射频（RF）和微波技术趋势
氮化镓（GaN）在雷达等军事应用中获接纳程度
射频和微波技术领域的国防投资
国际微波论坛上的新动向
恩智浦（NXP）公司射频产品市场商业发展经理Gavin Smith
Wolfspeed公司射频器件产品市场经理Ryan Baker
Macom公司多市场业务部副总裁和总经理Mike Ziehl
水星系统公司先进微系统解决部产品市场经理Philip Fulmer
问题1：在上个月举办的国际微波论坛（IMS）上，关于射频和微波技术的讨论热点有哪些？
SMITH：与2016年类似，5G是很多参展商的一个重要话题，展现了在此前一年的进展和成果。哥伦比亚大学Henning Schulzrinne教授和华为Wen Tong博士的5G主旨演讲很受欢迎。Schulzrinne展示了其对无线数据在未来和公共政策角色中的看法。他认为，婴儿潮一代和千禧年出生的一代不同，在使用创新上也使用不同的语言。Wong博士一页名为“5G正在释放一个更大的爆炸”的有趣PPT上展示了我们目前正在用并已充分了解的来自2007年应用，那么2027年将带来什么？ GaN技术将持续增加GaN产品的数量，从移动手机基站到通信和雷达应用。GaN现在已是经过证实的技术，带有确定的长期性能和可靠性。根据行业研究公司ABI名为《移动无线基础设施用射频功率半导体器件》的研究报告，GaN RF功率器件预计要占据2017年移动无线基础设施用高功率半导体器件市场的近25%，5G将为未来5年市场的增长注入能量，同时也将升温GaN市场。
NXP作为成员之一的射频能量联盟（RFEA）也在IMS带来了观点：未来固态射频器件将作为新兴应用的能量源。随着我们迎来微波炉诞生50周年纪念，我们预期固态功率器件会将微波炉的功能拓展得更多样化，即以更精确的方式烹饪更多类型食物。
BAKER：技术项目和产品讨论都集中在5G通信领域。作为一个射频和微波方面的研讨会，这很有意义，因为5G将对无线基础设施，以及贯穿毫米波到4GHz开启的新通信机会上带来重大影响。研究团队强调了用硅（Si）互补金属氧化物晶体管（CMOS）实现毫米波5G上面的优势，以及高功率放大器用的新型数字预分配技术（DPD）。
无人机领域不断增长的兴趣驱动了对车用雷达进展和UAV用下一代传感器的讨论。美国海军研究实验室提供了非常吸引人的关于海事雷达的技术学习会，会上描述了带有全多入多出（MIMO）功能的X波段多信道合成孔径雷达（MSAR）。
ZIEHL：正如预期，有很多关于GaN-on-Si射频器件在4G LTE基站中加速应用的进展，以及对用于下一代固态烹饪、照明、加热/干燥应用中射频能量支撑技术的巨大兴趣。对于军事和宇航团体，高可靠性器件仍是讨论的前沿和中心。
我们看到军事和商业团体大量感兴趣的一个领域是有源电子扫描阵列（AESA）雷达。电子控制有源天线作为5G无线基础设施的一项重要使能技术，赋予了达到5G数据速率的大量MIMO天线配置和先进波速形成能力。除了AESA雷达和大容量MIMO，5G系统中还有很多并行发展的结构和集合体。
当然，这不意味着可用于军用雷达和商业基站，还要考虑成本问题，但MACOM等公司正在努力减小差距。使用高度集成的天线子系统和商用制造能力，平板多功能相阵雷达（MPAR）系统的成本已减少至传统板阵（slat arry）雷达成本的1/5。IMS的出席者已经达成共识，在MPAR等技术领域的持续创新将帮助支撑5G发展。
FULMER：5G和LTE产品在今年IMS获讨论最多，因为随着大量互连器件所产生的实时传感数据、安全数据、通信、军事情报信息的持续增加，未来几年将产生大量数据。
问题2：GaN获采用持续成为产业领域最热的趋势，尤其是在军事应用中，但似乎需要对客户就其优势及何时/何处使用进行更多的培训？你们是否同意这个观点，如果是，应该如何进行培训？
SMITH：首先，对于任何新兴技术，总是有一些阻力，因为工程师使用其最擅长的技术是最舒服的。尽管GaN和LDMOS已出现有一段时间了，我相信客户现在才看到GaN在其终端应用中的价值。
