固态射频能量应用正在逐渐兴起，可预见这将成为功率晶体管的又一巨大市场。很多LDMOS晶体管厂商譬如NXP、英飞凌等等都已经开始发力。而GaN的性能优势也使得其能在固态射频能量应用上获得更好的表现。
在北京EDICON展会上，MACOM负责射频功率和基站的高级副总裁Michael Ziehl先生就固态射频能量技术和应用前景进行了深入全面的阐述 。
商用前景广阔，但消费市场仍需时间
据Michael介绍，固态射频能量在不同的市场有着不同发展情况。首先从工业市场来看，工业用的微波炉已经被客户所接受，10kw、20kw...50kw的成熟方案都有，但其实设计门槛也是偏高的。比如如何将单管300W的器件设计成一个3000W的加热系统?如何提高系统整体加热效率?不过可以明确看到，工业市场对于这种固态射频能量加热的方式认可度是较高的。而在家用烹饪的市场上面，除了设计难度外，还有接受度的挑战。当然接受度也还得排在设计难度之后，因为目前其实市面上也只有米勒和IWT两家有固态射频能量的微波炉面市，而且价格不菲。
固态射频能量想要取代传统磁控管的加热方式还要一段时间，这里面有很多的技术细节需要进行完善。比如，如何判断待加热物的位置?因为射频能量具有方向性。如何判断放进来的是土豆还是牛奶？土豆和牛奶的最佳加热频率分别是多少？这种加热算法的研究仍然需要工程师不少的精力来进行开发，整体的系统设计是一个难点。在MACOM这边来说，晶体管的参数已经完全可以满足应用需求，但是整个烹饪系统的设计，对于消费类市场工程师来说，还是有不少的设计挑战。还有一个新兴的应用是在汽车的点火塞上使用固态射频能量，因为可以更精准的控制点火时间和能量，所以可以起到提高燃油经济性的作用。目前汽车的排放法规日趋严格，所以汽车厂商对于这种新技术也是抱着非常积极的心态。
据悉，中国白电厂商在这方面非常的积极。海尔在美国专门招募了前GE的部分员工，调用了不少人来进行固态射频能量的微波炉开发。总而言之，不论是哪个细分市场，工程师们正在学习如何更好地使用这些晶体管来进行更优化的设计，从而实现整体系统效率的提高，实现能量的合成。比如像MACOM的硅基GaN即将在8寸晶圆上生长GaN功率器件目前分为Si基和SiC基两种，SiC基的GaN的供应链可靠性并不如LDMOS高，这是因为SiC基的生长良率并不高；此外，据Michael介绍，SiC基的工艺很难做到6寸晶圆上生长，工艺极其复杂。目前大范围在射频应用上的GaN器件都是在4寸晶圆上做出来的SiC基GaN。而纯硅基GaN目前已经可以实现在6寸晶圆上生长，明年将实现在8寸晶圆上进行生长。这样GaN器件就有了媲美LDMOS的成本优势，从而实现大规模量产，进而可以在成本上与已经有成熟产业链的LDMOS进行比较。
通过工具包来简化固态能量系统设计
前文有所提及，虽然晶体管的单管参数已经可以实现固态射频能量的应用需求，但是如何对固态射频能量进行应用，实现优质高效的系统设计对于工程师而言仍然是有不小的挑战。为此MACOM有推出射频能量工具包，以实现射频能量应用设计，缩短产品上市时间并减少投资。在此TOOL KIT使用了一个300W的纯硅基GaN放大器，效率在70%左右。将能量通过PA放大，然后输送到后路的具有正向反向检测管理功能的耦合器中，然后通过一个小型压缩机，在前端采用了一个等离子体喷枪来实现固态能量的最终形式呈现。
据悉，使用等离子体喷枪的原因是射频能量的应用非常困难，因为工程师必须从开路电路迅速切换到谐振电路，而在MACOM推出的TOOL KIT中，工程师可以专注于后端的应用开发场景，免除了对于晶体管电路设计的困扰。在软件界面上可以看到反射功率和正向功率，以及最佳频率下的喷射状态，系统可以在2.4G~2.5G之间来回不停地喷射，从而寻找驱动应用的最佳PA参数设置。固态与磁控管的区别在于，磁控管中的固定系统实现的是固定的介电常数，而固态射频能量系统中使用的是自适应介电常数，可以实时适应不同的受热载体。
MACOM、NXP、AMPLEON、INFINEON等一同加入射频能量联盟，以期能够将固态能量市场快速实现全面商用。据Michael介绍，联盟成立的目的是为了给参与者实现更优越的市场环境，满足参与者的学习需求，并且通过长期的路线图来让每个人都获取到更低的成本。虽然联盟内成员本人可能存在一定的竞争关系，但是这个市场将会非常庞大，每年7000万微波炉，8000万辆汽车...所以每个参与者都会有丰足的市场前景。联盟正在与所有参与者一同创造一个十亿美金的庞大市场。
Michael介绍到，固态能量市场正在起飞，GaN器件在固态射频能量的市场潜力比在基站端的更大，预计可能会是九千万美金的规模。
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