
E.M.Pinto

O desenvolvimento dos radares em aeronaves de combate tem sido uma parte fundamental da evolução tecnológica da aviação militar desde a Segunda Guerra Mundial. Inicialmente, os radares eram primitivos e limitados, usados principalmente para detectar aviões inimigos à distância.
Os primeiros radares militares instalados em aviões de combate surgiram durante a Segunda Guerra Mundial, representando um avanço significativo na aviação militar. Esses sistemas permitiam a detecção de aeronaves inimigas além do alcance visual, especialmente em missões noturnas ou em condições climáticas adversas.

Um dos pioneiros foi o AI Mk. IV, desenvolvido pelo Reino Unido. Esse radar operava na faixa de frequência VHF (Very High Frequency), entre 193 MHz e 214 MHz, e utilizava antenas dipolo montadas no nariz de caças como o Bristol Beaufighter e o de Havilland Mosquito. O sistema era composto por dispositivos como válvulas termiônicas (tubos de vácuo) e moduladores de pulso, que geravam sinais de rádio para detectar alvos a distâncias de até 5 a 8 km.
Nos Estados Unidos, o SCR-720, uma evolução do radar britânico, foi instalado no Northrop P-61 Black Widow, o primeiro caça projetado especificamente para operações noturnas. Esse radar operava em frequências semelhantes ao AI Mk. IV, mas com melhorias na resolução e alcance, atingindo até 8 a 12 km. Ele utilizava antenas Yagi e dispositivos de processamento de sinal mais avançados para a época, como amplificadores de baixo ruído e circuitos de sincronização.
Na Alemanha, o FuG 202 Lichtenstein BC foi um dos primeiros radares aerotransportados, equipando caças noturnos como o Messerschmitt Bf 110. Esse radar operava na faixa de UHF (Ultra High Frequency), em torno de 490 MHz, e utilizava antenas dipolo dispostas em uma configuração cruciforme. O sistema era composto por osciladores de cristal, moduladores de pulso e receptores super-heteródinos, permitindo detecções a distâncias de 2 a 4 km.

Esses radares iniciais eram volumosos, pesados e limitados em alcance e precisão, mas estabeleceram as bases para o desenvolvimento de tecnologias mais avançadas, como os radares utilizados em aviões modernos. Eles dependiam fortemente de dispositivos analógicos, como válvulas termiônicas e circuitos de rádio-frequência, que eram sensíveis a interferências e requeriam manutenção constante. Apesar das limitações, esses sistemas foram cruciais para o sucesso de missões de interceptação e defesa aérea durante a guerra.
No contexto da 2ª guerra, os primeiros sistemas de radar em aviões eram primitivos e estavam limitados à detecção de alvos à distância, muitas vezes com precisão reduzida devido às limitações tecnológicas da época. No entanto, foi durante a década de 1950 que os radares de caças começaram a evoluir de maneira substancial, com a introdução de tecnologias mais avançadas para melhorar a precisão e a capacidade de rastreamento em condições de combate.

Nos anos 50 e 60, a tecnologia de radares aerotransportados avançou significativamente, permitindo que caças realizassem interceptações além do alcance visual (BVR – Beyond Visual Range). Um dos primeiros caças a empregar radar foi o F-86D Sabre, dos Estados Unidos, que utilizava o radar AN/APG-36, operando na banda X (8 a 12 GHz). Esse sistema de pulso Doppler tinha um alcance de aproximadamente 30 km e foi projetado para interceptação de alvos aéreos, especialmente bombardeiros. O F-86D foi um marco por integrar um radar que permitia o uso de mísseis ar-ar, como o AIM-4 Falcon.

Na União Soviética, o MiG-17PF foi um dos primeiros caças a incorporar radar, utilizando o sistema RP-1 Izumrud, que operava na banda S (2 a 4 GHz). Esse radar de pulso simples tinha um alcance de cerca de 10 km e permitia interceptações em condições noturnas ou de baixa visibilidade. O sucessor, o MiG-19P, equipado com o radar RP-2 Izumrud, também operando na banda S, elevou o alcance para 12 km e introduziu a tecnologia de pulso Doppler, marcando um avanço significativo em relação ao MiG-17PF.
