現(xiàn)代戰(zhàn)術(shù)無線電需要氮化鎵

戰(zhàn)術(shù)通信技術(shù)已經(jīng)走了很長一段路，從在現(xiàn)場鋪設(shè)電纜到在傳達(dá)命令時(shí)保持態(tài)勢感知。在這個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為中心的沖突時(shí)代，IT基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)一路走到戰(zhàn)場邊緣的移動(dòng)指揮所。

軍事現(xiàn)代化繼續(xù)無情地進(jìn)行。軍費(fèi)開支的增加正在推動(dòng)陸地、空中和海上平臺(tái)采購先進(jìn)的無線通信系統(tǒng)。全球戰(zhàn)術(shù)通信市場將在16-2019年期間以2025%的復(fù)合年增長率（CAGR）增長，達(dá)到18.53億美元。1

提高移動(dòng)性，例如小型、輕便的軍用手持無線電，是該市場的一個(gè)關(guān)鍵增長趨勢，并且正在挑戰(zhàn)工程師與更小尺寸、更輕重量和更高功率相關(guān)的關(guān)鍵要求。

無線電現(xiàn)代化

無線電技術(shù)不斷發(fā)展，以應(yīng)對通信挑戰(zhàn)。例如，UHF信號(hào)作現(xiàn)場的障礙物（例如墻壁和建筑物）衰減?，F(xiàn)代戰(zhàn)術(shù)無線電通過使用多進(jìn)多出（MIMO）方法克服了這一挑戰(zhàn)，將單個(gè)信號(hào)分成幾個(gè)占用更高帶寬的信號(hào)。

然而，另一個(gè)戰(zhàn)場需求推動(dòng)了更高的帶寬 - 需要使用寬帶連接來發(fā)送視頻，而不僅僅是語音。此外，幾年來，網(wǎng)絡(luò)化操作一直要求支持多頻段和多標(biāo)準(zhǔn)操作的軟件定義無線電（SDR）架構(gòu)。

這就要求射頻功率放大器具有新的規(guī)格，射頻功率放大器是戰(zhàn)術(shù)無線電設(shè)備的核心組件之一。例如，聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)（JTRS）要求它覆蓋VHF，UHF和L波段，同時(shí)提供高效率，小尺寸和重量，特別是對于手持無線電設(shè)備。

關(guān)鍵半導(dǎo)體技術(shù)

氮化鎵有助于減小軍用無線電的尺寸和重量，同時(shí)提供可靠通信所需的射頻功率。

GaN是一種寬帶隙半導(dǎo)體。GaN的帶隙為3.4 eV，而Si的1.1 eV等技術(shù)意味著GaN具有近4 MV / cm的擊穿場，而Si的0.2 MV / cm.2這有助于GaN的高溫可靠性和出色的功率密度能力，通常比硅LDMOS（橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體）等舊技術(shù)高五倍。因此，3 GaN解決方案為戰(zhàn)術(shù)無線電提供了最佳的尺寸、重量和可靠性。

舊的軍用無線電系統(tǒng)必須使用多個(gè)設(shè)備來滿足多頻段設(shè)計(jì)要求，而GaN則通過單個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)視頻的寬帶和MIMO的多頻段傳輸。這直接轉(zhuǎn)化為尺寸、重量和系統(tǒng)復(fù)雜性的降低，以及通過減少組件數(shù)量來節(jié)省成本。仍然有一些無線電系統(tǒng)需要每個(gè)頻段的單獨(dú)解決方案，但GaN的特性肯定允許它在比其他功率放大器技術(shù)更寬的頻段上使用。

GaN安裝在另一種寬帶隙材料碳化硅（SiC）上，通過利用SiC更好的熱特性，提供盡可能高的性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)彌補(bǔ)了Si上GaN的低成本。

使用氮化鎵進(jìn)行設(shè)計(jì)

Wolfspeed 的 CGHV27060MP 60 W 高電子遷移率晶體管 （HEMT） 就是這樣一款高性能的 GaN SiC 器件。它采用該公司的 0.4 μm 工藝制造，功率密度為 8 W/mm，擊穿電壓為 >150 V，工作電壓為 50 V，可實(shí)現(xiàn)單級(jí)射頻器件的最高功率增益。

它可用于 UHF、L 頻段或高達(dá) 2.7 GHz 的低 S 頻段的脈沖應(yīng)用，非常適合 A/B 類和 F 類等高效拓?fù)渲衅骄β蕿?10-15 W 的通信放大器。

工程師可以在 CGHV27060MP-AMP27060 應(yīng)用夾具上評(píng)估 CGHV3MP。A/B 類電路專門設(shè)計(jì)用于滿足 800 MHz 至 2.7 GHz 的寬工作頻率和 50 V 工作電壓要求。

在本電路中，CGHV27060MP在VDD 16 V、IDQ 5 mA和50dBm輸入功率P時(shí)提供120.0 dB的增益G。當(dāng)PIN增加到37 dBm時(shí)，輸出功率POUT為48.5 dBm，漏極效率?為60%。

Wolfspeed 在 CGHV27060MP 中使用了其專有的大信號(hào)晶體管模型，并對設(shè)計(jì)中的所有無源元件進(jìn)行了建模，以包括焊盤寄生效應(yīng)的影響。這導(dǎo)致仿真與測量之間的緊密對齊和高相關(guān)性，例如輸出功率、漏極效率和增益（如圖2所示），因此可以實(shí)現(xiàn)一次成功。

圖2：CGHV27060MP-AMP3 在 37 dBm 固定輸入功率下的性能在飽和輸出功率下在 48 MHz — 800，2 MHz 頻段提供超過 700 dBm 的功率。

滿足不斷變化的需求

戰(zhàn)術(shù)通信市場體現(xiàn)了航空航天與國防（A&D）的SWaP-C概念 - 尺寸，重量，功率和成本之間的權(quán)衡。成本限制通常導(dǎo)致手持式戰(zhàn)術(shù)無線電的設(shè)計(jì)人員，有時(shí)甚至是便攜式系統(tǒng)，尋找低成本塑料包裝的組件。

雖然上述解決方案采用陶瓷封裝，可以滿足更高功率系統(tǒng)的熱要求，但 Wolfspeed 了解 SWaP-C 面臨的挑戰(zhàn)，并繼續(xù)在這一領(lǐng)域以及 A?D 領(lǐng)域的許多相鄰市場進(jìn)行創(chuàng)新。

審核編輯：郭婷