杭州电子科技大学“95后”副教授张志维自研毫米波功率放大器，这个领域有多卡脖子？

据浙江卫视@中国蓝新闻 报道，在杭州电子科技大学有一位“95后”博士张志维，年仅26岁就带领团队成功自研出了毫米波功率放大器，相比一般传统毫米波的通讯范围更大，达到了10公里。

对于这款毫米波芯片，张志维表示， “功率更高了，传输距离更大了，原来可能只有半个足球场那么大的覆盖面积，现在我们最新的实验结果能传十公里。（对）老百姓生活来说的话，比如你打（视频）电话的清晰度会更好，上网速率会更高。”

网友热议，关注重点已不在芯片上

目前这款芯片已经被应用在移动基站，实现卫星与地面基站、基站与基站间超大数据量的高速度传输。消息一经公布，瞬间引发了大量网友的高度关注：

甚至张志维的母校，杭州电子科技大学也发来“贺电”：

很多网友在祝贺、点赞张志维取得突破成果之余，对张志维26岁能当上副教授这事陷入了“深思”：

有人认为大厂给张志维开出60万年薪，并不是很高，之前互联网随随便便一个应届生40万+

也有人从学校角度出发，认为“教授的薪资太低了”

本科比赛失利立志研发芯片，硕博连读期间研究成果展示

张志维本硕博连读都在杭电，主要研究方向是微波/毫米波功率放大器，与5G/6G通信密切相关。决定研发芯片，要从他本科时的一段经历说起。

本科期间，一次参加竞赛，使用的芯片出现故障导致比赛失利。那时起，张志维心里便埋下了一颗研究芯片的种子。为了研发芯片，2020年他获国家留学基金委公派前往英国贝尔法斯特女王大学访学，海外学习期间每天坚持搞研究长达12小时。

2020年，张志维在导师程知群等人的指导下，在国际上首次提出混合EFJ功率放大器。

此前，Doherty功率放大器（DPA）由于结构简单、成本低，在被基站中被广泛应用。但是传统的DPA有一些固有缺点，例如：带宽狭窄，且只有6dB的output back-off范围。而张志维和团队提出的EFJ类功率放大器的负载阻抗，不仅有传统的连续功率放大器类似的可变虚部，还有不一致的实部。

所以EFJ类功率放大器可有效结合EF类功率放大器的高能效，以及连续J类功率放大器在特定条件下的大带宽，从而大大弥补了DPA的缺陷。

“我在国际上首次提出混合EFJ功率放大器，首次提出了阻抗频率调制的概念，这些在通信产品上都可以得以应用。”张志维围绕应用补充介绍道，“我们研发的芯片提供给中电科，助力其实现公里级毫米波高速通信。”

2021年，张志维和来自英国贝尔法斯特女王大学的Vincent Fusco等人在IEEE Transactions on Circuits and Systems II上发表了阻抗频率调制的研究成果论文。

这是一种设计多频段功率放大器的新方法：将一个耦合器作为放大器的输出电路，以实现多频段阻抗转换。

耦合器

通过结合获得的周期性阻抗轨迹和EFJ类功率放大器的阻抗空间，实现了实时获取所需的工作频率。

放弃大厂60万年薪offer，因喜欢校园“创芯”氛围

据介绍，毕业后的张志维已经拿到了大厂60万年薪的邀请，但他却放弃选择了留校任教，被学校聘为副教授，但他的目标是研发属于我国自己的“中国芯片”。 张志维称，他选择留校任教的原因是“因为喜欢校园自由且富有‘创芯’的氛围”。

据杭电2022年“十佳大学生”评选现场的宣传材料介绍，张志维在硕博连读的5年时间内，总共发表了19篇SCI论文，以第一作者身份发表的SCI论文超过10篇，其中9篇发表于美国电气与电子工程师协会（IEEE）期刊（2篇IEEE Transactions on Circuits and System I, 2篇IEEE Transactions on Circuits and System II, 4篇IEEE Microwave and Wireless Components Letters）。

同时，张志维还曾经和英国皇家工程院院士Vincent Fusco教授合作研究，并发表了5篇SCI论文，该院士对他的评价是“张志维在微波毫米波功放领域的研究处于世界领先地位”。

虽然张志维在接受媒体采访中特意嘱咐 “不要提论文的具体数字”，因为曾经有同行提出“这么多论文有什么实际应用价值呢？有几篇文章能真正落地实现技术转移呢？” 的质疑。

果然文章发出后，还是有做同行同研究方向的网友质疑：“这哥们水了很多论文，而只有一篇业内顶刊，不知道的人吓一跳。”

也有网友认为“现在高校就是对论文友好，不看重工程”。

对此张志维的看法是，“在我的研究领域，一般是先提出一个想法，然后通过仿真、实验、产品、测试，最后的呈现就是论文。这样发表的论文大多是建立在成熟产品之上，不存在闭门造车写论文的情况。”

