隨著無人機系統電子器件占地面積持續縮小，對尺寸、重量和功率（SWaP）持續減小的要求使射頻和微波設計人員尋求創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新和應用等方面發表自己觀點，具體如下。

隨著軍事無人機系統日益成為情報、監視和偵察、電子戰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。

無人機系統對SWaP的嚴格要求為設計人員帶來巨大挑戰

MACOM公司負責戰略的副總裁Doug Carlson表示，目前，無人新系統從小型無人機到大型無人機系統都為設計人員帶來了巨大挑戰。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據鏈路的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David Markman表示，除了空間限制外，目前大多數射頻和微波信號都是數字化生成和檢測的，這使用戶能夠實時重新配置系統。

水星系統公司射頻和微波解決方案事業部副總裁兼總經理Kevin Beals表示，當前無人系統設計面臨的一個主要障礙是：無人機系統日益普及，擁有更多功能的無人系統需要更多新一代傳感器實現這些功能，從而支持更高的數據速率和傳輸距離。在處理SWaP受限系統時，射頻和微波設計人員將這種整體平臺設計考慮在內。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，例如將電子戰技術用于無人系統。

Beals指出，“射頻和微波設計的趨勢不能完全與數字領域分離。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字技術的融合。水星系統公司構建‘圍繞模塊化開放系統架構（OpenVPX和OpenRFM）預先集成的射頻和數字化解決方案’”，如圖1。在成本方面，Beals認為，這些設計方面的挑戰“對射頻和微波行業意味著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，通過規模經濟節省成本。

圖1 水星系統公司小型化堅固型射頻多芯片模塊

SWaP環境衍生出定制化解決方案

如果沒有考慮設計SWaP受限的環境，無人系統設計就不可能實現。MACOM公司負責戰略的副總裁Doug Carlson表示，實現當前SWaP要求的系統性能優化正在推動像MACOM這樣的公司利用多種技術的異構集成進行創新，以達到最佳集成水平，并且在所需的占地面積內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應用進行高度定制，而不是采用商用現成（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。科巴姆先進電子解決方案公司先進技術部技術總監David Markman表示，SWaP和成本是當今大多數設計的主要考慮因素。在很多情況下，這些設計參數是固定的，這通常會導致客戶產生在SWaP和成本限制下能實現何種性能的疑問。

水星系統公司射頻和微波解決方案事業部副總裁兼總經理Kevin Beals認為，需要這種定制解決方案的無人機系統影響是水星系統公司的設計戰略和制造流程。對于后者，該公司設計團隊與制造團隊緊密合作，以確保實現無縫、經濟高效的過渡，從而將初始概念加速到批量生產。無人系統的設計限制推動了射頻領域的創新，無人系統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，以實現之前不可能實現的目標。例如，水星系統公司開發了一款GaN固態功率放大器，可以在不妥協的情況下實現三個看似相互競爭的優先事項：高效率、高可靠性和擴展范圍。

另外，該公司已經開發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了先進的封裝技術，實現了令人難以置信的小尺寸和高封裝密度。同時，該公司優化了創新的射頻和數字構建模塊的集成，以同時解決性能和SWaP受限。

未來電路板中也將集成情報、監視和偵察、電子戰等功能

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

MACOM公司負責戰略的副總裁Doug Carlson表示，有些人認為，與無人機通信相比，情報、監視和偵察系統有效載荷通常囊括最高的射頻內容。ISR系統通常以陣列形式實現。實質上，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David Markman指出，大批量生產的通信終端也能驅動射頻內容，大型有源相控陣具有大量組件數量，這與元件數量成正比。

水星系統公司射頻和微波解決方案事業部副總裁兼總經理Kevin Beals認為，雷達和電子戰系統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擁擠的環境進行導航。這些環境包括靜止目標和潛在的其他無人運動系統。無人駕駛車輛之間的避碰和通信現在是一項要求。對于無人機來說，還需要考慮提高著陸方法的精確度。在無人系統中嵌入毫米波技術使得在具有挑戰性的環境條件和/或擁擠的環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功能與無人駕駛車輛聯系起來，但這對未來而言是一種改變游戲規則的技術，尤其是當受保護的資產具有較高的貨幣或戰略價值時。僅舉一個例子，小型化數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功能意味著將該技術的小型化版本移植到無人系統的機會。這是引入該平臺的全新射頻內容。”