eng
Выпуск #10/2020
С.Тарасов, Д.Колесников, Г.Глушков, М.Полунин, С.Рябыкин, А.Ткачев
ВОЗМОЖНА ЛИ ЗАМЕНА ИМПОРТНЫХ СВЧ GAN-ТРАНЗИСТОРОВ ОТ ИЗВЕСТНЫХ МИРОВЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ НА ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ АНАЛОГИ?
ВОЗМОЖНА ЛИ ЗАМЕНА ИМПОРТНЫХ СВЧ GAN-ТРАНЗИСТОРОВ ОТ ИЗВЕСТНЫХ МИРОВЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ НА ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ АНАЛОГИ?
Просмотры: 1394
DOI: 10.22184/1992-4178.2020.201.10.100.104
В статье рассмотрены результаты измерения параметров GaN HEMT-транзистора производства АО «ПКК Миландр» в составе тестового усилителя мощности при работе в непрерывном режиме в диапазоне частот 3,4–3,8 ГГц, проведено сравнение полученных данных с характеристиками GaN-транзистора CGHV40030F от компании Wolfspeed. Представлены перспективные разработки АО «ПКК Миландр» в области СВЧ GaN HEMT-транзисторов для широкого диапазона частот и силовых транзисторов.
В статье рассмотрены результаты измерения параметров GaN HEMT-транзистора производства АО «ПКК Миландр» в составе тестового усилителя мощности при работе в непрерывном режиме в диапазоне частот 3,4–3,8 ГГц, проведено сравнение полученных данных с характеристиками GaN-транзистора CGHV40030F от компании Wolfspeed. Представлены перспективные разработки АО «ПКК Миландр» в области СВЧ GaN HEMT-транзисторов для широкого диапазона частот и силовых транзисторов.
Теги: hemt microwave gan transistor power amplifier power transistors wide band gap semiconductors свч gan-транзистор силовые транзисторы усилитель мощности широкозонные полупроводники
Возможна ли замена импортных СВЧ GaN-транзисторов от известных мировых производителей на отечественные аналоги?
С. Тарасов, Д. Колесников, к. т. н., Г. Глушков , М. Полунин, С. Рябыкин , А. Ткачев, к. т.н.
Компоненты на основе нитрида галлия рассматриваются как одно из ведущих направлений развития СВЧ-техники. Рынок СВЧ GaN-транзисторов сегодня почти полностью занят зарубежными компаниями. В связи с быстрым расширением сфер применения GaN-приборов как в военной, так и гражданской продукции развитие производства отечественных СВЧ GaN и силовых транзисторов становится ключевой задачей. В статье рассмотрены результаты измерения параметров GaN HEMT-транзистора производства АО «ПКК Миландр» в составе тестового усилителя мощности при работе в непрерывном режиме в диапазоне частот 3,4–3,8 ГГц, проведено сравнение полученных данных с характеристиками GaN-транзистора CGHV40030F от компании Wolfspeed. Представлены перспективные разработки АО «ПКК Миландр» в области СВЧ GaN HEMT-транзисторов для широкого диапазона частот и силовых транзисторов.
Введение
Транзисторы на основе широкозонных полупроводников, такие как AlGaN / GaN HEMT-транзисторы (транзисторы с высокой подвижностью электронов), занимают лидирующие позиции в области СВЧ- и силовой электроники, постепенно заменяя уже ставшие традиционными СВЧ LDMOS-транзисторы, GaAs-приборы, силовые кремниевые транзисторы. Это происходит по ряду причин, обусловленных свойствами нитрида галлия:
Рынок мощных СВЧ и силовых GaN-транзисторов интенсивно растет, и, по прогнозам, этот рост будет продолжаться на протяжении более десяти ближайших лет, в течение которых сфера применения этих приборов будет расширяться. Наиболее широкое применение эти компоненты находят в таких областях, как 5G, Wi-Fi, беспилотные летательные аппараты, радарные комплексы, мобильные телекоммуникации, спутниковые системы, системы электропитания телекоммуникационного оборудования, высокоэффективные малогабаритные ИВЭП для жестких условий эксплуатации, автоэлектроника и др.
