一文了解GaN应用领域

随着技术进步，GaN 越来越受工程师的青睐。今天就带大家了解一下GaN具体的应用领域。

一．军事和航天领域的应用

军事卫星

由于 GaN 比其他半导体技术更可靠、功率更高且更坚固耐用，随着制造商开始从行波管放大器 (TWTA) 和 GaAs 技术转向 GaN 技术，GaN 在这些系统中发挥着越来越重要的作用。

随着功率密度的增加，GaN 使固态单芯片微波集成电路 (MMIC) 的组合达到了以前只有 TWTA 才能实现的功率水平。例如 Qorvo 的 Spatium，它采用已获专利的空间组合技术来提高射频功率、高效率和宽带工作频率。

Spatium 采用宽带对极鳍线天线向 / 从超大的同轴波导发射，分裂成多个微带电路。

雷达

卫星网络中的射频前端 (RFFE) 将越来越多地利用 GaN 等高功率固态宽带技术。GaN 性能的持续提高有助于在 AESA 系统中提供高功率输出的解决方案。

GaN 技术的主要优势可以归结为包括线性度、功率、效率、可靠性、尺寸和重量在内的几个属性。在 AESE 系统中，可靠性极其重要，GaN 能够在更高信道温度条件下可靠运行。

GaN MMIC 的高 PAE 意味着，在特定输出功率下功耗更低，散热要求更低，运行成本更低。

此外，在雷达平台中使用高增益、高 PEA GaN MMIC 可缩减整个系统的尺寸和成本。这有助于满足新型 AESA 雷达系统更严格的尺寸、重量、功率和成本 (SWaP-C) 要求。在必须实现重量和尺寸最小化的航空航天系统中，满足 SWaP-C 要求极其重要。

电子战

EW 应用需要采用具有宽带功率和效率、小尺寸和最小重量的电子元件。这些系统还必须在较高工作温度条件下运行，具有较高可靠性，并且能够在极其恶劣的环境下工作。因此，像 GaN 和 GaAs 这样的技术被广泛使用，而且在 EW 领域，我们继续见证了基于管的系统向固态 GaN 和 GaAs 技术过渡的过程。

结合 GaN MMIC 技术和 GaN 封装的进步，进一步加速了解决方案的交付，这些解决方案可提高带宽，缩小外形尺寸，提高散热性能，并为 EW 应用提供低成本塑料封装。随着承包商寻求开发更小巧、更宽带宽、更高容量、更低成本和更强大的 EW 解决方案，GaN 成为新技术的首选。

二．商业应用中的用途

5G 基础设施

5G 迅速采用 GaN 的原因主要有三个 ：满足增加功率输出、更高工作频率和更低功耗的需求。由于 PA 在 5G RFFE 中消耗的能量最多，系统设计人员将重点放在提高放大器效率上。幸运的是，效率是 GaN 的关键属性之一。

GaN 可将许多基础设施应用的能效提升至新高度。GaN 可降低系统功耗，从而节省运营商成本，使系统更“环保”。

对于 FWA 来说，要达到其目标千兆速度，则必须实现非常高的输出功率。如图 4-2 中所示，高效 GaN Doherty PA 能够轻松满足 65 dBm 全向性辐射功率 (EIRP) 要求。

图 4-2 ：天线阵列元件数量和 RFFE 工艺技术之间的权衡

GaN 具有较高的天线增益和较低的噪声系数，因为这些参数由波形成型增益确定。为了使用均匀矩形阵列实现 65 dBm EIRP，每个通道的 PA 功率输出将随着元件数量的增加而减少，如图 4-2 中所示。由于 GaN 每个信道的功率大于硅，所以使用 GaN 技术，天线阵列能够用更少的有源元件实现所需的功率输出。

有线宽带应用

选择 HFC 放大器时，线性度和效率是主要考虑因素，这就是为什么 GaN 是主要的技术选择。GaN 的高效性能可以实现更高的线性输出功率和较低的 DC 功耗。这样一来，有线电视设计人员就可以实现更宽的带宽和更高的数据速率，同时延长放大器之间的距离，并最大限度地提高可靠性。

商业卫星

GaN 和 GaAs 为实现各种各样的商用卫星通信应用提供支持，例如 5G 回程、超高清电视传输、移动卫星通信、飞机乘客互联网接入，以及单人可携带的（便携式）终端。

这些趋势就是制造商从基于管的系统向支持更高数据吞吐量和更小尺寸的固态设备（如 GaN）转变的原因所在。在商业卫星通信应用领域，GaN 具备显著的高功率放大优势。此外，GaN 支持卫星通信中使用的高频波段，如 X、Ku、K 和 Ka 波段。

正如军用和航空航天卫星应用开始放弃使用 TWTA 一样，商业卫星解决方案也正在经历同样的转变。这种转变是由 MMIC 或空间组合产品（如 Qorvo 的 Spatium）中使用的固态 GaN 驱动的，这些产品具有即时导通能力、所需的低电压轨、更低的噪声系数和更高的可靠性。

在5G 世代中，GaN 已经是不可缺少的重要原料，随着 GaN 技术的不断发展，其市场增长将继续加速。想进一步了解GaN 的美好未来的工程师朋友可以点击阅读原文。