65V GaN 工藝正在打造新一代雷達(dá)系統(tǒng)，旨在提高安全性并監(jiān)測(cè)大量商業(yè)應(yīng)用。65V GaN 還有助于在 2027 年前推動(dòng)雷達(dá)市場(chǎng)的持續(xù)增長。根據(jù) Strategy Analytics 的預(yù)測(cè)，到 2022 年，雷達(dá)應(yīng)用的市場(chǎng)規(guī)模將超過10 億美元，其中 65V GaN 工藝產(chǎn)品有望占到該市場(chǎng)的絕大部分份額。

在此篇博客文章中，我們將探討該技術(shù)如何改變雷達(dá)系統(tǒng)并為這一不斷增長的領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)。

雷達(dá)應(yīng)用的簡(jiǎn)要背景介紹

雷達(dá)設(shè)備在各國國防部門的安全防衛(wèi)工作中占據(jù)重要地位。這些雷達(dá)系統(tǒng)最初針對(duì)國防及軍事目的而開發(fā)，現(xiàn)也廣泛用于商業(yè)領(lǐng)域，例如空中交通、海上運(yùn)輸、氣象監(jiān)測(cè)和飛機(jī)防撞系統(tǒng)。

軍事應(yīng)用中的雷達(dá)系統(tǒng)提高了國防安全性。安全和安保應(yīng)用的增長以及國防預(yù)算的增加推動(dòng)了對(duì)此類系統(tǒng)的需求。功率放大等技術(shù)進(jìn)步也助力了輕型雷達(dá)的發(fā)展，并對(duì)市場(chǎng)增長產(chǎn)生積極影響。此外，這些技術(shù)進(jìn)步旨在縮減系統(tǒng)尺寸，從而為商業(yè)及海上雷達(dá)設(shè)備開辟了新的機(jī)遇。

RF 技術(shù)在雷達(dá)中的作用

近些年來，多種RF放大技術(shù)被應(yīng)用在雷達(dá)系統(tǒng)中，例如雙極硅、硅 LDMOS、砷化鎵（GaAs）和行波管技術(shù)等管基產(chǎn)品。最近，氮化鎵（GaN）HEMT 以其優(yōu)越的技術(shù)性能，成為 RF 和微波功率技術(shù)在雷達(dá)應(yīng)用市場(chǎng)上的搶占者。

GaN 因其在L波段和以上頻段，以及最近在 UHF 頻段帶來的高增益和高功率水平而迅速獲得眾多應(yīng)用的青睞。GaN HEMT 晶體管通常在碳化硅（SiC）襯底上生產(chǎn)；碳化硅襯底具有出色的散熱性能，可保持長期可靠性。碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）工藝非常適合高功率脈沖應(yīng)用，其功率密度可實(shí)現(xiàn)最佳冷卻效果。由于出色的功率密度，每瓦的輸出電容更低。這樣可以在輸出端進(jìn)行高效率的諧波調(diào)諧，通常在千瓦（kW）級(jí)功率水平保持 70% 至 80% 以上。

為何采用高電壓 65V GaN？

遠(yuǎn)程探測(cè)雷達(dá)廣泛應(yīng)用在航空航天和國防領(lǐng)域，被部署用于目標(biāo)監(jiān)視，包括武器探測(cè)和目標(biāo)定位。最常見的軍用雷達(dá)市場(chǎng)包括 UHF 雷達(dá)、AESA 雷達(dá)、航空航天敵我識(shí)別器（IFF）和測(cè)距設(shè)備（DME）。此類市場(chǎng)需要高達(dá)數(shù)百、數(shù)千瓦的功率放大。在千瓦范圍內(nèi)，典型的功率放大通過組合多個(gè)固態(tài)功率晶體管或使用基管的解決方案來實(shí)現(xiàn)。

然而，Qorvo 通過采用更高工作電壓的 GaN 打造了高功率范圍的晶體管產(chǎn)品。Qorvo 的 65V 工作電壓 GaN 技術(shù)不僅帶來更高的千瓦級(jí)功率放大，還為此類雷達(dá)應(yīng)用提供了更佳的散熱解決方案。此外，其以更加小巧的外形尺寸更可靠地滿足了 IFF 和 DME 應(yīng)用的目標(biāo)參數(shù)。

65V GaN 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

今天，雷達(dá)系統(tǒng)的高度復(fù)雜性讓雷達(dá)設(shè)計(jì)工程師面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。當(dāng)今和下一代系統(tǒng)必須更小巧并且以更低的運(yùn)營成本運(yùn)行。這三個(gè)主要的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素將推動(dòng)雷達(dá)工程師深入探索固態(tài)解決方案，例如 GaN。

