GaN功放的进步，如何体现在整机能力上

JED 2025年6月射频功率放大器专题深读

图1 原刊第22页的EA-18G舰载机照片，署名美国海军。原图注以AN/ALQ-249下一代干扰机中频段吊舱为例，说明GaN功放已进入具体电子战项目；照片不提供器件效率或整机输出功率的测量结果。

一台放大器标着很大的输出功率，读者很容易把这个数字当作它的全部能力。但器件能够产生多少功率、整机能够输出多少功率，以及长时间工作时能够保持怎样的信号质量，回答的是三个不同的问题。氮化镓带来的变化，恰恰需要沿着这三层关系理解。

Barry Manz在2025年6月JED的专题中，采访了多家射频功率放大器供应商，讨论氮化镓、散热、功率合成和市场需求。[1] 报道呈现出一个清楚的趋势：器件进步扩大了设计空间，整机厂商则要把这种潜力转成可持续、可维护的产品。本文以当期期刊为时间边界，结合原刊图文，区分已经描述的能力、厂商经验与未来预测。

01 材料改变了起点，产品仍有不同取舍

原刊将GaN-on-SiC，即碳化硅衬底氮化镓，视为高功率射频放大的重要推动因素。这个名称包含两层材料：氮化镓承担有源器件的功能，碳化硅是其下方的衬底。只看到“GaN”三个字，还不能知道器件采用什么衬底，更不能完整判断它所在模块的散热与工作条件。

作者强调，GaN-on-SiC的价值来自功率密度、效率与热性能的共同改善。对整机厂商而言，这意味着在原有体积中争取更大能力，或在给定能力下争取更紧凑的产品。它首先扩大可选空间，并没有把电源、散热和封装这些约束从产品中消除。

原刊同时保留了GaN-on-Si的市场位置：对于成本敏感的部分应用，硅衬底仍然有吸引力。这一段值得与前文放在一起读。碳化硅在文中所关注的高性能射频应用里占有优势，并不等于所有氮化镓产品都已改用同一种衬底。不同需求会容纳不同材料路线。

LDMOS也没有从采访中消失。Exodus的Mike Yantz说，该公司在较低频率仍使用LDMOS；Empower RF的Jon Jacocks则强调，它仍对公司业务有贡献。这些回答给出的，是厂商自身产品组合中的分工。采访里出现的频率数字不宜被画成全行业通用的淘汰线，因为带宽、输出要求和成本目标并未在各家回答之间统一。

02 功率密度提高，散热工作反而更重要

“更小的器件提供更多功率”很容易让人产生另一种错觉：既然新材料热性能更好，散热问题就自然解决了。原刊的叙事恰好相反。高功率密度意味着热量更集中，整机设计要持续处理从器件到外部环境的热传递。材料带来的余量，可能很快被更紧凑的布局和更高的输出需求消耗。

这也解释了作者为什么从晶体管写到裸片，再写到冷却系统。封装器件给使用者提供了相对完整的部件边界；采用裸片则把更多封装与热管理责任交给模块厂商。原刊中的受访者倾向于裸片，原因涉及热路径与集成自由度。但这种选择需要与制造能力、装配一致性和质量控制共同考虑，不能只把“裸片”当作性能等级标签。

Ametek CTS的Nick Jones认为，其裸片方案有助于提高功率密度和平均无故障时间。这是原刊记录的厂商经验，而文章没有附上不同封装方案在相同条件下的寿命统计。编辑理解是，热路径改进可以成为可靠性工作的组成部分；要判断可靠性提高了多少，还需要具体产品与使用条件下的证据。

同样，原文提到碳化硅与硅的导热性能差异时，没有给出完整的材料与温度条件。把这类材料比较直接转换成整机温度按相同比例下降，会跨过多个没有被测量的环节。阅读材料优势时，保留材料层面的含义，才能避免把一项局部改进写成全系统保证。

03 金刚石受到关注，关键在于它被放在哪里

原刊接着介绍金刚石散热材料，并谈到Element Six等机构的长期研究。金刚石在这里受到关注，是因为其导热能力；但文章也强调加工、材料结合和成本方面的困难。散热材料具有优异性质，与它能以稳定工艺进入量产产品，属于两个阶段的问题。

报道中有两类容易被混写的工作。一类把金刚石用作器件附近的热扩散材料，帮助热量分散；另一类探索与GaN晶圆更直接的结合。这两种描述处于不同的结构层次，不能因为都出现了金刚石，就把已有散热部件写成GaN-on-diamond器件已经全面量产。

