基于GaN功率器件的高性能T/R组件

窦丙飞 严继进 吴贻伟 吕春明

【关键词】微波技术 GaN 器件 T/R组件

摘要

T/R组件是雷达系统的核心部件，其性能决定了雷达的性能。本文介绍了雷达T/R组件的技术发展，重点介绍了一种基于GaN功率器件的雷达T/R组件设计，组件具有高的输出功率和效率。同时，经过试验验证，组件的温度稳定性也很好。

1 引言

雷达首次应用可以追溯到二战时期，第一部雷达是装备了真空电子管收发器的机械扫描反射阵面。随后雷达发展出电子扫描技术，同时雷达中的收发器也逐步地发展成为多个收发组件合成的形式，随后收发（T/R）组件开始成为雷达技术发展的重要环节。随着雷达性能要求的不断提高，T/R组件也经历了多次技术变革，向着小型化轻量化高性能的方向前进。

本文介绍了雷达T/R组件的技术发展和类型，同时介绍了一款基于GaN器件的T/R组件设计。

2 T/R组件的技术发展

T/R组件的发展趋势是小型化，轻量化，性能不断提高，T/R组件的技术发展大致可以分为以下几个方面。

2.1 基板材料技术

影响组件电路的微波性能以及组件的散热性能。基板材料常见的主要是陶瓷材料包括有厚膜陶瓷，低温共烧陶瓷（LTCC），高温共烧陶瓷（HTCC）等。以及有机印制板材料包括了玻璃纤维增强树脂系列，陶瓷粉填充树脂系列，陶瓷粉填充热周性树脂系列。

2.2 封装技术

T/R组件从一开始的单层厚膜电路封装结构，发展到多层电路结构。随着薄膜技术的发展，薄膜电路技术让组件的布线精度和密度大大提升。而21世纪以来，微电子，半导体技术的快速进步，开始研究晶圆级组件技术，而在二维层面上发展到一定程度的封装技术，开始走向三维立体封装，进一步提高了组件的集成度。

2.3 元器件技术

早期的T/R组件采用的是硅基功率器件。而GaAs微波單片集成电路（MMIC）的发展，明显提高了组件的集成度和可靠性。近年来，GaN功率器件的发展应用，让组件的功率密度，效率以及工作温度又上了一个新的台阶。其优异的性能让人们相信GaN器件能够成为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组件

图1是采用了GaN功率管作为功率放大器的T/R组件的设计原理框图，组件包括了数字移相器，收发开关，驱动放大器，功率放大器，环行器，低噪声放大器，衰减器，电源控制等功能组成。图2是设计制造出的T/R组件产品功率和效率测试结果。可以看到，组件具有很高的输出功率（≥50dBm）以及功率附加效率（≥42%），性能优异。

4 T/R组件的温度稳定性试验

我们对上述的10只T/R组件进行了温度试验，在不同的环境温度下，测试其输出功率和效率。结果如图3所示，组件分别在低温，室温，高温下进行了测试，可以看到工作温度相差很大的情况下，组件的输出功率和效率保持了相对稳定。试验表明，该设计的T/R组件具备良好的温度稳定性。

5 小结

T/R组件是相控阵雷达的核心部件，T/R组件的技术发展包括了基板材料，封装技术以及器件技术。应用GaN功率器件的T/R组件具有很高的输出功率和效率，同时温度稳定性也很好。GaN功率器件将成为下一代T/R组件的重要组成。

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