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标题: 固态射频能量的常见应用领域 [打印本页]

作者: MACOM 时间: 2018-8-6 11:03 标题: 固态射频能量的常见应用领域

射频能量应用，即使用受控的电磁辐射加热物品或者为各种工序提供动能的应用工艺。现阶段这种能量一般由磁控管产生，未来将会由全固态半导体链产生，即固态射频能量。固态射频能量拥有前所未有的控制范围甚至能量分配，并快速适应不断变化的负载条件。这项技术因为具有无限的潜力，所以应用的领域比较广泛，预计到2020年，其市场估值将增长到14亿美元。

据MACOM公司射频功率营销与业务拓展高级总监Mark Murphy介绍，因为具有低电压驱动、半导体式可靠性、较小外形因子以及一个“全固态电子”的印迹等其他解决方案不具备的优势，以及超高精度补偿的快速的频率、相位、功率捷变的特性，固态射频能量应用技术实现了前所未有的过程控制范围，甚至能量分配，以及对不断变化的负载条件的快速适配。介于此，所以可广泛应用于微波炉、汽车点火、照明系统，以及包括射频等离子照明、原料烘干、血液和组织加热和消融等在内的工业、科学和医疗应用。

应用一：固态烹饪
射频能量的一个主要目标应用是传统的微波炉，目前，标准连锁餐厅使用磁控管供电的微波加热顾客的食物，考虑到每天准备的餐具数量，磁控管微波的寿命非常有限。使用射频晶体管，射频晶体管产生超高精度、受控的能量场，对控制器的反应非常敏感，从而实现射频能量的最佳和精确的使用和分配。

这种技术所带来的功率敏捷性和超高精度、产生均匀的能量分布、前所未有的过程控制范围以及快速适应不断变化的负载条件对磁控管是个很好地补充和优化。通过使用RF能量代替磁控管，我们可以在微波炉中实现固态、高度可控的烹饪。微波炉内的旋转盘不需要均匀分配热量。相反，微波炉可以通过程序设定以不同能量的特定区域，最终产生更彻底、更高效的烹饪。

应用二：等离子照明
等离子灯自发明以来便由磁控管供电，磁控管的平均寿命预计在500至1000小时。在评估等离子灯的价值时，这是一个重要的考虑因素。对此，美国海军天文台提供了一种工具来计算给定时间段内的黑夜小时数（即整个太阳低于地平线的时间）。以洛杉矶为例，今年八月份平均每日黑夜时间为10小时9分钟，一个月的黑夜时间总共为313小时。如果在这些黑夜时间段内持续点亮，则由磁控管供电的等离子灯的使用寿命最短2个月，最长4个月。因此，由于更换灯泡的成本过高，诸如室外、街道、体育场或区域照明的应用将无法从基于磁控管的等离子照明中获益。不过，利用氮化镓技术的性能优势，基于固态射频能量的等离子照明极大延长了光源的使用寿命，为等离子灯提供了前所未有的市场机会。

由于固态射频能量的高效率和长寿命，等离子照明现在可以为大面积照明应用提供极高的价值。由氮化镓驱动的射频能量不仅提供更高的效率和更长的使用寿命，还可实现可控的能量。由射频能量供电的超高精度灯泡能够适应时间或者过往行人或车辆的运动，并相应地转换发出的光。利用射频能量，电力将不再浪费在空置的地方，这进一步延长了灯泡的寿命。

应用三：医疗应用
当今的射频医疗设备转为加热生物细胞和组织而设计，适用于射频/微波消融到细菌灭菌的医疗治疗，侵入性极小。与传统技术相比，固态射频能量医疗设备在精密控制、高功率、更高效率方面更具关键优势，比如固态射频功率半导体氮化镓能够在低于3GHz的ISM频率下提供高效率，同时还支持5.8 GHz及更高频率。频率越高，波长越短，可增强射频能量场的精密控制，提高了治疗的准确性，同时降低了损伤邻近组织和器官的风险，实现精密控制；此外因为射频功率氮化镓的原始功率密度远远高于LDMOS，效率提高了10%。这样一来，便可将更多的能量引至治疗部位，使肿瘤和不需要的组织脱水和/或烧掉，同时在系统级降低功耗和热限制。

射频/微波消融技术目前通常用于消除癌性肿瘤，随着固态射频半导体氮化镓进入射频医疗设备市场，这一现状将会得到持续改善。另外温热疗法正迅速成为射频能量的另一个核心目标应用。此疗法通常与其他癌症治疗联合实施，医生可以使用靶向射频能量来提高患者癌症部位身体组织的温度。受控热量（104oF至108oF）作用于癌细胞并减少癌细胞复制，但不妨碍健康细胞中的DNA复制。这项技术具有成为未来几年主流癌症治疗方法的巨大潜力。

往后基于氮化镓的射频医疗设备将用于在输血和移植时加热血液和器官。输血时，射频能量可以使储存的冷冻血液迅速而均匀地加热而不会产生有害毒素，从而在紧急情况下快速输血。同样，冻结和快速解冻捐献的器官而不引起细胞损伤的能力可以延长器官的保存期限，并增加在长时间、长距离的情况下供体/受体成功匹配的可能性。

应用四：工业加热和干燥
从工业角度来看，射频能量并不是一种新技术。多年来，射频干燥器一直为对传统方法反应不佳的材料进行工业加热和干燥。陶瓷、玻璃和玻璃纤维应用需要干燥时不发生开裂的工艺。在其他方法完全失败时，在许多情况下，射频能量为干燥这些材料提供了唯一选择，因为它能以受控的方式除去水分。而射频技术的创新将使整个加热和干燥过程实现更高的效率和更优的控制。以前的射频应用需要使用磁控管来产生能量，但是通过使用半导体器件，整个系统的成本结构会降低，可实现更高的精度和更优的控制。
在食品加工、工业加热和干燥以及能源工业的应用之外，射频能量还有其他多方面的应用。例如：对于谷物、豆类和种子，射频干燥方法可以更快速地去除对于谷物、豆类和种子中的水分、缩短加工时间，使作物发挥最大潜力和营养价值；木材、塑料、药物、纸张和纺织品都可以使用射频能量来降低工业过程的成本、提高工业过程的效率；固态射频能量将有望帮助石油公司更多地开采石油，更好地控制石油开采过程，还可以减少浪费、提高投资回报率以及降低加热和开采过程的成本，同时改变石油开采对环境的影响。

未来，基于硅基氮化镓的射频技术有望取代旧式磁控管和火花塞技术，充分发挥烹饪、照明和汽车点火等商用固态射频能量应用的价值和潜力，我们相信上述应用的能源/燃料效率以及加热和照明精度将在不久的将来发生质的飞跃。
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