从2016国际微波研讨会看，GaN技术发展和射频微波领域应用需求

2016年5月22日-27日在美国旧金山召开了2016年国际微波研讨会（IMS），会上所反映出的射频微波技术发展重点、应用趋势等内容值得关注。

总体情况

热点话题

· GaN器件：持续成为近几届IMS的热点，每年展示的性能都达到一个新高度。

· 相控阵天线技术：也是近年来持续的热点，多个公司推出带有新核心芯片的相控阵天线，应用范围从X波段到W波段。

· 集成收发机：集成度更高，尺寸、重量、功耗更小，满足未来通信、雷达和电子战系统的发展需求。

突出变化

此次会议一个突出的变化是以系统作为成果展示的单位，而非传统器件级展示。尽管器件的性能仍很重要，但对用户而言，更希望看到的是该新性能将带来何种好处。如亚诺德（AD）公司在IMS上推出了多个新产品，每个产品都集成到一个完整的子系统中进行展示，收到了非常好的反响。

另一个变化是高可靠宇航器件重新成为宇航和军用OEM的关注点。该领域的供应生态系统正在合并，一些器件生产商将其关注点转移到商业市场。因此，宇航和军用OEM加大对高可靠产品供应链的关注力度，包括关注在该领域增加投资的器件生产商。

GaN器件

与其他射频和微波半导体技术相比，GaN能改进能效，提供更高的带宽和功率密度，并减小器件尺寸。

不同使用要求

GaN突出的特性也带来不同的使用要求，如必须严格遵守其上电顺序，包含GaN器件的电路必须有良好的散热能力等。包括上述两点在内的更多独特特性必须在GaN器件设计之初就予以充分考虑。

硅基GaN优势突出

GaN的性能优势已被射频和微波领域所认知和接受。例如，MACOM的Gen4硅基GaN器件具有GaN的功率密度优势，晶圆尺寸达到8寸，每瓦半导体的成本只有LDMOS产品的一半，与较为昂贵的SiC基GaN相比既具有可比拟的性能又可显著降低成本，极大地改变了GaN性价比。

适用领域

· 对于需要在4～5GHz以上频段、高效纯饱和射频输出功率达到5～7W以上的应用，GaN是首选，挑战LDMOS在基站功率放大器领域数十年的霸主地位。

· 对于线性是很重要指标的通信应用，由于GaN的线性特性比砷化镓（GaAs）差，需要在多个GaAs组合放大器和GaN器件之间作出折中。

· 在低噪声放大器（LNA）和射频开关领域，GaN所取得性能已非常接近GaAs的增益/损失和噪声指数，同时能提供更高等级的功率处理能力。随着GaN产品数量的增加和成本的下降，可以预期GaN将在未来很多应用中替代GaAs。

· LDMOS继续在低于4～5GHz的功率放大器领域保持竞争力，因其功率等级能和GaN相提并论，而价格只是GaN的几分之一。

主要应用

GaN供应链和GaN技术领域的发展实现了GaN器件在性能、能效、尺寸、可靠性、成本间的平衡，并达到一个可促进主流商业接纳的价格点，推动GaN进入无线基站和射频能量应用等商用领域。坚固耐用的塑料GaN功率晶体管已经成为一个引人注目、具有成本效益的解决方案。

· 射频能量应用：GaN的功率性能和硅的低成本将带来使用固态射频能量作为高效和精准热和功率源的大量机会，适用于包括微波炉、汽车点火、照明系统，以及射频等离子灯、物料干燥、血液和组织加热消融等工业、科学和医疗（ISM）在内的广泛商业应用。

射频和微波技术的应用

军事

· 雷达：对包括收发、上下变频和频率合成在内射频和微波技术的需求持续上升，对支持有源电子扫描阵列（AESA）的射频技术需求强烈，并正通过优化雷达研发和制造过程，以及使用商用成熟工艺来降低系统成本。AESA将在整体传感器网状网络中扮演一个日益重要的角色，遍布空、天、陆、海各领域。而且随着这些系统成本降低和容易制造，列装速度将加快。电子对抗和监视被美国政府列为优先发展对象，将研发具有更宽带宽、更高效率、更快频率跳转能力的射频和微波器件。

· 通信：新的通信架构将通过集成硅基芯片级射频解决方案而得到简化。这些新的收发机芯片将包括发送和接收高速转换器，以及目前高至6GHz的上变频能力。单芯片解决方案将覆盖目前多个军事通信应用，最高工作频率达到Ka波段，如甚小孔径终端（VSAT）。这些新的收发机系统还可通过进一步级联获取更高频段工作能力。这些领域都是新型宇航和军用系统研发和老旧系统升级的重点。

民用通信

通信是IMS持续关注的重要应用之一。

· 5G：5G不仅支持智能手机和平板电脑，还将有力地支持物联网（IoT）的发展。5G的研发竞赛使得很多公司都投入到低成本毫米波、宽带通信和新型相控阵天线技术的研发中。全球有大量有关5G的研究正在进行，特别是在美国、欧洲、中国、日本和韩国。

· 新型通信微型卫星：希望能够在未来10年内获得部署，可与数百万个带有相控阵天线技术的地面终端进行通信；与现有卫星相比，将通过使用成本更低的塑料封装、带有最低抗辐照等级和可靠性、使用商用技术等方式减少成本。

· 小型基站：频段超越现有的2.6GHz，可提供高速、低延迟，高质量的数据传输。

汽车电子

汽车电子产业的显示度进一步加强。随着24GHz和77GHz雷达用新产品的大量涌现，以及硅基高度集成带来的持续成本下降，大多数新出车型上都普遍安装了雷达传感器，带动车用射频和微波市场的快速增长。此外，车辆自动化和安全所需生态系统也受到关注，研究领域集中于车和车、车辆和架构之间的通信，以及车辆上的雷达系统。

测试测量和烹饪

电子测试测量设备使用先进射频和微波产品，以支持更小、由电池供电的手持测试设备，这些设备具有与原有大型设备相同的性能，但成本和功耗更低、尺寸更小。

处于消费领域的烹饪应用也是IMS会议多年来吸引人的领域之一。