利用GaN的帶寬和功率密度優(yōu)勢對抗RCIED

在塵土飛揚的沙漠道路上的某個地方，巡邏以維持和平或向日益虛幻的敵人前進(jìn)的部隊正在密切關(guān)注無線電控制的簡易爆炸裝置（RCIED）。這些隱藏在路上、插在路燈上或被其他誘餌隱藏的威脅，奪去了許多士兵和無數(shù)平民的生命。

像這樣的威脅已經(jīng)離家更近，執(zhí)法部門的任務(wù)是保護(hù)重要的政府大樓、住所和重要官員的車輛。

卡住扳機

軍方和執(zhí)法部門使用的反RCIED設(shè)備依賴于干擾無線觸發(fā)信號。它們可以安裝在車上，可運輸或人工攜帶，但它們都使用三種常見的干擾技術(shù)之一 - 掃頻連續(xù)波（CW），點和彈幕。

在掃描CW中，載波頻率被“掃描”到各種可疑頻率范圍內(nèi)。掃描頻率必須足夠高，以拒絕觸發(fā)信號引爆的時間，同時又足夠慢，以使RCIED接收器有時間響應(yīng)干擾信號。在這些挑戰(zhàn)之間做出可接受的權(quán)衡需要強大的力量。

點干擾通過針對已知頻率來工作，這就是挑戰(zhàn)所在，因為該頻率通常是未知的。因此，干擾器不僅必須能夠檢測和確定觸發(fā)頻率（通常在存在合法信號干擾的情況下），而且還必須將干擾器調(diào)諧到該頻率，并且非?？焖俚赝瓿伤胁僮?。

彈幕技術(shù)克服了不知道頻率的問題，對噪聲調(diào)制干擾信號使用寬帶寬，使其覆蓋整個通信頻段，而不僅僅是一個通道。由于噪聲分布在大帶寬上，因此需要高RF功率才能有效。

無論干擾技術(shù)和其他功能（如網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場可編程性）如何，所有反RCIED干擾器都必須滿足以下要求：

寬帶寬上的高射頻發(fā)射功率，可實現(xiàn)有效干擾

在寬帶寬范圍內(nèi)始終如一的高增益和高效率，支持使用電池供電運行

體積小，重量輕，便于運輸

使能技術(shù)：碳化硅上的氮化鎵（SiC）

氮化鎵（GaN）是用于在干擾器中構(gòu)建RF功率放大器（PA）的主要技術(shù)。GaN 具有獨特的電氣特性 – 3.4 eV 的帶隙使 GaN 的擊穿場比其他射頻半導(dǎo)體技術(shù)高 20 倍。這不僅是GaN的高溫可靠性的原因，也是功率密度能力的原因。因此，GaN使干擾設(shè)備能夠滿足上述所有要求。

最好的技術(shù)中的最好

然而，并非所有氮化鎵器件都是平等的。在另一種寬帶隙半導(dǎo)體碳化硅 （SiC） 的襯底上，Wolfspeed 的 GaN on SiC 器件是自創(chuàng)建業(yè)界首款 GaN on SiC 高電子遷移率晶體管 （HEMT） 以來二十多年經(jīng)驗的成果。

Wolfspeed使用SiC而不是Si作為基底，因為與GaN的晶格結(jié)構(gòu)匹配更好，并且SiC的導(dǎo)熱系數(shù)比Si高近三倍。這建立在GaN的優(yōu)勢之上，以實現(xiàn)卓越的功率密度。

CG2H30070F是一款具有輸入匹配功能的器件，可在500 MHz至3 GHz的寬范圍內(nèi)提供盡可能高的瞬時寬帶性能。該器件采用 2 引腳金屬/陶瓷法蘭封裝，可實現(xiàn)最佳的電氣和熱性能。

在連續(xù)波模式下，VDD 28 V、IDQ 1 A 和 PIN = 38 dBm 時，該器件的典型功率增益為 12 dB，輸出功率為 50 W，漏極效率為 71%。HEMT 足夠堅固，可以承受 5：1 的輸出失配應(yīng)力 （VSWR），這是一個重要的參數(shù)，因為干擾器設(shè)備必須對信號干擾具有魯棒性。

圖 1：CG2H30070F-AMP2 通過組合兩個 HEMT 實現(xiàn) 100 W 連續(xù)波。

CG2H30070F-AMP2參考板（圖1）結(jié)合了其中兩個HEMT，可在整個帶寬內(nèi)瞬間實現(xiàn)100 W CW。它在整個指定頻率范圍內(nèi)提供高效率和幾乎平坦的增益（圖 2）。

圖 2：帶耦合器的 CG2H30070F-AMP2 放大器的輸出功率、功率增益和漏極效率與頻率的關(guān)系。VDD = 28 V，IDQ = 2 A，PIN = 42.5 dBm，溫度 = 25°C。

對于其參考設(shè)計，Wolfspeed 使用其高精度大信號晶體管模型（可根據(jù)要求提供），并通過對無源元件進(jìn)行建模來考慮焊盤寄生效應(yīng)。這樣可以更輕松地實現(xiàn)首次通過成功。

審核編輯：郭婷