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Solution Gan : un petit package pour relever le défi des grands radars

Date de sortie:2021-12-28Source de l'auteur:KinghelmVues : 3057

Solution Gan : un petit package pour relever le défi des grands radars


Le radar en bande X (8 GHz à 12 GHz) est un équipement clé adapté à la navigation commerciale. L'aviation est un domaine majeur dans lequel les équipements radar en bande X sont largement utilisés. Dans le même temps, l'équipement est également largement déployé dans de nombreux domaines d'application, notamment les drones, le contrôle du trafic maritime, la surveillance météorologique, la surveillance de l'activité des oiseaux à proximité de l'aéroport et la télédétection antigel.


Selon le rapport de Strategy Analytics, un organisme d'études de marché, le radar en bande X est le plus grand segment de radar. Les ventes de ce radar à bande avoisinent les 6.3 milliards de dollars américains en 2018, et le taux de croissance annuel composé des dépenses correspondantes devrait être de 3.4 %, qui atteindra 8.7 milliards de dollars américains en 2028.


Cependant, aucun radar en bande X ne présente d’opportunités de croissance significatives. Le système AESA (Active Electronic Scan Array) est de plus en plus populaire dans la recherche et le développement. Le système est principalement utilisé sur les grandes plates-formes aéroportées, ainsi que sur les segments terrestres et maritimes.



Les défis de l'AESA

Le système AESA utilise des matrices actives, chacune avec des centaines voire des milliers de antennes. Chaque antenne possède son propre contrôle de phase et de gain. L'interférence ou la superposition d'un seul réseau d'ondes antenne Les éléments peuvent générer des ondes planes, qui peuvent générer efficacement des faisceaux radio se déplaçant dans une direction spécifique. Le système radar AESA contrôle électroniquement le faisceau en transférant la phase de antenne éléments.


L'espacement des antenne Les éléments radar sont généralement d'une demi-longueur d'onde afin de réduire l'exposition dans le champ proche. Le radar AESA doit également souvent diffuser des signaux dans une large gamme de hautes fréquences. Cette agilité de fréquence permet au radar de rechercher rapidement des cibles dans le secteur. Cela les rend également plus difficiles à détecter dans le bruit de fond. Cela permet aux navires et aux avions d'envoyer des signaux radar de haute puissance tout en maintenant la dissimulation et en apportant une meilleure capacité anti-brouillage.


Ces exigences posent certains défis aux ingénieurs : chacun antenne L'élément radar doit être suffisamment petit et léger pour s'adapter à un faible espacement des longueurs d'onde, tout en permettant de contrôler la taille et le poids global du système pour une utilisation dans les airs et en mer. Cependant, selon les différentes applications, le système radar doit être suffisamment puissant pour produire une puissance allant de plusieurs centaines de watts à 100 kW n'importe où. Par conséquent, le système radar doit pouvoir dissiper efficacement la chaleur, mais cela augmente la taille et le poids.


Dans bon nombre de ces cas d'utilisation, vous devez Taille, poids, puissance et coût (swap-c) Évaluez le système. Le remplacement de seulement quelques composants du système n’aura pas beaucoup d’impact sur ces considérations. Par conséquent, la technologie qui peut activer le système radar AESA doit présenter des avantages significatifs en matière d’amélioration du swap-c.


 

Technologie habilitante : Gan

Le nitrure de gallium (GAN) est une technologie qui peut aider les concepteurs de radars à surmonter de nombreux défis tels que la puissance, la dissipation thermique, le poids et la taille, ainsi que la rentabilité. Ce matériau possède une grande mobilité électronique. Par rapport au silicium, les dispositifs Gan ont une faible charge de grille et une faible capacité de sortie, et peuvent produire plus efficacement un gain plus élevé à une fréquence plus élevée.


Gan possède une large bande interdite d'énergie et un champ électrique de claquage critique très élevé, ce qui apportera une excellente fiabilité à haute température, une excellente robustesse sous haute tension d'alimentation et une excellente densité de puissance.