文中还转述研究中器件温度降低超过40摄氏度的结果。由于报道没有展开完整试验条件，这个数字应保留在所述研究背景内，不能成为所有放大器改用金刚石之后的统一降温承诺。对读者更有用的信息是，材料研究正试图改善热路径中的具体环节，而应用效果仍依赖相应器件和封装。

当视角扩大到整机，风冷、液冷以及更复杂的冷却方式又各有适用条件。原刊用标准机架形式容纳较高射频输出的例子，展示液冷支持紧凑产品的潜力。不过，“19英寸机架”只是机架形式的描述，不能据此得出整套设备连同外部冷却设施的总体积。

这里的编辑判断是：紧凑性要沿着产品边界比较。若一个数字只统计放大器机箱，另一个数字还包含外部供电与散热，二者的体积和重量就没有共同口径。讨论液冷的价值时，把配套设施计入相应层次，才能看清它将负担转移到了哪里。

04 功率表上的瓦数，需要带着条件阅读

原刊反复谈到功率合成，因为多只器件或多个模块的输出总和，并不等于最终端口能够交付的功率。中间环节存在损耗，整机还要满足自己的工作条件。用户拿到的是一个产品端口的性能承诺，不能用内部器件数量乘以单只器件标称值，代替整机规格。

Teledyne的Tim Sheerin在采访中用模块合成说明这种差别。他又提到，公司常把线性输出功率与饱和功率分开说明，并给出自己产品中的典型关系。应当保留“典型”及公司语境：线性功率不是所有放大器都按同一个比例从饱和功率换算出来的固定数值。

饱和功率强调放大器接近输出能力上限时的表现；线性功率则要联系信号失真要求。原刊讨论卫星通信时提到互调失真，正是在提示这个区别。一个面向信号质量的使用条件，可能比产品宣传中最大的瓦数更接近实际工作点。

连续波与脉冲描述的是另一条维度。它们说明功率随时间怎样出现，而线性与饱和说明的是输入输出关系所处的状态。这两组词不能相互替代。若规格只给出峰值而没有相应工作条件，就不宜将它与连续输出数字并列排序。

功率合成方式同样是原文的主题。其中corporate combining指树状、多级的合成结构，并非企业之间的商业合作。原刊还讨论空间合成。对产业报道的读者，首先应理解它们是把多个单元组织成整机的不同技术路线；文章没有提供统一条件下的比较试验，不能只凭路线名称判断哪一家产品更强。

表1 同样写着功率，含义可能不同

05 数字控制把维护能力带进功放产品

功率放大器越来越像一套受控系统，而不只是一个产生射频输出的盒子。原刊介绍，厂商利用微处理器、微控制器和FPGA监测温度、电源以及输出和反射功率等状态，并提供远程操作与诊断功能。这些能力让使用者能够看到设备内部的部分变化，也使故障处理有了更明确的信息依据。

Empower RF的Jacocks举例说，设备可以识别某个功率单元的问题，并在能力降低的情况下继续维持运行。这类设计所改善的是故障发生后的服务连续性。它并不意味着每个部件都不会失效，也不意味着故障后的输出仍与健康状态完全相同。

Teledyne受访者在谈PowerMAX时使用“五个九”的说法，原文随后将它解释为99.999%的时间可用。按这一定义，应理解为可用性表述，而不能直接改写成单个器件的无故障概率。可靠性关注失效行为，可用性还与出现故障之后能否继续服务、如何恢复有关。

本文保留厂商对可用性的主张，但原刊未给出完整的统计时间窗、服务判据和维护条件。因此，这个百分比不足以支持跨产品排名，更不能拿来证明某套系统在任何环境中都保持同样水平。它真正提醒读者的是：冗余、诊断和维修安排，也会进入整机能力的定义。

作者认为，所采访的机架式和台式产品尚不需要依赖人工智能来完成这些控制工作。这一观察有明确的对象范围。常规数字控制已经能完成不少监测与保护任务，不等于AI在全部射频产品中都没有用途；反过来，产品增加AI标签，也不能代替一项可核对的可靠性或维护收益。

06 同一类器件，连接着几种不同市场

图2 原刊第28页的Gripen飞机与Arexis吊舱照片，署名Saab。原图注说明吊舱使用GaN技术。它展示的是技术进入平台的一个实例，不宜据此推算所有采用GaN的系统具有相同功率或效果。

原刊的市场采访涉及电子战、卫星通信、电磁兼容测试和其他试验需求。它们都使用射频功率放大器，但关注的产品形态和性能组合并不相同。卫星通信看重的信号质量、实验室设备的操作与保障需求、平台产品的尺寸约束，会把同一类基础器件带向不同的产品设计。