O F-104 Starfighter, dos Estados Unidos, foi outro caça importante da época, utilizando o radar AN/ASG-14T1, que operava na banda X. Com um alcance de cerca de 20 km, esse radar de pulso simples era usado principalmente para direcionamento de mísseis e interceptação. O F-104 foi amplamente exportado e utilizado por várias forças aéreas, incluindo a Alemanha Ocidental e o Japão.
O F-4 Phantom II, também dos Estados Unidos, representou um salto tecnológico com seu radar AN/APQ-72, posteriormente atualizado para o AN/APQ-120. Esses radares de pulso Doppler, operando na banda X, tinham um alcance de até 80 km, dependendo da versão, e eram capazes de rastrear e engajar múltiplos alvos. O F-4 foi um dos caças mais versáteis da época, com um radar que oferecia maior confiabilidade e alcance.

No Reino Unido, o English Electric Lightning foi equipado com o radar AI.23 Airpass, que operava na banda X e tinha um alcance de cerca de 40 km. Esse radar de pulso Doppler permitia busca e rastreamento simultâneos, sendo um dos primeiros sistemas britânicos a oferecer essa capacidade. Já na França, o Dassault Mirage IIIC utilizava o radar Cyrano I-bis, também operando na banda X, com um alcance de aproximadamente 25 km. O Cyrano foi um radar pioneiro francês, utilizado em várias versões do Mirage III.
A tecnologia de radar nesse período era baseada principalmente em sistemas de pulso simples e pulso Doppler, com a maioria operando nas bandas X (8-12 GHz) e S (2-4 GHz). Essas bandas ofereciam um bom equilíbrio entre alcance e resolução.
Nos anos seguintes, o radar passou a desempenhar um papel crucial no aumento da eficácia dos caças, com inovações como a varredura mecânica das antenas, permitindo um alcance mais amplo e a detecção de alvos aéreos a longas distâncias. Na década de 1970, com o advento dos sistemas de radar de varredura eletrônica ESA (Electronically Scanned Array ), a performance dos radares se tornou mais avançada, aumentando a precisão e a capacidade de rastreamento. Isso também permitiu que os radares dos caças se integrassem melhor com outros sistemas de combate, como mísseis e sistemas de armas.

A primeira aeronave a operar um radar do tipo Electronically Scanned Array (ESA), especificamente um Passive Electronically Scanned Array (PESA), foi o MiG-31 Foxhound, desenvolvido pela União Soviética. O radar utilizado no MiG-31 é o RP-31 Zaslon, também conhecido como N007 SBI-16.

Este radar foi um marco na tecnologia de radares militares, sendo o primeiro radar operacional do mundo a empregar um sistema de varredura eletrônica passiva.o RP-31 oeprava na Banda X (8 a 12 GHz), com o impressionante alcance de 200 km contra alvos de grande porte (como bombardeiros) e 120 km contra caças. este radar era capaz de rastrear até 10 alvos simultaneamente e engajar 4 alvos ao mesmo tempo com mísseis ar-ar. O sistema utilizava um conjunto de elementos irradiantes fixos e um sistema de alimentação centralizado para direcionar o feixe de radar eletronicamente, sem a necessidade de movimentação mecânica. O MiG-31 entrou em serviço em 1981.
O RP-31 Zaslon foi um avanço significativo em relação aos radares mecânicos anteriores, oferecendo maior velocidade de varredura, confiabilidade e capacidade de multitarefa. Embora fosse um PESA (que usa um único transmissor/receptor central), ele pavimentou o caminho para os radares Active Electronically Scanned Array (AESA)
Como funcionam os radares?
