所謂射頻能量應用，即使用受控的電磁輻射加熱物品或者為各種工序提供動能。現階段這種能量一般由磁控管產生，未來將會由全固態半導體鏈產生，即固態射頻能量。固態射頻能量擁有前所未有的控制范圍甚至能量分配，并快速適應不斷變化的負載條件。這項技術具有無限的潛力，到2020年，其市場預計將增長到14億美元。

MACOM公司射頻功率營銷與業務拓展高級總監Mark Murphy

　　據MACOM公司射頻功率營銷與業務拓展高級總監Mark Murphy介紹，固態射頻能量可廣泛應用于微波爐、汽車點火、照明系統，以及包括射頻等離子照明、原料烘干、血液和組織加熱和消融等在內的工業、科學和醫療應用。它具有其他解決方案不具備的優勢：低電壓驅動、半導體式可靠性、較小外形因子以及一個“全固態電子”的印跡。固態射頻能量最激動人心的特性可能是由超高精度補償的快速的頻率、相位、功率捷變。總得來說，該技術實現了前所未有的過程控制范圍，甚至能量分配，以及對不斷變化的負載條件的快速適配。

傳統射頻能量產生

固態射頻能量產生

　　鑒于固態射頻能量作為高效可控的熱源和功率源所具有的諸多優勢，該技術有著不可估量的市場機會，不僅能夠改善現有的射頻能量應用，而且有助于開發新的能量應用。

　　應用一：固態烹飪

　　射頻能量的一個主要目標應用是傳統的微波爐，如今由磁控管供電，高壓真空管主要與磁場相互作用的電子。磁控管具有簡單的開關功能，可控制放入烤箱的能量，平均壽命為500至1000小時。目前，標準連鎖餐廳使用磁控管供電的微波加熱顧客的食物，考慮到每天準備的餐具數量，磁控管微波的壽命非常有限。

　　使用射頻晶體管，微波烹飪可以徹底改變。射頻晶體管產生超高精度、受控的能量場，對控制器的反應非常敏感，從而實現射頻能量的最佳和精確的使用和分配。固態射頻能量通過替代解決方案(包括低電壓驅動、高效率、半導體型可靠性、更小的外形尺寸和固態電子設備占用空間)提供了無法提供的優勢。也許最引人注目的好處是這種技術所帶來的功率敏捷性和超高精度、產生均勻的能量分布、前所未有的過程控制范圍以及快速適應不斷變化的負載條件。此外，固態射頻晶體管很容易使用壽命超過10年。

　　實質上，這意味著通過使用RF能量代替磁控管，我們可以在微波爐中實現固態、高度可控的烹飪。微波爐內的旋轉盤不需要均勻分配熱量。相反，微波爐可以通過程序設定以不同能量的特定區域，最終產生更徹底、更高效的烹飪。

　　應用二：等離子照明

　　等離子燈自發明以來便由磁控管供電，磁控管的平均壽命預計在500至1000小時。在評估等離子燈的價值時，這是一個重要的考慮因素。對此，美國海軍天文臺提供了一種工具來計算給定時間段內的黑夜小時數(即整個太陽低于地平線的時間)。以洛杉磯為例，今年八月份平均每日黑夜時間為10小時9分鐘，一個月的黑夜時間總共為313小時。如果在這些黑夜時間段內持續點亮，則由磁控管供電的等離子燈的使用壽命最短2個月，最長4個月。因此，由于更換燈泡的成本過高，諸如室外、街道、體育場或區域照明的應用將無法從基于磁控管的等離子照明中獲益。

　　不過，利用氮化鎵技術的性能優勢，基于固態射頻能量的等離子照明極大延長了光源的使用壽命，為等離子燈提供了前所未有的市場機會。由于固態射頻能量的高效率和長壽命，等離子照明現在可以為大面積照明應用提供極高的價值。由氮化鎵驅動的射頻能量不僅提供更高的效率和更長的使用壽命，還可實現可控的能量。由射頻能量供電的超高精度燈泡能夠適應時間或者過往行人或車輛的運動，并相應地轉換發出的光。利用射頻能量，電力將不再浪費在空置的地方，這進一步延長了燈泡的壽命。

　　盡管這是一個極具吸引力的概念，但從以往記錄來看，固態芯片的成本結構比磁控管更昂貴，這使射頻能量應用成為一種奢侈品。然而，憑借MACOM的硅基氮化鎵產品的優異效率和增益性能，等離子照明首次有望主宰照明市場。

　　應用三：醫療應用

　　當今的射頻醫療設備轉為加熱生物細胞和組織而設計，適用于射頻/微波消融到細菌滅菌的醫療治療，侵入性極小。與傳統半導體技術相比，采用氮化鎵的射頻醫療設備在精密控制、高功率、更高效率方面更具關鍵優勢：（1）精密控制--氮化鎵能夠在低于3GHz的ISM頻率下提供高效率，同時還支持5.8 GHz及更高頻率。頻率越高，波長越短，這可增強射頻能量場的精密控制。這提高了治療的準確性，同時降低了損傷鄰近組織和器官的風險。（2）高功率、更高效率 -- 氮化鎵的原始功率密度遠遠高于LDMOS，效率提高了10%。 這樣一來，便可將更多的能量引至治療部位，使腫瘤和不需要的組織脫水和/或燒掉，同時在系統級降低功耗和熱限制。

