מבוא לטכנולוגיה של Millmeter-Wave Amplification

גליום ניליד (GaN) צמח כחומר מוליכים למחצה טרנספורמטיבי לתדירות רדיו (RF) כוח העצמת כוח, במיוחד בלהקות תדרים של מילימטר (mmWave) (30-300 GHz) דחיפה לעבר שיעורי נתונים גבוהים יותר ב 5G ורשתות עתידיים 6G, בשילוב עם הצורך עבור מכ"ם קומפקטי, יעילות גבוהה ומערכות לוויין, יש אימוץ מואץ של מתח אלקטרו-N מבוסס GMA (G) כמו גם מתח חשמלי ייחודי, בניגוד ל-G).

יישומי מילימטר-גליל כופים דרישות תובעניות: כוח פלט גבוה (עשרות וואט לקילווואט), לינאריות עבור גלפורות מורכבות ממותג, ויציבות תרמית תחת גלים רצופים או תנאים מותקפים.גנון גבוה אדונים-מנטליים (HEMTs) הם עכשיו המועמד המוביל להחליף צינורות גלי גלים (TWT) ואפקטים מוצקים של מצבה במערכות גלמ"מ"מ"מ רבות, ומתמקדים מתקדמים על גבי תדרי רדיו, אשר מתמקדת, אשר מתמקדת, ואפקטים מתקדמים, אשר מתמקדים באפקטים מתקדמים, ואפקטים מתקדמים, ואפקטים מתקדמים, אשר מתמקדים ב-R.

רקע: GaN Materials Properties ו- RF Amplifier

הלהקות הרחבות של GaN מתרגמות ישירות לשדה חשמלי קריטי גבוה יותר (כ-3.3 MV/cm לעומת 0.3 MV / ס"מ עבור Si ו 0.4 MV / ס"מ עבור GaAs) זה מאפשר GaN HEMT לפעול במתח ניקוז של 28 V עד 50 V או יותר, בהשוואה ל 5-10 V עבור GaAs גבוה יותר מניב כוח גדול יותר לדחיסות, 2GC גבוה יותר, וקיבולת גבוהה יותר על גבי נפח מגנטי (R) וקיבולת גבוהה של מגנטית גז גבוהה יותר (Ric) כאשר גודל של מגנטית גבוהה יותר (R) וקיבולת גבוהה יותר) וקיבולת גבוהה יותר (Ric גבוהה יותר על גבי נפח גבוה יותר (Ric מגנטית גבוהה יותר) ב-N) ב-Ric מגנטית גבוהה יותר) לעומת 5-10 V (Ric מגנטית גבוהה יותר) לעומת 5-10) לעומת 5-10) ב-N) ב-N גבוהה יותר על גבי נפח גבוה יותר על גבי נפח גבוה יותר על גבי נפח מגנטית גבוהה יותר (R) לעומת 5-10 V-HMA גבוה יותר, לעומת 5-10) ב-N) לעומת 5-10) וקיבולת גבוהה יותר, לעומת 5-10 V (R) לעומת 5-10 V (R (R

(ה-GV הקדום) מגברי גל (2000) התמקדו ב- L- ו-S-bands עבור מכ"ם.באמצעות 2010, ההתקדמות בצמיחה אפיטקסית ב-100 מ"מ ו-150 מ"מ SiC substrates, יחד עם שיפורים בהנדסת שער (למשל, T-gates, מחסני שטח), דחף את פעולתו ל- X-12 GHz) ו-K-27-GHz (היום, תהליכי מעגל משולבים (R-N-Fly) , 000-f-R) GHz (R) GHz (R) GHz) GHz (R) GHz (R.

פיתוחים ב- GaN RF Amplifier Technology

ייצור וחדשנות אפיטקס

מודרני GaNMT הוא לסמוך על דק (ראה:0 ⁇ FLT) 1 מעל 450 GHz ו fibFLT:2MAXIRFLT 3 מעל 400 GHz, מה שהופך אותו מתאים ליישומים תת-מ"מ ו- THz.

[[המאה ה-20]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]] [[1924]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[[[[[1924]]

פתרונות ניהוליים מתקדמים

בעוד GaN amplifiers לארוז יותר כוח לתוך מת קטן יותר, הפחת תרמי הופך צוואר בקבוק קריטי. טמפרטורות צומת מעל 200 מעלות צלזיוס יכול לחדד ביצועים ואמינות.