Рынок GaN-приборов сегодня представлен практически только зарубежными компаниями – EPC, Infineon, Integra, Qorvo, Wolfspeed, Ampleon, Microsemi и др. Отечественные предприятия только начинают его осваивать. В связи с интенсивным расширением сфер применения GaN-приборов как в военной, так и гражданской продукции развитие производства отечественных СВЧ GaN- и силовых приборов становится стратегически важной задачей.
Большинство зарубежных компаний выращивание эпитаксиальных слоев и изготовление кристаллов выполняют на пластинах диаметром 100 мм. Тем не менее foundry-компании не оставляют попыток перейти на изготовление структур с транзисторными кристаллами на пластинах диаметром 150 и 200 мм.
В табл. 1 представлены параметры технологических процессов Wolfspeed, одной из ведущих компаний, предлагающих услуги по изготовлению транзисторных кристаллов и приборов на их основе, а также монолитных интегральных схем (МИС).
Исследование отечественного СВЧ GaN-транзистора
В АО «ПКК Миландр» был разработан и изготовлен GaN-транзистор мощностью 25 Вт в металлокерамическом корпусе (аналог корпуса типа 440166). Был проведен сравнительный анализ характеристик разработанного транзистора с параметрами транзистора CGHV40030F от компании Wolfspeed, одного из ведущих производителей СВЧ GaN-приборов. Кроме статических характеристик были измерены энергетические параметры транзисторов: выходная импульсная мощность, коэффициент усиления по мощности и коэффициент полезного действия стока на большом сигнале. Исследования разработанного АО «ПКК Миландр» транзистора проводились на стенде для измерения энергетических параметров мощных СВЧ-транзисторов с автоматическим согласованием по входу и выходу. Результаты измерений представлены на рис. 1–3.
Полученные значения параметров разработанного транзистора – Рвых. и. ≥ 25 Вт, Кур ≥ 18 дБ, ηс ≥ 55% на частоте 3 ГГц при напряжении питании 50 В – подтверждают, что отечественный транзистор соответствует лучшим мировым аналогам.
Разработка усилителя мощности
Подходы к проектированию усилителя мощности для систем радиосвязи, как правило, различаются в зависимости от назначения системы, которая может быть системой связи общего назначения (например, системы связи стандарта Wi-Fi, Bluetooth или WiMax для диапазона частот 2,4 ГГц) или системой связи или подавления радиосигналов специального назначения для частотного диапазона, определяемого требованиями заказчика. В первом случае оптимальный выбор для разработчика – использовать схему усилителя мощности из технической документации и руководства к применению компании-производителя усилительных приборов, либо использовать внутренне согласованный по входу и выходу к стандартному 50-Ом тракту усилитель.
В АО «ПКК Миландр» была разработана схема усилителя мощности на основе импортного транзистора CGHV40030F и изготовлен макет устройства. В спецификации на транзистор CGHV40030F указаны следующие параметры: Рвых. = 30 Вт (в режиме насыщения), коэффициент усиления по мощности Кур = 15 дБ, коэффициент полезного действия стока ηс = 60% (параметры измерены на частоте 1,2 ГГц при температуре окружающей среды 25 °C) [2]. Разработанная 3D-модель и макет усилителя приведены на рис. 4–6.
Разработанный тестовый усилитель мощности рассчитан на частотный диапазон 3,4–3,8 ГГц, используемый в России для систем связи специального назначения, а в Европе и США выделяемый для перспективных сетей связи пятого поколения.
Разработка усилителя включала в себя несколько этапов:
Согласно теореме Боде-Фано минимальный входной КСВн (обеспечивающий максимум мощности сигнала возбуждения на входе усилительного прибора) в заданной полосе частот достигается при использовании структуры, аналогичной структуре полосового фильтра [3].
На основе компактной модели усилительного прибора была определена эквивалентная схема входа в виде последовательной RLC-цепи (где величины R и L определяют, соответственно, активную часть импеданса и индуктивность проводов, соединяющих вывод затвора и кристалл, а C – емкость затвора усилительного прибора). Синтез входной согласующей цепи проводился в программе Keysight PathWave ADS, среди возможных вариантов построения цепи был выбран оптимальный с точки зрения физической реализации устройства на основе микрополосковой технологии.
Для синтеза выходной согласующей цепи был проведен схемотехнический load-pull-тест в Keysight PathWave ADS. В качестве схемы использовалась модель усилительного прибора с входной согласующей цепью и цепями смещения и питания, в процессе моделирования был выбран оптимальный, с точки зрения выходной мощности, импеданс нагрузки.
