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現代戰術無線電需要氮化鎵

星星科技指導員 ? 來源:wolfspeed ? 作者:wolfspeed ? 2023-05-20 16:53 ? 次閱讀

戰術通信技術已經走了很長一段路,從在現場鋪設電纜到在傳達命令時保持態勢感知。在這個以網絡中心的沖突時代,IT基礎設施已經一路走到戰場邊緣的移動指揮所。

軍事現代化繼續無情地進行。軍費開支的增加正在推動陸地、空中和海上平臺采購先進的無線通信系統。全球戰術通信市場將在16-2019年期間以2025%的復合年增長率(CAGR)增長,達到18.53億美元。1

提高移動性,例如小型、輕便的軍用手持無線電,是該市場的一個關鍵增長趨勢,并且正在挑戰工程師與更小尺寸、更輕重量和更高功率相關的關鍵要求。

無線電現代化

無線電技術不斷發展,以應對通信挑戰。例如,UHF信號作現場的障礙物(例如墻壁和建筑物)衰減。現代戰術無線電通過使用多進多出(MIMO)方法克服了這一挑戰,將單個信號分成幾個占用更高帶寬的信號。

然而,另一個戰場需求推動了更高的帶寬 - 需要使用寬帶連接來發送視頻,而不僅僅是語音。此外,幾年來,網絡化操作一直要求支持多頻段和多標準操作的軟件定義無線電(SDR)架構。

這就要求射頻功率放大器具有新的規格,射頻功率放大器是戰術無線電設備的核心組件之一。例如,聯合戰術無線電系統(JTRS)要求它覆蓋VHF,UHF和L波段,同時提供高效率,小尺寸和重量,特別是對于手持無線電設備。

關鍵半導體技術

氮化鎵有助于減小軍用無線電的尺寸和重量,同時提供可靠通信所需的射頻功率。

GaN是一種寬帶隙半導體。GaN的帶隙為3.4 eV,而Si的1.1 eV等技術意味著GaN具有近4 MV / cm的擊穿場,而Si的0.2 MV / cm.2這有助于GaN的高溫可靠性和出色的功率密度能力,通常比硅LDMOS(橫向擴散金屬氧化物半導體)等舊技術高五倍。因此,3 GaN解決方案為戰術無線電提供了最佳的尺寸、重量和可靠性。

舊的軍用無線電系統必須使用多個設備來滿足多頻段設計要求,而GaN則通過單個設備實現視頻的寬帶和MIMO的多頻段傳輸。這直接轉化為尺寸、重量和系統復雜性的降低,以及通過減少組件數量來節省成本。仍然有一些無線電系統需要每個頻段的單獨解決方案,但GaN的特性肯定允許它在比其他功率放大器技術更寬的頻段上使用。

GaN安裝在另一種寬帶隙材料碳化硅(SiC)上,通過利用SiC更好的熱特性,提供盡可能高的性能,遠遠彌補了Si上GaN的低成本。

使用氮化鎵進行設計

Wolfspeed 的 CGHV27060MP 60 W 高電子遷移率晶體管 (HEMT) 就是這樣一款高性能的 GaN SiC 器件。它采用該公司的 0.4 μm 工藝制造,功率密度為 8 W/mm,擊穿電壓為 >150 V,工作電壓為 50 V,可實現單級射頻器件的最高功率增益。

它可用于 UHF、L 頻段或高達 2.7 GHz 的低 S 頻段的脈沖應用,非常適合 A/B 類和 F 類等高效拓撲中平均功率為 10-15 W 的通信放大器。

工程師可以在 CGHV27060MP-AMP27060 應用夾具上評估 CGHV3MP。A/B 類電路專門設計用于滿足 800 MHz 至 2.7 GHz 的寬工作頻率和 50 V 工作電壓要求。

在本電路中,CGHV27060MP在VDD 16 V、IDQ 5 mA和50dBm輸入功率P時提供120.0 dB的增益G。當PIN增加到37 dBm時,輸出功率POUT為48.5 dBm,漏極效率?為60%。

Wolfspeed 在 CGHV27060MP 中使用了其專有的大信號晶體管模型,并對設計中的所有無源元件進行了建模,以包括焊盤寄生效應的影響。這導致仿真與測量之間的緊密對齊和高相關性,例如輸出功率、漏極效率和增益(如圖2所示),因此可以實現一次成功。

poYBAGRoimiAZajcAAJUxvcIxXM124.png

圖2:CGHV27060MP-AMP3 在 37 dBm 固定輸入功率下的性能在飽和輸出功率下在 48 MHz — 800,2 MHz 頻段提供超過 700 dBm 的功率。

滿足不斷變化的需求

戰術通信市場體現了航空航天與國防(A&D)的SWaP-C概念 - 尺寸,重量,功率和成本之間的權衡。成本限制通常導致手持式戰術無線電的設計人員,有時甚至是便攜式系統,尋找低成本塑料包裝的組件。

雖然上述解決方案采用陶瓷封裝,可以滿足更高功率系統的熱要求,但 Wolfspeed 了解 SWaP-C 面臨的挑戰,并繼續在這一領域以及 A?D 領域的許多相鄰市場進行創新。

審核編輯:郭婷

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