电子战和雷达系统中的南宫在线官方网 固态功率放大器：现状与趋势

Terry Edwards, Engalco-Research, Bridlington, U.K.

几十年来，南宫在线官方网 电子工业一直表现出强劲的市场增长势头，尤其是固态元件，包括固态功率放大器（SSPA）。¹ 本文重点介绍这类放大器在各种电子战（EW）和雷达系统中的应用。它提供了背景信息和一些预测数据，表明了到 2030 年市场的预期进展。

完整的南宫在线官方网 系统需要在输入端和天线之间进行大量的信号处理。本文的重点是通信系统、预警（包括干扰）和雷达。紧靠天线"后面"的传输侧始终需要一个南宫在线官方网 功率放大器（PA）。如今，功率放大器几乎普遍采用固态半导体技术。

南宫在线官方网 SSPA 技术选项概述

本文重点介绍基于南宫在线官方网 模块的 SSPA。对于雷达应用（不包括有源电子扫描阵列 (AESA)），重点是那些集成了 SSPA 模块或相关 MMIC 的系统。基于 MMIC 的中低功率 SSPA 通常采用 QFN 封装。较高功率的 SSPA 采用金属外壳封装，需要冷却。直到最近，行波管（TWT）器件还经常满足南宫在线官方网 功率放大器的要求，但现在半导体已占据主导地位。在行波管放大器（TWTA）中偶尔会使用 SSPA 和 TWT 的组合。在这种情况下，TWT 由 SSPA 驱动。不过，本文的重点完全在于 EW 中使用的南宫在线官方网 SSPA，主要用于干扰应用和军用雷达应用。图1 显示了 EW 应用中使用的典型干扰吊舱——下一代干扰器。这类系统紧贴飞机的金属蒙皮安装。诺斯罗普-格鲁曼公司的 AN/SPQ-9B 多模 X 波段脉冲多普勒雷达示例见图2。

图1 干扰吊舱。资料来源：L3Harris 公司。

图2 诺斯罗普-格鲁曼公司的 AN/SPQ-9B 雷达。资料来源：诺斯罗普-格鲁曼公司。

据诺斯罗普-格鲁曼公司称，他们的 AN/SPQ-9B 可以探测所有已知和预计的掠海导弹。在这种应用中，南宫在线官方网 SSPA 包装在铝盒中，并配有 SMA 连接器。

SSPA 有多个参数，但射频输出功率几乎总是首要考虑因素。输出功率从几瓦（30 到 40 dBm）到几千瓦不等。射频功率输出可以是用于电子战的连续波（CW），也可以是用于雷达系统的典型占空比为 10:1 的脉冲。本文将 SSPA 分为中功率放大器 (MPA)、大功率放大器 (HPA) 和超大功率放大器 (VHPA)。表 1 显示了这些分类的情况。

这些放大器一般具有以下特点：

MPA（CW）：最常见的是采用 QFN 封装的砷化镓 MMIC，直流电源电压通常在 12 V 左右。

HPA（CW）：基于氮化镓的 MMIC，功率从几十瓦到几百瓦不等。混合电路用于较高功率，LDMOS 用于较低频率。直流电源电压通常为 40 V。通常使用多个晶体管或托盘，并经常采用平衡电路配置，¹ 每个平衡电路至少需要两个晶体管或 MMIC。这意味着一个托盘中可能有 20 个晶体管或 MMIC 用于 10 个并联电路。

VHPA：电路使用 LDMOS 或 GaN 分立晶体管。它们用于雷达脉冲应用，峰值功率达到几千瓦并不罕见。直流电源电压通常约为 100 V 或更高。与 HPA 一样，通常使用多个并联块，并采用平衡电路配置。

GaN HEMT 器件通常采用碳化硅基氮化镓技术。在可能的情况下使用 MMIC，但混合电路中的分立晶体管可能是更高南宫在线官方网 功率级别的最佳解决方案。大多数 EW 系统应用需要使用 CW 系统，而大多数非 AESA 雷达系统则常用脉冲放大器。这些系统通常工作在 L 波段（0.3 至 2 GHz）、S 波段（2 至 4 GHz）、C 波段（4 至 8 GHz）、X 波段（8 至 12 GHz）、Ku 波段（12.4 至 18 GHz）和 Ka 波段（26.5 至 40 GHz）。在某些情况下，还可使用国际电信联盟的 UHF（0.3 至 3 GHz）和 SHF（3 至 30 GHz）频段名称。