Os radares convencionais funcionam através da emissão de ondas de rádio por uma antena conectada a um transmissor potente. Quando essas ondas atingem um objeto, uma parte do sinal é refletida de volta, sendo captada por um receptor sensível. Ao medir o tempo de retorno da onda, é possível determinar a distância e a localização do objeto.
Entretanto, esse tipo de radar exige que a antena seja fisicamente movida para varrer diferentes partes do espaço, o que limita a velocidade da varredura e pode reduzir a eficácia da detecção em cenários dinâmicos.

A partir da década de 1960, o desenvolvimento de dispositivos semicondutores permitiu a criação de radares com varredura eletrônica passiva, conhecidos de Matriz de Varredura Eletrônica Passiva, PESA (Passive Electronically Scanned Array). Esse sistema revolucionou a tecnologia de radares ao substituir a movimentação mecânica por um controle eletrônico preciso da emissão do sinal.
O PESA funciona dividindo o sinal de um transmissor único em diversos caminhos, aplicando atrasos seletivos e direcionando-o para uma matriz de antenas. O controle das interferências entre os sinais permite direcionar o feixe em diferentes direções sem necessidade de movimentação física.
Esses radares operam em uma ampla gama de frequências, geralmente dentro das bandas X (8-12 GHz) e S (2-4 GHz), otimizadas para detecção aérea de longo alcance e alta resolução. O alcance efetivo desses radares varia conforme o modelo e o tamanho da antena, podendo superar 300 km para detecção de alvos aéreos de grande porte.
Alguns exemplos notáveis incluem o radar NIIP N011M Bars, utilizado nos caças Su-30MKI e variantes, com um alcance de até 400 km para alvos de grande RCS e capacidade de rastrear múltiplos alvos simultaneamente. Outro exemplo relevante é o RBE2 PESA, desenvolvido pela Thales para o Dassault Rafale, com boa discrição eletromagnética e capacidade de rastrear e engajar vários alvos a distâncias superiores a 140 km.
Os radares PESA representam trouxeram um enorme avanço no setor militar pois oferecem tempos de resposta mais rápidos, melhor resistência a interferências eletrônicas e maior confiabilidade mecânica devido à ausência de partes móveis para a varredura do feixe.
No entanto, sa transição natural para os modelo AESA (Active Electronically Scanned Array) era inevitável e apenas uma questão de tempo. O AESA representa a evolução natural do PESA, trazendo avanços significativos na capacidade de rastreamento e discriminação de alvos. Diferentemente do PESA, em que todas as antenas estão conectadas a um transmissor central, no AESA cada elemento da antena possui seu próprio transmissor-receptor (TRM – Transmitter Receiver Module), permitindo maior flexibilidade na emissão e recepção dos sinais.

Essa tecnologia permite que o AESA opere simultaneamente em diferentes frequências, emitindo diversos feixes em direções distintas e acompanhando um maior número de alvos ao mesmo tempo. Isso confere às forças militares uma vantagem estratégica, especialmente em aeronaves de quinta geração, bem como em navios de guerra avançados.
Ao contrário do senso comum, a tecnologia de radares AESA não são novidade, sua origem remonta à década de 1950, quando os laboratórios Bell, nos Estados Unidos, buscavam aprimorar a sensibilidade e discrição dos radares. O avanço significativo ocorreu nos anos 1980, quando a tecnologia foi miniaturizada o suficiente para ser incorporada ao nariz de caças na década de 1990.
Os radares PESA são hoje mais frequentemente vistos como representando um beco sem saída tecnológico. O primeiro radar de caça a usar a tecnologia AESA foi o Mitsubishi J/APG-1, instalado no caça tático F-2, que entrou em serviço operacional em 2000, cinco anos antes do F-22 e do F-16E/F.
O primeiro caça de 5ª Geração a incorporar um radar AESA em larga escala foi o F-22 Raptor, equipado com o N/APG-77. Essa inovação revolucionou a aviação militar, impulsionando o desenvolvimento de radares AESA em países como Rússia, China, Japão e nações europeias.

