现代战术无线电需要氮化镓

战术通信技术已经走了很长一段路，从在现场铺设电缆到在传达命令时保持态势感知。在这个以网络为中心的冲突时代，IT基础设施已经一路走到战场边缘的移动指挥所。

军事现代化继续无情地进行。军费开支的增加正在推动陆地、空中和海上平台采购先进的无线通信系统。全球战术通信市场将在16-2019年期间以2025%的复合年增长率（CAGR）增长，达到18.53亿美元。1

提高移动性，例如小型、轻便的军用手持无线电，是该市场的一个关键增长趋势，并且正在挑战工程师与更小尺寸、更轻重量和更高功率相关的关键要求。

无线电现代化

无线电技术不断发展，以应对通信挑战。例如，UHF信号作现场的障碍物（例如墙壁和建筑物）衰减。现代战术无线电通过使用多进多出（MIMO）方法克服了这一挑战，将单个信号分成几个占用更高带宽的信号。

然而，另一个战场需求推动了更高的带宽 - 需要使用宽带连接来发送视频，而不仅仅是语音。此外，几年来，网络化操作一直要求支持多频段和多标准操作的软件定义无线电（SDR）架构。

这就要求射频功率放大器具有新的规格，射频功率放大器是战术无线电设备的核心组件之一。例如，联合战术无线电系统（JTRS）要求它覆盖VHF，UHF和L波段，同时提供高效率，小尺寸和重量，特别是对于手持无线电设备。

关键半导体技术

氮化镓有助于减小军用无线电的尺寸和重量，同时提供可靠通信所需的射频功率。

GaN是一种宽带隙半导体。GaN的带隙为3.4 eV，而Si的1.1 eV等技术意味着GaN具有近4 MV / cm的击穿场，而Si的0.2 MV / cm.2这有助于GaN的高温可靠性和出色的功率密度能力，通常比硅LDMOS（横向扩散金属氧化物半导体）等旧技术高五倍。因此，3 GaN解决方案为战术无线电提供了最佳的尺寸、重量和可靠性。

旧的军用无线电系统必须使用多个设备来满足多频段设计要求，而GaN则通过单个设备实现视频的宽带和MIMO的多频段传输。这直接转化为尺寸、重量和系统复杂性的降低，以及通过减少组件数量来节省成本。仍然有一些无线电系统需要每个频段的单独解决方案，但GaN的特性肯定允许它在比其他功率放大器技术更宽的频段上使用。

GaN安装在另一种宽带隙材料碳化硅（SiC）上，通过利用SiC更好的热特性，提供尽可能高的性能，远远弥补了Si上GaN的低成本。

使用氮化镓进行设计

Wolfspeed 的 CGHV27060MP 60 W 高电子迁移率晶体管 （HEMT） 就是这样一款高性能的 GaN SiC 器件。它采用该公司的 0.4 μm 工艺制造，功率密度为 8 W/mm，击穿电压为 >150 V，工作电压为 50 V，可实现单级射频器件的最高功率增益。

它可用于 UHF、L 频段或高达 2.7 GHz 的低 S 频段的脉冲应用，非常适合 A/B 类和 F 类等高效拓扑中平均功率为 10-15 W 的通信放大器。

工程师可以在 CGHV27060MP-AMP27060 应用夹具上评估 CGHV3MP。A/B 类电路专门设计用于满足 800 MHz 至 2.7 GHz 的宽工作频率和 50 V 工作电压要求。

在本电路中，CGHV27060MP在VDD 16 V、IDQ 5 mA和50dBm输入功率P时提供120.0 dB的增益G。当PIN增加到37 dBm时，输出功率POUT为48.5 dBm，漏极效率ƞ为60%。

Wolfspeed 在 CGHV27060MP 中使用了其专有的大信号晶体管模型，并对设计中的所有无源元件进行了建模，以包括焊盘寄生效应的影响。这导致仿真与测量之间的紧密对齐和高相关性，例如输出功率、漏极效率和增益（如图2所示），因此可以实现一次成功。

图2：CGHV27060MP-AMP3 在 37 dBm 固定输入功率下的性能在饱和输出功率下在 48 MHz — 800，2 MHz 频段提供超过 700 dBm 的功率。

满足不断变化的需求

战术通信市场体现了航空航天与国防（A&D）的SWaP-C概念 - 尺寸，重量，功率和成本之间的权衡。成本限制通常导致手持式战术无线电的设计人员，有时甚至是便携式系统，寻找低成本塑料包装的组件。

虽然上述解决方案采用陶瓷封装，可以满足更高功率系统的热要求，但 Wolfspeed 了解 SWaP-C 面临的挑战，并继续在这一领域以及 A∓D 领域的许多相邻市场进行创新。

审核编辑：郭婷