GaN將改進軍事和商業(yè)移動手機、無線技術和衛(wèi)星技術

在尋求下一次重大創(chuàng)新或新型武器平臺的過程中，微小的、增量式的升級有可能會促成革命性的變化。這些升級的效果非常明顯，不知不覺很快就會被新型產品所吸納。

氮化鎵（GaN）技術便是其中之一。GaN是一種堅硬、穩(wěn)定的材料，正在對半導體的發(fā)展產生革命性影響。在歷經20多年的研究之后，GaN正在使電子設備變得更加強大、輕型和小型化。GaN同樣使電磁頻譜的運用更加有效，將改進軍事和商業(yè)移動手機、無線技術和衛(wèi)星技術。

隨著防務公司和獨立的加工廠制造GaN的能力逐漸提高，GaN正在為一系列新項目提供支持，包括“下一代干擾機”、三坐標機動遠程雷達(3DLRR)、“太空籬笆”系統(tǒng)、遠程識別雷達以及“愛國者”導彈的改進。鑒于GaN在極端溫度狀態(tài)下的穩(wěn)定性，供應商正準備將其應用于太空。

GaN是一種在功率放大器中逐漸取代砷化鎵的半導體材料，體積更小但可提供更大功率。放大器使用直流電增加射頻輸出。采用GaN，低電平射頻信號轉換為高效的更高功率，而這僅使用較少的直流電。

通過將放大器放置在具有高導熱性的碳化硅芯片上，生成的熱量能夠被消除。這樣的溫度能夠使電子設備放置得離天線更近。因此，他們能夠以更高的頻率運行，使其運用更為廣泛。再者，由于擁有更高的功率密度，輸出性能也隨之提高。

材料性能對比

雷聲公司先進技術項目組成員Steve Berenstein指出：“采用GaN技術，芯片能夠縮小至1～2微米，而人類頭發(fā)的寬度為60微米。”

盡管GaN每平方毫米的能耗更大，但收益是每瓦射頻功率的成本更低。采用GaN，公司能夠制造更多小型功率放大器或生成不同的架構。GaN的高功率提高了干擾能力，擴大了作用距離或搜索范圍。另一方面，采用GaN后，較小的孔徑就能夠形成與不采用GaN的較大孔徑相同的作用距離和搜索范圍。

迄今為止，GaN市場的發(fā)展在很大程度上是由商用市場推動的。然而，據研究與咨詢機構StrategyAnalytics公司預測，這種狀態(tài)將會有所改變。到2019年，軍事應用會提升至市場份額的60%。

雷聲公司射頻組件制造廠負責生產GaN并開展研究

Strategy Analytics公司的Eric Higam已經為GaN產品制造商Qorvo公司進行了市場研究。軍方目前正處于LTE手機比早期軍事無線電擁有更高數(shù)據率的時期。他說：“這就是我們所處的階段。目前正在進行的項目就是為了解決這個問題。”

就像小車或卡車有不同的模型一樣，GaN產品并不盡相同。Qorvo公司在18個月內研發(fā)了125種新型GaN產品。例如，QGaN15在高頻下運行良好，它在30GHz頻率下每毫米提供4.5瓦的功率。另一方面，QGan50側重于低頻高穩(wěn)定性，平均無故障時間超過100萬小時。GaN技術還能在較高的溫度下運行，最高至200℃，而且對制冷的要求低。Qorvo公司基礎設施和防御產品部總裁James Klein稱，工程中最需要的就是這種可靠性。

Klein表示，正在進行的項目將轉向更高的頻率，或者轉向了更高或更低的電壓。較低的電壓能夠實現(xiàn)后向兼容或使改進更容易。

為了提高功率，Qorvo公司和其他GaN制造商正探索在金剛石上而不是在傳統(tǒng)的碳化硅上制作。這將使得尺寸大幅度減小，一個功率放大器的尺寸將只有目前的1/40。

Higam指出，情況并不完全樂觀。無線基礎設施占通信市場的份額最大。這一領域最大的收益源自低于3瓦和低于3GHz的器件，GaN在這一領域將與現(xiàn)有的成熟技術相競爭?！捌渲杏幸恍O具競爭性的挑戰(zhàn)?！倍夜杌鵊aN所標榜的低成本還未得到證實。

盡管如此，GaN仍是美國防部長阿什頓·卡特在要求硅谷進行能夠引入軍用目的的商業(yè)創(chuàng)新時所談論的技術。

洛克希德·馬丁公司任務系統(tǒng)與訓練部先進系統(tǒng)分部副總裁Steve Bruce稱，洛馬公司在1990年代中期就開始研制GaN。剛開始，部件在燒掉前僅能工作數(shù)秒。逐漸地，該技術開始成熟?！罢驹谲娖返慕嵌龋珿aN確實成為了一種必不可少的技術，否則在當前市場將不具備競爭力。”

洛馬公司已經開始與商用GaN制造商Cree公司和Qorvo公司進行戰(zhàn)略合作。洛馬公司投資具有特殊國防應用的技術，同時受益于Cree公司和Qorvo公司基于量的定價，并在其商業(yè)銷售的推動下繼續(xù)改進前沿技術。

洛馬公司還在其電子戰(zhàn)產品中運用GaN，以提供高寬頻帶效率。Bruce稱，這些技術還停留在原型或工程管理階段。盡管其中的GaN技術可能比較成熟，但系統(tǒng)中的其他部件仍需要時間發(fā)展。

雷聲公司則采取了不同的方針，在馬薩諸塞州安多弗市運營其自己的制造廠。在贏得了3DLRR合同后，雷聲公司還期望依賴GaN技術以升級其“愛國者”導彈防御系統(tǒng)。據雷聲公司綜合防空和導彈防御業(yè)務研發(fā)部副總裁Tim Glaeser稱，雷聲公司正在生產采用GaN技術的全尺寸樣機，為AESA雷達提供360°覆蓋范圍。他們希望能夠盡早為國際用戶展示該樣機。

Qorvo公司防御和航空航天產品部總經理RogerHall表示，不久的將來，增幅可能會更大。受到基于GaN技術的AESA雷達升級的驅動，國際市場對于GaN的需求在急速增長。

洛馬公司計劃使用一種固態(tài)的、基于GaN的雷達，為美國導彈防御局生產遠程識別雷達

關于雷達，在國際上很快出現(xiàn)了兩種情況，Hall將這種變化比喻為從大型固態(tài)電視到扁平屏幕的變化。鑒于AESA天線的靈活性，它們可用于電子戰(zhàn)和通信。老式戰(zhàn)斗機偏向于機械掃描波束。AESA雷達的電子掃描陣列不移動，而是用軟件改變著數(shù)百個有源收發(fā)部件的相位。GaN和AESA雷達的結合為改進手持通信設備、無線電或艦載雷達提供了一個很好的機會。

Hall稱：“在美國，F(xiàn)-22、F-35及轟炸機都裝備了AESA雷達，但它們采用的是砷化鎵芯片。其他國家的軍隊正在同時升級至AESA雷達和GaN芯片。美國現(xiàn)在正在轉向GaN。這是技術的下一階段?！?/p>

這對于用戶來說存在著風險，因為供應商需要長時間保持償付能力以為國防產品服務，而這有一個很長的壽命周期。Hall 說：“這不僅僅是擁有最可靠和最佳的產品，而且要具備支持用戶完成任務的能力。