隨著無人機系統(tǒng)電子器件占地面積持續(xù)縮小，對尺寸、重量和功率（SWaP）持續(xù)減小的要求使射頻和微波設計人員尋求創(chuàng)新方法來解決這些問題，同時提高電子器件性能并增強無人機平臺功能。MACOM公司、水星系統(tǒng)公司和科巴姆公司相關負責人員就射頻和微波設計領域創(chuàng)新和應用等方面發(fā)表自己觀點，具體如下。

隨著軍事無人機系統(tǒng)日益成為情報、監(jiān)視和偵察、電子戰(zhàn)和信號情報等多任務處理平臺，如何將上述這些能力在無人機系統(tǒng)中進行封裝，且電子元器件的占地面積要小，為射頻和微波設計人員帶來不小壓力。

無人機系統(tǒng)對SWaP的嚴格要求為設計人員帶來巨大挑戰(zhàn)

MACOM公司負責戰(zhàn)略的副總裁Doug Carlson表示，目前，無人新系統(tǒng)從小型無人機到大型無人機系統(tǒng)都為設計人員帶來了巨大挑戰(zhàn)。過去10年間，尺寸、重量、功率和成本（SWaP-C）始終是軍事用戶設計的關鍵重點。多年前，MACOM公司的首個單芯片微波集成電路解決方案之一是用于小型無人機數(shù)據(jù)鏈路的Ku波段器件，其目標是使無人機小巧輕便。與過去相比，目前的射頻組件必須比以前更小、更高集成度和更輕，為無人機小型平臺履行更多使命提供條件。同時，功率也是無人系統(tǒng)設計中的一個大問題。在成本方面，Carlson認為，成本始終是設計這些系統(tǒng)的主要決定因素，從而高效、集成化、成本敏感型和緊湊的射頻組件成為無人系統(tǒng)的基本選擇。

科巴姆先進電子解決方案公司先進技術部技術總監(jiān)David Markman表示，除了空間限制外，目前大多數(shù)射頻和微波信號都是數(shù)字化生成和檢測的，這使用戶能夠?qū)崟r重新配置系統(tǒng)。

水星系統(tǒng)公司射頻和微波解決方案事業(yè)部副總裁兼總經(jīng)理Kevin Beals表示，當前無人系統(tǒng)設計面臨的一個主要障礙是：無人機系統(tǒng)日益普及，擁有更多功能的無人系統(tǒng)需要更多新一代傳感器實現(xiàn)這些功能，從而支持更高的數(shù)據(jù)速率和傳輸距離。在處理SWaP受限系統(tǒng)時，射頻和微波設計人員將這種整體平臺設計考慮在內(nèi)。另一個復雜考慮因素是用戶正在尋求更多適用于大型無人平臺的技術，例如將電子戰(zhàn)技術用于無人系統(tǒng)。

Beals指出，“射頻和微波設計的趨勢不能完全與數(shù)字領域分離。對于像無人駕駛車輛這樣的空間受限應用，我們也看到了射頻和數(shù)字技術的融合。水星系統(tǒng)公司構建‘圍繞模塊化開放系統(tǒng)架構（OpenVPX和OpenRFM）預先集成的射頻和數(shù)字化解決方案’”，如圖1。在成本方面，Beals認為，這些設計方面的挑戰(zhàn)“對射頻和微波行業(yè)意味著SWaP-C的要求比以往任何時候都更加極端。首先，軍事用戶正在尋求更高的性能和效率；其次，更小的外形尺寸；第三，通過規(guī)模經(jīng)濟節(jié)省成本。

圖1 水星系統(tǒng)公司小型化堅固型射頻多芯片模塊

SWaP環(huán)境衍生出定制化解決方案

如果沒有考慮設計SWaP受限的環(huán)境，無人系統(tǒng)設計就不可能實現(xiàn)。MACOM公司負責戰(zhàn)略的副總裁Doug Carlson表示，實現(xiàn)當前SWaP要求的系統(tǒng)性能優(yōu)化正在推動像MACOM這樣的公司利用多種技術的異構集成進行創(chuàng)新，以達到最佳集成水平，并且在所需的占地面積內(nèi)具有理想的效率水平。這可能包括，例如合并諸如二極管開關、砷化鎵低噪放大器、砷化鎵襯底上氮化鎵功率放大器等GaAs LNA或絕緣體上硅基控制組件，全部采用單一封裝解決方案。為SWaP環(huán)境設計意味著定制解決方案。通常在軍事領域，射頻組件解決方案往往會針對特定的終端系統(tǒng)應用進行高度定制，而不是采用商用現(xiàn)成（COTS）的方式，如圖2。