图3 显示了 CML Micro Compound Semiconductor 设计团队开发的基于 MMIC 的 Ka 波段 SSPA。该 SSPA 使用 PRFI 设计的六个基于氮化镓的 MMIC。其中两个 MMIC 靠近输入端，其余四个靠近输出端。该器件的工作占空比为 10%，在 27.5 至 31 GHz 范围内提供 5.5 W 的平均输出功率。

图3 CMX90A705A6，基于 MMIC 的 Ka 波段 SSPA。资料来源：CML Micro Compound Semiconductor 设计团队。

南宫在线官方网 SSPA制造商（OEM）

许多公司都提供各种类型的南宫在线官方网 SSPA，其中大多数公司的总部都在美国。领先的原始设备制造商（OEM）包括总体市场领导者 Stellant Systems、Kratos Defense、MACOM、CPI、Mercury Systems、MtronPTI、Qorvo、RFHIC、CAES（最近被霍尼韦尔收购）和 Nanowave Technology。Stellant、Kratos、MACOM 和 CPI 依次领先。^(2,3)。

在所引用的参考文献中，共有 56 家原始设备制造商，其中大约四分之三的原始设备制造商的员工人数在 1 到 300 人之间，因此这些公司并不是大型企业集团。其中许多公司要么专门从事南宫在线官方网 SSPA 的制造，要么这些产品在其整个产品组合中占有重要地位。图4 显示了按员工人数分列的原始设备制造商分布情况。该图使用的是典型数字而非实际数据³。

图4 OEM 数量与员工人数的关系。

图4 显示的分布很典型，因为它几乎适用于所有电子组装。分布情况表明，大多数原始设备制造商都是雇员不超过 300 人的中小型企业。公司数量在 21 至 100 名员工的范围内达到顶峰，随后出现下降。随后，大型和超大型公司的数量出现适度增长。对于雇员超过 1000 人的这一类公司来说，南宫在线官方网 SSPA 在其整个产品组合中所占的比例一直较小。

从公司所在地来看，美国公司数量最多。这些公司中的大多数（18 家）位于加利福尼亚州。英国排名第二，有 5 家原始设备制造商，但大多数规模很小。韩国排名第三，有四家原始设备制造商总部设在韩国。在这方面，京畿道高科技国防相关产业集群尤为重要。

就整个市场而言，MMIC 或芯片组的收入总是大大低于整个南宫在线官方网 SSPA 和系统的价值。SSPA 需要额外的数字、处理和射频功能。它将安装在某种类型的外壳中，与包含天线的系统其余部分进行电气和射频连接，而天线通常是最昂贵的组件。此外，可能还需要一些冷却装置，特别是 HPA 和 VHPA。这可能需要强制空气冷却，但在某些情况下，如 EW 应用中使用的机载干扰吊舱，自然气流可提供大量飞行冷却。

电子战和雷达系统市场份额

系统供应商的进步和发展是模块和子系统制造商的主要驱动力。因此，预测数据已考虑到与这些系统相关的动态。预测报告在很大程度上依赖于对行业、参与者和技术的初级和二级研究。

对于南宫在线官方网 SSPA 系列的每个产品类别，预测列出了 2023 年至 2030 年期间的总可触及市场 (TAM) 数据。在这种情况下，TAM 针对的是商家市场，即通过分销商、代理商、销售子公司或直接从原始设备制造商处广泛销售的市场部分。总市场还包括自用市场部分，即系统原始设备制造商使用内部制造的设备。估算自用收入是不可行的，因为这需要了解每家公司的内部转移因素。简单的关系是TAM =（总市场）-（自用市场）。

