65V GaN工艺正在打造新一代雷达系统

65V GaN 工艺正在打造新一代雷达系统，旨在提高安全性并监测大量商业应用。65V GaN 还有助于在 2027 年前推动雷达市场的持续增长。根据 Strategy Analytics 的预测，到 2022 年，雷达应用的市场规模将超过10 亿美元，其中 65V GaN 工艺产品有望占到该市场的绝大部分份额。

在此篇博客文章中，我们将探讨该技术如何改变雷达系统并为这一不断增长的领域做出贡献。

雷达应用的简要背景介绍

雷达设备在各国国防部门的安全防卫工作中占据重要地位。这些雷达系统最初针对国防及军事目的而开发，现也广泛用于商业领域，例如空中交通、海上运输、气象监测和飞机防撞系统。

军事应用中的雷达系统提高了国防安全性。安全和安保应用的增长以及国防预算的增加推动了对此类系统的需求。功率放大等技术进步也助力了轻型雷达的发展，并对市场增长产生积极影响。此外，这些技术进步旨在缩减系统尺寸，从而为商业及海上雷达设备开辟了新的机遇。

RF 技术在雷达中的作用

近些年来，多种RF放大技术被应用在雷达系统中，例如双极硅、硅 LDMOS、砷化镓（GaAs）和行波管技术等管基产品。最近，氮化镓（GaN）HEMT 以其优越的技术性能，成为 RF 和微波功率技术在雷达应用市场上的抢占者。

GaN 因其在L波段和以上频段，以及最近在 UHF 频段带来的高增益和高功率水平而迅速获得众多应用的青睐。GaN HEMT 晶体管通常在碳化硅（SiC）衬底上生产；碳化硅衬底具有出色的散热性能，可保持长期可靠性。碳化硅基氮化镓（GaN-on-SiC）工艺非常适合高功率脉冲应用，其功率密度可实现最佳冷却效果。由于出色的功率密度，每瓦的输出电容更低。这样可以在输出端进行高效率的谐波调谐，通常在千瓦（kW）级功率水平保持 70% 至 80% 以上。

为何采用高电压 65V GaN？

远程探测雷达广泛应用在航空航天和国防领域，被部署用于目标监视，包括武器探测和目标定位。最常见的军用雷达市场包括 UHF 雷达、AESA 雷达、航空航天敌我识别器（IFF）和测距设备（DME）。此类市场需要高达数百、数千瓦的功率放大。在千瓦范围内，典型的功率放大通过组合多个固态功率晶体管或使用基管的解决方案来实现。

然而，Qorvo 通过采用更高工作电压的 GaN 打造了高功率范围的晶体管产品。Qorvo 的 65V 工作电压 GaN 技术不仅带来更高的千瓦级功率放大，还为此类雷达应用提供了更佳的散热解决方案。此外，其以更加小巧的外形尺寸更可靠地满足了 IFF 和 DME 应用的目标参数。

65V GaN 技术的优势

今天，雷达系统的高度复杂性让雷达设计工程师面临严峻挑战。当今和下一代系统必须更小巧并且以更低的运营成本运行。这三个主要的市场驱动因素将推动雷达工程师深入探索固态解决方案，例如 GaN。

65V GaN-on-SiC 技术实现了上述目标，即缩减外型尺寸、减少运营成本以及降低RF前端复杂度。该技术在晶体管级采用较高的工作电压，支持使用单个晶体管实现千瓦级的高输出功率，因而赋予了设计人员更大的灵活性。它还通过组合更少的晶体管来达到雷达系统要求的功率水平，从而降低了设计的复杂度。这些高压大功率晶体管效率极高，在 UHF 和 L 波段频率下可达 70-80%。

为了展示 65V GaN-on-SiC 技术的真正优势，让我们在雷达应用中比较一下 LDMOS 和 65V GaN-on-SiC 这两种方案。采用 LDMOS 技术要求系统工程师创建复杂的功率组合，以达到数千瓦的功率水平；而 GaN-on-SiC 晶体管简化了组合，使用更少的组件来达到相同的功率水平，节省了设计时间，同时降低系统复杂性与成本。高电压的另一个好处是电流较低。对于相同的输出功率，在 65V 电压工作的 GaN-on-SiC 系统需要电源提供的直流电流更小，从而可以使用更小的导体，降低了直流损耗并减轻重量。此外，GaN-on-SiC 的效率比 LDMOS 更高。

GaN-on-SiC 从一开始就提供了比硅基 LDMOS 解决方案更高的电场强度。同 LDMOS 相比，对于给定的导通电阻和击穿电压，其更高的电子迁移率可实现更小的外形尺寸。65V GaN-on-SiC 的特性如下：

更高的功率密度——减少晶体管数量并缩减整体组件的尺寸

更低的功耗——降低系统级电流损耗及对电源的需求

更简单的匹配能力——在保持可用输出阻抗的同时提升输出功率

当今的雷达系统出于多种原因而越来越多地使用 GaN-on-SiC RF 晶体管技术，包括更高的功率、更卓越的效率、更优异的耐用性、更低的功耗、更小的尺寸、更强的频率可用性、更高的信道温度，以及更长的使用寿命。这些优势集中在一起，全面提升了雷达系统的性能。正如您在下表中所看到的，Qorvo 的 GaN-on-SiC 技术已经发展出多款广泛适用于多种雷达应用的品种。最近，在与雷达客户合作的同时，Qorvo 研发出一款特定的 65V GaN-on-SiC 解决方案。这一 65V GaN 技术可以更有效地满足当前雷达应用所要求的更高功率。

如下表所示，Qorvo 具有多种 GaN 器件来满足 UHF 和 L 波段雷达市场。由于其领先的功率附加效率（PAE），这些晶体管有效降低了系统温度、尺寸和重量

文章要点

雷达应用正以指数级增长，持续服务于军事和商业领域。Qorvo 在 GaN 技术方面的科学家们已与这些先进领域的雷达客户展开合作，力求创造出适合其独特应用的产品。65V GaN-on-SiC 正是为使最佳技术与不断发展的应用需求相匹配而开发的解决方案之一。GaN 解决方案使雷达系统工程师能够设计出更具竞争力、成本更低的雷达，并在其使用寿命内降低运营费用。Qorvo 65V GaN 不仅满足了我们雷达客户的需求，还展示了如何通过与客户的协同合作，助力现有技术进入全新市场领域，从而帮助 RF 设计工程师创建最佳的新一代雷达解决方案。