На основе полученных данных была спроектирована выходная согласующая цепь.
При использовании индуктивности в качестве развязывающего элемента по ВЧ в цепи смещения по входу возможно возникновение паразитных колебаний [4]. Для стабилизации усилителя по входу и развязки по ВЧ цепи смещения был использован выводной металлопленочный резистор номиналом 1 кОм, смонтированный вертикально в разрыв цепи.
После сборки макета усилителя мощности были проведены сравнительные измерения электрических параметров совместимых по выводам импортного и отечественного транзисторов в полосе частот 3,4–3,8 ГГц в непрерывном режиме. Сравнительные данные, полученные при измерениях, представлены на рис. 7–8.
Результаты измерений параметров транзисторов в составе усилителя мощности подтверждают возможность замены зарубежных приборов на отечественные транзисторы в аппаратуре российских компаний без внесения разработчиками каких-либо корректировок и изменений в уже разработанные образцы изделий.
Перспективные разработки
СВЧ GaN-транзисторов АО «ПКК Миландр»
В настоящее время АО «ПКК Миландр», помимо разработки усилителей мощности на основе GaAs и GaN для Х-диапазона, осуществляет разработку перспективных дискретных СВЧ GaN-транзисторов с рабочим напряжением питания 50 В. Ведется разработка линейки СВЧ GaN HEMT-транзисторов для L-, S-, и C-диапазонов частот. Разрабатываемые транзисторы по своим техническим характеристикам соответствуют лучшим мировым аналогам, что позволит российским проектировщикам аппаратуры и оборудования перейти на отечественную ЭКБ.
Для L-диапазона частот создается линейка транзисторов с выходной мощностью 5, 10, 25, 50, 500 и 1 000 Вт, которые позволят заменить импортные транзисторы таких компаний, как Integra, Qorvo, Wolfspeed, Ampleon, Microsemi. Для каждого типа транзистора будет разработан тестовый усилитель мощности, что позволит потенциальным заказчикам и потребителям сократить время разработки и перейти к опробованию транзисторов в составе своей аппаратуры. Специалисты АО «ПКК Миландр» уже разработали тестовый усилитель мощности для диапазона частот 3,8–4,3 ГГц.
Для S-диапазона частот также разрабатывается широкая номенклатура СВЧ GaN-транзисторов, которая позволит улучшить тактико-технические характеристики отечественных изделий. Выходная мощность составит от 5 до 1 000 Вт. Данная номенклатура позволит создать как предусилитель, так и усилитель мощности, не прибегая к использованию импортных комплектующих.
Для С-диапазона частот разрабатывается ряд транзисторов, которые будут применяться в том числе для создания отечественного оборудования сетей 5G.
Сборка транзисторных кристаллов будет осуществляться в стандартных металлокерамических корпусах.
Необходимость в создании такого класса изделий твердотельной СВЧ-электроники определяется задачей реализации оптимальных схемотехнических решений при многомодульном построении мощных усилительных трактов передающей аппаратуры L-, S- и C-, X-диапазонов. Мощные импульсные СВЧ GaN-транзисторы производства АО «ПКК Миландр» позволят добиться максимальной эксплуатационной эффективности аппаратуры, уменьшения массогабаритных характеристик и сроков ее разработки.
Учитывая преимущества силовых GaN-транзисторов, в АО «ПКК Миландр» принято решение о развитии, кроме направления СВЧ-транзисторов, также направления разработки силовых GaN-транзисторов для применения в малогабаритных модулях питания. В настоящее время активно ведется разработка нормально закрытых силовых GaN-транзисторов, конструктивно аналогичных транзисторам ведущих зарубежных компаний – EPC, GaN Power, GaN System и др. Разрабатывается линейка транзисторов с максимально допустимым напряжением сток-исток для трех основных диапазонов – 60, 200–250 и 650 В. Первые тестовые образцы будут доступны в начале 2021 года.
Специфика силовых GaN-транзисторов выдвигает жесткие требования к параметрам драйверов затворов. Основная масса серийных драйверов затворов предназначена для МОП-транзисторов и не удовлетворяет специфическим требованиям GaN-приборов. Использование таких драйверов для управления GaN-транзисторами проблематично и может вызывать их ускоренную деградацию и выход из строя.