Para compreender as vantagens do AESA, é essencial entender o funcionamento de um radar convencional. como abordado anteriormente, um radar tradicional emite ondas de rádio em um feixe único, detectando objetos ao captar os sinais refletidos. Esse princípio básico evoluiu ao longo do século XX, permitindo medições mais precisas de altitude, velocidade e trajetória.
O radar AESA difere dos convencionais ao utilizar centenas de pequenos módulos, cada um capaz de atuar como emissor e receptor independente. Em vez de um único feixe de rádio, o AESA emite múltiplos sinais de diferentes frequências e direções, distribuídos em uma área reduzida. Essa característica oferece diversas vantagens estratégicas.
A recente revelação do radar APG-85 como substituto do já avançado APG-81 nos caças F-35 causou surpresa entre especialistas e entusiastas da aviação militar. O APG-81 já é amplamente reconhecido como um dos radares mais sofisticados do mundo, mas a Lockheed Martin e seus parceiros agora apostaram no APG-85 como um novo padrão para a versão Block 4 da aeronave, prometendo avanços ainda mais significativos na detecção e rastreamento de alvos.
A tabela apresneta as vantages dos sistemas AESA em relação aos PESA
Característica | PESA | AESA |
---|---|---|
Modo de operação | Um único transmissor de alta potência com distribuição de sinal para os elementos da antena. | Múltiplos módulos transmissores independentes, cada um operando individualmente. |
Frequência de operação | Normalmente banda X (8-12 GHz) ou S (2-4 GHz). | Capacidade de operar em múltiplas frequências simultaneamente (frequency hopping). |
Rastreamento de alvos | Pode rastrear múltiplos alvos, mas com menor flexibilidade. | Melhor capacidade de rastreamento simultâneo e maior precisão. |
Resistência a interferências (jamming) | Moderada, pode ser alvo de guerra eletrônica devido ao uso de um único transmissor. | Alta, devido ao uso de múltiplas frequências e capacidade de mudar rapidamente em caso de interferência. |
Furtividade (Low Probability of Intercept – LPI) | Baixa, pois emite sinais em padrões previsíveis. | Alta, pois distribui emissões e alterna frequências rapidamente, dificultando a detecção. |
Confiabilidade | Se o transmissor falhar, o radar pode perder funcionalidade. | Altamente tolerante a falhas, pois pode operar mesmo com alguns módulos defeituosos. |
Tempo de resposta | Mais rápido que radares mecânicos, mas inferior ao AESA. | Extremamente rápido, adaptando-se dinamicamente às ameaças. |
Campo de visão | Cerca de 120º, podendo ser ampliado com movimentação mecânica. | Similar ao PESA, mas com melhor controle do feixe e possibilidade de soluções híbridas. |
Exemplos de modelos | NIIP N011M Bars (Su-30MKI), RBE2 PESA (Dassault Rafale). | AN/APG-77 (F-22 Raptor), AN/APG-81 (F-35 Lightning II), Zhuk-AE (MiG-35). |
Do ponto de vista prático, a grande revolução promovida pelos AESA, foi a eliminação da necessidade de componentes mecânicos para direcionamento. Em um radar AESA, cada elemento da antena possui seu próprio transmissor e receptor, permitindo um controle preciso do feixe de emissão. Isso o torna ainda mais rápido na varredura mais resistência a interferências e com maior capacidade de operação multitarefa, podendo alternar rapidamente entre modos ar-ar, ar-terra e de navegação superando os PESA.
Ao que se sabe o novo APG-85, traz melhorias substanciais, possivelmente incorporando avanços em circuitos de nitreto de gálio (GaN) (serão a bordados a seguir), que aumentam a eficiência e a potência do radar. Essa evolução permitirá ao F-35 identificar ameaças a distâncias maiores, operar com menor emissão detectável por sistemas inimigos e oferecer maior confiabilidade operacional.
