Penyelesaian GaN: Pakej Kecil Memenuhi Cabaran Radar Besar

Penyelesaian GaN: Pakej Kecil Memenuhi Cabaran Radar Besar

Radar jalur-X (8 GHz hingga 12 GHz) merupakan peralatan utama yang sesuai untuk navigasi komersial. Penerbangan merupakan kegunaan utama peralatan radar jalur-X, dan peralatan ini juga digunakan dalam pelbagai aplikasi, termasuk dron, kawalan trafik kapal maritim, pemantauan cuaca, pemantauan aktiviti burung berhampiran lapangan terbang dan penderiaan jauh anti-ais.

Menurut laporan firma penyelidikan pasaran Strategy Analytics, radar jalur-X merupakan segmen pasaran radar terbesar. Jualan radar dalam jalur ini hampir mencecah $6.3 bilion pada tahun 2018, dan perbelanjaan yang sepadan dijangka meningkat pada kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 3.4%, mencecah $8.7 bilion pada tahun 2028.

Tetapi bukan sebarang radar jalur-X mempunyai peluang pertumbuhan yang ketara. Sistem tatasusunan imbasan elektronik aktif (AESA) semakin popular untuk penyelidikan dan pembangunan. Sistem ini digunakan terutamanya pada platform udara yang besar, tetapi juga digunakan dalam segmen pasaran darat dan maritim.

Cabaran AESA

Sistem AESA menggunakan tatasusunan aktif, setiap satu dengan ratusan atau bahkan ribuan antena. Setiap antena mempunyai kawalan fasa dan gandaannya sendiri. Gangguan atau superposisi muka gelombang individu elemen antena menghasilkan gelombang satah, yang secara berkesan menghasilkan pancaran gelombang radio yang bergerak ke arah tertentu. Sistem radar AESA mengarahkan pancaran secara elektronik dengan mengalihkan fasa elemen antena.

Elemen antena biasanya dijarakkan separuh panjang gelombang untuk mengurangkan pendedahan dalam medan dekat. Radar AESA juga sering perlu menyebarkan isyarat ke atas pelbagai frekuensi tinggi. Ketangkasan frekuensi sedemikian membolehkan radar mencari sasaran dalam sektor dengan cepat. Ini juga menjadikannya lebih sukar untuk dikesan di kalangan bunyi latar belakang. Ini membolehkan kapal dan pesawat memancarkan isyarat radar berkuasa tinggi sambil kekal tersembunyi dan memberikan imuniti yang lebih besar terhadap gangguan.

Keperluan ini menimbulkan beberapa cabaran bagi jurutera: Setiap elemen antena mestilah kecil dan cukup ringan untuk menampung jarak panjang gelombang yang kecil, sambil mengekalkan saiz dan berat keseluruhan sistem yang boleh diurus untuk kegunaan di udara dan di laut. Walau bagaimanapun, bergantung pada aplikasi, sistem radar mestilah cukup berkuasa untuk mengeluarkan kuasa dari beberapa ratus watt hingga 100 kW. Oleh itu, sistem radar memerlukan keupayaan pelesapan haba yang cekap, yang meningkatkan saiz dan berat.

Antara banyak kes penggunaan ini, adalah perlu untukSaiz, berat, kuasa dan kos (SWaP-C)Nilaikan sistem tersebut. Menggantikan hanya beberapa komponen dalam sistem tidak akan memberi banyak kesan terhadap pertimbangan ini. Oleh itu, teknologi yang membolehkan sistem radar AESA mesti menunjukkan kelebihan yang ketara dalam penambahbaikan SWaP-C.

Teknologi yang membolehkan: GaN

Teknologi yang boleh membantu pereka radar mengatasi pelbagai cabaran seperti kuasa, pelesapan haba, berat dan saiz, serta keberkesanan kos ialah galium nitrida (GaN). Bahan ini mempunyai mobiliti elektron yang tinggi. Dan berbanding silikon, peranti berasaskan GaN mempunyai cas get yang rendah dan kapasitans output yang rendah, serta boleh menghasilkan gandaan yang lebih tinggi pada frekuensi yang lebih tinggi dengan lebih cekap.

GaN mempunyai jurang jalur tenaga yang luas dan medan elektrik kerosakan kritikal yang sangat tinggi, yang akan memberikan kebolehpercayaan suhu tinggi yang sangat baik, keteguhan yang luar biasa pada voltan bekalan yang tinggi, dan ketumpatan kuasa yang sangat baik.

