5G网络在全球变得越来越普遍。许多支持5G的消费类设备已经受益于速度的提高和延迟的降低。然而，由于技术限制，分配给5G的一些频段没有得到有效利用。这些频段包括新的无线电（NR）39 GHz频段，但实际范围从37 GHz到43.5 GHz，具体取决于国家。与5G网络目前使用的其他低频段相比，NR频段在性能上具有显著优势。例如，它可以实现超低的通信延迟、超过10 Gb/s的数据速率以及容纳多个用户的巨大容量。

然而，这些壮举是有代价的。高频信号在太空中传播时会迅速衰减。因此，发射功率集中在直接对准接收机的窄波束中至关重要。原则上，这可以通过使用相控阵波束形成器来实现，相控阵波束形成器是一种由精心相位控制的天线阵列组成的传输设备。然而，在NR频带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，从而使传输信号失真。

为了解决这些问题，日本东京理工学院（Tokyo Tech）的冈田贤一教授领导的一个研究团队最近在一项新的研究中开发了一种新型的5G基站相控阵波束形成器。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），将其应用到毫米波相控阵收发器中，但有一些曲折。研究人员将在即将到来的2022年IEEE VLSI技术和电路研讨会上介绍他们的发现。

1936年开发的Doherty放大器由于其良好的功率效率和对高峰均比信号（如5G信号）的适用性，在现代电信设备中重新兴起。东京理工大学的团队修改了传统的Doherty放大器设计，并生产了一种双向放大器。这意味着同一个电路既可以放大要传输的信号，也可以放大低噪声的接收信号。这就完成了放大对传输和接收的关键作用。

冈田教授解释道：“我们提出的放大器双向实现方式具有很高的面积效率。此外，由于它与晶圆级芯片级封装技术的共同设计，它实现了低插入损耗。这意味着信号通过放大器时损耗更少。”。

然而，尽管多尔蒂放大器有几个优点，但它会加剧相控阵天线元件不匹配引起的非线性问题。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，该技术包括在传输前对信号进行失真，以有效抵消放大器引入的失真。与传统的DPD方法不同，它们的实现对所有天线使用共享查找表（LUT），从而将电路的复杂性降至最低。

其次，他们将元件间失配补偿能力引入相控阵，提高了其整体线性度。冈田教授评论道：“我们将拟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LUT DPD模块中的元件间不匹配，我们的设备显示出较低的相邻信道泄漏和传输错误。”。“希望本研究中描述的设备和技术能够让我们大家更快地获得5G NR的好处。”