导读：220W的单管功率在L波段雷达里意味着什么？当射频巨头Qorvo推出QPD1426时，工程师们讨论最多的不是价格，而是散热极限与阵列体积的全新平衡。

“现在的相控阵雷达系统，表面上看是算法在拼精度，藏在天线罩底下的全是在跟热力学硬刚。”在1GHz到2GHz的L波段频段，长久以来都是硅基LDMOS器件的传统主场，成熟度高、单价便宜。但当雷达系统要求探测距离更远、T/R组件做得更轻薄时，硅材料的散热能力和功率密度瓶颈就很难瞒过去了。

▲ 雷达天线阵列与高功率射频前端测试示意图

单管功率压榨到极致的底层支撑

Qorvo推出的QPD1426，核心卖点极其明确：在1.2GHz至1.4GHz的L波段工作范围内，单颗HEMT晶体管砸出了220W的脉冲输出功率。业界对“氮化镓（GaN）”并不陌生，真正决定性能上限的，是后缀的“SiC”（碳化硅衬底）。

在晶圆物理特性上，纯硅衬底的热导率在 $1.5 \text{ W/cm}\cdot\text{K}$ 左右，而碳化硅衬底的热导率能够达到 $4.9 \text{ W/cm}\cdot\text{K}$，接近前者的三倍以上。当脉冲大功率射频信号激发的瞬间，热量能以极快速度从芯片结区传导出去。这种热传导效率让设计师能够在更紧凑的腔体内布置高功率放大电路，直接把天线阵列的物理体积缩减三成以上。

▲ 碳化硅衬底与硅衬底在射频器件中的热传导机制对比

以上三组数据分别对应QPD1426在L波段雷达发射端的核心输出能力、电能转换效率以及具体的目标工作频段。

商业战场上的替换账本

在高功率射频氮化镓领域，市场长期被Qorvo、Wolfspeed以及日本的住友电工（Sumitomo Electric）占据。据Yole Group在2023年第四季度发布的射频半导体市场报告显示，国防雷达与气象观测无线电系统是RF GaN设备需求最稳健的支撑力量。

早在2023年9月，Wolfspeed就宣布通过扩建北卡罗来纳州的8英寸碳化硅衬底产能来压低晶圆单位成本；而Qorvo在2024年初加速推出了多款面向防务与航空频段的功率放大模块，QPD1426正是其将GaN-on-SiC从高端军用向通用高规格商用雷达渗透的典型代表。

▲ 射频功率器件在不同雷达与无线电频段的应用分布

笔者判断，在未来18个月内，随着民航气象雷达与地面固定式有源相控阵系统向高功率密度架构迭代，传统硅基LDMOS在1.2GHz至1.4GHz频段的新增设计方案装机份额将被压缩至20%以下。

虽然单颗GaN-on-SiC芯片的BOM采购成本依然高于LDMOS，但如果把整个射频前端的电源供电系统、冷却风道以及结构件重量进行综合测算，高功率密度所省下的系统级综合成本，早已抹平了半导体材料本身的溢价。第三代半导体在射频领域的竞争，已经从单纯的器件性能比拼，演变为整机系统综合能效的算账游戏。

如果你所在的项目组正准备将L波段雷达模块从LDMOS升级为GaN-on-SiC，在当前节点你会选择直接采用220W这种高单管功率方案，还是继续用低功率多管并联来摊薄散热风险？

来源：半导体前哨

注：本文由作者原创,由联盟编辑整理。文章内容系作者个人观点，宽禁带半导体技术创新联盟转载仅为了传达一种不同的观点，不代表本联盟对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系我们。