EO_457

ANALOG/MIXED SIGNAL

RADAR IC

- ELETTRONICA OGGI 457 - OTTOBRE 2016

lido in silicio, tendono a dimostrare il raggiungimento

dei propri limiti, soprattutto in rapporto ai nuovi requi-

siti tecnici richiesti per i sistemi di rilevamento militari

ad alta potenza, soggetti a una continua evoluzione e

innovazione tecnologica. Ad esempio, un campo d’in-

novazione dove GaN promette forti miglioramenti è

quello dei radar AESA (active electronically scanned

array) di ultima generazione, sviluppati per accrescere

in maniera notevole l’affidabilità, la precisione, le pre-

stazioni e la flessibilità di configurazione del sistema

di rilevamento, rispetto alle soluzioni più tradizionali.

Tra queste ultime, ad esempio, i radar PESA (passive

electronically steered array), o sistemi ancora meno

evoluti, con antenne guidate meccanicamente da ser-

vomotori, soggetti a usura, e a rischi di avarie che au-

mentano al crescere dei cicli di servizio. In sostanza,

a differenza dei classici sistemi radar, l’antenna di un

sistema AESA non è più un componente passivo ma

diventa un elemento radiante, in cui la direzione del

fascio può essere controllata in modalità digitale, con

una precisione nell’ordine dei millisecondi. Nei sistemi

AESA, si parla di array attivi di antenne a schiera fa-

sata, formati da migliaia di elementi radianti alimentati

da moduli TRM (transmitter/receiver module) a stato

solido. Grazie alla capacità di controllare in

modo opportuno le fasi dei singoli ele-

menti radianti, diventa possibile creare

fronti d’onda controllabili elettronica-

mente e in grado di propagarsi in

direzioni diverse. Nei sistemi

AESA ‘full phased array’ ogni

singolo elemento radiante è

alimentato da un modulo TRM:

quindi, quando si ha a che

fare con migliaia di moduli

TRM, le dimensioni, il peso,

le prestazioni e il costo di

questi componenti diventa-

no uno dei principali vincoli di progetto che determi-

nano la fattibilità, le prestazioni, l’affidabilità, il costo

e la competitività dell’intero sistema. Proprio a que-

sto livello entra in gioco GaN. Infatti, tra le tecnologie

abilitanti per produrre moduli TRM compatti a costo

accettabile, e quindi sistemi AESA in ampi volumi, vi

sono i circuiti MMIC (microwave monolithic integrated

circuit). Quelli fabbricati con tecnologia GaAs hanno

consentito lo sviluppo di MMIC per alte frequenze: tut-

tavia, con il tempo e la continua innovazione, oggi i di-

spositivi basati su tecnologia GaN stanno dimostrando

di rendere possibili performance più elevate, e adatte

alle applicazioni nei radar militari. I continui migliora-

menti, a livello di efficienza, prestazioni, affidabilità,

costi di produzione, ottenuti nei dispositivi GaN rendo-

no quindi possibile una crescente implementazione di

questi device nei radar per la Difesa, dove si prevede

andranno gradualmente a sostituire tecnologie tradi-

zionali come quelle VED, e a ridurre le dimensioni e la

complessità dell’intero sistema.

OPPORTUNITÀ

ANCHE NELLE COMUNICAZIONI SPAZIALI

Grazie alla loro elevata po-

tenza, oltre a prestarsi a

crescenti implementazioni

nei sistemi radar militari, e

ad essere ampiamente uti-

lizzati nei sistemi di illumi-

nazione LED (light emitting

diode), i semiconduttori

basati su tecnologia GaN

(Gallium Nitride), sembra-

no avere un brillante futu-

ro anche nei sistemi spa-

ziali di telecomunicazioni,

dove promettono miglio-

ramenti, da cinque a dieci

volte, nella velocità di trasferimento dati (data rate)

e nella forza dei segnali satellitari. Così scrive l’Agen-

zia spaziale europea (ESA), che ricordando come il

nitruro di gallio sia considerato il più promettente

semiconduttore dopo la scoperta del silicio - e come

funzioni meglio a tensioni e temperature molto più

elevate, rispetto al silicio o al largamente utilizzato

arseniuro di gallio (GaAs) - sottolinea anche la sua

intrinseca resistenza alle radiazioni spaziali. Identi-

ficando GaN come ‘key enabling technology’ per lo

spazio, ESA ha istituito la GaN Reliability Enhance-

ment and Technology Transfer Initiative (GREAT

tesa a unire insieme istituti di ricerca di primo piano

e industrie della produzione, per avviare una cate-

na di fornitura europea indipendente, destinata a

fabbricare dispositivi GaN di alta qualità per le ap-

plicazioni spaziali. L’obiettivo è migliorare i prodotti

allo stato dell’arte e sviluppare nuove applicazioni

per i semiconduttori WBG. GREAT

è inizialmente

focalizzato sullo sviluppo di processi di produzio-

ne compatibili con lo spazio, per la fabbricazione di

transistor di potenza a microonde basati su GaN, e

di circuiti MMIC (monolithic microwave integrated

circuit). Tali processi possono poi essere usati per

progettare e fabbricare amplificatori di potenza ad

elevate prestazioni. Altre aree applicative includo-

no il miglioramento di radar e altimetri per l’osser-

vazione della Terra, e il potenziamento delle presta-

zioni della prossima generazione di satelliti Galileo.

Fig. 2 – Un transistor GaN ad

alta potenza per applicazioni

radar in banda L

Il logo del progetto GREAT