Приёмопередающий модуль размером с ноготь: США разрабатывают минирадары

Компания Qorvo (США) работает над решением одной из наиболее сложных проблем современных радаров – увеличением дальности действия и эффективности обнаружения при одновременном снижении теплового перегрева и упрощении системы.

Она представила приёмопередающий модуль QPF5012, имеющий мощность передачи 10 Вт и работающий в X-диапазоне (от 8,5 до 10,5 ГГц), который применяется в РЛС, РЭБ, спутниковой и специальной связи. Он представляет собой крошечный чип в пластиковом корпусе типа QFN для поверхностного монтажа на плату. Его размеры составляют всего 7 × 5 мм, то есть примерно с ноготь на мизинце.

Внутри этого чипа находится так называемый многокристальный модуль (multi-die module). Внутри него разработчик объединил целую систему радиоэлектронных узлов: усилитель мощности (PA) на базе нитрида галлия на подложке из карбида кремния (GaN-on-SiC) мощностью 10 Вт, малошумящий усилитель (LNA) на основе арсенида галлия (GaAs) для приёма слабых сигналов, переключатель приём/передача (T/R Switch) и ограничитель сигнала (Limiter) для защиты приёмного тракта от перегрузок.

Модуль обладает эффективностью добавленной мощности (PAE) в 42%. Этот КПД является очень высоким показателем и позволяет существенно снизить энергопотребление радара и уменьшить его нагрев.

Чип спроектирован так, что сохраняет стабильную эффективность и постоянную выходную мощность при работе с меняющимися нагрузками антенны (scan angles). Это минимизирует искажения радиосигнала и обеспечивает высокую точность обнаружения и стабильность отслеживания целей РЛС с АФАР.

В компании пояснили по поводу своего творения, которое должно основой для создания минирадаров:

Разработчики радаров исторически были вынуждены выбирать между выходной мощностью, пиковой мощностью и чувствительностью. В лице QPF5012 мы объединили все эти три компонента в компактном интегрированном модуле.

Comments

[Тот же ЛЕХА]

Сразу думаю ...на каких фотолитографических машинах американская компания будет это производить?

[Кулл90]

как обычно на тайване, и контрабандой из китая

[nik-mazur]

Цитата: Тот же ЛЕХА

на каких фотолитографических машинах американская компания будет это производить

На голландских от АSML, естественно – других-то нету.

[Johnson Smithson]

другие есть, ASML нужны если самый передовой тех процесс нужен, как в процессорах, типа 3-5 нанометров

а для силовых схем техпроцесс нужен толще чем в процах,
гугл говорит у этого чипа техпроцесс 150 нанометров, для такого разрешения есть куча литографов от разных компаний, даже в России есть такие литографы

[nik-mazur]

Цитата: Johnson Smithson

у этого чипа техпроцесс 150 нанометров, для такого разрешения есть куча литографов от разных компаний, даже в России есть такие литографы

И это в основном те же самые ASML, только устаревшие. Свои собственные разработки литографов есть у Японии, Китая, России, но не в промышленных масштабах. А уж американская компания практически наверняка разместит заказ на Тайване.

[Johnson Smithson]

Свои собственные разработки литографов есть у Японии, Китая, России, но не в промышленных масштабах.

вы просто не в теме, у Никона и Кэнона почти половина мирового рынка литографов)

и китайские литографы тоже вполне промышленные,
но он их не экспортирует, а внутри Китая они промышленно выпускаются и используются на китайских фабриках

[nik-mazur]

Цитата: Johnson Smithson

вы просто не в теме, у Никона и Кэнона почти половина мирового рынка литографов

Казалось бы, но есть нюансы:

Почти 100% рынка производства литографов в денежном выражении занимают 3 игрока: ASML, Голландия (91%), Nikon, Япония (6%), Canon, Япония (3%). Остальные игроки занимают пренебрежимо малую долю. Причём, если мы говорим об иммерсионных литографах, то их в мире производят только 2 компании – ASML и Nikon, распределение их долей выглядит так:
С EUV-литографами всё ещё проще – на данный момент их делает только ASML.

Так что, кто не в теме – вопрос, конечно, интересный.