　　射頻/微波消融技術目前通常用于消除癌性腫瘤，而隨著氮化鎵進入射頻醫療設備市場，這一現狀將會得到持續改善。

　　溫熱療法正迅速成為射頻能量的另一個核心目標應用。此療法通常與其他癌癥治療聯合實施，醫生可以使用靶向射頻能量來提高患者癌癥部位身體組織的溫度。受控熱量(104 oF至108oF)作用于癌細胞并減少癌細胞復制，但不妨礙健康細胞中的DNA復制。這項技術具有成為未來幾年主流癌癥治療方法的巨大潛力。

　　未來，基于氮化鎵的射頻醫療設備將用于在輸血和移植時加熱血液和器官。輸血時，射頻能量可以使儲存的冷凍血液迅速而均勻地加熱而不會產生有害毒素，從而在緊急情況下快速輸血。同樣，凍結和快速解凍捐獻的器官而不引起細胞損傷的能力可以延長器官的保存期限，并增加在長時間、長距離的情況下供體/受體成功匹配的可能性。

　　應用四：工業加熱和干燥

　　從工業角度來看，射頻能量并不是一種新技術。多年來，射頻干燥器一直為對傳統方法反應不佳的材料進行工業加熱和干燥。陶瓷、玻璃和玻璃纖維應用需要干燥時不發生開裂的工藝。在其他方法完全失敗時，在許多情況下，射頻能量為干燥這些材料提供了唯一選擇，因為它能以受控的方式除去水分。

　　而射頻技術的創新將使整個加熱和干燥過程實現更高的效率和更優的控制。以前的射頻應用需要使用磁控管來產生能量，但是通過使用半導體器件，整個系統的成本結構會降低，可實現更高的精度和更優的控制。在食品加工、工業加熱和干燥以及能源工業的應用之外，射頻能量還有其他多方面的應用。例如，對于谷物、豆類和種子，射頻干燥方法可以更快速地去除對于谷物、豆類和種子中的水分、縮短加工時間，使作物發揮最大潛力和營養價值；木材、塑料、藥物、紙張和紡織品都可以使用射頻能量來降低工業過程的成本、提高工業過程的效率；射頻能量有望幫助石油公司更多地開采石油，更好地控制石油開采過程，還可以減少浪費、提高投資回報率以及降低加熱和開采過程的成本，同時改變石油開采對環境的影響。

　　硅基GaN：LDMOS首選替代技術

　　以上介紹的所有固態射頻能量應用，要求支持這些系統的射頻器件必須在性能、功率效率、緊湊體積和可靠性中找到最佳平衡，以及推動其成為商業化主流應用的最合理的價格點。這個過程中，射頻器件工藝制程技術的選擇成為關鍵因素。

　　縱觀射頻半導體市場，數十年來，橫向擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)技術一直起主導作用。直至兩三年前，這種平衡發生了轉變，硅基GaN (GaN-on-Si)技術成為接替傳統LDMOS技術的首選技術。

　　與LDMOS相比，硅基氮化鎵的性能優勢已牢固確立--它可提供超過70%的功率效率，將每單位面積的功率提高4到6倍，并且可擴展至高頻率。同時，綜合測試數據已證實，硅基氮化鎵符合嚴格的可靠性要求，其射頻性能和可靠性可媲美甚至超越昂貴的碳化硅基氮化鎵(GaN-on-SiC)替代技術。

　　未來，基于硅基氮化鎵的射頻技術有望取代舊式磁控管和火花塞技術，充分發揮烹飪、照明和汽車點火等商用固態射頻能量應用的價值和潛力，我們相信上述應用的能源/燃料效率以及加熱和照明精度將在不久的將來發生質的飛躍。

MACOM GaN的優勢

　　MACOM提供了射頻和微波行業中唯一包含硅基GaN產品組合，并致力于將將硅基氮化鎵技術應用于主流射頻市場和應用。不久前，MACOM和ST就硅基GaN晶圓的開發達成一項協議，即由ST負責生產，供MACOM在各種射頻應用中使用。通過這項協議，MACOM得以擴大硅基晶圓供應來源，有望提高硅晶圓生產能力，改進成本結構，以取代現有的硅LDMOS技術，還可加速硅基氮化鎵在主流市場的普及。

　　全新射頻能量工具包

　　MACOM推出一款射頻能量系統開發工具包MATK-102425-300，旨在幫助商業OEM快速、輕松地調整其產品設計，從而將基于氮化鎵的射頻能量源融合到烹飪、照明、工業加熱/烘干、醫療/制藥和汽車點火系統等各種應用之中。

　　該工具包也可以單獨或者與其他遠程編程或嵌入任意數量的射頻矢量(功率、相位、頻率、時間和能量)的控制器一起運行復雜配方，以控制復雜或可變的過程。該工具連接到功率放大器時無需特殊集成。對于射頻能量工程師而言，MATK-102425-300可用于控制、優化和工業化射頻能量應用及其相關控制器。

　　與基于LDMOS的同價位晶體管相比，這一射頻能量工具包隨附的MACOM硅基氮化鎵功率晶體管的功率效率最多高出10% ，這是連續波射頻能量應用的一個主要優勢，在持續使用過程中，功效越高，功耗越低且運營成本也越低。這一工具包可幫助系統設計人員簡化和加快產品開發，使其能夠輕松微調射頻能量輸出水平，從而最大限度地提高效率和增強性能。它將MACOM的硅基GaN功率晶體管的優勢與直觀、靈活的軟件和信號控制能力相結合，省去了射頻能源設計階段的推測工作，從而有助于縮短上市時間。

　　Mark Murphy總結到，固態射頻能量技術具有從生活消費品到工業、科學和醫療系統及基礎設施的全方位優勢，有望在未來撼動整個市場劃分。