研究者正將該技術延伸至6G太赫茲頻段，有望破解高頻通信的“功率墻”難題。

“這不僅是電路設計的突破，更是通信能效哲學的躍遷?！毕撵o團隊表示。隨著我國5G基站突破300萬大關，這項兼具帶寬、效率與智能的“綠色功放”技術，或將成為新基建降碳行動的關鍵推手。當每一瓦特射頻功率都被精準駕馭，5G網(wǎng)絡的“電力黑洞”正在被中國智慧重新定義。

來源: 信息與電子工程前沿FITEE