[Johnson Smithson]

вы продолжаете демонстрировать, что вы вообще не в теме)

причем тут иммерсионные литографы? причем тут EUV литографы?
– это типы литографов для высоких разрешений, а не для 150 нанометров

про высокие разрешения я вам выше написал, что там рынок за ASML,
но микросхемы на арсениде галия, как в новостной статье выше, делаются по толстому техпроцессу ~150 нанометров, а это DUV литографы (простые, не иммерсионные), и они есть от разных компаний, и там у японцев даже выше доля чем у прочих

[nik-mazur]

Цитата: Johnson Smithson

вы продолжаете демонстрировать, что вы вообще не в теме

Да, как скажете. Есть подозрения, что американцам пофигу как моё мнение, так и ваше.

[Titsen]

Появятся индивидуальные переносные карманные радары?

Дроны смогут ли определять?

[Светлан]

Появятся. Вопрос только времени

[Кулл90]

но как обычно забыли что для индивидуальные переносные карманные радары, нужен будет грузовик с аккумулятором

[красноярск]

Цитата: Кулл90

но как обычно забыли что для индивидуальные переносные карманные радары, нужен будет грузовик с аккумулятором

А антенна? Или обойдется без нее?

[Кмет]

Без антенны никак. QPF5012 не содержит интегрированной антенны. Это будет однозначно внешнее подключение. Т.е. сам чип +50‑омная микрополосковая линия + антенна (рупорная, патч‑массив, волноводный переход и т. п.)

[Дырокол]

Цитата: Titsen

Появятся индивидуальные переносные карманные радары?

Карманный Старлинк-интернет всегда с тобой.

[Кмет]

Возможно
Однако подключение все равно придется идентифицировать т.к... в общем без этого никак и серверы все на земле.

[Дырокол]

Цитата: Кмет

подключение все равно придется идентифицировать

Ну так то да, там где разрешено. В Казахстане на пример. Так то удобно, сейчас у Старлинк мини антенна на 120 ППМ, это 12х10 шт. С ППМ такого размера это будет прямоугольник 60х70 мм. Да даже 100х100 мм это маленькая коробочка которая в рюкзаке место особо не займет.

[Кмет]

При 120‑элементной АФАР, с шагом 15 мм, прямоугольник 12×10 элементов даст апертуру с размерами:
- ширина: 12 × 15 мм = 180 мм
- высота: 10 × 15 мм = 150 мм
Т.е. это 180×150 мм сопостовимо с размером небольшого планшета. Мне кажется, что чисто технически QPF5012 с обвязкой просто физически не разместятся с таким шагом (100 х 100 мм). Апертура (лицевая панель): 180 × 150 мм (для шага 15 мм). Если сектор сканирования ограничить +/-40 град, можно увеличить шаг приблизительно до 22 мм, тогда апертура станет 264 × 220 мм - т.е. ещё крупнее...
Глубина: 50…70 мм (антенная плата + модули + радиатор + корпус). Масса будет, наверное (приблизительно): от 2 до 5 кг (алюминий, медь, СВЧ‑диэлектрики, 120 модулей).
Такое изделие получится габаритом с компактный системный блок или толстый игровой ноутбук. Можно положить в рюкзак, но такое применение подразумевает скорее носимый терминал, а здесь мы можем получить аппаратуру, сравнимую по габаритам с корабельной РЛС малого класса или наземной станцией спутниковой связи.
Реальные размеры спутниковой антенны Starlink Mini - 298 × 259 × 38 мм (судя по данным из открытых источников) и, по оценкам, она содержит несколько сотен элементов (предположительно 400-600). Она должна быть заметно больше предполагаемой X‑диапазонной 120‑элементной решётки.. Тут я не скажу даже приблизительно точно т.к. не держал в руках эту штуку.

[frruc]

Чем больше рабочая частота, тем меньше и компактней получается изделие. Подобное устройство впишется в радиолокационные средства авиации и др. Для наземных мощных локаторов, сомневаюсь. В них только аппаратура эл/питания весит тонны и километры кабелей. Одну генераторную лампу радиопередающего устройства способны приподнять два бойца.

[D16]

Осталось договориться с Китаем, который производит 98% галлия

[Товарищ И]

Договорятся, не переживайте

[D16]

Ну да. Это они от хорошей жизни, наверное, то на Украине, то в Армении редкоземы копать собираются .

