基于GaN功率器件的高性能T/R組件

竇丙飛 嚴(yán)繼進 吳貽偉 呂春明

【關(guān)鍵詞】微波技術(shù) GaN 器件 T/R組件

摘要

T/R組件是雷達系統(tǒng)的核心部件，其性能決定了雷達的性能。本文介紹了雷達T/R組件的技術(shù)發(fā)展，重點介紹了一種基于GaN功率器件的雷達T/R組件設(shè)計，組件具有高的輸出功率和效率。同時，經(jīng)過試驗驗證，組件的溫度穩(wěn)定性也很好。

1 引言

雷達首次應(yīng)用可以追溯到二戰(zhàn)時期，第一部雷達是裝備了真空電子管收發(fā)器的機械掃描反射陣面。隨后雷達發(fā)展出電子掃描技術(shù)，同時雷達中的收發(fā)器也逐步地發(fā)展成為多個收發(fā)組件合成的形式，隨后收發(fā)（T/R）組件開始成為雷達技術(shù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。隨著雷達性能要求的不斷提高，T/R組件也經(jīng)歷了多次技術(shù)變革，向著小型化輕量化高性能的方向前進。

本文介紹了雷達T/R組件的技術(shù)發(fā)展和類型，同時介紹了一款基于GaN器件的T/R組件設(shè)計。

2 T/R組件的技術(shù)發(fā)展

T/R組件的發(fā)展趨勢是小型化，輕量化，性能不斷提高，T/R組件的技術(shù)發(fā)展大致可以分為以下幾個方面。

2.1 基板材料技術(shù)

影響組件電路的微波性能以及組件的散熱性能?；宀牧铣Ｒ姷闹饕翘沾刹牧习ㄓ泻衲ぬ沾?，低溫共燒陶瓷（LTCC），高溫共燒陶瓷（HTCC）等。以及有機印制板材料包括了玻璃纖維增強樹脂系列，陶瓷粉填充樹脂系列，陶瓷粉填充熱周性樹脂系列。

2.2 封裝技術(shù)

T/R組件從一開始的單層厚膜電路封裝結(jié)構(gòu)，發(fā)展到多層電路結(jié)構(gòu)。隨著薄膜技術(shù)的發(fā)展，薄膜電路技術(shù)讓組件的布線精度和密度大大提升。而21世紀(jì)以來，微電子，半導(dǎo)體技術(shù)的快速進步，開始研究晶圓級組件技術(shù)，而在二維層面上發(fā)展到一定程度的封裝技術(shù)，開始走向三維立體封裝，進一步提高了組件的集成度。

2.3 元器件技術(shù)

早期的T/R組件采用的是硅基功率器件。而GaAs微波單片集成電路（MMIC）的發(fā)展，明顯提高了組件的集成度和可靠性。近年來，GaN功率器件的發(fā)展應(yīng)用，讓組件的功率密度，效率以及工作溫度又上了一個新的臺階。其優(yōu)異的性能讓人們相信GaN器件能夠成為下一代微波功率器件的重要角色。

3 基于GaN功率器件的T/R組件

圖1是采用了GaN功率管作為功率放大器的T/R組件的設(shè)計原理框圖，組件包括了數(shù)字移相器，收發(fā)開關(guān)，驅(qū)動放大器，功率放大器，環(huán)行器，低噪聲放大器，衰減器，電源控制等功能組成。圖2是設(shè)計制造出的T/R組件產(chǎn)品功率和效率測試結(jié)果?？梢钥吹剑M件具有很高的輸出功率（≥50dBm）以及功率附加效率（≥42%），性能優(yōu)異。

4 T/R組件的溫度穩(wěn)定性試驗

我們對上述的10只T/R組件進行了溫度試驗，在不同的環(huán)境溫度下，測試其輸出功率和效率。結(jié)果如圖3所示，組件分別在低溫，室溫，高溫下進行了測試，可以看到工作溫度相差很大的情況下，組件的輸出功率和效率保持了相對穩(wěn)定。試驗表明，該設(shè)計的T/R組件具備良好的溫度穩(wěn)定性。

5 小結(jié)

T/R組件是相控陣?yán)走_的核心部件，T/R組件的技術(shù)發(fā)展包括了基板材料，封裝技術(shù)以及器件技術(shù)。應(yīng)用GaN功率器件的T/R組件具有很高的輸出功率和效率，同時溫度穩(wěn)定性也很好。GaN功率器件將成為下一代T/R組件的重要組成。

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