A tabela apresenta os principais caças, seus radares
Aeronave | Radar | Módulos T/R | Alcance de Detecção (km) | Funções Principais | País de Origem |
F-22 | AN/APG-77 | ~ 2.000 | 200+ | Detecção de baixa assinatura, LPI, EW | EUA |
F-35 | AN/APG-81 | ~ 1.676 | 150+ | Rastreamento simultâneo, EW, SAR | EUA |
F-15E | AN/APG-70 | N/A | ~ 150 | Rastreamento ar-ar e ar-terra, SAR | EUA |
F-15X | ~ 1.500 | 200+ | Detecção de múltiplos alvos, SAR, EW | EUA | |
F/A-18E/F | AN/APG-79 | ~ 1.300 | ~ 200 | Rastreamento simultâneo, EW, SAR | EUA |
Su-57 | N036 Belka | ~ 1.500 | 200+ | Rastreamento multialvo, ECM, LPI | Rússia |
Su-35 | Irbis-E | N/A | 350 (alvos grandes) | Rastreamento de longo alcance, SAR | Rússia |
J-20 | KLJ-5 | ~ 2.000? | 200+ | Rastreamento furtivo, multialvo, ECM | China |
J-16 | KLJ-7A | ~ 1.500 | 200+ | Rastreamento de alvos aéreos e terrestres | China |
J-15 | Tipo 1475 (provável) | ~ 1.200 | ~ 200 | Rastreamento multialvo, operações navais | China |
Rafale F4 | RBE2-AA | ~ 1.000 | 200+ | Rastreamento ar-ar, ar-terra, EW | França |
Typhoon Tranche III | CAPTOR-E | ~ 1.500 | 200+ | Rastreamento multi-alvo, SAR, ECM | Reino Unido / UE |
Composição dos radares AESA
Os radares de varredura eletrônica ativa (AESA) são sistemas altamente complexos, compostos por diversos módulos e subsistemas que trabalham em conjunto para fornecer alta precisão, resistência a interferências e capacidade de rastreamento simultâneo de múltiplos alvos.
Sua arquitetura é fundamentalmente diferente dos radares convencionais, pois não depende de um único transmissor central, mas sim de múltiplos módulos distribuídos, conhecidos como módulos transmissores-receptores (TRMs – Transmit/Receive Modules). A seguir, estão as principais partes físicas e componentes essenciais de um radar AESA:
Matriz de Antenas e Módulos Transmissores-Receptores (TRMs)
A antena de um radar AESA é composta por uma matriz de centenas ou milhares de módulos de transmissão e recepção individuais. Cada TRM funciona de forma independente, podendo emitir e receber ondas de rádio em diferentes frequências simultaneamente. Isso possibilita a operação multifuncional do radar, permitindo a detecção, rastreamento e mapeamento ao mesmo tempo.
Os TRMs utilizam dispositivos semicondutores de arseneto de gálio (GaAs) ou nitreto de gálio (GaN), que garantem maior potência de transmissão, eficiência energética e resistência ao calor. Diferente dos radares convencionais, onde a direção do feixe é controlada mecanicamente, no AESA o feixe é direcionado eletronicamente, mudando instantaneamente de alvo sem a necessidade de movimentação física da antena.
Painel ou Antena Planar
Nos caças modernos, a antena AESA geralmente tem formato plano e é integrada ao nariz da aeronave. Algumas variações podem incluir múltiplos painéis para ampliar o campo de visão. A antena é protegida por um radome, uma carenagem especial feita de materiais transparentes a ondas de rádio, como compósitos de fibra de vidro ou materiais cerâmicos.
Alguns radares mais avançados combinam varredura eletrônica com movimentação mecânica da antena, permitindo um campo de visão ainda maior do que os típicos 120° dos sistemas exclusivamente eletrônicos.
Gerador de Frequências e Osciladores
Responsável por produzir as frequências de transmissão utilizadas pelos módulos TRM. Os radares AESA empregam técnicas de hopping de frequência, alternando rapidamente as frequências para evitar detecção e interferência de guerra eletrônica.
