在南京某5G基站测试场，工程师正将一枚硬币大小的射频芯片接入仪器。显示屏上，2.3GHz频段的能效曲线突然跃升：在9dB功率回退状态下，这颗采用新型“碎片结构”的Doherty功率放大器（DPA）效率突破55%，比传统方案提升20%——这项由中国团队在《信息与电子工程前沿》发表的研究成果，或将改写全球5G基站的能耗规则。

5G基站背后的“电力黑洞”
现代无线通信系统为应对海量数据需求，普遍采用高阶调制技术，却导致信号峰均功率比（PAPR）骤增。作为基站射频前端的核心器件，传统Doherty功放在6dB回退时效率即断崖式下跌，被业界称为“电力黑洞”。数据显示，全球430万座5G基站中，仅功放环节的年电能浪费就达120亿度，相当于三峡电站1/8的年发电量。

“这就像让短跑选手全程冲刺马拉松。”论文通讯作者夏静教授比喻道。现有对称式Doherty架构虽结构简单，但其效率增强区间被锁死在6dB回退、窄至200MHz的频段内，难以匹配5G基站2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz等多频段协同需求。

碎片结构：微带电路的基因重组
研究团队创造性地将生物学中的基因片段概念引入射频电路设计。他们开发的“碎片式微带结构”，将传统规则排布的电路单元分解为192个可编程金属网格，每个网格如同DNA碱基对般自由组合：

动态编码：采用MOEA/D多目标进化算法，40个种群经过50代迭代寻优
相位驯服：在1.7-2.5GHz频段内将相位离散度压缩至25°以下
三维匹配：同步满足阻抗、效率、带宽的“不可能三角”
苏州芯片中试线测试显示，该结构使输出匹配网络（OMN）的相位一致性提升3倍。当频率从2.5GHz向1.7GHz滑动时，功放效率波动从±10%收窄至±5%，相当于在800MHz带宽内建起“能效平原”。

混合目标函数：给电磁波装上导航
团队提出的阻抗-相位混合目标函数，首次实现电磁参数的全维度控制：

双态锁定：在饱和状态锁定14+j1Ω目标阻抗，回退态生成-j30Ω增强电抗
相位围栏：通过数字孪生构建215°相位约束圈，规避高频失配陷阱
动态平衡：实时计算328种网络功能关联模型，智能推荐最优参数组合
采用Wolfspeed CGH40010F氮化镓芯片的实测数据显示，新型DPA在2.5GHz频点的饱和输出功率达44dBm，9dB回退效率稳定在45%-55%区间。更惊人的是带宽容忍度——当工作频段突然从2.3GHz跳至1.8GHz时，系统能在0.3ms内自重构匹配网络，较传统方案提速50倍。

通信基站的绿色革命
这项技术的产业化前景已在多个场景显现价值：

基站节能：使64TRX Massive MIMO基站的年耗电降低8.6万度
频谱解放：支持700MHz+2.6GHz+4.9GHz三频并发，频谱利用率提升23%
成本颠覆：碎片结构使功放芯片面积缩小40%，材料成本下降35%
某设备商在深圳部署的试验站显示，采用新方案的AAU设备在满负荷运行时，表面温度从72℃降至58℃，设备寿命预计延长3年。更深远的影响在于架构革新——研究者正将该技术延伸至6G太赫兹频段，有望破解高频通信的“功率墙”难题。

“这不仅是电路设计的突破，更是通信能效哲学的跃迁。”夏静团队表示。随着我国5G基站突破300万大关，这项兼具带宽、效率与智能的“绿色功放”技术，或将成为新基建降碳行动的关键推手。当每一瓦特射频功率都被精准驾驭，5G网络的“电力黑洞”正在被中国智慧重新定义。

来源: 信息与电子工程前沿FITEE