在NXP中，我们的盈利来源是LDMOS，但我们已经越来越多地使用GaN。对于军事应用，LDMOS支持L波段的高功率和良好性能。随着我们开始推进至S波段，以及未来可能进入的C波段和X波段，我们看到一个需求是使用GaN技术来在这些应用中达到更高的频率和在部分应用中更高的功率。
在NXP的部分培训课程包括GaN研讨会、GaN与LDMOS的技术对比和学习以理解每种技术的优缺点。这些实际措施帮助我们进一步理解GaN，并给予能力研制可被市场接受的产品。
BAKER：GaN的特性使其具备多种应用前景。蓝色的GaN发光二极管（LED）出现在20世纪90年代中期，之后是在2000年左右出现的射频GaN微波毫米波集成电路（MMIC）。当前是将GaN用于功率开关的讨论，但是对于600V以下肖特基二极管市场更具可行性。依托政府和产业间的合作，GaN射频应用已在多个市场大量展开。对于通用射频功率晶体管市场，GaN-on-SiC高电子迁移率晶体管（HEMT）占据了大约30%的市场份额，并预计在五年内占据50%的市场份额。GaN HEMT正在抢占Si LDMOS、Si HBT和GaAs pHEMT的市场份额。但GaN射频器件也将扩大射频功率器件总体市场规模，手段包括，提供性能超过现有行波管（TWT）和基于磁控管的功率放大器的高功率固态功率放大器（SSPA）解决方案。目前还有基于真空电子器件（VED）的功率放大器，但是由于可靠性和性能更高的SSPA的出现，这块市场将逐渐被蚕食。
我们持续推进GaN射频半导体技术来推进化合物半导体特性。这意味着我们需要培训产业参与者来了解如何在这些器件上获取最大收益。例如，一个工程师在设计增强型器件上富有经验，如硅LDMOS，也需要考虑GaN HEMT的负电源电压，因为他们是耗尽型器件。我们同样培训设计TWT的工程师来使其进入更可靠的SSPA领域。
培育从解决你正在解决的问题入手，显示GaN-on-SiC射频器件的系统级好处，然后给工程师提供工具，以此来实施解决方案。在军事领域，应用需要更小的干扰及不断改进的SWaP-C。UAV需要更轻的数据链路功率放大器，这样可以执行更长时间的飞行任务。使用AESA功率放大器的飞机好处是使其更难以被发现。所有这些好处都来自于实现GaN RF器件。
射频GaN-on-SiC在输出功率大于2W时的带宽和效率的竞争力不可抵挡。在3GHz以上，GaN-on-SiC与砷化镓（GaAs）pHEMT和TWT技术竞争。在开始时，GaN RF功率器件的更高成本和更低产量意味着首先在电子战等关键任务和宽带应用上替换GaAs和TWT。在过去超过5年的时间内，随着成本下降和网络运营者需要能提供更高效率和性能的硬件，GaN-on-SiC射频功率器件在3GHz以下等多个细分领域已经替代了Si LDMOS。该窄波段应用受全新功率放大器技术的支持，如包络跟踪、非对称多异相和Doherty设计。
ZIEHL：当考虑何处和何时使用GaN时，有几个重要因素，但客户的学习曲线并不像过去那样陡峭。GaN现在是一个主流技术，现有大量产业数据显示GaN-on-Silicon与GaN-on-Silicon Carbide及传统LDMOS间的优缺点。与LDMOS相比，GaN-on-Silicon具有明确的性能优势，在规模化量产基础上的成本也具有可比性。GaN-on-Silicon是一个明确的赢家，能够在未来多数应用中替代LDMOS。
对比成本结构、制造能力和供应链灵活性，GaN-on-Silicon比GaN-on-Silicon Carbide更胜一筹。而更多的产业数据显示了，GaN-on-Silicon在能效、导热能力和可靠性等主要特性上可提供与GaN-on-Silicon比GaN-on-Silicon Carbide相比甚至在很多情况下更卓越的性能。公平地说，在军事和宇航领域中几个细分应用上，性能上细小的增加可能弥补GaN-on-Silicon Carbide成本的增加。一般说来，可以预期GaN-on-Silicon将导致GaN-on-Silicon Carbide在大批量应用中的缺席
