علوم و فناوری فضایی

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اعضای هیات تحریریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اخبار و اعلانات

شرایط و ضوابط نویسندگان

راهنمای تنظیم مقاله

فرم ها و فایل های ضروری نشریه

بررسی آزمون و ارزیابی مقاومت تشعشعی TID ترانزیستورهای GaN در برد تقویت‌کننده SSPA جهت بکارگیری در محموله ماهواره LEO

نوع مقاله : مقالة‌ تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 استادیار گروه ارتباطات ماهواره ای، پژوهشکده فناوری ارتباطات، پژوهشگاه ارتباطات و فناوری اطلاعات، تهران، ایران

2 استادیار، گروه پژوهشی پرتوفرآوری و دزیمتری، پژوهشکده کاربرد پرتوها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، سازمان انرژی اتمی ایران، تهران، ایران

3 دکتری، گروه ارتباطات ماهواره ای، پژوهشکده فناوری ارتباطات، پژوهشگاه ارتباطات و فناوری اطلاعات، تهران، ایران

4 کارشناس گروه ارتباطات ماهواره ای، پژوهشکده فناوری ارتباطات، پژوهشگاه ارتباطات و فناوری اطلاعات، تهران، ایران

چکیده

با ظهور فناوری GaN، دست‌یابی به توان مایکروویو با استفاده از ادوات حالت جامد و با بازدهی بالا، بیش از پیش میسر شده است. لذا استفاده از تقویت‌کننده‌های SSPA با فناوری GaN در ماهواره‌ها به خصوص ماهواره‌های LEO، مورد توجه قرار گرفته است. از طرفی، تشعشعات فضایی می‌تواند بر عملکرد و قابلیت اطمینان قطعات موجود در سامانه‌های فضایی تاثیرگذار باشد که لازم است مورد بررسی قرار گیرد. به منظور صحه‌گذاری بر امکان استفاده از ترانزیستورهای GaN در ماهواره‌های LEO لازم است اثرات تابشی بر روی این تزانزیستورها بررسی شود. در این مقاله به بررسی اثر TID بر ترانزیستورهای GaN در برد تقویت‌کننده SSPA به همراه برد توالی‌ساز آن، پرداخته شده است. از آنجائیکه در نمونه مهندسی تقویت‌کننده SSPA از قطعات تجاری استفاده شده است و محاسبات حاصل از تخمین‌های RDM تحت بدترین شرایط نشان می‌دهد که انجام آزمون برای این قطعات الزامی است، آزمون بررسی مقاومت تشعشعی برای این تقویت-کننده انجام شد. نتایج آزمون نشان می‌دهد که برد SSPA GaN تا دُز تقریباً krad 16 دارای قابلیت تحمل تشعشعی است. بنابراین ترانزیستورهای تطبیق نیافته GaN، تا این مقدار از دُز، مقاوم هستند. این درحالی است که برد توالی‌ساز عملاً دارای قدرت تحمل کمتر از krad 5/5 می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the Test and Evaluation of GaN Transistors Radiation Resistance in SSPA Amplifier Board in LEO Satellite Payload

نویسندگان [English]

  • Roghieh Karimzadeh Baee 1
  • Hamideh Daneshvar 2
  • Amir Hossin Ahmadi 3
  • Parvin Sojoodi 4

1 Assistant Professor, Satellite Communication Group- Faculty of Communications Technology, Iran Telecommunication Research Center, Tehran, Iran

2 Assistant Professor, Radiation Processing and Dosimetry Research Group, Radiation Application Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Atomic Energy Agency of Iran, Tehran, Iran.

3 Ph.D., Satellite Communication Group- Department of Communications Technology, Iran Telecommunication Research Center, Tehran, Iran

4 M.Sc., Expert of Satellite Communication Group,, Department of Communications Technology, Iran Telecommunication Research Center, Tehran, Iran

چکیده [English]

With the advent of GaN technology, achieving microwave power with high efficiency by solid-state devices has become more available. Therefore, the use of SSPA amplifiers with GaN technology in satellites, especially LEO satellites, has been considered. space radiation can affect the performance and reliability of components in space systems, which needs to be investigated. One of the most important technologies that can be affected by radiation effects is GaN transistors. In this paper, the effect of TID on GaN transistors in the SSPA amplifier board is investigated. Since commercial components have been used in the engineering sample of the SSPA amplifier and the calculations obtained from the RDM estimates under the worst conditions show that it is necessary to conduct a test for these components, the radiation resistance test was performed for this amplifier. The results of the test conducted in this article show that the SSPA GaN board has radiation tolerance up to a dose of approximately 16 krad. Therefore, mismatched GaN transistors are resistant up to this amount of dose. This is while the sequencer board actually has less tolerance than 5.5 krad

