大咖说氮化镓在雷达和电子战等领域的应用“越来越热”

发表于 讨论求助 2018-08-01 22:27:12

氮化镓(GaN)器件作为横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)的替代或备选,在军用雷达和电子战系统的使用量正在快速上涨。但是,部分产业领域的专业表示,在GaN的优势及何时/何处使用上,应对客户群做更多的培育。

 

GaN的优势和特殊之处

恩智浦(NXP)公司负责射频产品营销的Gavin Smith表示:“GaN所能提供的这些好处已经充分地广而告之,但GaN与其他器件技术的相对优势需要基于特定应用的设计参数进行仔细对比。GaN正在快速发展,但其他功率半导体技术亦如此。新的应用正随时间出现。例如,GaN在国防系统中经历了‘火之考验’,现已显著进入无线架构和其他几个领域,所有的发展不足10年时间”。


Smith继续表示:“在射频和微波半导体技术领域,GaN是最新的,其特性和需求与其他不同,如其上电顺序必须严格遵守;GaN器件有非常高的功率密度,包含GaN器件的电路必须设计为能够散出大量的热。这是众多需要考虑的因素中的两点,在设计的非常早期就需要考虑。”

 

何时何处使用GaN

尽管对GaN技术有很大的兴趣,用户仍不知何时使用GaN,何时使用LDMOS。


 美国亚德诺半导体(ADI)公司宇航和国防业务部门总经理Bryan Goldstein表示:“就我看来,在决定何时选择GaN器件来代替LDMOS和砷化镓(GaAs)时存在混乱。在一些应用中,答案很清晰,在另外一些则并不如此。

如果应用需要高效率、纯饱和射频输出功率,且频率大于45GHz、功率等级大于57W,GaN是明确的选择。

GaN的线性特性不如GaAs,因此强调线性指标的通信应用则需要在GaN和组合多级GaAs放大器间做出折中,后者能够提供更好的线性度,或者使用器件数显著少于GaN器件。在低噪声放大器(LNA)和射频开关领域, GaN增益/损耗和噪声指数方面的性能现已非常接近GaAs,同时具备高得多的功率处理能力。随着GaN数量的增加和成本的下降,可以预期GaN将在未来很多应用中替代GaAs。

而LDMOS在45GHz以下频率范围保持其位置。即使功率等级与GaN相当,而并未超越GaN,也能够在现有价格点上获胜。因此,在这些应用中,LDMOS将保持竞争力。”

 

开启新应用

随着GaN价格逐代下降,用户将找到新的应用,以及更好地理解何处替代LDMOS。


MACOM战略副总裁Doug Carlson博士、宇航和国防市场主任Thomas Galluccio表示:“所有涉及射频和微波的产业都知道GaN的性能优势。但是,GaN的成本结构使得其价格昂贵,阻碍了主流市场的接受。但是,情况已经发生了改变,客户对于GaN的认识和预期随着发生了改变。”


“考虑到8英寸衬底的内在功率密度优势和可伸缩性,Gen 4硅基GaN预计将产生GaN基器件,这些器件每瓦半导体成本只是对应LDMOS的一半,与相同性能但昂贵得多的量产级SiC基GaN晶圆相比,成本则要显著下降。这样,GaN供应链和GaN技术路线图同步取得的进展,支持所需生产规模和成本结构来推动GaN进入商用领域,如无线基站、射频能量应用等。对于客户基于性能和成本标准来评估GaN适合/不适合的领域,Gen4显著改变了等式两边的比重”。

 

在军用射频和微波领域的应用

GaN在军事系统设计者中持续获得关注,一个事实是它同样是军用射频和微波市场整个健康程度的标志。


Carlson和Gallucio说:“我们预计,军用雷达应用对于射频和微波技术的需求将持续上涨。有源电子扫描阵列(AESA)将在整体传感器网格网络中扮演一个重要性不断增加的角色,应用跨越空间、土地、海洋和空域。而且,随着这些系统越来越容易制造,成本也越来越低,他们将加速发展。在系统层面,一个ASEA中的射频器件的数量将远比传统雷达系统高。随着AESA部署加速,集成射频内容应用范围将加速扩展”。

 

NXP的Smith表示,NXP的产品聚焦于宇航和国防应用的三个主要领域“雷达、通信和电子战”。射频在雷达应用中对测距设备(DME)、战术空中导航系统(TACAN)、敌我识别(IFF)、数据链等是一个重要元素。尽管它需要花费几年的时间来升级现有系统,我们对基于先进技术的需要很明确。”

 

新的雷达和电子战系统只能变得越来越复杂,不管其转变为相控阵天线或研发认知电子战能力,电子器件的复杂和数量一直在上涨。

 

Goldstein表示:“射频和微波技术广泛用于军事和宇航应用中的雷达、电子监控/对抗和通信系统。随着雷达系统从不够精确和不够可靠的单旋转天线架构转变为相控阵天线,所需电子的数量显著增加。新的雷达将有数以千计的天线器件,这些架构将需要具备发射/接收、上/下变频、频率综合器功能的射频和微波电子。电子对抗和监视已经被美国政府定为优先发展。新的技术倡议需要射频和微波器件具备更快的带宽,改进的效率和更快的调频能力。”


 Goldstein表示:“新的通信架构由集成的硅基芯片级无线电解决方案得到简化。这些新的收发器芯片包括发射和接收高速转换器和上变频器,现有频率已经高至6GHz。该单芯片解决方案覆盖很多现有军用通信能力,包括工作频率高至Ka波段,如甚小口径天线终端(VSAT)。这些系统使用新的接收机,然后与未来射频和微波器件集成来获取更高的频率波段。正如你看到的,这些应用全是微波领域,是宇航和国防产业所需新系统和系统升级的焦点。”


Goldstein还补充道,此外,汽车市场在雷达技术的投资将同样帮助驱动创新和降低成本,由于该产品的大批量生产。新推出的产品将聚焦于24GHz和77GHz汽车雷达应用。“通过在硅上的高度集成来获得持续成本下降,将支持雷达传感器在大多数新型汽车上的引入。使用射频和微波技术的汽车数量正在非常快速地增长。”


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