Design and Fabrication of the Cryogenically Cooled LNA Module for Radio Telescope Receiver Front-End

In this paper, the cryogenically cooled low noise amplifier module for radio telescope receiver front-end using pHE-MT MMIC is designed and fabricated. In the selection of MMIC, the MMIC fabricated with the pHEMTS providing successful cryogenic operation are chosen. They are mounted in the housing using the thin film substrate. In the design of the housing, the absorber and the elimination of the gap between the carrier and the housing as well removed the unnecessary oscillations by its structure. The mismatch is improved by ribbon-tuning to provide the best performance at room temperature. The fabricated module shows the gain of $35dB{\pm}1dB$ and the noise figure of $2.37{\sim}2.57dB$ at room temperature over $21.5{\sim}23.5GHz$. In the cryogenic temperature of $15^{\circ}K$ cooled by He gas, the measured gain was above 35 dB and flatness ${\pm}2dB$ and the noise temperatures of $28{\sim}37^{\circ}K$.

전파 망원경 수신기 전단부용 극저온 22 GHz 대역 저잡음 증폭기 모듈 설계 및 제작

본 논문에서는 pHEMT(pseudo-morphic High Electron Mobility Transistor)로 구성된 저잡음 증폭기 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)를 이용하여 극저온에서 동작하는 전파 망원경 수신기 전단부용 22 GH2 대역 저잡음 증폭기 모듈을 설계, 제작하였다. pHEMT MMIC 선정에는, 극저온에서의 동작이 입증된 pHEMT 공정을 사용하여 제작된 저잡음 증폭기 MMIC를 선택하였다. 선정된 2개의 MMIC는 박막(thin film) 세라믹 기판에 장착하여 모듈화 하였다. 모듈화 시 하우징(housing)과 캐리어(carrier) 사이의 간극을 제거하고 전파 흡수체를 사용하여 불필요한 구조에 의한 발진을 제거하였다. 또한 커넥터와 기판 사이의 부정합으로 나타나는 잡음 및 이득의 열화를 리본 조정을 통해 개선시켜 상온에서 최적의 성능을 가지도록 했다. 제작된 증폭기 모듈은 상온에서 $21.5{\sim}23.5GHz$ 대역 내 이득 $35dB{\pm}1dB$, 잡음지수 $2.37{\sim}2.57dB$를 보였다. 제작된 증폭기는 헬륨 냉각기를 이용하여 $15^{\circ}K$로 냉각 후 측정 결과, 대역 내에서 이득 35 dB 이상, 잡음온도 $28{\sim}37^{\circ}K$를 얻었다.