Teledyne称，卫星通信仍是其最大的市场，高功率电子战产品在其组合中当时占比较小，但公司正在加大相关投入。受访者还预期，S波段业务在公司业务中的比例可能由此前15%至20%，上升至下一年约50%。这是公司业务结构的预测，既不是已经实现的结果，也不是全球S波段市场份额。

这里尤其要看清分母。公司某类业务占比上升，可能与该类业务增长有关，也可能同时受到其他业务变化影响；仅凭一个比例不能还原总规模。原刊没有给出足以计算这项预测的完整收入数据，因而不宜把它转成精确的行业增速或市场规模。

AR在采访中强调，高频固态放大器正在替代一部分行波管产品；Empower RF则谈到订单积压与扩充能力。不同企业从自己的客户和产品组合观察市场，形成的侧重点自然不同。把这些回答放在一起，能够看见需求增长的多个来源，却不能将所有公司的乐观表态相加，得到一个经过统计的统一预测。

07 频率向上走，行波管仍有自己的位置

文章后段并没有沿着“新材料终将立即取代旧技术”的单线叙事结束。多位受访者在谈更高频率时，又回到单只器件功率、合成损耗、成本和系统复杂度。固态器件不断进步，并不表示所有频率、所有输出规模都同时抵达了相同的工程成熟度。

原刊因此专门讨论行波管放大器仍在使用的原因，尤其提到更高频率和较高输出要求下的应用。Teledyne介绍，其部分高频产品仍主要采用这条路线。这一陈述描述当时的产品分工，比简单宣布某项技术“已经过时”更接近采访呈现的实际情况。

同样，文中不同厂商谈及高频功率的数字，看似相近，所指对象却可能不同：有的是器件，有的是模块，有的是整机；有的谈现有产品，有的谈正在开发的目标。频率覆盖范围也不总相同。未经统一这些条件，一张按瓦数从高到低排列的表，反而会遮住真正需要理解的差异。

一个特别容易误读的例子是200 GHz。原刊提到Teledyne相关部门能制造达到这一频率的器件，紧接着就说明这些器件面向低功率应用。如果摘掉后一项限定，它会被误传成200 GHz大功率放大器已达到成熟供货水平。频率前沿与高功率前沿可以同时进步，但不能将两条进展拼成一件并不存在的产品。

从这些采访可以作出的编辑判断是，技术分界会随器件和制造能力变化而移动，但它不是一条由单个年份或单个频率决定的直线。观察固态与行波管的关系，需要落到具体产品类别，并保留输出、带宽、成本和使用条件这几项约束。

08 读产业链，还要核对名称背后的业务边界

GaN的发展也伴随企业和业务归属变化。原刊回顾Cree时，把Wolfspeed的关系写得含混。Wolfspeed在2021年10月4日公告中确认，原Cree公司正式采用Wolfspeed名称。[2] 到本文讨论的2025年，不能仍将这件事简单描述成Cree拥有一家同名子公司。

另一个与射频供应链直接相关的节点是，MACOM在2023年12月4日公告，已于同月2日完成收购Wolfspeed的射频业务。[3] 这一交易的对象是射频业务；它不等于收购Wolfspeed整家公司，也不宜被扩大成后者全部碳化硅业务一并转移。

这些历史信息能帮助读者区分技术来源、品牌名称与当时的业务归属。一个器件工艺可能经历多年积累，其供应方名称却在这段时间内变化。阅读原刊照片、采访和历史回顾时，先确定所指年份，再识别公司实体，产业链关系才不会前后错位。

原刊还有受访者对本土供应商数量的估计。由于没有给出一致的“本土制造”范围及完整名录，本文不把这种采访判断当作供应链普查结果。原材料、晶圆、封装、模块和整机可以处在不同生产环节，企业注册地并不能独自回答一件产品的完整来源。

把器件优势放回产品的工作条件

这篇报道最有价值的线索，是把材料、封装、热管理、输出口径、维护和市场需求放在了同一条产品链上。GaN-on-SiC提供新的可能，整机能力则由这条链上的多个环节共同形成。真正可比较的进步，应当体现在清楚的产品边界和使用条件之内：输出来自哪个端口，信号质量满足什么要求，故障之后还能维持怎样的服务，以及哪些数字已经属于产品、哪些仍然属于展望。

资料来源与说明

[1] Barry Manz. Delivering More Power – GaN Continues to Supercharge Electronic Attack. JED，2025年6月，第20—24、26、28—30页。

[2] Wolfspeed，公司由Cree正式更名为Wolfspeed的公告，2021年10月4日。

[3] MACOM，完成收购Wolfspeed射频业务的公告，2023年12月4日。