自用市场可能很大，尤其是在国防领域。出于一系列技术、安全和商业原因，国防承包商可能更愿意保留对电子设计、知识产权和制造能力的控制。Engalco-Research 对南宫在线官方网 SSPA TAM 以及 EW 和雷达应用分布的最新预测见图5。值得注意的是，中国的国防开支仅次于美国。然而，初级和二级研究的方法，加上当前的地缘政治局势，无法对中国的活动做出可靠而准确的估计。

图5 电子战和雷达系统 TAM。

图5 显示，用于预警应用的南宫在线官方网 SSPA 收入一直超过雷达应用的收入。在预测期内，EW 市场份额将出现缓慢但稳定的增长。预计到 2026 年，全球 TAM 将超过 10 亿美元。我们预计，在预测期内，该市场收入的同比增长率将从 5% 到略高于 6%。预计在后期，增长率将略有下降。

就地区而言，北美，主要是美国，始终引领市场。这里有 L3Harris、Northrop Grumman 和 Raytheon 等一级公司。欧洲是第二大地区，拥有 BAE 系统公司、莱昂纳多公司和泰雷兹公司等一级公司。以色列由于面临地缘政治挑战，在预测中排名第三，供应商包括埃尔比特系统公司、以色列航空航天工业公司和拉斐尔先进防御系统公司。东南亚主要由澳大利亚、印度、日本和韩国驱动，在预测期内占据第四位。

按产品类别和频段划分的市场份额

从图6 中可以明显看出 HPA 的重要性。这些功率放大器可应用于 X 波段（最显著）和 Ku 波段系统中的 EW 和雷达应用。VHPA 的收入也很可观，主要是因为这些放大器的单价相对较高。值得注意的是，图6 中给出的市场份额是以收入而非数量计算的。放大器的售价往往随着所需输出功率的增加而提高。MPA 类功率放大器的平均单价往往是所有三个类别中最低的。这导致该类别在 2024 年的收入最小，市场份额为 16%。

图6 按 2024 年收入分列的南宫在线官方网 SSPA 产品类别³

按频段划分也显示出一些有趣的结果。图7 显示了 2024 年三个南宫在线官方网 SSPA 类别在两个不同频段上的雷达和电子战预期综合收入。同样，HPA 部分占总收入的一半以上。SHF HPA 主要用于 EW。其次是 SHF 频率范围内的 VHPA。这些功率放大器既可用于雷达，也可用于 EW，其中雷达份额以微弱优势领先于 EW 份额。UHF MPA 所占的份额同样最小。这一机会主要由用于 EW 应用的 QFN 封装 MMIC 提供。由于图7 使用了 更宽泛的 SHF 和 UHF 频率名称，因此有必要指出，X 波段应用在 SHF 频率范围内占主导地位。在实践中，这些 X 波段 SSPA 可在 8 至 10 GHz 等频段内工作，而不是整个 8 至 12 GHz 频段。

图7 2024 年按频段分列的南宫在线官方网 SSPA TAM 份额。

图8 显示了以台数计算的南宫在线官方网 SSPA 市场份额。这一数据描绘了一幅截然不同的图景。从数量来看，MPA 类别的市场份额最大，预计 2024 年的市场份额为 45%。这与图6 中的收入市场份额情况形成了鲜明对比，反映出这些产品价格低、产量大，通常作为 MMIC 实现。从产量的角度来看，HPA 类别紧随其后，预计 2024 年的市场份额为 30%。

图8 2024 南宫在线官方网 SSPA 出货功率水平。

结 论

南宫在线官方网 SSPA的军事应用已得到广泛认可，这些器件对系统性能至关重要。这些产品正在以更高的功率水平逐步取代 TWTA，我们相信这一趋势将持续下去。系统在射频功率水平不断降低的大趋势也将继续有利于固态放大器。由于几家强大而有效的原始设备制造商已在市场上站稳了脚跟，任何新进入者都很难真正打入这些市场。新进入者必须展示出强大和极具竞争力的产品，才能在要求极高的 EW 和军用雷达市场占有一席之地。公司的扩张将主要通过收购，而不是有机增长。

参考资料（略，见英文原文）

注：本文用软件翻译经人工快速校对，仅供参考，请以英文原文为准：https://www.microwavejournal.com/articles/43237