کلیدواژه‌ها [English]

  • Radiation resistance
  • Space radiation
  • GaN transistors
  • SSPA amplifier
  • LEO satellite
مراجع
[1]    Ö. Amutkan, "Space Radiation Environment and Radiation Hardness Assurance Tests of Electronic Components to be Used in Space Missions," [Thesis PhD] Submitted to the Graduate School of Natural and Applied Sciences of Middle East Technical University,  2010.
[2]    E. G. Stassinopoulos and J. P. Raymond, "The Space Radiation Environment for Electronics", Proceedings of the. IEEE, Vol. 76, No. 11, pp. 1423–1442, 1988, doi: 10.1109/5.90113.
[3]   “ESA ESA and Space Debris”, European Space Agency. https://www.esa.int/About_Us/ESA_Publications/ESA_Publications_Brochures/ESA_BR309_ESA_and_Space_Debris.
[4]       J. R. Schwank, M. R. Shaneyfelt, and P. E. Dodd, "Radiation Hardness Assurance Testing of Microelectronic Devices and Integrated Circuits: Radiation Environments, Physical Mechanisms, and Foundations for Hardness Assurance", IEEE Transactions on Nuclear Science., Vol. 60, No. 3, pp.2074–2100, 2013, doi:10.1109/TNS.2013. 2254722.
[5]    ECSS, “Space Product Assurance - Software Product Assurance”, ESA, 1996.
[6]    ECSS, Space product Assurance Radiation Hardness Assurance, in ESA-TEC-QE/2009/22, ESA, 2009.
[7]    Moore A, and Jimenez J. GaN RF Technology for Dummies. TriQuint Special Edition Published by John Wiley & Sons, Inc. 111 2015.
[8]    K Bernard, "Advantages of Using Gallium Nitride FETs in Satellite Applications", White Paper, Renensas, February, Tokyo, Japan 2018.
[9]    J. Haiwei, L. Qin, L. Zhang, and et al., "Review of Wide Band-Gap Semiconductors Technology",  in MATEC Web of Conferences, Vol.40, p. 01006, EDP Sciences 2016, DOI: 10.1051/matecconf/ 20164001006.
[10] S.J Pearton, F. Ren, E. Patrick, and et al. "Review – Ionizing Radiation Damage Effects on GaN Devices", ECS J.Solid State Sci. Technol. Vol. 5, No. 2, pp.35-60, 2016
[11] Alexis C.Vilas Bôasa, et al., “Ionizing Radiation Hardness Tests of GaN HEMTs for Harsh Environments”, Microelectronics Reliability journal, Vol. 116, January 2021.
[12] K. Hirche et al., “GaN Reliability Enhancement and Technology Transfer Initiative (GREAT2)”, Abstr. ESA/ESTEC Contract No. 21.499/08/ NL/PA.,Vol. 21, No. 8, 2014.
[13] A. Y. Polyakov, S. J. Pearton, P. Frenzer, F. Ren, L. Liu, a/ac J. Kim, “Radiation Effects in GaN Materials and Devices”, yn Journal of Materials Chemistry C, 2013, Vol. 1, No. 5, pp. 877–887, doi: 10.1039/c2tc00039c.
[14] A. C. Vilas Bôas et al., “Ionizing Radiation Hardness Tests of GaN HEMTs for Harsh Environments”, Microelectron. Reliab., Vol. 116, 2021, doi: 10.1016/j.microrel.2020.114000.
[15] ECSS, “Methods for the Calculation of Radiation Received and Its Effects, and a Policy for Design Margins”, Ecss-E-St-10-12C, Vol. November, pp. 1–218, 2008.
[16] R. Omidi , K. Mohammadi, “ SEU Rate and Reliability Analysis in LEO Satellites”, J. Sp. Sci. Technol., Vol. 5, No. 3, pp. 1–9, 2012,
[17] A. Esmaelian, S. Amirhossin feghhi, H. Jafari and A. Pahlavan , “Studying and Calculating the Radiation Damage Caused by the Solar Radiation Spectrum in the Crystal Structure of Semiconductor Components”, J. Sp. Sci. Technol., Vol. 6, No. 16, pp. 55–60, 2013.
[18] H. Daneshvar, M. Khoshsima and A. Dayani, “Study of Modeling Parameters in Determination of TID, DD, and SEE Radiation Damages for Satellite in LEO Orbit Using OMERE Software”, J. Sp. Sci. Technol., Vol. 12, No. 40, pp. 63–71, 2019.