  • (FLT:0)Diamond substrate אינטגרציה: FIRLT:1 גדל GaN על יהלום פוליקלי (עם מוליכות תרמית > 1500 W / mK) מפחית התנגדות תרמית עד 3 × בהשוואה ל- SiC substrates.
  • (FLT:0Micro-channel:) קירור ערוצים אלטר:1, אמברינג מיקרו-השפעה ישירות לתוך תת-קרקעית סי-C מאפשרת קירור נוזלי, ומאפשר הפעלה רציפה של מאגרי חשמל מעל 10 W/mm.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ באמצעות מערךים: FLT:1 ב MMICs, מערך של דרך מצע (TSVs) מלא זהב או נחושת מספקים נתיבי התנגדות תרמיים נמוכים לחום.

טכניקות אלה חיוניות לשמירה על טמפרטורות ערוץ אחידות ומניעת היווצרות של נקודות חמות במכשירים בעלי עוצמה גבוהה של רב-אצבעות.

Monolithic מיקרוגל מעגלים משולבים (MMICs)

שילוב מלא של מג"ן כוח מגבר עם רשתות התאמה, שלבים הנהג, ולהשיג בלוקים על שבב יחיד (GaN MMIC) הפך גישה סטנדרטית. לאחרונה Ka-band GaN MMIC כוח מגבר להשיג כוח פלט של 10-20 W עם 30–40% כוח-MA (PAE) מעל 2-3 GHz רוחב פס W-94 (G), הראו שיפור מתמשך של 2.

חידושים עיצוב מעגלים מרכזיים כוללים:

  • אדריכלות פעילה (DAT) המשלבת כוח ביעילות
  • תצורה דוהרטית עם GaN הראשי ופסגות מגברות לשיפור יעילות לאחור ( קריטי עבור 5G ו מכ"ם לא-constant המעטפות מודולulations)
  • מגברי חשמל שאינם חד-ממדיים (NPDAs) לכיסוי octave-bandwidth
  • שימוש בקווי גל של קונדר נמוך (CPW) וקווי שידור microstrip על SiC או תת-סטריטים יהלום.

אדריכלות התקנים מאוחרת יותר

מאוחר יותר GaN HEMT נשאר דומיננטי עבור יישומים מ"מ ואב בשל הקיבולת הנמוכה שלהם וביצועים גבוהים יותר קידוד גבוה יותר.עם זאת, מכשירים אנכיים של GaN (למשל, FETs אנכיים, הנוכחי aperture אנכיים טרנזיטורים אלקטרונים או CAVET) מציעים אפילו יותר התמוטטות מתח וריפוי הנוכחי באזור.עבור mmWave, מכשירים מאוחר יותר הם מועדפים, אבל מבנים אנכיים עבור מאות מחקרים אנכיים של כוח דואטים של אימפולסים של וואט-אטים של קיבולת חלקית של השדה נדרשה, כמו קיבולת חלקית של קיבולת חלקית של קיבולת חלקית של , כמו רזולוציה חלקית של רזולוציה חלקית של קיבולת גבוהה יותר, כמו קיבולת חלקית של רזולוציה חלקית של רזולוציה חלקית של רזולוציה גבוהה יותר, כמו רזולוציה חלקית של שטח.

שיטות לשיפור קורנסיביות ויעילות

פעולת קואר חיונית לסימנים מודטים עם יחסי כוח שיא עד לממוצע (PAPR) סטנדרטי GN HEMTs מפגינים עיוות עקב דחיסה טרנסנדנטלית ושינויים בשלב עם כוח קלט.טכניקות לשיפור לינאריות כוללים:

  • (ב) ⁇ :0) אופטימיזציה ברמת דיוק: FLT:1ir Tailoring the Gate recess עומק ו- AlGaN מחסום עובי לעצב את פרופיל ה- Transconductance.
  • (ב) [15] , מדרש: ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)Digital pre-distortion (DPDigital pre-distortion) (DPDigital pre-distortion) (DPDigital pre-distortion) (DPDG): FLT:1 החלת אלגוריתמים בסיס DPD כדי להפחית את יחס כוח הערוץ הסמוך (ACPR) ב 10–20 dB, תרגול משותף בתחנות בסיס 5G.
  • (FLT:0) Envelope מעקב: 1FLT 1 תואמים דינמי את מתח אספקת הניקוז כדי לשמור על יעילות ברמות התפוקה הנמוכות.

