InFET공정 기반, X-대역 12-Way 병렬 GaN GEMT 50W급 증폭기 설계 : InFET공정 기반, X-대역 12-Way 병렬 GaN GEMT 50W급 증폭기 설계 = Design of X-band 50W GaN HEMT Amplifier with 12-Way Parallel Integration Based on the InFET Process|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

현대 레이더 시스템과 고해상도 위성 통신, 항공 우주 플랫폼 등 전략적 중 요성이 높은 X-대역 응용 분야에서는 고출력, 고효율 및 소형화된 전력증폭기 (Power Amplifier, PA) 기술이 필수적으로 요구된다. GaN(Gallium Nitride) HEMT(High Electron Mobility Transistor) 소자는 높은 항복 전압과 전력 밀도, 우수한 열적 안정성을 갖추어 차세대 고주파 PA의 핵심 소자로 주목받고 있 다. 본 논문에서는 X-대역에서 50W급 이상의 출력을 달성하기 위해 Integrated FET 공정 기반의 12-way GaN HEMT PA를 설계 및 제작하였다. 단일 소자의 출력 한계를 극복하고 고출력을 확보하기 위해, 구동 증폭단에 4-way, 주 전력 증폭단에 12-way 병렬 전력 결합 구조를 적용하였다. 다수의 능동 소자를 집적함에 따라 발생하는 복잡한 기생 성분과 결합 손실 문제를 해결하기 위해, Ansys HFSS를 이용한 3차원 전자기 해석과 Keysight ADS를 이용한 회로 시뮬레이션을 사용하였다. 이를 통해 12-way 전력 분배기 및 결 합기의 경로 간 진폭 불균형을 0.4dB 이하, 위상차를 1도 이하로 최소화하여 높은 결합 효율을 확보하였다. 또한, 알루미나 기판을 사용하여 RF 신호 경로 의 손실을 줄이고, Taconic RF-35 기판을 바이어스 회로에 적용하여 안정적인 전원 공급과 RF 간섭 차단을 구현하였다. 제작된 증폭기의 성능 측정 결과, 중심 주파수 10 GHz 및 입력 전력 35 dBm 조건에서 출력 전력은 47.78 dBm 을 기록하여 설계 목표인 50 W보다 높다. 소신호 이득은 16.72 dB, 전력 부가 효율(Power-Added Efficiency, PAE)은 44.11%로 측정되어 시뮬레이션 결과 및 목표치보다 우수한 고효율 특성을 나타냈다. 본 연구를 통해 구현된 12-way GaN HEMT PA는 고차 병렬 결합 구조임에도 불구하고 고출력과 고효율을 동 시에 만족시켰으며, 이는 향후 X-대역 고출력 레이더 및 무선 통신 시스템의 핵심 부품으로서의 적용 가능성을 제안한다.

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현대 레이더 시스템과 고해상도 위성 통신, 항공 우주 플랫폼 등 전략적 중 요성이 높은 X-대역 응용 분야에서는 고출력, 고효율 및 소형화된 전력증폭기 (Power Amplifier, PA) 기술이 필수적으로 ...

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