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65V GaN 技术改变了雷达市场:这对您意味着什么?

2020/4/21 19:19:26      材料来源:Qorvo博客

 

65V GaN 工艺正在打造新一代雷达系统,旨在提高安全性并监测大量商业应用。65V GaN 还有助于在 2027 年前推动雷达市场的持续增长。根据 Strategy Analytics 的预测,到 2022 年,雷达应用的市场规模将超过10 亿美元,其中 65V GaN 工艺产品有望占到该市场的绝大部分份额。

在这篇博文中,我们将探讨这一技术如何改变雷达系统,并为这一日益增长的领域做出贡献。
 

雷达应用简介

雷达设备在所有国家的国防安全中占有突出的地位。这些雷达系统主要用于国防和军事目的,广泛应用于商业部门,如空中交通、海洋、气象监测和飞机防撞系统。

军事应用中的雷达系统提高了安全性。越来越多的安全保障应用和国防预算的增加将推动对这些系统的需求。技术进步,如功率放大,也导致了轻型雷达的发展,并有助于积极影响市场增长。此外,这些技术的进步旨在减少系统尺寸,为商业和海上雷达设备开辟了各种新的机会。
 

射频技术在雷达中的作用

多年来,雷达系统中使用了多种射频放大技术,如硅双极、硅LDMOS、砷化镓(GaAs)以及行波管等管基产品。最近,镓氮化物(GaN)HEMT以其优越的技术性能,成为射频和微波功率技术在雷达应用市场上的佼佼者。

 

GaN由于其在L波段及以上的高增益和高功率电平,以及最近在超高频中的高功率水平,在许多应用中得到了广泛的青睐。GaNHEMT晶体管通常是在碳化硅(SiC)衬底上生产的,为长期可靠性提供了优良的热抽放。GaN上的SiC是理想的高功率脉冲应用,其功率密度允许最佳冷却。由于这种优越的功率密度,输出电容每瓦将大大降低。这使谐波调谐在输出高效率,通常在70%-80%以上的千瓦(千瓦)功率水平。

 

为什么高压65伏GaN?

远程雷达在航空航天和国防领域应用最广泛.这些雷达的部署是为了实现监视目标,包括武器探测和目标定位。最常见的军用雷达市场是超高频雷达、AESA雷达、航空航天识别敌我(IFF)和距离测量设备(DME)。这些市场需要在更高的几百到数千瓦的功率放大。在这些千瓦范围内,典型的放大是通过组合多个固态功率晶体管或使用基于管的解决方案。

 

然而,Qorvo通过使用更高的工作电压GaN,在这些高瓦特范围内制造了晶体管。Qorvo的65 V工作电压GaN不仅实现了大功率千瓦放大,而且为这些雷达应用提供了更好的热解决方案。此外,它以更小的形式因子更可靠地达到IFF和DME应用程序目标参数。
 

65 V GaN的效益

鉴于当今雷达系统的高度复杂性,雷达设计工程师受到了挑战。今天的和下一代的系统必须更小,以更低的运行成本运行。这三大市场驱动因素正推动雷达工程师转向固态解决方案,如GaN。

 

65 V GaN-on-SiC实现了上述目标:形状因子小,操作成本低,射频前端复杂度降低。在晶体管级别上使用更高的工作电压为设计者创造了灵活性,因为它可以使用单个晶体管来实现高千瓦输出功率。它还降低了设计的复杂性,结合更少的晶体管,以实现雷达系统的功率水平。这些高压大功率晶体管效率很高,在超高频和L波段频率范围内测量范围为70-80%.

 

为了证明65 V GaN-on-SiC的真正优势,让我们比较一下LDMOS和65 V GaN-on-SiC在雷达中的应用。使用LDMOS要求系统工程师创建复杂的功率组合以达到多千瓦的功率电平,而GaN on-SiC晶体管则简化了使用较少器件来达到相同功率电平的组合量。这在降低系统复杂度和成本的同时,节省了设计时间。高电压的另一个好处是低电流。对于同样数量的输出功率,在65 V工作的GaN-on-SiC系统将有较少的直流电流需要从电源,这使更小的导体,降低直流损耗和减少重量。另外,GaN-on-SiC比LDMOS具有更高的效率.

 

从一开始,SiC上的GaN提供了比硅基LDMOS溶液更高的电场强度.其较高的电子迁移率使给定的电阻和击穿电压的形状因子比LDMOS小.65伏GaN-on-SiC特性:

  • 更高的功率密度-减少晶体管数量和整体元件尺寸。
  • 降低功耗-降低系统级电流损耗和对电源的需求。
  • 更容易匹配能力-在保持可用输出阻抗的同时,可以提高输出功率。

 

由于功率高、效率高、鲁棒性强、功耗低、尺寸小、频率利用率高、信道温度高、寿命长等原因,目前的雷达越来越多地采用GaN-on-SiC射频晶体管技术。这些好处结合在一起,使雷达系统的整体性能提高。正如你在下表中所看到的那样,Qorvo GaN-on-SiC技术已经发展成为适合广泛雷达应用的许多品种。最近,在与雷达客户合作的同时,Qorvo开发了一种特定的65 V GaN-on-SiC解决方案.这种65 V GaN技术能更有效地满足当今雷达应用对功率目标的更高要求。

GaN Performance Summary Table

 

如下表所示,Qorvo有多个适合覆盖超高频和L波段雷达市场的GaN器件。由于它们的高功率附加效率(PAE),这些晶体管降低了系统的温度、尺寸和重量。

 

GaN-on-SiC 65 V晶体管

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文章要点

雷达应用继续以指数级增长,为许多军事和商业市场服务。Qorvo的GaN科学家与这些先进领域的雷达客户合作,创造出适合其独特应用的优化产品。65伏GaN-on-SiC是为使最佳技术与不断发展的应用需求相匹配而开发的解决方案之一。Qorvo公司的65 V GaN解决方案使雷达系统工程师能够设计出更有竞争力、成本更低的雷达,并在其生命周期内降低操作费用。Qorvo 65 V GaN不仅满足了我们雷达客户的需求,还展示了客户协作如何帮助现有技术进入新的市场领域,以帮助RF设计工程师创造下一代最佳的雷达解决方案。


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