[技术前沿]利用先进材料和新型制造技术让功率放大器成本大幅下降

增材制造将生产成本降低90%。

戴安娜•甘齐娜（Diana Gamzi-na）正在努力大幅降低毫米波功率放大器的价格。真空电子设备可用于与遥远的空间探测器通信，也可用于需要最高可用数据速率的其他应用。

一台放大器的成本可高达百万美元，因为它需要成本高昂的高精度制造和手工装配，而甘齐娜的初创公司Elve正在利用先进材料和新型制造技术降低单价。

创始人戴安娜·甘齐娜手持EIve公司的毫米波功率放大器系统，该系统使用了100瓦E波段行波管

甘齐娜说，使用传统制造工艺生产一台放大器可能需要一年，但Elve生产一台放大器却只需一周。Elve的流程让售价降到了通常价格的10%左右，使公司更容易进入大批量市场。

这家初创公司于2020年6月成立，生产价格便宜、可实现光纤品质的无线连接系统，甘齐娜称之为“Elve高速互联”。她说，公司的名字是指大气中的光发射和电磁脉冲源引起的极低频扰动。可以将Elve看作是在地球上层大气中闪闪发光的扁平圆环。它们出现的时间只有几毫秒，却可发展到320公里宽。

Elve总部位于加州戴维斯市，拥有12名员工和几名顾问。

IEEE高级会员甘齐娜凭借其在放大器方面的工作荣获了IEEE电子器件协会颁发的2022年真空电子青年科学家奖。在2022年于加州蒙特雷举行的IEEE国际真空电子大会上，她被授予了该奖。

“甘齐娜博士的创新和对行业的贡献是非凡的。”IEEE会员、大会主席杰克•图切克（Jack Tucek）在该奖项的新闻发布会上表示。

扩大市场

除了经营自己的公司，甘齐娜还是加州门洛帕克斯坦福直线加速器中心（SLAC）的在职科学家，这是一家由斯坦福大学运营的美国能源部国家实验室。甘齐娜正是在这一职位上着手与业内代表探讨如何扩大高性能毫米波放大器的市场。

在讨论中，她发现降低价格是关键。

“客户要为每台设备支付25万到100万美元。”她说，“听到这些数字时，你就会发现为什么人们认为这种价格水平在任何地方都难以实现市场增长。”

Elve公司的毫米波功率放大器系统重4千克，尺寸为23厘米×15厘米×8厘米，由28伏直流电输入总线供电。该放大器系统的核心是一组行波管（TWT）。行波管是真空电子器件的一个子集，可以在频带较宽的频率上将电磁信号放大超过100倍。甘齐娜说，行波管通常用于通信和雷达成像应用。

行波管可接收毫米波信号，并使其“与高能电子束相互作用，让信号从电子束中获得能量。这就是信号放大。”甘齐娜说，“就某些方面而言，这个概念很简单，但需要在射频设计、制造、真空科学、电子发射和热管理方面的出色配合才能使其发挥作用。”

Elve的毫米波放大器可实现与卫星网络的通信，创建长距离地对地链路。

甘齐娜说：“这样一来，我们就可以发送大量数据，从而提高数据传输速率，可媲美光纤或激光类通信设备。其另一个优点在于，放大器在最恶劣的天气条件下也能工作。”

她表示，Elve放大器初始的市场是通信领域，尤其是回程链路，即基站和核心网基础设施之间的连接。

“我们的最终目标是进入地面市场，这样放大器就可以安装在手机塔上，在世界各地的偏远地区和农村地区实现高速通信。”甘齐娜说。

该公司还计划开发用于成像和雷达应用的毫米波放大器。

EIve的纳米复合航钨阴极在1000摄氏度下发光。

生产经理阿内拉·西内沃德和首席技术官里奇·科瓦尔奇克在公司现场进行磁力测量。

学习经营初创公司

甘齐娜在Elve的工作与她在SLAC实验室的研究相关，也和她之前在加州大学戴维斯分校毫米波研究小组担任开发工程师时所做的工作有关。在那里，她研究了太赫兹频率下工作的真空设备，这些设备被用作了粒子加速器、广播发射机、工业加热、雷达系统和通信卫星的电源。

她还领导了增材制造技术的研究项目，拥有3项与真空电子器件制造相关的美国专利。

为了学习如何创办公司，她在斯坦福大学学习了一门相关课程，还参加了全球创业加速器4thy为创业者提供的为期10周的培训课程。她说，年少时在父亲的液压设备制造公司帮忙时也学到了一些东西。

甘齐娜称，对许多初创公司而言，筹集资金维持业务很困难，但对Elve来说却并非如此。

“我们有良好的市场吸引力、优秀的产品和出色的团队。”她说，“人们对我们正在做的事情很感兴趣。”

她表示，公司的增长速度如此之快是一个问题，可能很难扩大生产规模。

她说：“制作成百上千个这样的产品是一项挑战，甚至很难理解。但我们已经准备好从目前的状态大步迈入下一个阶段。”