[19] H. Daneshvar, K. Gh. Milan, A. Sadri, S. H. Sedighy, Sh. Malekie and A. Mosayebi, “Multilayer Radiation Shield for Satellite Electronic Components Protection”, Nature Scientifc Reports, Vol. 11, pp. 1-12, 2021.
[20] K. Gh. Milan, A. Sadri, S. H. Sedighy and H. Daneshvar, “Analysis, Design and Optimization of the Multi Layer Radiation Shielding of Satellite Electronic Components”, J. Sp. Sci. Technol., Vol. 4, No. 2, pp. 71–76, 2021.
[21] M. Mokhtari et al., “Experimental Study of the Effect of Using Space Sandwich Structures for Protection Against Space Radiation”, J. Sp. Sci. Technol., Accepted Manuscript Available Online from 21 September 2021.
[22] ESA ESCC Basic Specification No. 22900, “Total dose steadystate irradiation test method”, issue 4, October 2010.
[23] ESA ECSS, “ECSS-Q-ST-60-15C Radiation Hardness Assurance - EEE Components”, ECSS Secretariat, Vol. October. No. 32, 2012.
[24] ECSS-E-ST-10-12C– Methods for The Calculation of Radiation Received and Its Effects and A Policy for Design Margins, (15 November 2008) + “Identified typographical error,” This Standard is Supported by ECSS Handbook:ECSS-E-HB-10-12A (17 December 2010).
[25] ECSS, Space product Assurance Radiation Hardness Assurance - EEE components for JUICE, in ESA-TEC-Q/2012/155, ESA, 2012.
[26] D. Custodian a/ac E. S. Agency, "Total Dose Steady-State Irradiation Test Method ESCC Basic Specification No . 22900”, Test, No. 22900. ESCC, pp. 1–17, 2007.
[27] A. Varotsou, "OMERE Space Radiation Environment and Effects Tool: New Developments and New Interface", 2017.
[28] H. Daneshvar, A. Eidi, L. Mohamadi, R. Omidi, P. Hajipour, "Investigation and Feasibility Study of Using Components with Different Categories from the Perspective of Radiation Damage in LEO and GEO Orbits", J. Sp. Sci. Technol., Vol. 14, No. 4, pp. 11–23, 2021.
[29] Y. Ye et al., “The Secular Variation of the Center of Geomagnetic South Atlantic Anomaly and Its Effect on the Distribution of Inner Radiation Belt Particles”, Sp. Weather, Vol. 15, No. 11, 2017, doi: 10.1002/2017SW001687.
[30] H. Daneshvar, “Calculation of Radiation Damage on Electronic Devices”, Shahid Beheshti University, 2011.
[31] M. Poizat, “Radiation Environment and its Effects in EEE. Components and Hardness Assurance for Space. Application”, yn Radiation environment and its effects in EEE components and hardness assurance for space applications, 2017.
[32] F. W. Sexton, “Measurement of Single-Event Phenomena in Devices and ICs”, 1992.
 [33] “Integrated Circuits (Microcircuits) Manufacturing,  General Specification for”, MIL, 2002.
[34] S. Division, “Space Product Assurance Radiation Hardness Assurance”, 2012.
[35] Jet Propulsion Laboratory, “Radiation Design Margin Requirement”, NASA, 1999. [Arlein]. Ar gael: http://llis.nasa.gov/lesson/792.
[36] https://llis.nasa.gov/lesson/824.
[37] J. Ripa, G. Dilillo, R. Campana, G. Galgoczi, “A Comparison of Trapped Particle Models in Low Earth Orbit”,  arXiv:2101.03090v1, pp.1-10 2021, https://doi.org/10.1117/12.2561011.
علوم و فناوری فضایی
دوره 16، شماره 1 - شماره پیاپی 55
فروردین 1402
صفحه 59-74
فایل ها
سابقه مقاله
  • تاریخ دریافت: 07 اردیبهشت 1401
  • تاریخ بازنگری: 18 مهر 1401
  • تاریخ پذیرش: 12 بهمن 1401
  • تاریخ اولین انتشار: 16 بهمن 1401
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار