GaN在军事系统中的应用

2020-02-14来源: EEWORLD关键字:GaN

雷达,电子战(EW)和通信系统越来越多地利用氮化镓(GaN)技术来满足对高性能,高功率和长寿命周期的严格要求。彩牛棋牌_[官网入口]与此同时,产量上升会导致价格下降,也使GaN可以跨越多个市场。

GaN是一种半导体材料,近年来已成为在军事应用中启用更高性能系统的关键组件,例如有源电子扫描阵列(AESA)雷达和电子战系统,都需要更多功率,更少的占地面积和更有效的热管理。

“ GaN有很多不同的方面,我们才刚刚开始挖掘各种可能性。彩牛棋牌_[官网入口]” Qorvo国防与航空航天市场战略总监Dean White说。

GaN之所以具有诸多优势,是因为“高水平的GaN确实因其高功率密度,高效率,宽带宽以及超长的使用寿命而被用于军事应用。”Wolfspeed航空航天与国防部代工高级总监Jim Milligan说道。

GaN应用从电子战到雷达再到通信系统比比皆是:“宽带通信尤其受益于GaN技术,因为传统上使用两个倍频程和两个晶体管,如今可以使用单个产品,这对于无线电技术尤其受益。”恩智浦射频多市场团队产品营销官Gavin Smith说。 “这很重要,因为它有助于节省空间,在某些情况下还可以节省设计的复杂性。”

彩牛棋牌_[官网入口]雷达系统需要更宽的带宽和更高的运行功率。“事实证明,GaN是AESA雷达系统的理想技术,” Mercury Systems RFM部门高级总监兼总经理Deepak Alagh说,“高功率密度使固态功率放大器(SSPA)可以更接近雷达,甚至与雷达集成在一起。通过减少线长,损耗可保持在最低水平。彩牛棋牌_[官网入口]此外,与一个大型行波管(TWT)放大器以及多个移相器和功率分配器相比,贴片附近的GaN SSPA可以实现数字束转向。通过将这些多个紧凑型GaN放大器与FPGA模块搭配使用,AESA可实现更高的灵活性。而且,由于基于GaN的SSPA尺寸要小得多,因此有助于控制雷达系统的总尺寸。”(图1.)

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彩牛棋牌_[官网入口]图1:Mercury Systems的放大器覆盖了大多数雷达和通信频段以及其他流行的频率,包括毫米波。照片由Mercury Systems提供。

将GaN应用于雷达系统有助于减少系统引脚,同时仍可提高系统效率,NXP的Smith说:“设计人员需要受限空间的高功率解决方案,并且也不需要太多散热。与LDMOS一样,使用GaN的客户继续要求更高功率的解决方案。为了满足这样的尺寸要求,并且某些应用需要更高功率的晶体管,通过高度集成以实现高功率水平需要。我们还看到与雷达无关的应用,但仍然需要提高系统效率。”

GaN使电子站系统中的占位面积更小

彩牛棋牌_[官网入口]GaN技术正在帮助设计人员满足电子战系统的尺寸,重量和功率要求。像雷达系统一样,电子战应用也受益于GaN所占空间的减小。彩牛棋牌_[官网入口] Qorvo国防与航空航天市场战略总监Dean White说:“从拥有大型车载车载系统开始,到现在士兵可以随身携带背包的系统。更宽的带宽使他们能够获取语音和视频,这与您在手持智能手机中获得的非常相似。由于GaN能够在更高的沟道温度下工作,因此对冷却的担忧也减少了。

“大多数电子战系统都是高宽带,大功率的,这正是GaN可以表现的关键领域,”White继续说道,“由于GaN晶体管的输入端有阻抗,因此设计人员更容易进行匹配。许多电子战系统过去不得不使用开关在一个波段之间切换;现在最好有一个连续的带宽来运行。以前是相当大的宽带放大器,现在被压缩为一个小模块,或者可能是单个封装中的数个芯片。”

