한국전자파학회논문지 (The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science)

  • 제24권11호
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  • Pages.1081-1090
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  • 2013
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  • 1226-3133(pISSN)
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  • 2288-226X(eISSN)
한국전자파학회 (The Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science)
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Memory Effect를 최소화한 C-대역 내부 정합 GaAs 전력증폭기

C-Band Internally Matched GaAs Power Amplifier with Minimized Memory Effect

  • 투고 : 2013.09.02
  • 심사 : 2013.10.07
  • 발행 : 2013.11.30
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초록

본 논문에서는 C-대역에서 입출력 정합 회로가 패키지에 내장된 10 W급 내부 정합 증폭기 설계 및 제작을 하였다. 전력증폭기 설계에 사용한 트랜지스터로 GaAs pHEMT bare-chip을 사용하였다. 트랜지스터 패드 위치와 커패시터 크기를 고려한 와이어 본딩 해석으로 정확도 높은 설계를 하였다. 패키지와 정합 회로를 함께 EM simulation하여 패키지가 정합 회로에 미치는 영향을 해석하였다. 2-tone 측정 시 memory effect로 인해 발생되는 IMD3의 비대칭성을 줄이기 위한 memory effect 감쇄 바이어스 회로를 제안 및 설계하였다. 측정 결과, 7.1~7.8 GHz 대역에서 $P_{1dB}$는 39.8~40.4 dBm, 전력 이득은 9.7~10.4 dB, 효율은 33.4~38.0 %을 얻었고, 제안된 memory effect 감쇄 바이어스 회로로 IMD3(Upper)와 IMD3(Lower)차는 0.76 dB 이하를 얻었다.

In this paper, a C-band 10 W power amplifier with internally matched input and output matching circuit is designed and fabricated. The used power transistor for the power amplifier is GaAs pHEMT bare-chip. The wire bonding analysis considering the size of the capacitor and the position of transistor pad improves the accurate design. The matching circuit design with the package effect using EM simulation is performed. To reduce the unsymmetry of IMD3 in 2-tone measurement due to the memory effect, the bias circuit minimizing the memory effect is proposed and employed. The measured $P_{1dB}$, power gain, and power added efficiency are 39.8~40.4 dBm, 9.7~10.4 dB, and 33.4~38.0 %, respectively. Adopting the proposed bias circuit, the difference between the upper and lower IMD3 is less than 0.76 dB.

키워드

참고문헌

  1. M. Kohno, T. Fujioka, K. Hayashi, Y. Itoh, Y. Ikeda, K. Seino, and M. Yamanouchi, "High efficient Cband 27 W internally-matched GaAs FET for space application", IEEE MTT-S International, Microwave Symposium Digest, vol. 1, pp. 273-276, May 1994.
  2. 정해창, 오현석, 허윤성, 염경환, 김경민, "Wi-MAX 대역 GaN HEMT 4 W 소형 전력증폭기 모듈 설계", 한국전자파학회논문지, 22(2), pp. 162-172, 2011년 2월. https://doi.org/10.5515/KJKIEES.2011.22.2.162
  3. H. Noto, H. Maehara, M. Koyanagi, H. Utsumi, J. Nishihara, H. Otsuka, K. Yamanaka, M. Nakayama, and Y. Hirano, "X-and Ku-band internnaly matched GaN amplifiers with more than 100 W output power", Microwave Integrated Circuits Conference (Eu- MIC), 2012 7th European, pp. 695-698, Oct. 2012.
  4. 임종식, 오성민, 박천선, 이용호, 안달, "고출력 트랜지스터 패키지 설계를 위한 새로운 와이어 본딩 방식", 전기학회논문지, 57(4), pp. 653-659, 2008년 4월.
  5. 정해창, 오현석, 염경환, 진형석, 박종설, 장호기, 김보균, "사전-정합 로드-풀 측정을 통한 X-대역 40 W급 펄스 구동 GaN HEMT 전력증폭기 설계", 한국전자파학회논문지, 24(11), pp. 1034-1046, 2011년 11월. https://doi.org/10.5515/KJKIEES.2011.22.11.1034
  6. 신석우, 김형종, 최길웅, 최진주, 임병옥, 이복형, "X-대역 GaN HEMT bare-chip 펄스-전압 펄스-RF 수동 로드풀 측정", 한국ITS학회논문지, 10(1), pp. 42-48, 2011년 2월.
  7. J. Vuolevi, T. Rahkonen, and J. Manninen "Measurement technique for characterizing memory effect in RF power amplifiers", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 49, no. 8, pp. 1383-1389, Aug. 2001. https://doi.org/10.1109/22.939917
  8. 이강전, 박찬혁, 구현, "pHEMT 전력 증폭기의 IMD3 비대칭성과 ACPR 특성 해석", 대한전자공학회 학술대회, pp. 221-224, 2005년 11월.
  9. N. Kim, V. Aparin, and L. Larson "Analysis of IM3 asymmetry in MOSFET small-signal amplifier", IEEE Trans, Regular Papers, vol. 58, issue 4, pp. 668-676, Apr. 2011.
  10. K. Remley, D. Williams, D. Schreurs, and J. Wood, "Simplifying and interpreting two-tone measurement", IEEE Trans., Microwave Theory Tech., vol. 52, Issue. 8, pp. 2576-2584, Aug. 2004. https://doi.org/10.1109/TMTT.2004.837195
  11. J. Cha, I. Kim, S. Hong, B. Kim, J. S. Lee, and H. S. Kim, "Memory effect minimization and wide instantaneous bandwidth operation of a base station power amplifier", Microwave Journal, vol. 46, no. 2, pp. 124-130, Feb. 2003.