张志维的导师、杭电新型半导体器件与电路团队负责人程知群教授也表示，5G/6G通信功率放大器芯片，是卡脖子难题，需要解决的性能包括效率、线性度、带宽等。“张志维在这些领域的研究很扎实，还很敏锐，既能提出解决办法，又能付诸实施。他的研究在学术和工程上都具有前沿性，发高质量论文和做出能应用的芯片产品，也就水到渠成。”

PA领域有多卡脖子？

射频前端是基站/移动终端的核心部件之一，用于实现通信信号的合路、过滤、消除干扰、放大等。其主要器件包括滤波器（Filter），功率放大器（PA），低噪声放大器（LNA）、开关（Switch）及双工器（Duplexer）。

资料来源：头豹研究院

由于射频发收器中调制振荡电路所产生的射频信号功率较小，需经过一系列的放大（缓冲放大器、可控放大器、末级放大器）获得足够的射频功率后，传输至天线上。功率放大器负责将发射通道的射频信号放大，主要应用于手机终端、通信基站、物联网设备、军事气象雷达等领域，这也是张志维的主要研究方向。

资料来源：头豹研究院

目前，先进5G通信功率放大器技术还被第一梯队的Skyworks、Qorvo、Broadcom，以及第二梯队的Qualcomm、Murata、Infineon等国外大厂垄断。Skyworks、Qorvo和Broadcom为全球功率放大器龙头，根据彭博资讯数据，三家公司在2020年的全球市占率分别达20%、23%和24%。其中，Skyworks和Qorvo的功率放大器业务采用IDM模式，博通的功率放大器业务采用Fabless模式。

虽然华为海思积极加入，也是目前国内唯一能生产出5G射频器件的厂商，但仍处于第二梯队。第二梯队厂商虽然具备5G射频器件工艺，但射频器件产品覆盖面小于第一梯队企业，且射频器件收入在企业总收入的占比小于第一梯队的企业。

资料来源：Yole，Technavio，中金公司研究部

在第三梯队则有不少中国厂商，包括昂瑞微、维捷创芯（Vanchip）、紫光展锐、慧智微等，工艺仍停留在4G阶段，不具备5G射频功率放大器工艺。在这之外，还有中科汉天下、中普微、国民飞骧等一系列厂商，虽然技术产品各有特色，但产业集中度不够高，研发实力较为分散。有媒体曾报道，甚至少数企业已将自己生产的5G射频器件送至华为实验室验证时，华为发现系盗用国外射频器件并宣称是自主研发，因此国内有实力研发生产5G射频器件的仍为少数。

此外，从国内外射频前端公司的产品能力来看，一二梯队的海外大厂普遍较为全面：

X代表具备相关技术（资料来源：Yole，Strategy Analytics，各公司官网，中金公司研究部）

从工艺上来说，射频器件多采用化合物半导体晶圆，其晶圆制造的难度高于硅晶圆。中国当前主流的射频工艺为GaAs工艺，由于GaAs工艺具备高频、高功率的特点，是4G时代的行业主导，在市场上的份额逐年提升，替代传统硅CMOS工艺的逻辑已得到市场验证。但是，GaAs工艺生产的射频器件功率达不到5G对射频器件的要求。所以预计未来，5G射频器件将会转向频率更高、功率更高的GaN工艺，中国大陆在化合物半导体晶圆制造领域也较为薄弱，产能严重不足，也从侧面拖累了射频器件设计厂商的研发进度。

由于射频前端工艺属于细分赛道，PA模组化趋势日益加强，集成度较高的PAMiD模组成为旗舰手机标配（iPhone和安卓旗舰机）；部分手机采用外挂PA+FEMiD模组方案（OVM部分机型如红米）；中低阶机型则仍有一定比例使用低集成度的PAM（PA模组包括各个频段和制式的PA）模组。因此我们认为，未来射频前端市场仍由IDM厂商主导，中国大陆当前缺少优质IDM厂商。所以大陆射频器件设计厂商主要与中国台湾晶圆代工厂合作，中间的沟通及协调成本较大。

目前，张志维和团队正在研究毫米波通信芯片3.0版本的技术迭代。对于未来，他表示：“我想首先要做一个传道授业的好老师，尽心培养新一代的集成电路人才。科研工作者要有10年甘坐冷板凳的精神，才能产出原创性的科研成果。我希望（以后）我们的研究成果，能够（完全）实现国产化的芯片替代。”

本文内容参考杭州电子科技大学、浙江卫视@中国蓝新闻、钱江晚报、快科技、IT之家、澎湃新闻、中国科学、西南证券、头豹研究院、中金公司报道