全球碳化硅技术领先企业科锐cree, inc. (nasdaq: cree) 宣布,推出多款碳化硅基氮化镓(gan-on-sic)器件:wolfspeed cmpa901a020s、cmpa9396025s、cmpa801b030 系列。本次推出的器件采用mmic技术,具备研发部署大型雷达系统所需的小型化、高效率、高可靠性、以及优异的功率密度等特点,可有效应对大型雷达所面临的挑战。
x-波段(8 ghz 到 12 ghz)雷达是适用于商业导航的一个关键设备。除航空外,x-波段还广泛部署于包括海上船舶交通管制、气象监测、机场附近的鸟类活动监测以及防冰冻遥感等领域。
随着x-波段有源电子扫描阵列(aesa)系统领域愈来愈受到研发的青睐,该系统主要运用于大型机载平台上,同时在陆地和海事细分市场也有采用。aesa 系统使用有源阵列,每个阵列拥有数百甚至数千根天线。每一根天线均有其各自的相位和增益控制。天线元件的间距通常为半波长,以减少近场中的暴露。aesa 雷达同时也常常需要在宽范围的高频率内扩散信号。这样的频率捷变可以让雷达快速地搜索扇形区中的目标,同时保持隐蔽,并带来更出色的抗干扰能力。这些要求为工程师们带来了一定挑战:每个天线元件必须足够小型和轻量,同时要让整体系统尺寸和重量在空中和海上使用时可控。
赋能技术:gan
gan能够帮助雷达设计者克服功率、散热、重量和尺寸、以及成本效益等诸多挑战,其具备宽的能带隙,拥有极高的临界击穿电场;具备出色的高温可靠性、出众的高供电电压下的鲁棒性,以及优异的功率密度。将碳化硅(sic)作为 gan 的衬底,能实现较低的热膨胀、较低的晶格失配,以及出色的热导率,进而充分发挥 gan 的特性。
高性能关键
单片微波集成电路(mmic)能将多个元件的完整功能模块制造在单个设备中,进而提高电路密度。mmic采用方形扁平无引脚(qfn)封装,能够带来进一步降低成本和减小尺寸的优势。由于 qfn 封装采用短键合引线,有助于降低引线电感,其暴露在外的铜裸芯片焊盘提供出色的热学性能。
本次科锐推出的器件就是基于上述技术:
wolfspeed的cmpa901a020s 器件采用 6 × 6 mm qfn 封装,是一款 20w 的gan-on-sic高功率放大器,能够在 9 ghz 至 10 ghz 频率范围内工作,适用于海洋气象雷达这样的脉冲雷达应用。该放大器拥有三级增益,能够提供大于 30 db 的大信号增益和大于 50% 的效率,能够满足更低的系统直流功率要求,并为简化系统热管理解决方案提供支持。
另一款gan mmic 是cmpa9396025s ,其能够集成诸多技术,带来尺寸、重量、功率和成本(swap-c)改进的最大化。该三级器件针对 9.3-ghz 至 9.6-ghz 工作而设计,采用 6 × 6 mm qfn 封装,在 100-?s 脉冲宽度、占空比为 10% 条件下的功率为 25 w。
mmic 放大器中的cmpa801b030 系列在 7.9-ghz 到 11-ghz 频率范围内工作,能够支持在 x-波段中实现更宽的带宽和更高的功率。其输出典型值高达 40 w,大信号增益大于 20 db,功率附加效率达 40%。该产品系列采用 7 × 7 mm 的塑料二次注塑成型 qfn,同样提供裸芯片和 10 引脚金属 / 陶瓷安装凸缘 flanged 封装,从而带来更出众的电气性能和热学性能。
▲ cmpa801b030提供裸芯片和高度紧凑型封装,带来swap-c改进的最大化
(备注:以上所列所有器件 eccn均为3a001.b.2)
上述此类gan器件有利于推动迅速增加的各类平台更快速地采用 aesa 雷达,而雷达系统的 gan 开支也将快速增长。
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