FULMER：一些早期的GaN使用者经历了线性挑战，我们今天仍然有这种感觉。这使得从采用这些早期解决方案开始，一部分工作是明确表明GaN技术所具有的优势。对于任何技术，要成功实施的一个重要因素依赖于针对应用特殊需求的理解。基本上没有一个通用的放之四海而皆准的方法，GaN技术也不例外。对一个应用有用，并不能保证在另一个应用下也起作用。在一些情况下，现有解决方案就能够起作用，而在另外情况下，需要设计带有特定应用规格的定制解决方案。
问题3：你是否认同，伴随着特朗普政府制定的国防预算的上涨，射频和微波技术在军事领域的应用将持续增长？
SMITH：射频应用随处可见，你看到的是国防预算的上涨，我们预期的是射频和微波技术的持续发展。我能够假设，伴随着预算的上涨，他们将对现有使用射频技术的系统进行升级。这也为射频替代真空管等老旧技术开启通路，支持更多潜在增长。尽管预算上有一个投射性的增长，对项目而言将需要时间来启动，这是政府在军事领域的惯有做法。我们很激动能和我们的客户在新项目和系统升级，以及研发领域的创新上紧密合作。
BAKER：总统的预算显示给国土安全部（DHS）和国防部（DoD）分别增加6%和10%的预算。提议包括购买F-35，增加舰船的数量，扩大陆军和海军士兵的规模等。细化到具体领域，将在飞机和舰船的通信、雷达、电子战功能中带来新的射频技术。
ZIEHL：我们希望看到这种受益于国防部预算的增长。在MACOM，我们寻求这种持续增长，以及增加自身的作用。在现有增长领域和增加的国防部预算，GaN在军事应用中的机会也将增加，将用于宽带通信、网络战、雷达和电子战。
FULMER：不管所批准的国防预算如何，我们深信射频和微波在国防应用中的持续增长。例如，我们知道军事领域将持续从传统炸弹转移至更智能，减少无关伤害和增加精准打击能力。智能武器装备的导航、制导和控制系统将提供巨大的增长机会。能够设计和制造射频/微波器件的制造商将生产极坚固、小型化射频/微波解决方案来满足这些需求。
我们同样有信心，在电子战领域的投资将上涨。曾经，战场是两只军队的物理对抗。现在，我们正在遭受电子战看不见的攻击。战争的基础特性已在进化，并将持续进化，已经不能被简单忽视。应对这种不断改变的威胁的唯一方法是在射频和微波技术领域的持续投资，以推进我们电子战能力。
问题4：哪个军事应用是射频和微波供应商的最佳选择？雷达、电子战、无人机或其他？
SMITH：在军事领域，我们在通信和雷达应用领域有极大的兴趣并取得成功。射频应用是如此大的一个目标市场，包括电子战、无线通信和（卫星通信）。这对NXP射频功率器件，也是一个有趣的领域，因为我们可以利用我们在移动基站领域的专业知识，并将其应用于军事领域。我们看到GaN技术在电子战、无线通信等需要更宽带宽和更高功率等应用中更多的潜力。除了通信，L波段和S波段雷达也非常重要。随着老旧系统开始升级，我们看到对雷达应用中高功率器件的持续兴趣。
BAKER：很难选出最佳的，答案是“依据于你想获得的”。射频和微波是一个非常宽泛的领域，所以我将把我的答案限制在需要超过1瓦的军事应用。通常而言，雷达有最广泛的射频市场，包括UHF、L、S、C和X波段频率，都在从老旧系统进行升级。这是军事领域最大的射频市场。新的系统将获得资金支持，射频将是资金支持中的驱动力量。
FULMER：雷达、电子战和无人设备等应用，每个都对射频/微波解决方案生产商提供了机会。电子战应用已非常普遍，敌方持续在电磁频谱领域研发复杂敏捷能力。要保持领先和对频谱的持续控制，射频/微波制造商不能继续闷头制造解决方案，而不关注更广阔的领域。我们将看到射频技术领域的进展，再结合驱动电子战能力的更紧凑射频和数字集成，能够连接数字和模拟世界的少数射频供应商将获利最多。
对于敌方发展能够威胁我们电子战领导地位的敏捷能力，射频供应商仅思考单代解决方案已不够。要超越敌方所带来的威胁，同时保持成本可控，产业需要采纳一个模块化、开放架构标准。水星公司的OpenRFM技术就是为了满足电子战和信号情报领域的该特殊需求。
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