GaN HPA Monolithic Microwave Integrated Circuit for Ka band Satellite Down link Payload

In this paper presents the design and demonstrate 8 W 3-stage HPA(High Power Amplifier) MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuits) for Ka-band down link satellite communications payload system at 19.5 GHz ~ 22 GHz frequency band. The HPA MMIC consist of 3-stage GaN HEMT(Hight Electron Mobility Transistors). The gate periphery of $1^{st}$ stage, $2^{nd}$ stage and output stage is determined $8{\times}50{\times}2$ um, $8{\times}50{\times}4$ um and $8{\times}50{\times}8$ um, respectively. The fabricated HPA MMIC shows size $3,400{\times}3,200um^2$, small signal gain over 29.6 dB, input matching -8.2 dB, output matching -9.7 dB, output power 39.1 dBm and PAE 25.3 % by using 0.15 um GaN technology at 20 V supply voltage in 19.5~22 GHz frequency band. Therefore, this HPA MMIC is believed to be adaptable Ka-band satellite communication payloads down link system.

Ka 대역 위성통신 하향 링크를 위한 GaN 전력증폭기 집적회로

본 논문은 Ka대역 위성통신 탑재체의 하향링크대역인 주파수 19.5 GHz ~ 22 GHz대역에서 사용가능한 8W급 전력증폭기를 3단으로 설계 및 제작하여 특성 평가한 과정을 기술하였다. 제작된 전력증폭기 GaN MMIC는 3단으로 구성된 HEMT(High Electron Mobility Transistor)들로 이루어 졌으며 증폭기의 첫 번째단 게이트 폭은 $8{\times}50{\times}2um$, 두 번째단 게이트폭은 $8{\times}50{\times}4um$, 마지막단인 출력단의 게이트 폭은 $8{\times}50{\times}8um$의 구조로 이루어 졌다. 0.15 um GaN 공정으로 제작된 전력 증폭기 MMIC의 사이즈는 $3,400{\times}3,200um^2$ 이고 주파수 19.5 GHz ~ 22 GHz대역에서 입력 전압 20 V 일 때, 소신호 및 대신호 측정 결과 소신호 이득 29.6 dB 이상, 입력정합 최소 -8.2 dB, 출력정합 -9.7 dB, 최소 39.1 dBm의 출력전력, 최소 25.3%의 전력 부가 효율을 나타내었다. 따라서 설계 및 제작된 전력증폭기 MMIC는 Ka대역 위성통신 탑재체의 하향링크에 사용이 가능할 것으로 판단된다.