בשילוב, טכניקות אלה מאפשרות לג'ן להגביר את היכולת לעמוד בדרישות EVM (גודל וקטור טרור) עבור 64-QAM ו-256-QAM mmWave אותות.

השפעה על יישומי מילימטר-וייב

5G ו- Next-Generation Wireless Networks

5G רדיו חדש (5G NR) מנצל טווח תדר 2 (FR2) מ 24.25 GHz ל 52.6 GHz, עם פריסות צפופות הדורשות תחנות בסיס קטנות רבות תאים וחוזרים על כך ש- GaN מגבר לספק את כוח התפוקה הדרוש (בדרך כלל 1–10 ל אנטנה) עם יעילות מספקת כדי להפחית את דרישות הקירור עם 64, 128 או יותר מאלמנטים של ג'מ"מ"מ"מ"ר"מ"מ"ל) עשוי להיות בעל כוח צמצם גבוה יותר מ- 4.

עבור מחקר 6G, תדרים מעל 100 GHz (D-band, W-band) נחקרים. GaN HEMTs עם fFLT:0ToriFLT:1 > 300 GHz עכשיו להראות הבטחה עבור 140 GHz טרמפטיבים, אם כי כוח הפלט ו- PAE נשאר נמוך יותר מאשר בלהקות מ"מ נמוך יותר.

מערכות Radar

מערכות מכ"ם צבאיות ומכוניות דורשות כוח שיא גבוה, רוחב פס רחב, ומבצע מחזור גבוה של ג'ן מגבר עבור X-band, קו-פס, ו מכ"ם K-band החליפו את TWT במערכות זיהוי של כוכבי לכת חדשים רבים.לדוגמה, A/APG-82 AESA עבור F-15 משתמשים ב- GaNMT, ומספקים טווח ארוך יותר ואמינות גבוהה יותר ב-77 מ"ג'"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ, למשל, למשל, למשל, כך, כך מאפשר שיפור כוח עליון -2, ל-R.

במכ"מים הדמיה ברזולוציה גבוהה (94 GHz, 140 GHz), מגמנטים של כוח GaN מאפשרים חזית קומפקטית חזיתית קומפקטית עם כוח פלט של כמה וואט, לפני כן רק אפשרי עם TWTs אבל עכשיו בחבילה מוצקה המדינה המציעה חיים ארוכים יותר, פעילות מתח נמוך יותר, ומידה.

תקשורת לווינית (SatCom)

מסופי קרקע לווין ומעבירים שנולדו לווייניים פוטנציאליים דורשים מגברי חשמל הפועלים ב- Q-band (33-50 GHz) ו-V-band (40-75 GHz) ג'ון MMICs זמינים כעת עבור Ka-band SatCom עם כוח של 10-20 W ו- PAE מעל 25%, עמידה בדרישות עבור מסופי חשמל קטנים מאוד (VSAT). עבור נמוך-band (Obit) ל-D) היא בעלת יכולת סריקה חדשה עבור תכונות גדולות של DIObit (N) עבור תכונות גדולות של DIRDHMADHMADH) עבור תכונות של 15.

לוחמה אלקטרונית ואמצעי נגד

מערכות לוחמה אלקטרונית (EW) דורשות מגברי פס רחב המכסים 6-18 GHz (או רחב יותר) עם כוח ליניארי גבוה. GaN amplifiers יותר ויותר בשימוש במערכות ג'ינג'ים ו decoy.עבור mmWave EW, מכשירי GaN מפותחים עבור 35 GHz ו-94 GHz כדי להתמודד עם איומים מתעוררים כוח ויכולת להתמודד עם פעילות גבוהה עם גובה עם כוח גבוה עם גובה גבוה כדי להפוך את האפליקציות המתאימות עבור יישומים אלה.

תחזית לעתיד ומגמות מתפתחות

מעבר ל-5G: 6G ו-Tahertz

מטרת התקשורת 6G היא להשיג את שיעור הנתונים העולה על 100 Gbps על ידי מינוף תדרי תת-THz (100 GHz - 300 GHz) GaN HEMT עם sub-50 nm שערי כבר הראו figFLT:0TreaFLT 1 מעבר 450 GHz, אבל כוח תפוקה מוגברת בתדרים אלה נשאר מתחת 100 mW. פריצות דרך עתידיות עשוי לכלול את השימוש של GaN-Nideer (הוא גם עם אינטגרציה גבוהה) עם RM-N-N-N-N-Der-D) עם , כמו גם עם אינטגרציה עם , כמו גם עם RM-N-N-NUMD.