[Дырокол]

Его размеры составляют всего 7 × 5 мм

Т.е. на площади 0,35 м2 будет 10 000 таких ППМ с суммарной мощность. 100 кВт.
Для сравнения у РЛС AN/APG-81 ППМ в количестве 1676 шт с пиковой импульсной мощностью 10-15 кВт.

[Мрачный Жнец]

Я, как имеющий две вышки ( техническое и военное) должен был бы сказать, что это фигня.
Но сосед разговаривающий с Алисой бьёт все мои козыри

[alexoff]

Я так понимаю это единичный модуль для АФАР? Ну они обычно небольшие, ведь их надо много, а по одному их не ставят, а рекламировали тут эффективность а не размер

[Кмет]

Не совсем... QPF5012 - это одноканальный чип (PA + LNA + переключатель), который является основой для построения приёмопередающего канала АФАР, но сам по себе не законченный T/R-модуль (приёмопередающий модуль) для активной фазированной решётки. В классической АФАР каждый излучающий элемент (или небольшая группа элементов) требует полного приёмопередающего канала, который должен уметь не только усиливать сигнал на передачу и приём, но и независимо управлять фазой и амплитудой.Этот QPF5012 содержит только усилительные и коммутационные функции. Для превращения его в завершённый элемент АФАР потребуется добавить: фазовращатель (цифровой), аттенюатор (для управления амплитудным распределением), возможно драйверный усилитель перед входом PA (если мощности управления будет недостаточно) и если применение предназначено для многолучевых систем - ещё дополнительно, скорее всего, понадобятся сумматоры/делители...
Но компонент сам по себе интересный, гибридный.

[Дырокол]

Цитата: Кмет

Но компонент сам по себе интересный, гибридный.

И на сколько в сборе он увеличится в размерах?

[Кмет]

Ну.. если предположить в первом приближении.. то теоретически, если взять "голый" чип QPF5012 в корпусе 7×7 мм, и собрать на его основе полноценный одноканальный приёмопередающий модуль АФАР (с цифровым фазовращателем, аттенюатором, цепями управления, питанием и СВЧ‑трактом), то размер законченного модуля в сборе (PCB + компоненты + экран) скорее всего увеличивается в 3-6 раз по площади (если сравнивать с размерами самого чипа). В линейных размерах это, наверное, примерно от 20×20 мм до 40×40 мм на один канал. Дальше все будет зависеть от конкретной технической задачи..
Добавление антенны принципиально изменит картину т.к. итоговый габарит одного канала АФАР в плоскости решётки будет определяеться не размером T/R-модуля, а требуемым шагом между излучателями, который для широкоугольного сканирования обычно составляет около половины длины волны (λ/2). В реальных АФАР X‑диапазона с такими уровнями мощности антенна и модуль разделяются физически: т.е. антенна задаёт апертуру и шаг, а модуль располагается сзади, увеличивая не площадь апертуры, а наоборот - глубину сборки на 20…40 мм (и более, с учётом радиатора охлаждения). Если же использовать одноканальный модуль без трёхмерной компоновки, тогда придется увеличить шаг приблизительно до 25 мм, что будет соответствовать 0,8λ и сузит сектор сканирования приблизительно до +/-40 град - антенна всё равно будет занимать всю эту площадь, и добавится только небольшая глубина.
На практике получается, что с учетом использования антенны это влияет не на увеличение габарита отдельного канала, а наоборот достаточно жёстко ограничивает его максимальный размер, вынуждая переходить либо на трёхмерную компоновку, либо группировать элементы в массивы с одним модулем.
Сама ширина апертуры антенны одного канала для широкоугольной АФАР X‑диапазона приблизительно составит 15…18 мм, а сам излучатель - порядка 8…10 мм.

[Дырокол]

Цитата: alexoff

Ну они обычно небольшие

Относительно. На РЛС с АФАР обычно 1500-1800 ППМ. Диаметр РЛс 0,9м

[alexoff]

Модуль АФАР обычно меньше 2 см, радар тоже поменьше, 50-70 см. Ну и это только расчетный модуль, там еще где-то антенна и охлаждение должны быть. 10 Вт это вроде и немного совсем, но вот на работе выяснилось что на 20 Вт диаода надо ставить радиатор с кулером чтоб не перегревал ничего. А тут это еще и на чипе размером с симку

[Дырокол]

Цитата: alexoff

надо ставить радиатор с кулером чтоб не перегревал ничего.