圖2減小的尺寸、重量、功率和成本的設計現(xiàn)狀：定制射頻元件

定制解決方案意味著用戶的使命目標決定了設計?？瓢湍废冗M電子解決方案公司先進技術部技術總監(jiān)David Markman表示，SWaP和成本是當今大多數(shù)設計的主要考慮因素。在很多情況下，這些設計參數(shù)是固定的，這通常會導致客戶產(chǎn)生在SWaP和成本限制下能實現(xiàn)何種性能的疑問。

水星系統(tǒng)公司射頻和微波解決方案事業(yè)部副總裁兼總經(jīng)理Kevin Beals認為，需要這種定制解決方案的無人機系統(tǒng)影響是水星系統(tǒng)公司的設計戰(zhàn)略和制造流程。對于后者，該公司設計團隊與制造團隊緊密合作，以確保實現(xiàn)無縫、經(jīng)濟高效的過渡，從而將初始概念加速到批量生產(chǎn)。無人系統(tǒng)的設計限制推動了射頻領域的創(chuàng)新，無人系統(tǒng)正在推動設計工程師將技術、先進的非線性建模和可制造性融合在一起，以實現(xiàn)之前不可能實現(xiàn)的目標。例如，水星系統(tǒng)公司開發(fā)了一款GaN固態(tài)功率放大器，可以在不妥協(xié)的情況下實現(xiàn)三個看似相互競爭的優(yōu)先事項：高效率、高可靠性和擴展范圍。

另外，該公司已經(jīng)開發(fā)和完善了一套獨特的技術構建模塊，用于這些SWaP限制的應用程序，這將節(jié)省成本。例如，該公司通過采用球柵陣列技術的多層電路板實現(xiàn)了先進的封裝技術，實現(xiàn)了令人難以置信的小尺寸和高封裝密度。同時，該公司優(yōu)化了創(chuàng)新的射頻和數(shù)字構建模塊的集成，以同時解決性能和SWaP受限。

未來電路板中也將集成情報、監(jiān)視和偵察、電子戰(zhàn)等功能

無人機系統(tǒng)有效載荷在某些應用中推動使用射頻和微波組件。雷達和電子戰(zhàn)系統(tǒng)也越來越多地將射頻和微波集成至無人系統(tǒng)中，以實現(xiàn)更快速、多方面的任務。

MACOM公司負責戰(zhàn)略的副總裁Doug Carlson表示，有些人認為，與無人機通信相比，情報、監(jiān)視和偵察系統(tǒng)有效載荷通常囊括最高的射頻內(nèi)容。ISR系統(tǒng)通常以陣列形式實現(xiàn)。實質(zhì)上，無人機通信是帶有單個射頻信道的無線電。

科巴姆先進電子解決方案公司先進技術部技術總監(jiān)David Markman指出，大批量生產(chǎn)的通信終端也能驅(qū)動射頻內(nèi)容，大型有源相控陣具有大量組件數(shù)量，這與元件數(shù)量成正比。

水星系統(tǒng)公司射頻和微波解決方案事業(yè)部副總裁兼總經(jīng)理Kevin Beals認為，雷達和電子戰(zhàn)系統(tǒng)是兩個射頻領域應用的例子，無人駕駛車輛需要在任意天氣條件下?lián)頂D的環(huán)境進行導航。這些環(huán)境包括靜止目標和潛在的其他無人運動系統(tǒng)。無人駕駛車輛之間的避碰和通信現(xiàn)在是一項要求。對于無人機來說，還需要考慮提高著陸方法的精確度。在無人系統(tǒng)中嵌入毫米波技術使得在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境條件和/或擁擠的環(huán)境中成功和失敗的任務有所不同。通常情況下，雖然我們不會將電子戰(zhàn)功能與無人駕駛車輛聯(lián)系起來，但這對未來而言是一種改變游戲規(guī)則的技術，尤其是當受保護的資產(chǎn)具有較高的貨幣或戰(zhàn)略價值時。僅舉一個例子，小型化數(shù)字射頻存儲器模塊形式的自我保護能力提高了面對電子攻擊時任務成功的幾率。在更大的平臺上提供的任何電子戰(zhàn)功能意味著將該技術的小型化版本移植到無人系統(tǒng)的機會。這是引入該平臺的全新射頻內(nèi)容?！?/p>