СВЧ GaN-транзисторы серии MGN

Развитие радиоэлектронной промышленности невозможно без появления современных высокочастотных компонентов, способных обеспечить высокую выходную мощность, эффективность и надежность работы. Одним из таких решений стала линейка мощных СВЧ-транзисторов серии MGN, разработанная АО «ПКК Миландр». Изделия созданы на основе нитрида галлия (GaN) и предназначены для использования в усилителях мощности, работающих в диапазонах L, S и C.

В настоящее время предприятие освоило серийный выпуск транзисторов в металлокерамических корпусах с рабочим напряжением сток-исток 50 В. Линейка охватывает широкий диапазон выходной импульсной мощности — от 5 до 1200 Вт, что позволяет подобрать оптимальный вариант практически для любых задач построения современных радиочастотных усилителей.

Разработка выполнена за счет собственных средств предприятия. Одновременно ведется работа по включению продукции в реестр отечественной радиоэлектронной продукции в соответствии с требованиями Постановления Правительства РФ №719.

Технология GaN-on-SiC

Основой серии MGN стала технология GaN-on-SiC (нитрид галлия на карбиде кремния). По сравнению с традиционными кремниевыми приборами такая технология обладает рядом преимуществ:

• высокой удельной выходной мощностью;
• высоким коэффициентом полезного действия;
• способностью работать при повышенных напряжениях питания;
• широким рабочим диапазоном частот;
• высокой стойкостью к перегрузкам;
• хорошими тепловыми характеристиками.

Благодаря этим особенностям GaN-транзисторы все активнее применяются в современной аппаратуре высокой мощности, где одновременно требуется высокая эффективность и компактные размеры усилительных каскадов.

Линейка выпускаемых изделий

Серия MGN включает несколько семейств мощных транзисторов различной мощности. Основной серийной продукцией сегодня являются приборы в металлокерамическом корпусе с напряжением питания 50 В. В зависимости от модификации они обеспечивают выходную импульсную мощность от нескольких ватт до 1200 Вт. Кроме того, предприятие предоставляет образцы транзисторов в пластиковых корпусах с номинальной мощностью:

• 5 Вт;
• 10 Вт;
• 25 Вт;
• 50 Вт.

Их серийное производство с категорией качества ОТК запланировано на четвертый квартал 2026 года. Для разработчиков аппаратуры также доступен комплект средств проектирования, позволяющий ускорить создание усилительных устройств на базе новых компонентов.

Области применения

Высокая мощность и широкий рабочий диапазон делают серию MGN универсальной элементной базой для различных радиотехнических систем. Основные направления применения включают:

• радиолокационные станции;
• системы радионавигации;
• оборудование управления воздушным движением;
• средства радиосвязи;
• телекоммуникационную аппаратуру;
• системы радиоэлектронного противодействия;
• мощные усилители СВЧ диапазона.

Широкая полоса рабочих частот позволяет использовать транзисторы при разработке разнообразных передающих устройств без необходимости применения различных типов активных элементов для отдельных диапазонов.

Транзистор MGN16-1000A

Одним из наиболее мощных представителей линейки является MGN16-1000A. Это импульсный СВЧ-транзистор на основе нитрида галлия, предназначенный для работы в усилителях мощности на частотах до 2 ГГц. Основные характеристики модели:

• рабочая частота — до 2000 МГц;
• импульсная выходная мощность — не менее 1000 Вт;
• коэффициент усиления — не менее 14 дБ;
• КПД стока — не менее 50%;
• рабочее напряжение питания — до 50 В;
• высокое пробивное напряжение сток-исток;
• импульсный режим работы;
• металлокерамический корпус КТ-103А-2-1К;
• масса не более 9 г.

Стандартный температурный диапазон эксплуатации составляет от –10 °C окружающей среды до +55 °C температуры корпуса. После завершения дополнительных испытаний планируется расширение диапазона до –60…+125 °C.

Электрические характеристики

При номинальном режиме испытаний на частоте 1,6 ГГц транзистор демонстрирует:

• выходную импульсную мощность 1000 Вт;
• усиление не менее 14 дБ;
• КПД не менее 50%.

Также устройство обладает высоким пробивным напряжением сток-исток и малым сопротивлением открытого канала, что способствует эффективной работе при больших уровнях мощности.

Конструкция обеспечивает устойчивость к воздействию статического электричества с потенциалом не менее 30 В при соблюдении требований по защите от электростатических разрядов.

Для обеспечения надежной работы производителем установлены предельно допустимые параметры эксплуатации. Максимальное постоянное напряжение сток-исток достигает 130 В, максимально допустимая температура полупроводникового перехода — 180 °C. При повышении температуры корпуса максимально допустимая рассеиваемая мощность уменьшается, поэтому при проектировании усилительных модулей особое внимание необходимо уделять эффективному отводу тепла.

Особенности применения

Транзисторы серии MGN допускают работу в различных классах усиления:

• A;
• AB;
• B;
• C.

Выбор режима определяется требованиями конкретного устройства и рабочей точкой усилительного каскада. Допускается использование приборов и на частотах выше тестового диапазона, однако в этом случае паспортные параметры не нормируются. Для получения стабильной работы рекомендуется исключать возможность самовозбуждения усилительных каскадов еще на стадии проектирования.

Требования к монтажу

Монтаж мощных СВЧ-транзисторов требует соблюдения стандартных требований, применяемых при работе с высокочастотной электронной компонентной базой. Основные рекомендации включают:

• использование антистатической защиты;
• соблюдение температурных режимов пайки;
• исключение перегрева корпуса;
• запрет на формовку выводов;
• обеспечение качественного теплоотвода.

Предпочтительным способом крепления является пайка фланца на теплоотвод либо установка через механический прижим с равномерным распределением усилия. К поверхности теплоотвода предъявляются требования по шероховатости и плоскостности, обеспечивающие минимальное тепловое сопротивление между корпусом прибора и системой охлаждения.

Порядок включения

Для предотвращения повреждения прибора производителем установлен рекомендуемый порядок подачи напряжений.

1. Сначала на затвор подается отрицательное напряжение, затем питание стока, после чего устанавливается рабочий ток покоя и только затем подается СВЧ-сигнал.
2. Отключение производится в обратной последовательности: сначала снимается входной сигнал, затем уменьшается напряжение затвора, отключается питание стока и только после разряда накопительных цепей полностью снимается напряжение управления.

Соблюдение данной последовательности позволяет избежать выхода транзистора из строя.

Дополнительные возможности для разработчиков

Помимо поставки самих транзисторов предприятие предлагает услуги по разработке согласующих цепей для работы приборов в стандартном тракте 50 Ом.

Также возможно создание готовых усилительных решений различной степени интеграции:

• усилительных паллет под заданный диапазон частот;
• законченных модулей усилителей мощности;
• устройств с цифровым блоком управления;
• специализированных радиопередающих узлов под требования заказчика.

Такой подход позволяет использовать серию MGN как основу не только отдельных усилительных каскадов, но и полноценных функциональных модулей.

Таким образом, наличие моделей различной мощности, развитие семейства пластиковых корпусов, возможность получения инженерной поддержки и разработки готовых усилительных решений, делают серию MGN перспективной платформой для применения в радиолокации, связи, телекоммуникациях и других высокочастотных радиотехнических схемах.