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“.