Menggunakan silikon karbida (SiC) sebagai substrat GaN boleh mencapai pengembangan haba yang lebih rendah, ketidakpadanan kekisi yang lebih rendah, dan kekonduksian terma yang sangat baik, sekali gus memanfaatkan sepenuhnya ciri-ciri GaN. Kekonduksian terma bagi polijenis penebat separa 4H SiC ialah 430 W/mK, manakala kekonduksian terma silikon serendah 146 W/mK. Ini membolehkan ketumpatan kuasa yang sangat tinggi sambil menghilangkan haba dengan cekap, mengelakkan suhu saluran yang melampau yang akan menyebabkan peranti tidak boleh digunakan.

Oleh itu, penguat galium nitrida pada silikon karbida (GaN-on-SiC) dalam radar AESA boleh mencapai prestasi yang lebih tinggi dan kuasa output yang setara dalam isipadu yang lebih kecil sambil menjimatkan keperluan pelesapan haba. Tetapi untuk merealisasikan manfaat SWaP-C yang dipertingkatkan, lebih banyak lagi yang perlu dilakukan dari segi teknologi peranti.

Enkapsulasi adalah kunci

Pembangunan selanjutnya bagi tatasusunan berfasa, seperti sistem radar AESA, akan memerlukan pengurangan saiz dan penyepaduan komponen yang lebih ketat.

Salah satu teknologi tersebut ialah litar bersepadu gelombang mikro monolitik (MMIC), yang membolehkan modul berfungsi lengkap berbilang komponen dibuat dalam satu peranti, sekali gus meningkatkan ketumpatan litar. MMIC juga mempunyai kelebihan tambahan, termasuk pengurangan ketidakpadanan komponen, pengurangan latensi isyarat (disebabkan oleh jarak yang lebih pendek antara komponen pada MMIC), dan pengurangan kos keseluruhan bil bahan (BoM).

MMIC tersedia dalam pakej Quad Flat No-Lead (QFN), yang menawarkan manfaat pengurangan kos dan saiz selanjutnya. Oleh kerana pakej QFN menggunakan wayar ikatan pendek, yang membantu mengurangkan induktans plumbum, pad acuan tembaga yang terdedah memberikan prestasi haba yang sangat baik.

Peranti Wolfspeed CMPA901A020S tersedia dalam pakej QFN 6 mm. Ia merupakan penguat kuasa tinggi GaN-on-SiC 20W yang boleh beroperasi dalam julat frekuensi 9 GHz hingga 10 GHz dan sesuai untuk aplikasi radar denyut seperti radar cuaca marin. Gain tiga peringkat penguat memberikan lebih daripada 30 dB gandaan isyarat besar dan kecekapan lebih daripada 50%, membolehkan keperluan kuasa DC sistem yang lebih rendah dan membolehkan penyelesaian pengurusan haba sistem yang dipermudahkan.

Wolfspeed CMPA9396025S ialah satu lagi GaN MMIC yang boleh mengintegrasikan pelbagai teknologi untuk memaksimumkan penambahbaikan SWaP-C. Direka untuk operasi 9.3-GHz hingga 9.6-GHz, peranti tertier ini tersedia dalam pakej QFN 6 × 6 mm.Kuasa ialah 25 W pada lebar denyut 100-µs, kitaran tugas 10%.

Siri penguat MMIC Wolfspeed CMPA801B030, yang beroperasi dalam julat frekuensi 7.9-GHz hingga 11-GHz, membolehkan lebar jalur yang lebih luas dan kuasa yang lebih tinggi dalam jalur-X. Nilai output tipikalnya adalah sehingga 40 W, gandaan isyarat besarnya adalah lebih besar daripada 20 dB, dan kecekapan kuasa tambahannya mencapai 40%. Keluarga produk ini dihasilkan dalam QFN acuan berlebihan plastik 7 × 7 mm dan terdapat dalam kedua-dua acuan kosong dan pakej bebibir pemasangan logam/seramik 10-pin, menghasilkan prestasi elektrik dan haba yang dipertingkatkan.

▲ Wolfspeed CMPA801B030 tersedia dalam acuan kosong dan pakej yang sangat padat, memaksimumkan penambahbaikan SWaP-C

Nota: ECCN bagi semua peranti yang disenaraikan di atas ialah 3A001.b.2

Memperkasa perubahan teknologi radar

Strategy Analytics percaya bahawa peranti GaN yang dinyatakan di atas akan membantu menggalakkan penggunaan radar AESA yang lebih pantas dalam pelbagai platform yang semakin meningkat, dan perbelanjaan GaN untuk sistem radar akan meningkat daripada US$171.8 juta pada tahun 2018 kepada US$734.1 juta pada tahun 2028.


Kandungan ini berasal dari Internet/CREE. Laman web ini hanya menyediakan cetakan semula. Pandangan, pendirian, teknologi, dan sebagainya dalam artikel ini tidak ada kena mengena dengan laman web ini. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadamkannya!