A 35 ㎓ GaAs MMIC power amplifier was designed using a monolithic technology with AlGaAs/InGaAs/GaAs power PM-HEMTs, rectangualr spiral inductors and Si3N4 MIM capacitors. The GaAs power MESFETs in the input and output stages have total gate widths of 120 um and 320 um, respectively. Total S21 gain of 10.82dB and S11 of -16.26 dB were obtained from the designed MMIC power amplifier at 35 ㎓. And the chip size of the MMIC amplifier was 1.4$\times$0.8 $\textrm{mm}^2$
에미터 면적이 2.0${\times}$20 $\mu\textrm{m}$$^2$인 단위 InGaP/GaAs HBT power cell을 이용하여 IMT-2000 단말기용 MMIC 2단 전력 증폭기를 설계 및 제작하였다. 온도 변화에 따른 전력증폭기의 RF 특성 변화를 보상시킬 수 있으며, 외부 조절 전압으로 대기전류를 줄일 수 있는 능동 바이어스 회로를 채택하였다. HBT의 실측정 S 파라미터와의 fitting을 통하여 비선형 등가 회로 파라미터를 추출하였고, load-pull 시뮬레이션으로 최대 출력 정합 임피던스를 결정하였다. 제작 및 측정 결과, MMIC 2단 전력증폭기는 on-wafer 측정에서 23 ㏈의 전력 이득과 28.4 ㏈m의 출력 전력( $P_{1-}$㏈/) 및 31%의 전력 부가 효율을 얻었으며, FR-4 기판상에 off-chip 출력정합회로를 구현한 COB 측정에서 22.3 ㏈의 전력이득과 26 ㏈m의 출력전력 및 28%의 전력부가효율을 얻었으며, -40 ㏈c의 ACPR 특성을 얻었다..
In this paper, we have designed and fabricated a MMIC power amplifier for X-band using AlGaAs/InGaAs/GaAs PM-HEMTs and passive devices such as Ti thin film resistors, rectangular spiral inductors and MIM capacitors. The fabricated MMIC power amplifier for X-band shows that S/ sub 21/ and S$_{11}$ are 14.804 ㏈ and -29.577 at 8.18 GHz, respectively. The chip size is 1.86$\times$1.29 $\textrm{mm}^2$.>.>.
Gallium nitride (GaN) can be used in high-voltage, high-power-density/-power, and high-speed devices owing to its characteristics of wide bandgap, high carrier concentration, and high electron mobility/saturation velocity. In this study, we investigate the technology trends for X-/Ku-band GaN RF power devices and MMIC power amplifiers, focusing on gate-length scaling, channel structure, and power density for GaN RF power devices and output power level and output power density for GaN MMIC power amplifiers. Additionally, we review the technology trends in gallium arsenide (GaAs) RF power devices and MMIC power amplifiers and analyze the technology trends in RF power devices and MMIC power amplifiers based on both GaAs and GaN. Furthermore, we discuss the current direction of national research by examining the national and international technology trends with respect to X-/Ku-band power devices and MMIC power amplifiers.
본 논문에서는 전자선 묘화 장비를 이용하여 게이트 길이가 0.2 $\mu$m인 PHEMT를 제작하여 특성을 분석하고, 임피던스정합 및 바이어스 회로를 위한 수동소자 라이브러리를 작성하여 BWLL용 MMIC 증폭기를 설계 및 제작하였다. 제작된 2단 MMIC 증폭기는 26.7 GHz에서 8.7 ㏈의 소신호 이득 및 -10 ㏈ 이하의 입 .출력 반사 계수를 얻었다. 제작된 2단 MMIC 증폭기의 팁 크기는 4.11$\times$2.66 $\textrm{mm}^2$ 이다.
본 논문에서는 위성 통신 시스템 응용을 위하여 Ku 대역에서 동작 가능한 2W MMIC (monolithic microwave integrated circuit) 전력증폭기를 개발하였다. 2W MMIC 전력증폭기는 WIN (wireless information networking) semiconductor Corp.의 GaAs 기반 PHEMT (pseudomorphic high electron mobility transistor) 공정을 사용하여 개발되었다. 개발된 Ku 대역 2W MMIC 전력증폭기의 측정결과, 13.75 GHz ~ 14.5 GHz의 동작주파수 범위에서 29 dB 이상의 이득, 33.4 dBm 이상의 포화 출력전력을 얻었다. 특히 전력부가효율은 29 %로 기존에 발표된 GaAs 기반 Ku 대역 2W MMIC 전력증폭기 상용 제품들에 비하여 높은 결과를 얻을 수 있었다.
A two-stage monolithic microwave integrated circuits (MMIC) broad-band power amplifier with AlGaAs/InGaAs/GaAs pseudomorphic high electron mobility transistor (PHEMT) has been developed for the up-link and down-link applications for local multipoint distribution systems (LMDS) in the frequency range of 24~28㎓. The amplifier has a small signal gain of 18.6㏈ at 24.5㎓ and 16.7㏈ at 27.1㎓. It achieved output powers of 19.8㏈m with PAE of 19.8% at 24.5㎓ and 18.8㏈m at 27.1㎓.
본 논문에서는 위성 통신 시스템 응용을 위하여 Ku-대역에서 동작하는 3 W PHEMT MMIC 전력 증폭기의 특성을 기술한다. 3 W PHEMT MMIC 전력 증폭기는 WIN(wireless information networking) semiconductor Corp.에서 제공하는 게이트 길이가 0.25 ㎛인 GaAs 기반 PHEMT (pseudomorphic high electron mobility transistor) 공정을 사용하여 개발되었다. 개발된 Ku-대역 PHEMT MMIC 전력 증폭기는 13.75 GHz에서부터 14.5 GHz까지의 동작주파수 범위에서 22.2~23.1 dB의 소신호 이득과 34.8~35.4 dBm의 포화 출력 전력을 가진다. 최대 포화 출력 전력은 13.75 GHz에서 35.4 dBm (3.47 W)이었다. 전력 부가 효율은 30.8~37.83%의 특성을 얻었으며 칩의 크기는 4.4 mm×1.9 mm이다. 개발된 PHEMT MMIC 전력 증폭기는 다양한 Ku-대역 위성 통신 시스템 응용에 적용 가능할 것으로 예상된다.
본 논문에서는 다중 위상배열 구조의 위성통신단말 송수신모듈 적용을 위한 핵심부품인 FEM(Front-End Module) MMIC를 구성품인 전력증폭기 (PA: Power Amplifier)와 저잡음증폭기 (LNA: Low Noise Amplifier)를 단일칩으로 설계하여 제작, 검증하였다. Win-semiconductors사의 화합물반도체 공정인 GaAs PP10 (100nm) 공정을 사용하여 제작하였으며, 전용 시험보드를 이용하여 운용 주파수 대역 7.2-10.5GHz 동작, 출력 1W, 잡음지수 1.5dB 이하의 특성을 확보하였다. 개발된 FEM MMIC는 단일칩으로도 활용이 가능하며, 구성품인 PA, LNA도 각각의 소자로도 활용이 가능하다. 개발된 소자는 해외 부품의 국산화 대체와 X대역을 사용하는 민수/군수의 다양한 응용분야에서 사용될 것이다.
본 논문의 X-대역 25W 전력증폭기 모듈은 위성통신용 지상단말기의 송신기에 사용되는 것으로, 정지궤도 36,000Km 통신위성에 송신하기 위한 송출장비인 고출력증폭기를 구성하는 일부분이다. 지상단말에서 사용하는 고출력증폭기는 총 4개의 전력증폭기 모듈이 연계구조형으로 구성되어 고출력의 특성을 갖는다. 연계구조형에 사용된 전력증폭기 모듈 4개중에 각 모듈은 순차구조형(Serial Combining Structure)으로 구성된다. 이 전력증폭기 모듈은 Hybrid 기법을 이용하여 10개의 MMIC 전력 증폭기 칩과 Al2O3 박막 기판으로 제작한 회로를 결합하여 PAM(Power Amplifier Module)을 구성함으로써 X-대역 운용주파수에서 출력전력 25W의 전력증폭기 모듈을 구현하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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