Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2014

Михаил Лаврентьев, руководитель департамента технического развития, Qtech Н а момент появле- ния многие опера- торы и производи- тели подобного оборудования отнес- лись к технологии достаточно осто- рожно, во многом ставя под сомнение ее дальнейшие коммерческие перспек- тивы. Некоторые производители по- спешили заявить о тупиковости на- правления, сложности выращивания GaN-кристаллов, их высокой стоимо- сти, следствием чего является невоз- можность массового производства. Од- нако развитие данной технологии не остановилось, прошло три года с мо- мента появления на рынке первого устройства, и ситуация коренным об- разом изменилась. Усилители мощно- сти на базе GaN показали феноменаль- ные технико-эксплуатационные пока- затели, высокую надежность, и стали по-настоящему массовым продуктом, чего многие совсем не ожидали. Оце- нив перспективность технологии, большинство производителей усилите- лей мощности в последние годы на- чали интенсивно разрабатывать собст- венные решения на базе GaN, что стало устойчивым трендом перехода на GaN и постепенного вытеснения с рынка GaAs-усилителей и TWTA. G aN-технология как ключ к успеху Как химическое соединение, кристалл GaN известен с середины 90-х гг. прошлого века, он получил широкое применение в оптоэлектронике в ка- честве подложки для лазеров и эле- ментной базы фотодиодов солнечных батарей космических аппаратов. Бла- годаря своей кристаллической струк- туре GaN обладает высокой устойчи- востью к температурным воздей- ствиям, радиации и ионизации. Его качественные электрические показа- тели, такие как высокое напряжение пробоя (>100 В), большая ширина запрещенной зоны, позволили каче- ственно увеличить коэффициент уси- ления и максимальную выходную мощность GaN-транзистора. Это при- вело к существенному уменьшению габаритов и массы усилителей по сравнению с GaAs-аналогами. Также существенно увеличился КПД и сни- зилось энергопотребление. В совре- менных GaN-усилителях мощности до 80% габаритных размеров зани- мают блок питания и система тепло- отвода, и только 20% – сам усили- тель. Такая особенность привела к тому, что потребовалось полностью менять механический дизайн усили- телей, разрабатывать новые блоки питания и существенно модифициро- вать системы теплоотвода. Это было одной из причин, почему многие про- изводители отказались изначально от разработки GaN-усилителей. GaN-усилители мощности обладают чрезвычайно высокой линейностью и низкими фазовыми шумами. При ра- боте в одночастотном и многочастот- ном режимах они превосходят по ли- нейности GaAs на 2 дБ. Объединение GaN-усилителей в системы фазового сложения позволило достигнуть вы- ходных мощностей, которые были ранее принципиально недостижимы. Разработанные GaN-системы фазо- вого сложения имеют возможность до- стигнуть и превысить выходные мощ- ности клистронных усилителей, при этом гарантируя высокую линейность. Благодаря этому удалось коренным образом изменить дизайн головных станций DTH-вещания, позволив пе- редавать большое количество транс- пондеров через единую антенную си- стему, что качественно снизило стои- мость строительства таких станций. С амый инновационный продукт 2013 года Сегодня Advantech Wireless по праву считается пионером и мировым лиде- ром в разработке и производстве твер- дотельных GaN-усилителей мощно- сти, доказательством чему служат не только непрерывно растущий спрос и объемы продаж, но и мнение экспер- тов индустрии. Осенью 2013 г. в Нью-Йорке на вы- ставке Satcon 2013 высокомощные GaN-усилители Advantech Wireless серии SapphireBlu TM выиграли пре- мию специализированного интернет- издания Satellite Markets and Research в категории “Самый инновационный продукт года”. Помимо Advantech Wireless ни один производитель не в состоянии предло- жить на рынке столь широкую продук- товую линейку SSPA, SSPB и тран- сиверов, а также систем фазового сло- жения сверхвысокой мощности. Ком- пания выпускает системы фазового сложения C-диапазона мощностью более 6 кВт, в Ku-диапазоне реализо- ваны проекты с системами мощностью до 3,6 кВт. Одна из возможных кон- фигураций подобных систем внешнего исполнения на базе восьми усилитель- ных GaN-модулей со сменными бло- ками питания, вентиляторами и РЧ- блоками представлена на рисунке. ADVANTECH WIRELESS www.advantechwireless.ru 70 ОБОРУДОВАНИЕ G aN-усилители мощности от Advantech Wireless Advantech Wireless GaN power amplifiers История развития GaN HEMT в спутниковых системах началась в 2010 г., когда компания Advantech Wireless представила новое поколение полупроводниковых усилителей мощности, исполь- зующих в качестве элементной базы GaN СВЧ-транзисторы М одульная GaN-система фазового сложения мощности (до 6,6 кВт в С-диапазоне и 3,6 кВт в Ku-диапазоне)