BAE Systems a achevé la première phase d’un programme de la DARPA visant à améliorer le refroidissement des composants électroniques radiofréquences, et a obtenu un financement pour poursuivre ce projet en phase 2. Selon l’entreprise, ces travaux pourraient presque tripler la portée des radars et autres systèmes RF.
Ce programme, nommé Technologies for Heat Removal in Electronics at the Device Scale (THREADS), est piloté par l’Agence américaine pour les projets de recherche avancée en défense (DARPA). Il s’attaque à une limite majeure imposée par la température aux dispositifs en nitrure de gallium, les semi-conducteurs utilisés dans la majorité des radars militaires modernes et des émetteurs de guerre électronique.
La chaleur représente le principal facteur limitant la puissance émise de ces systèmes. Un émetteur en nitrure de gallium convertit l’énergie électrique en ondes radio, mais une partie est dissipée sous forme de chaleur dans un composant de quelques fractions de millimètre. Lorsque la température du point de jonction dépasse un seuil critique, le dispositif se dégrade ou cesse de fonctionner. Par conséquent, les concepteurs préfèrent limiter la puissance des émetteurs en dessous de leur capacité théorique, pour éviter une usure prématurée. Extraire la chaleur au plus près de son origine permettrait d’augmenter la puissance émise par un même dispositif.
« Nous sommes impatients de passer à la phase 2 du programme THREADS. Les avancées réalisées lors de la première étape confirment notre approche d’amélioration des matériaux et des procédés, et nous rapprochent de la pleine exploitation des capacités des systèmes RF au profit de nos forces armées », explique Isaac Wildeson, chercheur principal au sein du FAST Labs de BAE Systems.
Selon BAE Systems, une gestion thermique réussie grâce à ce programme permettrait de multiplier par près de trois la portée des systèmes RF, améliorant ainsi la sécurité des militaires en augmentant les distances d’engagement.
La portée d’un radar augmente peu proportionnellement à la puissance de l’émetteur : le rayon de détection évolue comme la racine quatrième de la puissance émise. Pour doubler la portée, il faut multiplier par seize la puissance transmise, ce qui explique l’importance cruciale de toute amélioration même modeste au niveau des dispositifs. Toutefois, BAE Systems n’a pas précisé les modalités du calcul qui ont mené à cette estimation.
Les travaux sont réalisés au Centre de Microélectronique de la société à Nashua, dans le New Hampshire. Cet établissement est reconnu comme fournisseur de confiance de catégorie 1A et fabrique des circuits intégrés en nitrure de gallium et en arsenure de gallium. Parmi les partenaires du programme figurent Modern Microsystems, l’Université d’État de Pennsylvanie, l’Université de Stanford, l’Université de Notre Dame et l’Université du Texas à Dallas.
Le nitrure de gallium a remplacé la technologie plus ancienne de l’arséniure de gallium dans les radars et la guerre électronique depuis une quinzaine d’années. Cette évolution est due à sa capacité à supporter des tensions et des densités de puissance plus élevées, permettant la conception d’antennes plus compactes et performantes. Parmi les systèmes britanniques intégrant cette technologie, on compte le radar Sampson des destroyers Type 45, ainsi que le Système Radar Commun européen Mark 2 installé sur les chasseurs Rafale de la Royal Air Force. Aux États-Unis, les radars Patriot et Aegis ont également adopté le nitrure de gallium.