Processadores de Sinais Digitais (DSP – Digital Signal Processors)
O grande volume de dados coletado pelos TRMs precisa ser processado rapidamente. Os processadores de sinais digitais (DSPs) convertem os sinais recebidos em informações úteis sobre posição, velocidade e distância dos alvos. Os DSPs utilizam algoritmos avançados de filtragem de ruído, compensação de interferências e correção de distorções atmosféricas para melhorar a precisão do radar. Esses processadores também permitem que o radar execute funções múltiplas simultaneamente, como rastreamento de alvos aéreos, mapeamento do terreno e identificação de ameaças.
Unidade de Potência e Refrigeração
Radares AESA consomem mais energia do que radares convencionais, exigindo uma fonte de alimentação robusta integrada ao sistema elétrico da aeronave. A operação contínua dos TRMs gera calor significativo, o que exige um sistema eficiente de dissipação térmica e refrigeração, geralmente utilizando trocadores de calor ou líquidos refrigerantes.
Interface de Comunicação e Sistemas de Link de Dados
Para integração com outros sistemas da aeronave e com redes de defesa aérea, o radar AESA possui interfaces que permitem a comunicação com outros radares, satélites, sistemas de controle terrestre e outras aeronaves. O Link 16 é um exemplo de protocolo usado em forças aéreas ocidentais para compartilhamento de informações em tempo real entre aeronaves equipadas com radares AESA.
Composição Física do Radar AESA
Componente | Função |
---|---|
Módulos TRM (Transmit/Receive Modules) | Emissão e recepção de sinais de forma independente, permitindo rastreamento multifuncional. |
Antena Planar | Direciona eletronicamente os feixes de radar, geralmente localizada no nariz da aeronave. |
Gerador de Frequências | Produz as frequências de transmissão do radar, com capacidade de hopping de frequência. |
Processadores de Sinais Digitais (DSPs) | Processam os dados capturados e extraem informações sobre alvos. |
Unidade de Potência e Refrigeração | Garante fornecimento elétrico e dissipação térmica para manter o radar operando corretamente. |
Sistemas de Link de Dados | Permitem comunicação e compartilhamento de informações com outras unidades militares. |
Em resumo, o radar AESA não é apenas um sistema de detecção, mas um centro de informações multifuncional dentro da aeronave, contribuindo para a superioridade aérea ao integrar capacidades avançadas de monitoramento, rastreamento e guerra eletrônica.
Nitreto de Gálio o futuro dos AESA?

A composição das antenas dos radares é algo importante e só se tornou possível devido aos extensos estudos sobre desenvolvimento de propriedades de materiais, o Salto tecnológico ocorreu com advento da tecnologia controlada do Arseneto de Gálio (GaAs), extensamente usado nos radares desde então.
Ocorre que novos materiais e propriedades foram otimizadas e uma ciência fina chegou ao ápice da tecnologia com o desenvolvimento de matrizes de Nitreto de Gálio (GaN), material semicondutor que oferece melhor desempenho elétrico, maior eficiência térmica e maior resistência a altas frequências do que o Arseneto de Gálio (GaAs). O GaN permite radares mais potentes, compactos, resistentes a interferências e com maior alcance, tornando-se essencial para aplicações militares e de defesa aérea.
O GaN é um material semicondutor de gap largo (wide bandgap semiconductor), o que significa que ele pode operar em condições extremas de tensão, corrente e temperatura sem comprometer seu desempenho. Essas características fazem do GaN um material ideal para transistores de alta potência e alta frequência, usados em radares, telecomunicações e sistemas de guerra eletrônica.
A evolução dos sistemas de radar depende diretamente dos semicondutores utilizados em seus amplificadores de potência e módulos de transmissão. Atualmente, os dois materiais que dominam a indústria de radiofrequência (RF) e micro-ondas são o Nitreto de Gálio (GaN) e o Arseneto de Gálio (GaAs).
Embora ambos sejam semicondutores compostos III-V e amplamente empregados em circuitos de alta frequência, suas propriedades elétricas, térmicas e estruturais resultam em desempenhos distintos quando aplicados em radares, principalmente nos de tecnologia de varredura eletrônica ativa (AESA).
A diferença fundamental entre o GaN e o GaAs está na sua largura de banda proibida (bandgap). O GaN possui uma bandgap de 3,4 eV, significativamente maior que a do GaAs, que é de 1,43 eV. Isso confere ao GaN maior resistência a fenômenos como ionização de impacto, que limita a tensão de operação em materiais semicondutores tradicionais.
O GaAs, por outro lado, tem maior mobilidade eletrônica (~8500 cm²/Vs, comparado aos ~1500 cm²/Vs do GaN), o que permite um melhor desempenho em aplicações que exigem alta velocidade de comutação e baixo ruído de fase, como sistemas de comunicação.
Os dispositivos de potência baseados em GaN operam em tensões superiores às dos equivalentes de GaAs, frequentemente variando entre 28V e 50V, enquanto o GaAs geralmente opera em uma faixa de 5V a 10V. Essa característica permite que o GaN forneça uma densidade de potência muito superior (>10 W/mm contra ~1 W/mm do GaAs), tornando-o ideal para radares de longo alcance e sistemas de defesa que necessitam de alta potência de transmissão para detectar alvos a grandes distâncias.
Outro fator relevante é a eficiência energética dos transistores de GaN é notavelmente superior à dos de GaAs, frequentemente atingindo 50% ou mais, enquanto o GaAs opera na faixa de 30-40%. Essa vantagem resulta em menor dissipação de calor para uma mesma potência de saída, reduzindo a necessidade de sistemas de resfriamento complexos.
Além disso, o GaN pode ser fabricado sobre substratos de SiC (carboneto de silício), um material que melhora a dissipação térmica devido à sua alta condutividade térmica (~490 W/m·K). O GaAs, por outro lado, é geralmente cultivado em substratos de GaAs, que possuem menor condutividade térmica (~46 W/m·K), limitando sua capacidade de dissipar calor de forma eficiente.
Principais Propriedades do GaN
Propriedade | Valor / Característica |
---|---|
Gap de banda (Bandgap) | ~3,4 eV (maior que o Si e o GaAs) |
Tensão de ruptura | >3x maior que o GaAs |
Mobilidade eletrônica | ~2000 cm²/Vs (menor que GaAs, mas aceitável) |
Densidade de corrente | Maior que a do GaAs e do Si |
Eficiência energética | Superior ao GaAs e Si |
Temperatura operacional | Pode suportar temperaturas superiores a 250°C |
Frequência máxima operacional | > 100 GHz |
O GaN se sobressai quando se trata de operação em largas faixas de frequência, sendo capaz de funcionar de maneira eficiente em frequências superiores a 30 GHz. Isso o torna essencial para radares de banda larga e sistemas de guerra eletrônica. O GaAs, embora ainda competitivo, apresenta limitações na largura de banda e geralmente é mais empregado em sistemas operando abaixo de 10 GHz, como radares de curto e médio alcance para controle de tráfego aéreo e aplicações marítimas.
É importante também saber que os amplificadores de GaAs oferecem um ganho significativamente maior, variando entre 15 e 20 dB, enquanto os de GaN normalmente ficam na faixa de 10 a 15 dB. Isso significa que, para certas aplicações que exigem alta amplificação de sinal com baixa distorção, o GaAs ainda se mantém como uma opção viável. No entanto, a menor linearidade do GaN pode ser compensada por circuitos de pré-distorsão digital (DPD), o que melhora sua adequação para aplicações modernas.

Quanto à confiabilidade do GaN, ainda é uma preocupação, especialmente devido à degradação gradual sob operação intensa e efeitos de armadilhamento de elétrons (electron trapping), que podem afetar sua estabilidade a longo prazo. O GaAs, sendo uma tecnologia mais madura e bem caracterizada, apresenta maior estabilidade e menor risco de falha em aplicações de longo prazo. No entanto, os avanços no desenvolvimento do GaN vêm reduzindo essas limitações.