Ряд ведущих зарубежных компаний начали выпуск специализированных драйверов для GaN-транзисторов, в том числе с интегрированной гальванической развязкой. Отечественных специализированных драйверов для GaN-транзисторов на текущий момент нет.
У заказчиков АО «ПКК Миландр» востребована связка «GaN-транзистор – специализированный драйвер затвора», желательно с интегрированной гальванической развязкой. Поэтому в настоящее время ведется разработка линейки специализированных драйверов затвора GaN-транзисторов. Предварительно линейка будет включать в себя четыре варианта драйверов – одноканальные и полумостовые, с гальванической развязкой и без нее. Отечественные аналоги разрабатываемых специализированных драйверов GaN-транзисторов отсутствуют. Разрабатываемые драйверы будут пригодны для использования как с GaN-транзисторами от АО «ПКК Миландр», так и с наиболее распространенными зарубежными транзисторами компаний EPC, GaN Power, GaN System и других ведущих производителей.
Актуальные разработки АО «ПКК Миландр» в области транзисторов на основе широкозонных полупроводников для СВЧ и силовой электроники позволят не только создавать аппаратуру для управления воздушным движением, мобильной телекоммуникации, наземных и метеорологических станций, спутниковой связи (GPS, ГЛОНАСС), квадрокоптеров и др., но также будут способствовать появлению отечественного оборудования для сетей 5G и цифровизации экономики.
Заключение
В АО «ПКК Миландр» был разработан тестовый усилитель мощности для диапазона частот 3,4–3,8 ГГц для проверки работы СВЧ GaN-транзисторов в непрерывном режиме при напряжении питания 50 В. Замена импортного транзистора CGHV40030F на совместимый по выводам транзистор производства АО «ПКК Миландр» в тестовом усилителе показала, что разработанный транзистор по своим энергетическим параметрам находится на уровне лучших мировых аналогов, что говорит о возможности применения отечественного СВЧ GaN-транзистора вместо импортного прибора.
Разработки компании в области нитрид-галлиевой СВЧ и силовой электроники позволят обеспечить российских разработчиков электроники отечественными передовыми приборами для решения практически любых перспективных задач, как в гражданской сфере, так и в технике специального назначения.
ЛИТЕРАТУРА
https://www.wolfspeed.com/rf/foundry-services.
https://www.wolfspeed.com/rf/products/s-band/cghv40030.
Sechi F., Bujatti M. Solid-State Microwave High-Power Amplifiers. – Artech House. 2009.
Cripps S. C. RF Power Amplifiers for Wireless Communications. – Artech House, 2nd ed. 2006.
С. Тарасов, Д. Колесников, к. т. н., Г. Глушков , М. Полунин, С. Рябыкин , А. Ткачев, к. т.н.
Компоненты на основе нитрида галлия рассматриваются как одно из ведущих направлений развития СВЧ-техники. Рынок СВЧ GaN-транзисторов сегодня почти полностью занят зарубежными компаниями. В связи с быстрым расширением сфер применения GaN-приборов как в военной, так и гражданской продукции развитие производства отечественных СВЧ GaN и силовых транзисторов становится ключевой задачей. В статье рассмотрены результаты измерения параметров GaN HEMT-транзистора производства АО «ПКК Миландр» в составе тестового усилителя мощности при работе в непрерывном режиме в диапазоне частот 3,4–3,8 ГГц, проведено сравнение полученных данных с характеристиками GaN-транзистора CGHV40030F от компании Wolfspeed. Представлены перспективные разработки АО «ПКК Миландр» в области СВЧ GaN HEMT-транзисторов для широкого диапазона частот и силовых транзисторов.
