关键词:相控阵收发组件;射频微波;集成电路设计;GaN工艺;高技术装备
当前,微波单片集成电路已经在各类高技术装备中得到了广泛的应用,例如电子战系统、战术导弹、通信系统等。电路系统作为相控阵雷达的基础,电路组件的各个指标均会对雷达技术的发展造成影响,性能指标也影响着雷达的技术标准,体积和重量对雷达的成本、稳定性和小型化以及应用前景也有比较大的影响。而基于微波集成电路的设计可以有效降低雷达的重量、缩小雷达的体积、提高雷达的稳定性。
1 相控阵收发组件中应用射频微波集成电路的意义
1.1 射频损耗比较低,接收或者是发射的效率比较高
原来就有收发组件的可以直接连接天线,也可以直接做到天线上,从而使接收或者是发射信号的频率损耗得到有效控制。一般情况下,射频损耗要比无源相控小6~10dB,也就是灵敏度被提升了6~10dB,因此,在同样的发射功率下,雷达的最大探测距离会被提升70%左右。
1.2 提升了雷达分辨率
一般情况下,有源相控阵的信号带宽能够达到载波信号的1/5,而无源相控阵信号带宽的最大值仅为1/10左右,这就可以发现,有源相控阵雷达比无源相控阵雷达的频率高出很多。信号带宽增加以后,会给敌方跟踪造成严重的干扰,从而使雷达的抗干扰能力得到不断的提升。
1.3 实现了小型化和轻质化
单片微波集成电路被采用后,使雷达的体积得到了有效的缩减,使雷达的重量得到降低,从而使雷达成本得到了有效控制。
1.4 提高了可靠性
许多T/R组件分布在有源阵里,T/R组件出现问题的数目在10%左右的时候,雷达距离变化不明显;问题数目在5%之内的时候,副瓣电平变差不明显,所以有源相控阵雷达系统要比无源相控阵雷达系统的可靠性高出一个数量级。
1.5 多功能性
多个接收波束的自适应控制以及数字波束的构成都可以得到较好的实现,还可以将多功能进行较好的实现。
2 氮化镓工艺在射频微波集成电路设计中的应用
2.1 设计优点
在国民经济中,射频微波单片集成电路发挥的作用至关重要,尤其是在军事领域和通信领域中所发挥的作用特别重要。在民用通信行业中,硅基CMOS的RFIC占据着核心位置,尤其是在无线局域网中应用最为普遍,如今在军事领域中占据主导位置的则是化合物半导体。化合物半导体器件中磷化铟(In P)和砷化镓(Ga As)的特征频率基本可以实现280GHz,然而两种材质的输出功率比较有限,磷化铟(In P)的最佳值为1.5W/mm@30GHz,砷化镓(Ga As)的最佳输出功率值可以达到1.4W/mm@8GHz,这些材料的最佳输出值已经与极限值比较接近了。在高频无线通信领域里,尤其是雷达系统中,过去的窄禁带半导体已经接近被淘汰的边缘。