射频氮化镓(GaN)技术正在走向主流应用

除了成本，射频氮化镓器件也有一些其他的问题。"设计工程师需要精确的氮化镓器件模型来进行电路仿真，完成现代通信系统所需要的高效率、高线性度的功放阻抗匹配与偏置电路设的设计。"Vye说道，"此外，工程师正准备把氮化镓应用到一些新领域，例如包络跟踪、数字预校正、谐波负载牵引测试仿真技术等。这些应用都依赖极大的数据集，因为要求测试系统又快又准确，还要自适应。"

军事应用
然而，射频氮化镓器件现在最大的市场是军事与航天领域。大约十五年前，在美国国防部的资助下，研究人员开始投入到射频氮化镓技术的研究，这才催生了现在的射频氮化镓器件市场。

根据Strategy Analytics的统计，国防和航天应用占了射频氮化镓总市场规模的40%，雷达和电子战系统是射频氮化镓的最大应用市场。

今年3月，雷神公司宣布其爱国者导弹防御系统采用了最新的基于氮化镓技术的天线系统。爱国者导弹防御系统是一种陆基导弹防御系统，可拦截弹道导弹、无人机和飞机。

爱国者导弹

旧爱国者系统采用的雷达技术被称为被动电子扫描阵列，新雷达系统改为主动电子扫描阵列（AESA），主动电子扫描阵列将提供给爱国者系统360度的雷达能力。

"雷神相信，升级到基于氮化镓技术的主动电子扫描阵列雷达，可以使爱国者系统保持对新型进攻武器优势。"雷神空中和导弹综合防御业务发展副总裁Tim Glaeser说道。

主动电子扫描阵列雷达是基于相控阵技术，相控阵设备包含一组可以单独控制的天线，利用波束成形技术，可以让这组天线转向不同的方向。

值得注意的是，这些技术正在从军用转向商用。例如，主动电子扫描阵列和相控阵技术已经被用于60GHz毫米波Wi-Fi技术、汽车雷达系统和无线基站等。此外，5G中将广泛采用相控阵技术。

同时，氮化镓工艺制造的功率放大器也已经用于点对点通信的军用手持式无线电中。因此，供应商相信手机中将来也会用上氮化镓器件。

商业应用
虽然已经用在了基站里面，但普通手机要用上射频氮化镓技术，还需要等待很长的时间。

一方面，移动运营商正在竭力满足爆炸式增长的数据流量需求。根据爱立信的预测，从2015年至2021年，全球移动数据流量每年增长率为45%。

通过载波聚合可以缓解移动互联网对于数据带宽的需求。载波聚合把不同频率的多个频谱组合成一个完整频段，频段中的每一个频谱被称为载波单元。现在的LTE移动通信标准（Release 10）最大可以将5个载波单元（每个载波单元20MHz带宽）组合起来，以实现100MHz带宽。

以后，移动运营商将会公布新标准LTE Advanced Pro，也被称为4.5G技术。LTE Advanced Pro最多可以组合32个载波单元，并会整合大规模多入多出技术（Massive MIMO）和非授权波段LTE技术。大规模多入多出技术已经在基站中被采用，可以利用多根天线来提升通信容量。

载波聚合和大规模多入多出技术促使基站去采用性能更好的功放。基站中以前采用的射频功放主要基于LDMOS技术，但Qorvo的人员表示，LDMOS技术的极限频率不超过3.5GHz，也不能满足视频应用所需的300MHz以上带宽。

因为上述晕啊因，基站开始采用射频氮化镓器件来替代LDMOS器件。"LDMOS器件物理上已经遇到极限，"Qorvo无线基础设施产品部总经理Sumit Tomar说道，"这就是氮化镓器件进入市场的原因。基站应用需要更高的峰值功率、更宽的带宽以及更高的频率，这些因素都促成了基站接受氮化镓器件。"

制造氮化镓器件有两种方式，一种是Qorvo和其他大多数厂商都采用的基于碳化硅的氮化镓射频工艺，一种是Macom主导的基于硅的氮化镓射频工艺。

两种工艺各有优劣。根据Qorvo的说法，相比基于硅的氮化镓，基于碳化硅的氮化镓工艺有更高的功率密度、更好的热传导性。

不过硅衬底比碳化硅衬底更便宜。Macom正在计划将生产工艺从6英寸升级到8英寸，从而进一步降低基于硅的氮化镓射频工艺。

现在大多数基于碳化硅的氮化镓还是采用3英寸或4英寸晶圆生产，因此成本非常高，Qorvo计划今年年底采用6英寸晶圆来生产基于碳化硅的氮化镓。"升级以后Qorvo基于碳化硅的氮化镓器件的产能大约翻一倍，"Qorvo物理器件研究员 Jose Jimenez说道，"采用大尺寸晶圆生产氮化镓器件以后，无线基础设施和商用市场都可以用上更便宜的氮化镓器件。"

智能手机用氮化镓器件？
当然，最大的疑问还是智能手机能否用射频氮化镓工艺来做功放。现在的4G手机不会用到氮化镓器件，但未来的手机前端将有机会用到射频氮化镓工艺。

如今的手机射频前端模组包括功率放大器、射频开关及其他元器件（滤波