Введение
Транзисторы на основе широкозонных полупроводников, такие как AlGaN / GaN HEMT-транзисторы (транзисторы с высокой подвижностью электронов), занимают лидирующие позиции в области СВЧ- и силовой электроники, постепенно заменяя уже ставшие традиционными СВЧ LDMOS-транзисторы, GaAs-приборы, силовые кремниевые транзисторы. Это происходит по ряду причин, обусловленных свойствами нитрида галлия:
- большая ширина запрещенной зоны обеспечивает существенно более высокую напряженность поля пробоя и стойкость к СВВФ;
- возможность образования твердых растворов с Al и In и формирования гетероструктур с высокой концентрацией и подвижностью носителей;
- СВЧ GaN HEMT-транзисторы имеют значительно более высокую удельную выходную мощность (более 4 Вт / мм), широкий диапазон рабочих частот, высокий коэффициент усиления по мощности и КПД;
- высокое пробивное напряжение сток-исток (более 120 В для напряжения питания 28 В и более 150 В для 50-В питания);
- более высокие рабочие частоты;
- силовые GaN HEMT-транзисторы отличаются сверхнизким сопротивлением в открытом состоянии, очень высоким быстродействием, малой входной емкостью и низкой энергией переключения.
Рынок мощных СВЧ и силовых GaN-транзисторов интенсивно растет, и, по прогнозам, этот рост будет продолжаться на протяжении более десяти ближайших лет, в течение которых сфера применения этих приборов будет расширяться. Наиболее широкое применение эти компоненты находят в таких областях, как 5G, Wi-Fi, беспилотные летательные аппараты, радарные комплексы, мобильные телекоммуникации, спутниковые системы, системы электропитания телекоммуникационного оборудования, высокоэффективные малогабаритные ИВЭП для жестких условий эксплуатации, автоэлектроника и др.
Рынок GaN-приборов сегодня представлен практически только зарубежными компаниями – EPC, Infineon, Integra, Qorvo, Wolfspeed, Ampleon, Microsemi и др. Отечественные предприятия только начинают его осваивать. В связи с интенсивным расширением сфер применения GaN-приборов как в военной, так и гражданской продукции развитие производства отечественных СВЧ GaN- и силовых приборов становится стратегически важной задачей.
Большинство зарубежных компаний выращивание эпитаксиальных слоев и изготовление кристаллов выполняют на пластинах диаметром 100 мм. Тем не менее foundry-компании не оставляют попыток перейти на изготовление структур с транзисторными кристаллами на пластинах диаметром 150 и 200 мм.
В табл. 1 представлены параметры технологических процессов Wolfspeed, одной из ведущих компаний, предлагающих услуги по изготовлению транзисторных кристаллов и приборов на их основе, а также монолитных интегральных схем (МИС).
Исследование отечественного СВЧ GaN-транзистора
В АО «ПКК Миландр» был разработан и изготовлен GaN-транзистор мощностью 25 Вт в металлокерамическом корпусе (аналог корпуса типа 440166). Был проведен сравнительный анализ характеристик разработанного транзистора с параметрами транзистора CGHV40030F от компании Wolfspeed, одного из ведущих производителей СВЧ GaN-приборов. Кроме статических характеристик были измерены энергетические параметры транзисторов: выходная импульсная мощность, коэффициент усиления по мощности и коэффициент полезного действия стока на большом сигнале. Исследования разработанного АО «ПКК Миландр» транзистора проводились на стенде для измерения энергетических параметров мощных СВЧ-транзисторов с автоматическим согласованием по входу и выходу. Результаты измерений представлены на рис. 1–3.
Полученные значения параметров разработанного транзистора – Рвых. и. ≥ 25 Вт, Кур ≥ 18 дБ, ηс ≥ 55% на частоте 3 ГГц при напряжении питании 50 В – подтверждают, что отечественный транзистор соответствует лучшим мировым аналогам.
Разработка усилителя мощности
Подходы к проектированию усилителя мощности для систем радиосвязи, как правило, различаются в зависимости от назначения системы, которая может быть системой связи общего назначения (например, системы связи стандарта Wi-Fi, Bluetooth или WiMax для диапазона частот 2,4 ГГц) или системой связи или подавления радиосигналов специального назначения для частотного диапазона, определяемого требованиями заказчика. В первом случае оптимальный выбор для разработчика – использовать схему усилителя мощности из технической документации и руководства к применению компании-производителя усилительных приборов, либо использовать внутренне согласованный по входу и выходу к стандартному 50-Ом тракту усилитель.
В АО «ПКК Миландр» была разработана схема усилителя мощности на основе импортного транзистора CGHV40030F и изготовлен макет устройства. В спецификации на транзистор CGHV40030F указаны следующие параметры: Рвых. = 30 Вт (в режиме насыщения), коэффициент усиления по мощности Кур = 15 дБ, коэффициент полезного действия стока ηс = 60% (параметры измерены на частоте 1,2 ГГц при температуре окружающей среды 25 °C) [2]. Разработанная 3D-модель и макет усилителя приведены на рис. 4–6.
