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企业观点|MACOM:射频和微波领域增速领跑军用电子市场,GaN和商业制造将发挥重要作用

 大国重器元器件 2020-09-11


公司背景

MACOM提供满足下一代互联网和军事应用需求的高性能射频、微波、毫米波和光半导体产品,在北美、欧洲、亚洲和澳大利亚设立了多个研发中心,以及硅、砷化镓、磷化铟制造、封装和测试能力,应用涵盖高速光学、卫星、雷达、有线/无线网络、汽车、工业、医学和移动设备等多个领域。



射频市场增速领跑

美国日益依赖复杂的雷达和电子战系统以保持军事实力的战略优势,对射频和微波技术提出了更多需求。未来数年,整个宇航和军用市场将保持平稳略上涨态势,射频和微波技术市场的增速将高于军事市场整体。(水星系统公司副总裁Ian Dunn也持有同样观点,可参见昨日文章。)

MACOM的射频产品

MACOM射频产品包括从分立二极管到多功能组件的多类产品;既有可以追溯至上世纪60年代的老旧器件,也有最先进的新型器件;应用范围集中于机载和路基雷达,少量用于舰载领域,空间应用的使用率最低,只局限于部分器件。但MACOM计划在短期内大举进军高可靠空间应用领域。

大多数射频产品主要用到了X和S波段的主动电子扫描阵列(AESA)雷达,遍布从前端到收发机多个部分;还有支持机械扫描雷达发射机的功率晶体管业务,但属于遗留业务,因为随着雷达产业整体转向AESA技术,机械扫描雷达产业正走向衰退。

GaN器件的优势

GaN器件具有更高的效率、更高的功率密度,以及更重要的宽带性能。

更高的功率密度:GPS系统、雷达等电子设备正变得越来越小,但射频前端的尺寸决定所发射频率的波长,无法改变器件X和Y的物理尺寸,但也因此成为GaN技术发挥作用的重要领域。GaN能够以更少地热量产生更多功率,能够在AESA系统中取得以前无法获得的功率,带来更多环保雷达。

更快的带宽:美军希望研制出可进行宽带通信的敏捷天线系统,并以此为基础构建具备自适应和多功能的武器射频系统,即一套天线系统能够在通信链路、电子战、雷达功能间转换,而这实际上跨越了多个频段。

军民融合——使用商用制造工艺

全球半导体市场总值是4000亿美元,军用半导体市场总值是40亿美元,只占%。MACOM从很多年前起就开始使用商业制造手段来制造高性能军用电子元器件,以降低成本和提高武器装备在士兵中的配备数量。


例子——MACOM的SPAR Tile

可微缩平面阵列(SPAR)片(Tile)用于高性能雷达系统,制造完全采用商用表贴技术,充分借助代工厂的量产和优化能力,以服务于军用需求。使用商用技术最大的好处是减少了制造费用。林肯实验室估计采用商业制造工艺的SPAR Tiles将前端成本降低了1/5,总系统成本降低了40%。这在当下成本-预算约束环境中是一个大的提升。

国防部强调固定价格采购和快速供货。SPAR Tile在很大程度上已经做到了这些,它的封装时间是2周,远小于陶瓷封装时间;利用高产量商用生产线,还减少了建造专用生产厂的费用。


图为MACOM的SPAR Tile

军民融合——使用民用技术

MACOM表示,近年军用雷达技术获得了长足发展,但是汽车雷达技术发展得更为迅猛,市场增速也更高。然而,两个领域并非独立发展,汽车市场也在影响着今天军用雷达的设计。MACOM曾在历史上参与了汽车雷达技术的研制,包括用雷达实现长短距的传感。当军方试图提升旋转翼飞机飞行员在沙尘暴等恶劣环境中的视觉时,他们需要研发出更高毫米波雷达系统,而汽车领域已有人解决了这个问题,他们就其直接引进而不再另行开发。

军民尚未融合之处

在射频器件领域,目前大多数半导体器件仍然是定制化的,原因有两个:

一是性能要求比较复杂,民用技术满足不了需求。

二是安全等级要求高,无法保证在商业制造流程中器件不会被植入软/硬件木马,这限制了尤其是远东等地大量企业进入军用制造领域。因为远东地区被认为是伪冒电子元器件的发源地。

停产断档

停产断档是涉足军用电子市场企业必须面临的一个难题,这些企业必须具备数十年的技术支持能力,否则就无法进入该领域。

例子——PAVE PAWS

PAVE相位阵列警告系统(PAWS)是一种大型雷达天线,于上世纪70年代末期研发,80年代部署于科德角运河,MACOM仍在为美军供应基地提供该天线用硅基双极晶体管作为维修备件。

此外,MACOM还为军方其他老旧射频系统和B-52提供二极管。

发展趋势

·通信、电子战和雷达系统将在自适应等架构和算法的发展下统一为同一系统。

·对天线的关注点从天线本身变为对天线的使用方式,将寻求更多的自适应性和收发能力,来辅助实现单一系统提供多个独立系统功能的目标。

·军用传感器系统的挑战是如何高效地将信息传送回命令中心,以及如何保护系统和士兵,功能覆盖从点火控制到目标获取、再到地面目标高精度成像的各个方面。

·有源天线技术将在从通信到雷达,再到电子战的多个应用中普遍存在,对有源天线市场产生最深远影响的将是5G通信。此外,随着相控阵天线在商用领域的大量应用,将进一步降低军用相控阵天线的成本。

补充信息:雷达应用领域比例

未来十年,雷达在飞机、地面、舰船和空间四个领域的应用比例将保持稳定,大约分别是40%、30%、20%和10%。其中,机载雷达的增长将受到飞机/舰船数量比和飞机上所配置雷达天线阵列的增长而驱动。

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