Тут же чип на нитрид Галлии. Они отличаются устойчивой работой при высоких температурах, не горят.

[alexoff]

Нормальные люди не гоняют нитрид галлия выше 150 градусов и подводят охлаждение. Выделываться что полупроводник держит 250 можно перед журналистами, не уточняя как быстро всё развалится при такой эксплуатации

[Дырокол]

Цитата: alexoff

Нормальные люди не гоняют нитрид галлия выше 150 градусов и подводят охлаждение. Выделываться что полупроводник держит 250 можно перед журналистами, не уточняя как быстро всё развалится при такой эксплуатации

Ну вот вы ближе к истине, я же читал только восхищения пол данную технологию, что это заметно скоратит либо энергопотребление, либо размеры.

[тоже-врач]

Радар - это неплохо. Но данная технология позволяет организовать узконаправленную связь с антенной всего в 30 см. Ну хорошо, полметра. Т.е дроны самолётного типа и наземные получают защищённую широкополосную связь.
.
Я пишу об этом с 2022-го года. Может теперь-то нашим связистам на разработку подобной техники денег дадут? Гражданская спутниковая связь и ТВ эти частоты использует уже более четверти века. Изучите возможности оборудования триколора - и Старлинк не понадобится.

[alexoff]

Да что там связь? Дроны с РЛС - вот это тема, нынче дроны максимум в ИК-диапазоне работают, а так смогут просвечивать через растительность и маскировку, сканировать в пассивном режиме частоты, выявлять другие РЛС. А связью нынче не обеспечить себя может только совсем проворовавшееся руководство, потерявшее всякие берега

[тоже-врач]

Не надо чрезмерных требований. Сделайте на базе этой технологии направленную связь на расстояние в 20-100 км и наши дроны будут бить точно и неотвратимо. Это сделать настолько просто, что даже я вижу...

[Johnson Smithson]

Цитата: тоже-врач

направленную связь на расстояние в 20-100 км

погуглите про радиогоризонт, старлинк не просто так используют

[тоже-врач]

Что такое радиогоризонт по-английски? В русском языке этот термин как-то с темой не стыкуется.

[Johnson Smithson]

и что тут не стыкуется?

Радиогоризонт — это максимальное расстояние, на котором возможна прямая радиовидимость между двумя точками (антеннами) с учетом кривизны Земли.

на 100 км нельзя обеспечить радиосвязь из-за кривизны Земли

например, если высота антенны пункта управления – 10 метров над землей,
а высота БПЛА – 100 метров над землей,
то прямая связь с ним возможна только на расстоянии до 50 километров, дальше БПЛА уже не будет видно из-за кривизны Земли

[Johnson Smithson]

а если эти высоты у передатчика и БПЛА например 5 метров (что более реально для боевого применения) – то прямая радиовидимость только до 18 км

и это в идеале в теории, а в реальности будет еще меньше, радиоволна сильно затухает если вдоль линии прямой видимости есть рядом препятствия

[Johnson Smithson]

Гражданская спутниковая связь и ТВ эти частоты использует уже более четверти века. Изучите возможности оборудования триколора - и Старлинк не понадобится.

да что вы говорите, а мужики-то и не знают) на Сирусе уже давно параболическая спутниковая антенна стоит, под обтекателм спереди стоит антенна, как ваш "триколор"
https://topwar.ru/202160-tjazhelyj-udarnyj-bespilotnik-sirius-poluchil-sobstvennuju-sistemu-sputnikovoj-svjazi.html

проблема в том, что связь через геостационарный спутник параболической антенной – это уже устаревшая технология и не дает широкий канал,
для связи по типу Старлинка с низкоорбиатльными спутниками нужна АФАР антенна,
и большая группировка спуутников, чтобы было хорошее покрытие,
1 спутника не хватит, как при связи через геостационарные, их надо сотни-тысячи

[старпом Лом]

Довольно давно, лет 10 назад наверно , показывали наших разработчиков околостуденческого возраста , они показывали действующий вот такой маленький радар с ноготь ( характеристики не уточнялись). Они надеялись , что на них обратят внимание производители смартфонов. Тогда еще демонстрировалась идея составного модульного смартфона , в котором пользователь сможет сам состыковывать нужные ему модули. Похоже, повторяется типичная для нас история про то , как наши невостребованные разработки через некотрое время всплывают на Западе как их ноу-хау.