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德国应用固态物理研究所开发出高灵敏度铟镓砷微波功率放大器
2017-05-07
  
[据今日半导体网站2017年5月2日报道] 未来,欧洲航天局将发射一系列新型气象卫星,更准确地测量重要的气象数据(如降雨量、水蒸气或者温度)。测量设备的核心是极灵敏的铟镓砷微波放大器,它由德国应用固态物理研究所开发,可以感知极微弱的环境信号,因而可更准确地预报天气。

对天气预报而言,气象学家利用计算机模拟处理数千条测量数据。几十年来,这类数据主要由卫星提供,卫星利用灵敏的传感器测量地球上的温度或者降水。传感器越灵敏,测量值越准确,因而天气预报越准确。未来两年,欧洲航天局将发射第二代气象运行卫星(共6个),配备最先进的测量技术。欧洲航天局投入14亿欧元用于制造卫星(不包括发射和运行)。

高层大气测量

能吸收微波辐射的小型高精度放大器也将随着卫星发射。每个物体表面都会发出辐射。研究人员将放大器校准为微波频率,其可提供关键气象信息。该放大器捕捉由水蒸气、雨、雾或冰晶发出的微波,尤其是卷云中的冰晶,它对气候和天气具有重要影响。由于微波辐射,研究人员也可以根据地面温度得出非常准确的结果。

然而,卫星微波天线收到的信号非常微弱,仅几个纳瓦。为了可靠地测量微波信号,需要高灵敏度放大器。然而,由硅制成的晶体管不够灵敏。

德国应用固态物理研究所迈克尔·施勒希特韦格博士说:“电子易于穿过铟镓砷,即使驱动电子的电场非常小。” 因此,非常微弱的微波信号可使晶体管中的电子运动起来,这使得晶体管非常灵敏。欧洲航天局项目经理说:“由于采用固态物理研究所开发的微波电路,气象运行卫星将能更准确地测量温度、水蒸气和降水类型。这增加了天气预报的可靠性。”

高精度小型电极

除了使用铟镓砷,放大器小型化有助于使其更加灵敏。晶体管电极长仅50-35纳米,因而可测量微弱的电流(信号)。施勒希特韦格说:“高灵敏度和小型化是25年的研究成果,期间,我们开发出一种高精度制造工艺,通过150个生产步骤制作放大器电路(包括用电子束形成电极)。”

在气象运行卫星上,微波功率放大器可用于三种不同的测量设备中,它们分别测量降水、水蒸气、冰晶或者温度。因此,需要制备不同的传感器,并校正相应的微波频率(54GHz和243GHz之间的五个频带,频率越高所需放大器功率越高)。

除了欧洲航天局,最近一家美国公司对微波功率放大器也很感兴趣,因此,美国卫星有可能采用它。(工业和信息化部电子第一研究所  许文琪)

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