Блог

Sep 26, 2023

Интерференционные эффекты в усилителе мощности транзистора GaN с высокой подвижностью электронов, индуцированные микроволновыми импульсами

Научные отчеты, том 12,

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 16922 (2022) Цитировать эту статью

959 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Из-за быстрого развития беспроводной связи, радаров и технологий импульсной энергетики электромагнитная среда, с которой сталкиваются электронные системы, становится все более сложной, а интенсивность электромагнитного поля может быть значительной. В этом исследовании новое явление интерференции наблюдалось, когда микроволновые импульсы вводились в усилитель мощности транзистора с высокой подвижностью электронов (HEMT) на основе нитрида галлия (GaN) через выходной порт. С помощью экспериментов по эффекту мы исследовали взаимосвязь между пиковой мощностью микроволновых импульсов обратной инжекции и длительностью или амплитудой помех. Продолжительность помех могла достигать величины миллисекунды. Доказано, что причиной этих интерференционных эффектов являются глубокие ловушки в усилителях мощности GaN HEMT.

Уникальные свойства материала нитрида галлия (GaN), широкая запрещенная зона, высокая теплопроводность, высокое напряжение пробоя, высокая подвижность электронов и свойства устройства GaN Транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT), а именно низкая паразитная емкость, низкое сопротивление включения и высокий порог срабатывания. выключенные частоты делают его хорошим выбором для использования в усилителе мощности (УМ)1,2,3,4,5. В последние годы системы радиолокационного и электронного противодействия на основе радиочастотных (РЧ) устройств GaN продемонстрировали большую дальность обнаружения передачи, чувствительность и долговечность, а также очевидные комплексные преимущества в производительности, что значительно способствовало обновлению характеристик военной техники. Разработка системы связи следующего поколения, то есть беспроводной связи пятого поколения (5G), также принесет революционные изменения в полупроводниковую промышленность. Поскольку полоса частот связи перемещается в сторону высоких частот, как базовым станциям, так и устройствам связи требуются радиочастотные устройства, поддерживающие высокочастотные характеристики. Преимущества GaN постепенно станут очевидными, что сделает GaN ключевой технологией в 5G6,7,8,9. Однако с быстрым развитием технологий импульсной мощности, широким применением мощных радаров и передатчиков связи электромагнитная обстановка становится все более сложной, а также увеличивается плотность мощности электромагнитной среды, что делает надежность Усилитель мощности GaN-HEMT неизбежно окажется под серьезной угрозой.

В этой работе микроволновые импульсы вводились в усилитель мощности GaN-HEMT через выходной порт, и наблюдалось новое явление интерференции. Продолжительность помех достигала порядка миллисекунд, что могло бы создать серьезную угрозу нормальной работе системы.

Интегральная схема усилителя мощности (ИС) TGF2023-2-01 была изготовлена ​​компанией Qorvo с использованием высокомощной технологии GaN/SiC HEMT 0,25 мкм. Усилитель мощности, конструкция которого представлена ​​на рис. 1, предназначен для работы в S-диапазоне (2–4 ГГц) электромагнитного спектра. Усилитель мощности обычно может обеспечить насыщенную выходную мощность 38 дБм (около 6 Вт) с коэффициентом усиления 13,5 дБ на частоте 3 ГГц. Максимальный КПД добавленной мощности составляет 60,5%. VGate и VDrain — это напряжение затвор-исток и напряжение сток-исток соответственно. В этом усилителе мощности VGate установлен на −5 В, а VDrain — на +28 В.

Структура усилителя мощности, использованного в исследовании.

На рис. 2 представлена ​​схема экспериментальной системы, использованной в нашей работе для исследования интерференционных эффектов в усилителе мощности GaN-HEMT, индуцированных СВЧ-импульсами. Экспериментальная система спроектирована на основе механизма приема и ввода микроволнового излучения, поэтому ее можно использовать для реалистичного воссоздания сценариев практического применения. Эта система состоит из самодельной системы источника микроволнового излучения, нескольких аттенюаторов, циркулятора, направленного ответвителя, измерителя мощности ВЧ (R&S NRP2) и цифрового осциллографа (LeCroy WavePro 640Zi). В наших экспериментах система микроволнового источника генерирует серию микроволновых импульсов, которые можно постепенно изменять путем настройки ступенчатого аттенюатора. Кроме того, для управления шириной импульса, частотой повторения и числом импульсов СВЧ используются самодельная система управления синхронизацией во временной области и источник сигнала (Agilent E8257D).