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從2016國際微波研討會看,GaN技術發展和射頻微波領域應用需求

2016-07-14 來源:微信號:大國重器 作者:長青 字號:

2016年5月22日-27日在美國舊金山召開了2016年國際微波研討會(IMS),會上所反映出的射頻微波技術發展重點、應用趨勢等內容值得關注。

總體情況

熱點話題

· GaN器件:持續成為近幾屆IMS的熱點,每年展示的性能都達到一個新高度。

· 相控陣天線技術:也是近年來持續的熱點,多個公司推出帶有新核心芯片的相控陣天線,應用范圍從X波段到W波段。

· 集成收發機:集成度更高,尺寸、重量、功耗更小,滿足未來通信、雷達和電子戰系統的發展需求。

突出變化

此次會議一個突出的變化是以系統作為成果展示的單位,而非傳統器件級展示。盡管器件的性能仍很重要,但對用戶而言,更希望看到的是該新性能將帶來何種好處。如亞諾德(AD)公司在IMS上推出了多個新產品,每個產品都集成到一個完整的子系統中進行展示,收到了非常好的反響。

另一個變化是高可靠宇航器件重新成為宇航和軍用OEM的關注點。該領域的供應生態系統正在合并,一些器件生產商將其關注點轉移到商業市場。因此,宇航和軍用OEM加大對高可靠產品供應鏈的關注力度,包括關注在該領域增加投資的器件生產商。

GaN器件

與其他射頻和微波半導體技術相比,GaN能改進能效,提供更高的帶寬和功率密度,并減小器件尺寸。

不同使用要求

GaN突出的特性也帶來不同的使用要求,如必須嚴格遵守其上電順序,包含GaN器件的電路必須有良好的散熱能力等。包括上述兩點在內的更多獨特特性必須在GaN器件設計之初就予以充分考慮。

硅基GaN優勢突出

GaN的性能優勢已被射頻和微波領域所認知和接受。例如,MACOM的Gen4硅基GaN器件具有GaN的功率密度優勢,晶圓尺寸達到8寸,每瓦半導體的成本只有LDMOS產品的一半,與較為昂貴的SiC基GaN相比既具有可比擬的性能又可顯著降低成本,極大地改變了GaN性價比。

適用領域

· 對于需要在4~5GHz以上頻段、高效純飽和射頻輸出功率達到5~7W以上的應用,GaN是首選,挑戰LDMOS在基站功率放大器領域數十年的霸主地位。

· 對于線性是很重要指標的通信應用,由于GaN的線性特性比砷化鎵(GaAs)差,需要在多個GaAs組合放大器和GaN器件之間作出折中。

· 在低噪聲放大器(LNA)和射頻開關領域,GaN所取得性能已非常接近GaAs的增益/損失和噪聲指數,同時能提供更高等級的功率處理能力。隨著GaN產品數量的增加和成本的下降,可以預期GaN將在未來很多應用中替代GaAs。

· LDMOS繼續在低于4~5GHz的功率放大器領域保持競爭力,因其功率等級能和GaN相提并論,而價格只是GaN的幾分之一。

主要應用

GaN供應鏈和GaN技術領域的發展實現了GaN器件在性能、能效、尺寸、可靠性、成本間的平衡,并達到一個可促進主流商業接納的價格點,推動GaN進入無線基站和射頻能量應用等商用領域。堅固耐用的塑料GaN功率晶體管已經成為一個引人注目、具有成本效益的解決方案。

· 射頻能量應用:GaN的功率性能和硅的低成本將帶來使用固態射頻能量作為高效和精準熱和功率源的大量機會,適用于包括微波爐、汽車點火、照明系統,以及射頻等離子燈、物料干燥、血液和組織加熱消融等工業、科學和醫療(ISM)在內的廣泛商業應用。

射頻和微波技術的應用

軍事

· 雷達:對包括收發、上下變頻和頻率合成在內射頻和微波技術的需求持續上升,對支持有源電子掃描陣列(AESA)的射頻技術需求強烈,并正通過優化雷達研發和制造過程,以及使用商用成熟工藝來降低系統成本。AESA將在整體傳感器網狀網絡中扮演一個日益重要的角色,遍布空、天、陸、海各領域。而且隨著這些系統成本降低和容易制造,列裝速度將加快。電子對抗和監視被美國政府列為優先發展對象,將研發具有更寬帶寬、更高效率、更快頻率跳轉能力的射頻和微波器件

· 通信:新的通信架構將通過集成硅基芯片級射頻解決方案而得到簡化。這些新的收發機芯片將包括發送和接收高速轉換器,以及目前高至6GHz的上變頻能力。單芯片解決方案將覆蓋目前多個軍事通信應用,最高工作頻率達到Ka波段,如甚小孔徑終端(VSAT)。這些新的收發機系統還可通過進一步級聯獲取更高頻段工作能力。這些領域都是新型宇航和軍用系統研發和老舊系統升級的重點。

民用通信

通信是IMS持續關注的重要應用之一。

· 5G:5G不僅支持智能手機和平板電腦,還將有力地支持物聯網(IoT)的發展。5G的研發競賽使得很多公司都投入到低成本毫米波、寬帶通信和新型相控陣天線技術的研發中。全球有大量有關5G的研究正在進行,特別是在美國、歐洲、中國、日本和韓國。

· 新型通信微型衛星:希望能夠在未來10年內獲得部署,可與數百萬個帶有相控陣天線技術的地面終端進行通信;與現有衛星相比,將通過使用成本更低的塑料封裝、帶有最低抗輻照等級和可靠性、使用商用技術等方式減少成本。

· 小型基站:頻段超越現有的2.6GHz,可提供高速、低延遲,高質量的數據傳輸。

汽車電子

汽車電子產業的顯示度進一步加強。隨著24GHz和77GHz雷達用新產品的大量涌現,以及硅基高度集成帶來的持續成本下降,大多數新出車型上都普遍安裝了雷達傳感器,帶動車用射頻和微波市場的快速增長。此外,車輛自動化和安全所需生態系統也受到關注,研究領域集中于車和車、車輛和架構之間的通信,以及車輛上的雷達系統。

測試測量和烹飪

電子測試測量設備使用先進射頻和微波產品,以支持更小、由電池供電的手持測試設備,這些設備具有與原有大型設備相同的性能,但成本和功耗更低、尺寸更小。

處于消費領域的烹飪應用也是IMS會議多年來吸引人的領域之一。

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