65V GaN-on-SiC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了上述目標(biāo)，即縮減外型尺寸、減少運(yùn)營成本以及降低RF前端復(fù)雜度。該技術(shù)在晶體管級(jí)采用較高的工作電壓，支持使用單個(gè)晶體管實(shí)現(xiàn)千瓦級(jí)的高輸出功率，因而賦予了設(shè)計(jì)人員更大的靈活性。它還通過組合更少的晶體管來達(dá)到雷達(dá)系統(tǒng)要求的功率水平，從而降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。這些高壓大功率晶體管效率極高，在 UHF 和 L 波段頻率下可達(dá) 70-80%。

為了展示 65V GaN-on-SiC 技術(shù)的真正優(yōu)勢(shì)，讓我們?cè)诶走_(dá)應(yīng)用中比較一下 LDMOS 和 65V GaN-on-SiC 這兩種方案。采用 LDMOS 技術(shù)要求系統(tǒng)工程師創(chuàng)建復(fù)雜的功率組合，以達(dá)到數(shù)千瓦的功率水平；而 GaN-on-SiC 晶體管簡(jiǎn)化了組合，使用更少的組件來達(dá)到相同的功率水平，節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，同時(shí)降低系統(tǒng)復(fù)雜性與成本。高電壓的另一個(gè)好處是電流較低。對(duì)于相同的輸出功率，在 65V 電壓工作的 GaN-on-SiC 系統(tǒng)需要電源提供的直流電流更小，從而可以使用更小的導(dǎo)體，降低了直流損耗并減輕重量。此外，GaN-on-SiC 的效率比 LDMOS 更高。

GaN-on-SiC 從一開始就提供了比硅基 LDMOS 解決方案更高的電場(chǎng)強(qiáng)度。同 LDMOS 相比，對(duì)于給定的導(dǎo)通電阻和擊穿電壓，其更高的電子遷移率可實(shí)現(xiàn)更小的外形尺寸。65V GaN-on-SiC 的特性如下：

更高的功率密度——減少晶體管數(shù)量并縮減整體組件的尺寸

更低的功耗——降低系統(tǒng)級(jí)電流損耗及對(duì)電源的需求

更簡(jiǎn)單的匹配能力——在保持可用輸出阻抗的同時(shí)提升輸出功率

當(dāng)今的雷達(dá)系統(tǒng)出于多種原因而越來越多地使用 GaN-on-SiC RF 晶體管技術(shù)，包括更高的功率、更卓越的效率、更優(yōu)異的耐用性、更低的功耗、更小的尺寸、更強(qiáng)的頻率可用性、更高的信道溫度，以及更長的使用壽命。這些優(yōu)勢(shì)集中在一起，全面提升了雷達(dá)系統(tǒng)的性能。正如您在下表中所看到的，Qorvo 的 GaN-on-SiC 技術(shù)已經(jīng)發(fā)展出多款廣泛適用于多種雷達(dá)應(yīng)用的品種。最近，在與雷達(dá)客戶合作的同時(shí)，Qorvo 研發(fā)出一款特定的 65V GaN-on-SiC 解決方案。這一 65V GaN 技術(shù)可以更有效地滿足當(dāng)前雷達(dá)應(yīng)用所要求的更高功率。

如下表所示，Qorvo 具有多種 GaN 器件來滿足 UHF 和 L 波段雷達(dá)市場(chǎng)。由于其領(lǐng)先的功率附加效率（PAE），這些晶體管有效降低了系統(tǒng)溫度、尺寸和重量

文章要點(diǎn)

雷達(dá)應(yīng)用正以指數(shù)級(jí)增長，持續(xù)服務(wù)于軍事和商業(yè)領(lǐng)域。Qorvo 在 GaN 技術(shù)方面的科學(xué)家們已與這些先進(jìn)領(lǐng)域的雷達(dá)客戶展開合作，力求創(chuàng)造出適合其獨(dú)特應(yīng)用的產(chǎn)品。65V GaN-on-SiC 正是為使最佳技術(shù)與不斷發(fā)展的應(yīng)用需求相匹配而開發(fā)的解決方案之一。GaN 解決方案使雷達(dá)系統(tǒng)工程師能夠設(shè)計(jì)出更具競(jìng)爭(zhēng)力、成本更低的雷達(dá)，并在其使用壽命內(nèi)降低運(yùn)營費(fèi)用。Qorvo 65V GaN 不僅滿足了我們雷達(dá)客戶的需求，還展示了如何通過與客戶的協(xié)同合作，助力現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)入全新市場(chǎng)領(lǐng)域，從而幫助 RF 設(shè)計(jì)工程師創(chuàng)建最佳的新一代雷達(dá)解決方案。