Разработанный тестовый усилитель мощности рассчитан на частотный диапазон 3,4–3,8 ГГц, используемый в России для систем связи специального назначения, а в Европе и США выделяемый для перспективных сетей связи пятого поколения.
Разработка усилителя включала в себя несколько этапов:
- синтез входной согласующей цепи с оптимальным согласованием в рабочем диапазоне частот;
- синтез выходной согласующей цепи, обеспечивающей максимальную выходную мощность;
- проверку стабильности усилителя мощности.
Согласно теореме Боде-Фано минимальный входной КСВн (обеспечивающий максимум мощности сигнала возбуждения на входе усилительного прибора) в заданной полосе частот достигается при использовании структуры, аналогичной структуре полосового фильтра [3].
На основе компактной модели усилительного прибора была определена эквивалентная схема входа в виде последовательной RLC-цепи (где величины R и L определяют, соответственно, активную часть импеданса и индуктивность проводов, соединяющих вывод затвора и кристалл, а C – емкость затвора усилительного прибора). Синтез входной согласующей цепи проводился в программе Keysight PathWave ADS, среди возможных вариантов построения цепи был выбран оптимальный с точки зрения физической реализации устройства на основе микрополосковой технологии.
Для синтеза выходной согласующей цепи был проведен схемотехнический load-pull-тест в Keysight PathWave ADS. В качестве схемы использовалась модель усилительного прибора с входной согласующей цепью и цепями смещения и питания, в процессе моделирования был выбран оптимальный, с точки зрения выходной мощности, импеданс нагрузки.
На основе полученных данных была спроектирована выходная согласующая цепь.
При использовании индуктивности в качестве развязывающего элемента по ВЧ в цепи смещения по входу возможно возникновение паразитных колебаний [4]. Для стабилизации усилителя по входу и развязки по ВЧ цепи смещения был использован выводной металлопленочный резистор номиналом 1 кОм, смонтированный вертикально в разрыв цепи.
После сборки макета усилителя мощности были проведены сравнительные измерения электрических параметров совместимых по выводам импортного и отечественного транзисторов в полосе частот 3,4–3,8 ГГц в непрерывном режиме. Сравнительные данные, полученные при измерениях, представлены на рис. 7–8.
Результаты измерений параметров транзисторов в составе усилителя мощности подтверждают возможность замены зарубежных приборов на отечественные транзисторы в аппаратуре российских компаний без внесения разработчиками каких-либо корректировок и изменений в уже разработанные образцы изделий.
Перспективные разработки
СВЧ GaN-транзисторов АО «ПКК Миландр»
В настоящее время АО «ПКК Миландр», помимо разработки усилителей мощности на основе GaAs и GaN для Х-диапазона, осуществляет разработку перспективных дискретных СВЧ GaN-транзисторов с рабочим напряжением питания 50 В. Ведется разработка линейки СВЧ GaN HEMT-транзисторов для L-, S-, и C-диапазонов частот. Разрабатываемые транзисторы по своим техническим характеристикам соответствуют лучшим мировым аналогам, что позволит российским проектировщикам аппаратуры и оборудования перейти на отечественную ЭКБ.
Для L-диапазона частот создается линейка транзисторов с выходной мощностью 5, 10, 25, 50, 500 и 1 000 Вт, которые позволят заменить импортные транзисторы таких компаний, как Integra, Qorvo, Wolfspeed, Ampleon, Microsemi. Для каждого типа транзистора будет разработан тестовый усилитель мощности, что позволит потенциальным заказчикам и потребителям сократить время разработки и перейти к опробованию транзисторов в составе своей аппаратуры. Специалисты АО «ПКК Миландр» уже разработали тестовый усилитель мощности для диапазона частот 3,8–4,3 ГГц.
Для S-диапазона частот также разрабатывается широкая номенклатура СВЧ GaN-транзисторов, которая позволит улучшить тактико-технические характеристики отечественных изделий. Выходная мощность составит от 5 до 1 000 Вт. Данная номенклатура позволит создать как предусилитель, так и усилитель мощности, не прибегая к использованию импортных комплектующих.