L'utilisation de carbure de silicium (SIC) comme substrat de GaN permet d'obtenir une faible dilatation thermique, un faible décalage de réseau et une excellente conductivité thermique, de manière à exploiter pleinement les caractéristiques du GaN. La conductivité thermique du polytype semi-isolant 4H SiC est de 430 w/MK, tandis que celle du silicium est aussi faible que 146 w/MK. Cela permet une densité de puissance très élevée et une dissipation thermique efficace, évitant ainsi les températures extrêmes des canaux qui rendent l'équipement inutilisable.


Par conséquent, l'amplificateur au nitrure de gallium (GaN sur SiC) à base de carbure de silicium du radar AESA peut atteindre des performances plus élevées et une puissance de sortie équivalente dans un volume plus petit, tout en réduisant les exigences de dissipation thermique. Cependant, afin de refléter de manière significative les avantages d'amélioration du swap-c, il faut faire davantage dans la technologie des appareils.


 

L'encapsulation est la clé

Le développement ultérieur de réseaux multiéléments tels que le système radar AESA doit réduire la taille et intégrer plus étroitement les composants.


Le circuit intégré monolithique micro-ondes (MMIC) est l’une de ces technologies. Il peut fabriquer les modules fonctionnels complets de plusieurs composants dans un seul appareil, de manière à améliorer la densité du circuit. MMIC présente également des avantages supplémentaires, notamment la réduction des discordances de composants, la réduction du retard du signal (en raison de la distance plus courte entre les composants sur MMIC) et la réduction des coûts globaux de nomenclature (BOM).


MMIC adopte un boîtier carré plat sans broches (QFN), ce qui peut réduire davantage le coût et la taille. Étant donné que le boîtier QFN utilise des conducteurs de liaison courts, ce qui contribue à réduire l'inductance du plomb, sa puce nue en cuivre exposée offre d'excellentes performances thermiques.


L'appareil Wolfspeed cmpa901a020s adopte 6 fois ; Boîtier QFN de 6 mm, il s'agit d'un amplificateur haute puissance Gan sur SiC de 20 W, qui peut fonctionner dans la plage de fréquences de 9 GHz à 10 GHz. Il convient aux applications de radar à impulsions telles que les radars météorologiques maritimes. L'amplificateur a un gain à trois étages, peut fournir un gain de signal important supérieur à 30 dB et un rendement supérieur à 50 %, peut répondre à des exigences d'alimentation CC inférieures du système et prendre en charge des solutions de gestion thermique du système simplifiées.


Wolfspeed cmpa9396025s est un autre Gan MMIC, qui peut intégrer de nombreuses technologies pour maximiser l'amélioration du swap-c. L'appareil à trois étages est conçu pour 9.3 GHz à 9.6 GHz, en utilisant 6 & times; Boîtier QFN de 6 mm,À 100 - & micro; La puissance est de 25 W dans des conditions de largeur d'impulsion et de rapport cyclique de 10 %.


La série Wolfspeed cmpa801b030 dans l'amplificateur MMIC fonctionne dans la plage de fréquences de 7.9 GHz à 11 GHz et peut prendre en charge une bande passante plus large et une puissance plus élevée en bande X. La valeur de sortie typique peut atteindre 40 W, le gain de signal important est supérieur à 20 dB et le rendement supplémentaire en puissance peut atteindre 40 %. La série de produits adopte 7 fois ; Le moulage par injection secondaire de plastique de 7 mm QFN fournit également une puce nue et un boîtier à bride de montage en métal/céramique à 10 broches, ce qui permet d'obtenir des performances électriques et thermiques plus exceptionnelles.


▲ wolfspeed cmpa801b030 fournit une puce nue et un boîtier très compact pour maximiser l'amélioration du swap-c


Remarque : l'eccn de tous les appareils répertoriés ci-dessus est 3a001 b.2


Innovation technique du radar habilitant

Strategy Analytics estime que les dispositifs Gan ci-dessus sont propices à promouvoir l'adoption rapide du radar AESA par diverses plates-formes, et que les dépenses Gan du système radar passeront de 171.8 millions de dollars américains en 2018 à 734.1 millions de dollars américains en 2028.


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