现代战术无线电需要氮化镓

时间:2023-06-06来源:

战术通信技术已经走了很长一段路,从在现场铺设电缆到在传达命令时保持态势感知。在这个以网络为中心的冲突时代,IT基础设施已经一路走到战场边缘的移动指挥所。

战术通信技术已经走了很长一段路,从在现场铺设电缆到在传达命令时保持态势感知。在这个以网络为中心的冲突时代,IT基础设施已经一路走到战场边缘的移动指挥所。
军事现代化继续无情地进行。军费开支的增加正在推动陆地、空中和海上平台采购先进的无线通信系统。全球战术通信市场将在16-2019年期间以2025%的复合年增长率(CAGR)增长,达到18.53亿美元。1
提高移动性,例如小型、轻便的军用手持无线电,是该市场的一个关键增长趋势,并且正在挑战工程师与更小尺寸、更轻重量和更高功率相关的关键要求。
无线电现代化
无线电技术不断发展,以应对通信挑战。例如,UHF信号作现场的障碍物(例如墙壁和建筑物)衰减。现代战术无线电通过使用多进多出(MIMO)方法克服了这一挑战,将单个信号分成几个占用更高带宽的信号。
然而,另一个战场需求推动了更高的带宽 - 需要使用宽带连接来发送视频,而不仅仅是语音。此外,几年来,网络化操作一直要求支持多频段和多标准操作的软件定义无线电(SDR)架构。
这就要求射频功率放大器具有新的规格,射频功率放大器是战术无线电设备的核心组件之一。例如,联合战术无线电系统(JTRS)要求它覆盖VHF,UHF和L波段,同时提供高效率,小尺寸和重量,特别是对于手持无线电设备。
关键半导体技术
氮化镓有助于减小军用无线电的尺寸和重量,同时提供可靠通信所需的射频功率。
GaN是一种宽带隙半导体。GaN的带隙为3.4 eV,而Si的1.1 eV等技术意味着GaN具有近4 MV / cm的击穿场,而Si的0.2 MV / cm.2这有助于GaN的高温可靠性和出色的功率密度能力,通常比硅LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)等旧技术高五倍。因此,3 GaN解决方案为战术无线电提供了最佳的尺寸、重量和可靠性。
旧的军用无线电系统必须使用多个设备来满足多频段设计要求,而GaN则通过单个设备实现视频的宽带和MIMO的多频段传输。这直接转化为尺寸、重量和系统复杂性的降低,以及通过减少组件数量来节省成本。仍然有一些无线电系统需要每个频段的单独解决方案,但GaN的特性肯定允许它在比其他功率放大器技术更宽的频段上使用。
GaN安装在另一种宽带隙材料碳化硅(SiC)上,通过利用SiC更好的热特性,提供尽可能高的性能,远远弥补了Si上GaN的低成本。
使用氮化镓进行设计
Wolfspeed 的 CGHV27060MP 60 W 高电子迁移率晶体管 (HEMT) 就是这样一款高性能的 GaN SiC 器件。它采用该公司的 0.4 μm 工艺制造,功率密度为 8 W/mm,击穿电压为 >150 V,工作电压为 50 V,可实现单级射频器件的最高功率增益。
它可用于 UHF、L 频段或高达 2.7 GHz 的低 S 频段的脉冲应用,非常适合 A/B 类和 F 类等高效拓扑中平均功率为 10-15 W 的通信放大器。
工程师可以在 CGHV27060MP-AMP27060 应用夹具上评估 CGHV3MP。A/B 类电路专门设计用于满足 800 MHz 至 2.7 GHz 的宽工作频率和 50 V 工作电压要求。
在本电路中,CGHV27060MP在VDD 16 V、IDQ 5 mA和50dBm输入功率P时提供120.0 dB的增益G。当PIN增加到37 dBm时,输出功率POUT为48.5 dBm,漏极效率ƞ为60%。
Wolfspeed 在 CGHV27060MP 中使用了其专有的大信号晶体管模型,并对设计中的所有无源元件进行了建模,以包括焊盘寄生效应的影响。这导致仿真与测量之间的紧密对齐和高相关性,例如输出功率、漏极效率和增益(如图2所示),因此可以实现一次成功。

现代战术无线电需要氮化镓


图:CGHV27060MP-AMP3 在 37 dBm 固定输入功率下的性能在饱和输出功率下在 48 MHz — 800,2 MHz 频段提供超过 700 dBm 的功率。

满足不断变化的需求
战术通信市场体现了航空航天与国防(A&D)的SWaP-C概念 - 尺寸,重量,功率和成本之间的权衡。成本限制通常导致手持式战术无线电的设计人员,有时甚至是便携式系统,寻找低成本塑料包装的组件。
虽然上述解决方案采用陶瓷封装,可以满足更高功率系统的热要求,但 Wolfspeed 了解 SWaP-C 面临的挑战,并继续在这一领域以及 A∓D 领域的许多相邻市场进行创新。

关键词: 氮化镓 无线电

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