Для С-диапазона частот разрабатывается ряд транзисторов, которые будут применяться в том числе для создания отечественного оборудования сетей 5G.
Сборка транзисторных кристаллов будет осуществляться в стандартных металлокерамических корпусах.
Необходимость в создании такого класса изделий твердотельной СВЧ-электроники определяется задачей реализации оптимальных схемотехнических решений при многомодульном построении мощных усилительных трактов передающей аппаратуры L-, S- и C-, X-диапазонов. Мощные импульсные СВЧ GaN-транзисторы производства АО «ПКК Миландр» позволят добиться максимальной эксплуатационной эффективности аппаратуры, уменьшения массогабаритных характеристик и сроков ее разработки.
Учитывая преимущества силовых GaN-транзисторов, в АО «ПКК Миландр» принято решение о развитии, кроме направления СВЧ-транзисторов, также направления разработки силовых GaN-транзисторов для применения в малогабаритных модулях питания. В настоящее время активно ведется разработка нормально закрытых силовых GaN-транзисторов, конструктивно аналогичных транзисторам ведущих зарубежных компаний – EPC, GaN Power, GaN System и др. Разрабатывается линейка транзисторов с максимально допустимым напряжением сток-исток для трех основных диапазонов – 60, 200–250 и 650 В. Первые тестовые образцы будут доступны в начале 2021 года.
Специфика силовых GaN-транзисторов выдвигает жесткие требования к параметрам драйверов затворов. Основная масса серийных драйверов затворов предназначена для МОП-транзисторов и не удовлетворяет специфическим требованиям GaN-приборов. Использование таких драйверов для управления GaN-транзисторами проблематично и может вызывать их ускоренную деградацию и выход из строя.
Ряд ведущих зарубежных компаний начали выпуск специализированных драйверов для GaN-транзисторов, в том числе с интегрированной гальванической развязкой. Отечественных специализированных драйверов для GaN-транзисторов на текущий момент нет.
У заказчиков АО «ПКК Миландр» востребована связка «GaN-транзистор – специализированный драйвер затвора», желательно с интегрированной гальванической развязкой. Поэтому в настоящее время ведется разработка линейки специализированных драйверов затвора GaN-транзисторов. Предварительно линейка будет включать в себя четыре варианта драйверов – одноканальные и полумостовые, с гальванической развязкой и без нее. Отечественные аналоги разрабатываемых специализированных драйверов GaN-транзисторов отсутствуют. Разрабатываемые драйверы будут пригодны для использования как с GaN-транзисторами от АО «ПКК Миландр», так и с наиболее распространенными зарубежными транзисторами компаний EPC, GaN Power, GaN System и других ведущих производителей.
Актуальные разработки АО «ПКК Миландр» в области транзисторов на основе широкозонных полупроводников для СВЧ и силовой электроники позволят не только создавать аппаратуру для управления воздушным движением, мобильной телекоммуникации, наземных и метеорологических станций, спутниковой связи (GPS, ГЛОНАСС), квадрокоптеров и др., но также будут способствовать появлению отечественного оборудования для сетей 5G и цифровизации экономики.
Заключение
В АО «ПКК Миландр» был разработан тестовый усилитель мощности для диапазона частот 3,4–3,8 ГГц для проверки работы СВЧ GaN-транзисторов в непрерывном режиме при напряжении питания 50 В. Замена импортного транзистора CGHV40030F на совместимый по выводам транзистор производства АО «ПКК Миландр» в тестовом усилителе показала, что разработанный транзистор по своим энергетическим параметрам находится на уровне лучших мировых аналогов, что говорит о возможности применения отечественного СВЧ GaN-транзистора вместо импортного прибора.
Разработки компании в области нитрид-галлиевой СВЧ и силовой электроники позволят обеспечить российских разработчиков электроники отечественными передовыми приборами для решения практически любых перспективных задач, как в гражданской сфере, так и в технике специального назначения.
ЛИТЕРАТУРА
https://www.wolfspeed.com/rf/foundry-services.
https://www.wolfspeed.com/rf/products/s-band/cghv40030.
Sechi F., Bujatti M. Solid-State Microwave High-Power Amplifiers. – Artech House. 2009.
Cripps S. C. RF Power Amplifiers for Wireless Communications. – Artech House, 2nd ed. 2006.
Отзывы читателей