Alagh解释说:“由于GaN器件小于其等效的GaAs器件,因此寄生栅极电容得以降低。这样可产生较小的输入阻抗,从而使宽带匹配更加容易。同样,基于GaN的器件的高功率密度可以实现更小的电子战系统,从而使其能够在更广泛的平台上进行部署。”

GaN的功耗优势

Milligan说:“大趋势是晶体管的功率越来越高,当我们首次将GaN晶体管引入高功率应用(如雷达应用)时,单封装晶体管的GaN晶体管的功率为100至200瓦,现在是越来越高。对于某些L波段雷达应用,每个封装晶体管会产生千瓦或更高的功率。当您通过L,S,C,X波段雷达时,我们通常会开始看到这种趋势。这确实是为许多集中式变送器类型的应用程序提供服务。”

White说,GaN在功率放大器中具有重要应用。 “由于GaN的功率密度及其在宽带带宽上的高能效水平,它们是第一选择。GaN还应用于低噪声放大器(LNA),因为具有非常好的噪声性能。典型的GaN器件可能能够承受50毫瓦至100毫瓦的任何电流,而GaN LNA可以承受2到4瓦的功率,从而减少或消除了对输入的限制器的需求。”

Milligan说,相控阵雷达也从GaN功率器件中受益。 “相控阵雷达在过去十年左右的时间里确实已经成熟。对于这些应用,您需要在相控阵的每个元件中使用GaN功率晶体管。因此,对于这些应用程序,根据应用程序的不同,您可以处理更低的功率,从10瓦到50瓦的峰值功率。

Milligan指出,Wolfspeed开发了两种用于相控阵天线的C波段产品。 “一个是25瓦,一个是50瓦,覆盖5.2至5.9 GHz。”

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图2:CMPA5259025F:适用于C波段雷达应用的25 W,5.2-5.9 GHz GaN MMIC功率放大器。

热管理的好处

功率的增加也可能意味着热量管理方面的挑战,但是在保持系统散热方面,GaN具有明显优势。Milligan说:“当您开始转向使用GaN晶体管时,您可以在更高的沟道温度下工作。我们的标准工作沟道温度结温为225°C,高于LDMOS 100℃。因此,您能够以更高的功率水平运行GaN,并减少散热系统设计。”

此外,他补充说:“如果您使用的是硅基晶体管,则可能需要使用液冷,如果要使用GaN,则可以使用普通的散热方式。”

“ GaN在短脉冲/低占空比雷达中具有明显的优势,”恩智浦应用工程师Paul Scsavnicki解释,“由于在3dB处具有更高的功率密度,漏极效率和更低的am / pm失真,GaN的性能优于LDMOS。”

White说,GaN能够实现更好的热管理并提供新的选择。“Qorvo使用SiC上GaN,具有出色的导热性。它比用来连接它的许多金属更好,也比硅好得多。与其他技术相比,使用GaN和SiC,可以在200-225°C的温度下工作,而不会丧失器件的可靠性,GaAs只能在大约150°C的温度下工作。”

LDMOS与GaN:何时才是GaN更好的选择?

许多人将GaN视为LDMOS技术的替代品,但是每种应用都适用吗?恩智浦的Smith说:“对于所有雷达系统,我不会说GaN总是比LDMOS更好。选择GaN或LDMOS时,取决于频率,功率水平,效率和价格。”

“ LDMOS已经存在了很多年,尤其是在低频领域;S波段,L波段,甚至是低L波段的UHF波段,GaN最初开始是在S波段” Qorvo的怀特解释说。

GaN的成就和LDMOS并未在某些频率下提供雷达系统所需的功率。 Alagh同意:“ GaN是更好的选择,因为它可以平衡带宽,功率和大小。 LDMOS可以采用小型封装提供高输出功率,但仅适用于低频。 GaAs可以提供高频,但不能提供高功率。”

关键字:GaN 编辑:冀凯 引用地址:http://news.baoyatucs.com/wltx/ic488182.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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