Darpa. Aumentare le capacità dei radar

Gli usi militari e civili per il radar hanno un’ampia gamma e le possibilità per le applicazioni radar si espandono quasi ogni giorno. Indipendentemente dal fatto che vengano utilizzati per navigare, controllare il traffico aereo, monitorare i modelli meteorologici, eseguire missioni di ricerca e salvataggio, mappare il terreno o innumerevoli altre funzioni, le tecnologie radar sono in costante progresso.

In quanto sistemi a radiofrequenza (RF), le capacità radar dipendono dalla capacità di rilevare e comunicare su lunghe distanze mantenendo la potenza del segnale. Le potenti capacità del segnale RF estendono le comunicazioni mission-critical e la consapevolezza situazionale, ma le tecnologie microelettroniche che rafforzano l’uscita RF, in particolare i transistor ad alta densità di potenza, devono superare i limiti termici per funzionare in modo affidabile e con capacità significativamente più elevate.

Technologies for Heat Removal in Electronics at the Device Scale (THREADS) mira a superare i limiti termici inerenti alle operazioni dei circuiti interni in generale e alle funzioni critiche di amplificazione di potenza in particolare. Oggi i sistemi RF funzionano ben al di sotto dei limiti della capacità elettronica semplicemente perché i transistor, gli elementi costitutivi di base degli amplificatori RF, si surriscaldano. Con nuovi materiali e approcci per diffondere il calore che degrada le prestazioni e la durata della missione, THREADS affronta le sfide della gestione termica a livello di transistor.

Al centro di questo sforzo sarà la riduzione della resistenza termica coinvolta nella dissipazione del calore interno senza degradare le prestazioni o aumentare l’impronta dei transistor, chiave per l’avanzamento delle capacità radar. A tal fine, il lavoro di THREADS per superare i limiti termici può aiutare a realizzare transistor robusti e ad alta densità di potenza che operano vicino al loro limite elettronico fondamentale, raggiungendo nuovi livelli nell’amplificazione della potenza di uscita RF.

I transistor ad ampia banda, come il nitruro di gallio (GaN), sono stati sviluppati specificamente per migliorare la densità di uscita negli amplificatori di potenza e il GaN fornisce un miglioramento superiore a 5 volte rispetto alla tecnologia dei transistor della generazione precedente. Sappiamo anche che un ulteriore aumento dell’ordine di grandezza della potenza in uscita è possibile in GaN, ma oggi non può essere realizzato in un funzionamento sostenuto a causa dell’eccessivo calore disperso“, ha affermato Thomas Kazior, responsabile del programma DARPA per THREADS. «Se riusciamo ad attenuare il problema del calore, possiamo alzare il volume dell’amplificatore e aumentare la portata del radar. Se il programma avrà successo, stiamo cercando di aumentare la portata del radar di un fattore da 2 a 3 volte“.