射频功率放大器的技术和应用将何去何从？

日本311大地震，令全球电子业界都把目光聚焦到日本半导体产业。相信中国的电子工程师读者同时也会想对相关的日本半导体公司有更多了解，本刊近期就移动终端和4G基站用射频功率放大器(RF Power Amplifier)相关问题访问了三菱电机半导体高频与光器件制作所的总经理林一夫(Hayashi Kazuo)先生。瑞萨电子最早其实就是由三菱电机半导体和日立半导体合并而成，但三菱电机半导体同时保留了大功率以及射频/微波器件等产品线。Hayashi Kazuo自1981年加入三菱电机半导体以来，就专门从事GaAs工艺技术的研究和微波器件的开发，下文是他就三菱电机半导体在射频和高频器件产品线的专有技术、市场策略以及未来规划方面的访谈内容。

三菱电机是否抓住了2010年半导体市场快速反弹的机遇？目前在中国的营收情况如何？大地震是否影响到贵公司的半导体工厂？

伴随着世界经济复苏，三菱电机半导体也顺利恢复并发展壮大。中国通信器材生产厂商发展迅速，特别是中国FTTx在光通信市场的销售扩张，加上低速系统的FP-LD,DFB-LD 以及10Gbps/40Gbps高速系统光模块的销售额扩大，三菱电机在这个领域的营业额规模是上一年度的1.5倍。随着10G-PON和40Gbps/100Gbps新产品投入市场，相信2011年以后本公司事业将进一步扩展。另一方面，虽然高频半导体并没有在光通信行业涉及广泛，但也有所增长，业绩是去年的1.2倍。2011年，三菱电机将在现有基础上为中国手机终端厂商继续提供技术支持，并为中国通信市场发展做出贡献。

幸运的是，地震对三菱与高频光半导体相关的工厂并未造成影响。但是有一部分产品的部件生产商受到了影响，现在正抓紧时间修复。三菱电机一直密切关注并采取相应措施，保证部件的正常采购供应。

未来几年，你认为中国通信市场将发生哪些变化？三菱电机对此的市场策略将是如何？

手机终端领域，中国将会跟欧美一样普及智能手机。为了与数据通信频率高的智能手机相对应，中国在推进3G无线通信系统的同时，也在考虑尽快部署高速大容量的4G系统。我的看法是，继3G TD-SCDMA之后4G TD-LTE将会成为主流，这是相对其他地区的特别之处。目前欧美制造的3G手机占据中国市场较大份额，但预计将来中国制造的移动电话在4G中所占份额会大幅提升。

另外，随着通信量增加，充实基础光纤通讯网以及增设末端无线基站就显得尤为重要。地方高功率输出基站以及城市小型低耗能基站的设立也被提上日程。因此，三菱正考虑开发适合TD-LTE移动终端的功率放大器(PA)，以及适合第二代无线通信基站的高输出功率、高效率、低耗能的GaN HEMT。另外，为了加强对中国客户的技术支持，已在上海设立技术支持基地，充实中国国内的FAE实力。

你如何看待SiC和GaN功率产品的未来发展？当前SiC和GaN器件商业化的瓶颈包括哪些？

三菱电机很早开始就对SiC和GaN半导体进行投资开发。这些新的高耐压材料可以面向大电力使用，通过SiC/GaN半导体来实现大电力开关和大功率放大器等，可以使设备小型轻量，进而实现高效率、低能耗。本公司率先开发出全部使用SiC半导体构成的高机能功率半导体模块，与Si半导体相比，减少约70％的变压器损失，模块体积也减半。用GaN半导体开发出100W级的C波段GaN HEMT高输出放大器，可用于有高可靠性、小型轻量要求的卫星系统上，并且实现了全球最高效率(PAE 60%)。今后，从家用电器电源到无线基站的功率放大器等基础设施，这样高效且小型轻量的SiC/GaN半导体也将广泛使用。批量生产虽然有成本方面的问题，但是可以通过提高成品率来改善性价比。

随着LTE技术的发展，未来手机终端和绿色基站对于射频PA的主要技术需求变化分别有哪些？

与3G系统不同，4G/LTE系统使用OFDM信号。OFDM信号已经广泛应用在像Wimax、Digital TV等通信广播系统中。OFDM调制信号拥有比较高的峰均比(peak to average ratio)。

对于“绿色”基站而言，下行信号用的是“普通”OFDM调制，这意味着基站放大器需要处理高PAR信号。为了满足高PAR要求，研发人员需要提高放大器的线性，然而线性的提升需要牺牲放大器的功率附加效率(PAE)。另一方面，最近在基站中应用越来越普遍的RRH配置，由于自身体积小重量轻，又需要更高效率。于是对4G/LTE而言，射频PA的最大要求就是要同时满足高效率和高线性。

对于移动终端的功率放大器来说，上行信号用的是SC-FDMA模式。 SC-FDMA是降低了PAR的OFDM调制模式。因此对移动终端PA的线性要求比对基站的要低一些。但是，即便是SC-FDMA模式，对4G/LTE PA的线性要求也要远高于3G系统。实现高线性的同时维持较高效率(延长电池寿命)也是移动终端PA的一个挑战。