Solución Gan: paquete pequeño para afrontar el desafío del radar grande

El radar de banda X (8 GHz a 12 GHz) es un equipo clave adecuado para la navegación comercial. La aviación es un campo importante en el que se utilizan ampliamente los equipos de radar de banda X. Al mismo tiempo, el equipo también se utiliza ampliamente en muchos campos de aplicación, incluidos vehículos aéreos no tripulados, control del tráfico marítimo de buques, vigilancia meteorológica, vigilancia de la actividad de las aves cerca del aeropuerto y teledetección anticongelante.

Según el informe de Strategy Analytics, una organización de investigación de mercado, el radar de banda X es el segmento de radar más grande. Las ventas de este radar de banda se acercan a los 6.3 millones de dólares en 2018, y se espera que la tasa de crecimiento anual compuesta del gasto correspondiente sea del 3.4%, que alcanzará los 8.7 millones de dólares en 2028.

Sin embargo, no todos los radares de banda X ofrecen importantes oportunidades de crecimiento. El sistema de matriz de escaneo electrónico activo (AESA) es cada vez más popular en investigación y desarrollo. El sistema se utiliza principalmente en grandes plataformas aéreas, así como en segmentos terrestres y marítimos.

Retos AESA

The AESA system uses active arrays, each with hundreds or even thousands of antenas. Cada antena has its own phase and gain control. The interference or superposition of a single wave array of antena elements can generate plane waves, which can effectively generate radio beams moving in a specific direction. AESA radar system electronically controls the beam by transferring the phase of antena elementos.

The spacing of antena elements is usually half wavelength to reduce exposure in the near field. AESA radar also often needs to diffuse signals in a wide range of high frequencies. This frequency agility allows the radar to quickly search for targets in the sector. This also makes them more difficult to detect in background noise. This allows ships and aircraft to send high-power radar signals while maintaining concealment and bringing better anti-jamming capability.

These requirements pose some challenges for Engineers: each antena element must be small and light enough to accommodate small wavelength spacing, while making the overall system size and weight controllable for use in the air and at sea. However, according to different applications, the radar system must be strong enough to output power from hundreds of watts to up to 100 kW anywhere. Therefore, the radar system needs efficient heat dissipation, but this increases the size and weight.

En muchos de estos casos de uso, es necesario Tamaño, peso, potencia y coste (swap-c) Evaluar el sistema. Reemplazar sólo unos pocos componentes del sistema no tendrá mucho impacto en estas consideraciones. Por lo tanto, la tecnología que pueda habilitar el sistema de radar AESA debe mostrar ventajas significativas en la mejora de swap-c.

Tecnología habilitadora: Gan

El nitruro de galio (GAN) es una tecnología que puede ayudar a los diseñadores de radares a superar muchos desafíos, como la potencia, la disipación de calor, el peso y el tamaño, y la rentabilidad. Este material tiene una alta movilidad electrónica. En comparación con el silicio, los dispositivos Gan tienen una carga de puerta baja y una capacitancia de salida baja, y pueden producir una mayor ganancia a una frecuencia más alta de manera más eficiente.

Gan tiene una amplia banda prohibida de energía y un campo eléctrico de ruptura crítico muy alto, lo que brindará una excelente confiabilidad a alta temperatura, excelente robustez bajo alto voltaje de suministro y excelente densidad de potencia.

El uso de carburo de silicio (SIC) como sustrato de GaN puede lograr una baja expansión térmica, un bajo desajuste de la red y una excelente conductividad térmica, para aprovechar al máximo las características de GaN. La conductividad térmica del politipo SiC semiaislante 4H es de 430 w/MK, mientras que la del silicio es tan baja como 146 w/MK. Esto permite una densidad de potencia muy alta y una disipación de calor eficiente, evitando temperaturas extremas en el canal que hacen que el equipo no funcione.

Por lo tanto, el amplificador de nitruro de galio (GaN sobre SiC) basado en carburo de silicio del radar AESA puede lograr un mayor rendimiento y una potencia de salida equivalente en un volumen menor, al tiempo que ahorra requisitos de disipación de calor. Sin embargo, para reflejar significativamente las ventajas de mejora de swap-c, es necesario hacer más en la tecnología de dispositivos.

La encapsulación es la clave

El mayor desarrollo de conjuntos en fase como el sistema de radar AESA necesita reducir el tamaño e integrar los componentes más estrechamente.

El circuito integrado monolítico de microondas (MMIC) es una de esas tecnologías. Puede fabricar los módulos funcionales completos de múltiples componentes en un solo dispositivo, para mejorar la densidad del circuito. MMIC también tiene algunas ventajas adicionales, incluida la reducción de la falta de coincidencia de componentes, la reducción del retraso de la señal (debido a la distancia más corta entre los componentes en MMIC) y la reducción de los costos generales de la lista de materiales (BOM).

MMIC adopta un paquete cuadrado plano sin pines (QFN), que puede reducir aún más el costo y el tamaño. Debido a que el paquete QFN utiliza cables de unión cortos, lo que ayuda a reducir la inductancia de los cables, su almohadilla de chip desnudo de cobre expuesto proporciona un rendimiento térmico excelente.

El dispositivo Wolfspeed cmpa901a020s adopta 6 veces; Paquete QFN de 6 mm, este es un amplificador de alta potencia Gan en SiC de 20 W, que puede operar en el rango de frecuencia de 9 GHz a 10 GHz. Es adecuado para aplicaciones de radar de impulsos, como el radar meteorológico marino. El amplificador tiene ganancia de tres etapas, puede proporcionar una gran ganancia de señal superior a 30 dB y una eficiencia superior al 50%, puede cumplir con requisitos de alimentación de CC más bajos del sistema y admite soluciones de gestión térmica del sistema simplificadas.

Wolfspeed cmpa9396025s es otro Gan MMIC, que puede integrar muchas tecnologías para maximizar la mejora de swap-c. El dispositivo de tres etapas está diseñado para 9.3 ghz a 9.6 ghz, utilizando 6 & veces; paquete QFN de 6 mm,A 100 - & micro; La potencia es de 25 W bajo la condición de ancho de pulso s y ciclo de trabajo del 10%.

La serie Wolfspeed cmpa801b030 en amplificador MMIC funciona en el rango de frecuencia de 7.9 GHz a 11 GHz y puede admitir un ancho de banda más amplio y mayor potencia en banda X. El valor de salida típico es de hasta 40 W, la ganancia de señal grande es superior a 20 dB y la eficiencia energética adicional es de hasta el 40 %. La serie de productos adopta 7 & veces; El QFN de moldeo por inyección secundaria de plástico de 7 mm también proporciona un paquete con brida de montaje de metal/cerámica de chip desnudo y brida de montaje de 10 pines, lo que resulta en un rendimiento eléctrico y térmico más sobresaliente.

▲ wolfspeed cmpa801b030 proporciona un chip básico y un paquete altamente compacto para maximizar la mejora de swap-c

Nota: el eccn de todos los dispositivos enumerados anteriormente es 3a001 b.2

Innovación técnica de habilitación de radar.

El análisis de estrategia cree que los dispositivos Gan anteriores favorecen la rápida adopción del radar AESA por parte de varias plataformas, y el gasto Gan del sistema de radar aumentará de 171.8 millones de dólares en 2018 a 734.1 millones de dólares en 2028.


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