חומרים חדשים ומבנה

המערכת האקולוגית של GaN מתרחבת לכלול חומרים כגון AlGaN / GaN על חומרים על-ידי הגדלת הגבלת המטען וערוצי InGaN עבור ניידות גבוהה יותר אלקטרונים.הפיתוח של שכבות p-type GaN עבור שיפור-mode (E-mode) הוא קריטי לפשט מעגלי כונן ומאפשר בדרך כלל-off כוח.

מגמה מבטיחה נוספת היא שילוב של GaN ו CMOS על תת-סטריט משותף, המאפשרים transceivers עם ג'N כוח שלבים ו CMOS שליטה לוגיקה. סיליקון בין-פולקס וטכניקות אינטגרציה 3D נחקרים כדי לשלב את הטוב ביותר של שתי הטכנולוגיות.

אספקת עלויות וחיסכון

אימוץ של מגבת גל של GaN מואץ על ידי העלייה בגודל wfer מ -100 מ"מ ל-150 מ"מ (עם 200 מ"מ בפיתוח) קוטרים גדולים יותר, בשילוב עם אחידות אפית טובה יותר, לנהוג עלות כוח יחידה.הפיתוח של GaN-on-Si עבור יישומי RF (במקום SiC) מציע תת-עלויות נמוכות יותר, אם כי ביצועים תרמיים הם עבור יישומים פחות גמישים, אשר מאפשר שימוש ב-N-N-Si-N) מאפשר עכשיו, 000 יותר, 000 מוגבל יותר, 000 (R) מאפשר שימוש ב-N) צריכת AI (R) מאפשר שימוש ב-N-N-N-N-N-N-N) מאפשר שימוש ביישומים של צריכת AI (מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ-Si-Si) מאפשר שימוש ב-Si-N) מאפשר שימוש ב-N-N-N-N-Si-N-N-HMAC) מאפשר שימוש ביישומים קטנים יותר נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר, 000 יותר, 000) מציעה כיום, 000 יותר, 000) מאפשר כיום, 000 יותר, 000 יותר, 000 מוגבל יותר, 000 יותר, 000 יותר,

High-Voltage GaN for Beam-Steering Phased Arrays

אזור מתפתח הוא השימוש בגאון (50-100 V) עבור אנטנה בשלבי-ריי מופעלת על ידי הפעלת המגבר במתח גבוה, הזרם של אלמנט יורד, צמצום ההפסדים הומאמיים ברשת האנטנה להאכיל. גישה זו נחקרת עבור קו-ג'נטות קו-פס ומערך מכ"ם אווירי שבו יעילות ויעילות הן הפגנת פרנספורט עדכנית שיכולה לספק 15 ג'יגה-ג'אט עם טרה-ג'ר, ו-ג'ר, אשר מאפשרת אנטנות בגודל של 15 ג'ר, ו-ג'ר, ו-ג'רטרנטימנטרית'ר, ו-ג'רטר, ו-ג'רטר, ו-ג'ר, ו-ג'ר, ו-ג'נטן, ו-ג'רטר, ו-ג'רטר, ו-ג'רטר, ו-ג'נטן, ו-ג'נטן, ו-ג'נדר, ו-ג'נטאר, ו-ג'נטן, עם תותחנים עם אנטאר, ו-ג'נטאר, ו-ג'נטאר, 15, 15, ו-ג'נטנים עם

מסקנה

גליום Nitride RF מגברי עבר אבולוציה מהירה בעשור האחרון, מעבר ממקרי מחקר ועד רכיבים מוכנים לייצור עבור מערכות גל מילימטר.התקדמות באפילפסיה, עיצוב מכשירים, ניהול תרמי ושילוב מעגלים נכנעו למגברי חשמל עם שילובים חסרי תקדים של כוח, יעילות, לינאריות, ושיפורים אלה לשפר ישירות 5G תחנות בסיס, מערכות תקשורת אלקטרונית, כמו גם סוללות כוח.

מקור:0 (ב) 1

  • (ב) עיין ב-[[1924]]]]
  • (ב) ,0) אלקטרוניקה: GaN Power Amplifiers for 5G mmWaveveveveFLT 1
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