O custo é um fator determinante e os dispositivos GaN são consideravelmente mais caros que os de GaAs, tanto pelo custo de fabricação quanto pelo uso de substratos mais sofisticados, como SiC. O GaAs, por sua vez, tem um processo de produção consolidado e substratos mais baratos, o que reduz seu custo geral.
Por outro lado, o GaN é amplamente utilizado em radares militares de alta potência, como radares AESA para defesa aérea, radares de rastreamento de mísseis e sistemas de guerra eletrônica. Seu alto desempenho em potência e eficiência faz com que seja o material de escolha para aplicações críticas que exigem confiabilidade em ambientes extremos.
Já o GaAs continua sendo relevante para radares de curto e médio alcance, como radares meteorológicos, radares de controle de tráfego aéreo e sensores de radar para veículos autônomos, devido ao seu custo reduzido e excelente linearidade.
Tabela Comparativa: GaN vs. GaAs em Aplicações de Radares
Característica | GaN (Nitreto de Gálio) | GaAs (Arseneto de Gálio) |
---|---|---|
Largura de Banda Proibida (eV) | 3,4 | 1,43 |
Mobilidade Eletrônica (cm²/Vs) | ~1500 | ~8500 |
Tensão de Operação (V) | Alta (28V – 50V) | Baixa (5V – 10V) |
Densidade de Potência (W/mm) | >10 | ~1 |
Eficiência Energética (%) | ~50% | ~30-40% |
Condutividade Térmica do Substrato (W/m·K) | 490 (SiC) | 46 (GaAs) |
Frequência Máxima de Operação (GHz) | >30 | <10 |
Ganho (Gain, dB) | 10-15 | 15-20 |
Linearidade | Média | Alta |
Custo de Produção | Alto | Baixo |
Confiabilidade a Longo Prazo | Boa, mas sujeita à degradação sob alta potência | Muito estável e bem caracterizado |
Resistência a Altas Temperaturas | Alta | Média |
Resistência a Interferências/Jamming | Alta | Média |
Durabilidade e Manutenção | Alta durabilidade, baixa necessidade de manutenção | Boa, mas exige maior monitoramento |
Aplicações Principais | Radares AESA militares, guerra eletrônica, radares de longo alcance | Radares de curto e médio alcance, controle de tráfego aéreo, radares meteorológicos |
Faixa de Frequências Operacionais dos Radares AESA Baseados em GaN
Os radares militares utilizam diferentes faixas de frequência, e o GaN tem sido usado principalmente nas bandas S, C, X e Ku.
Característica | GaN (Nitreto de Gálio) | GaAs (Arseneto de Gálio) |
---|---|---|
Largura de Banda Proibida (eV) | 3,4 | 1,43 |
Mobilidade Eletrônica (cm²/Vs) | ~1500 | ~8500 |
Tensão de Operação (V) | Alta (28V – 50V) | Baixa (5V – 10V) |
Densidade de Potência (W/mm) | >10 | ~1 |
Eficiência Energética (%) | ~50% | ~30-40% |
Condutividade Térmica do Substrato (W/m·K) | 490 (SiC) | 46 (GaAs) |
Frequência Máxima de Operação (GHz) | >30 | <10 |
Ganho (Gain, dB) | 10-15 | 15-20 |
Linearidade | Média | Alta |
Custo de Produção | Alto | Baixo |
Confiabilidade a Longo Prazo | Boa, mas sujeita à degradação sob alta potência | Muito estável e bem caracterizado |
Resistência a Altas Temperaturas | Alta | Média |
Resistência a Interferências/Jamming | Alta | Média |
Durabilidade e Manutenção | Alta durabilidade, baixa necessidade de manutenção | Boa, mas exige maior monitoramento |
Aplicações Principais | Radares AESA militares, guerra eletrônica, radares de longo alcance | Radares de curto e médio alcance, controle de tráfego aéreo, radares meteorológicos |
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