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최길웅,김형종,최진주,최준호,Choi, Gil-Wong,Kim, Hyoung-Jong,Choi, Jin-Joo,Choi, Jun-Ho 한국군사과학기술학회 2010 한국군사과학기술학회지 Vol.13 No.6
This paper describes the design and fabrication of a high-efficiency GaN HEMT(Gallium Nitride High-electron Mobility Transistor) Pallet power amplifier module for S-band phased array radar applications. Pallet amplifier module has a series 2-cascaded power amplifier and the final amplification-stage consists of balanced GaN HEMT transistor. In order to achieve high efficiency characteristic of pallet power amplifier module, all amplifiers are designed to the switching-mode amplifier. We performed with various PRF(Pulse Repetition Frequency) of 1, 10, 100 and 1000Hz at a fixed pulse width of $100{\mu}s$. In the experimental results, the output power, gain, and drain efficiency(${\eta}_{total}$) of the Pallet power amplifier module are 300W, 33dB, and 51% at saturated output power of 2.9GHz, respectively.
GaN HEMT를 이용한 스위칭 모드 전력증폭기 설계 및 전력증폭기의 Ruggedness 특성 분석
최길웅(Gil-Wong Choi),이복형(Bok-Hyoung Lee),김형주(Hyoung-Joo Kim),김상훈(Sang-Hoon Kim),최진주(Jin-Joo Choi),김동환(Dong-Hwan Kim),김선주(Seon-Joo Kim) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.4
본 논문은 GaN(Gallium Nitride) HEMT(High Electron Mobility Transistor)를 이용한 S대역 레이더용 전력증폭기 설계하고 제작된 스위칭 모드 전력증폭기의 ruggedness 시험에 관련된 내용을 기술하였다. 고효율 특성을 위해 전력증폭기를 Class-F로 설계하였으며, 측정을 위한 입력 신호는 100 ㎲의 pulse width 및 10 %의 duty cycle인 pulse 신호를 사용하였다. 제작된 Class-F 전력증폭기의 중심 주파수에서 측정한 결과, 8.7 ㏈의 전력 이득과 42 ㏈m의 출력 전력, 54.2 %의 전력 부가 효율(PAE) 및 62.6 %의 드레인 효율이 측정되었다. 또한, 전력증폭기의 신뢰성 시험의 일환으로 Ruggedness 시험을 위한 실험 구성을 제안하고, VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)을 변화시켜 출력 전력과 효율을 측정하였다. 설계된 전력증폭기가 VSWR 변화에 따라 출력 전력 32.6~41.1 ㏈m까지 변화하고, 드레인 효율은 23.4~63 %까지 변하는 특성을 얻을 수 있었다. This paper presents design, fabrication and ruggedness test of switching-mode power amplifier using GaN(Gallium Nitride) HEMT(High Electron Mobility Transistor) for S-band radar applications. The power amplifier is designed to Class-F for high efficiency. The input signal for the measurement of the power amplifier is pulse signal at 100 ㎲ pulse width and duty cycle of 10 %. The measurement results of the fabricated Class-F power amplifier are a power gain of 10.8 ㏈, an output power of 40.8 ㏈m, a power added efficiency(PAE) of 54.2 %, and a drain efficiency of 62.6 %, at the center frequency. We proposed reliability test set-up of a power amplifier for ruggedness test. And we measured output power and efficiency according to VSWR(Voltage Standing Wave Ratio) variation. The designed power amplifier achieved output power of 32.6~41.1 ㏈m and drain efficiency of 23.4~63 % by changing VSWR, respectively.
지반투과 레이더 시스템을 위한 SRD 임펄스 발생기 및 안테나의 설계 및 제작에 관한 연구
김형종,신석우,최길웅,최진주,신상열,Kim, Hyoung-Jong,Shin, Suk-Woo,Choi, Gil-Wong,Choi, Jin-Joo,Shin, Shang-Youal 한국군사과학기술학회 2011 한국군사과학기술학회지 Vol.14 No.3
In this paper, a ground penetrating radar(GPR) system is implemented for landmine detection. The performance of the GPR system is associated with the characteristics of local soil and buried target. The choice of the center frequency and the bandwidth of the GPR system are the key factors in the GPR system design. To detect a small and shallow target, the higher frequencies are needed for high depth resolution. We have been designed, fabricated and tested a new impulse generator using step recovery diodes. The measured impulse response has an amplitude of 6.2V and a pulse width of 250ps. The implemented GPR system has been tested real environmental conditions and has proved its ability to detect a small buried target.
S대역 군사 레이더용 2kW급 GaN HEMT 증폭기 개발
김시옥(Si-Ok Kim),최길웅(Gil-Wong Choi),유영근(Young-Geun Yoo),임병옥(Byeong-Ok Lim),김동길(Dong-Gil Kim),김흥근(Heung-Geun Kim) 한국전자통신학회 2020 한국전자통신학회 논문지 Vol.15 No.3
본 논문에서는 S-밴드 군용 레이더에 사용되고 기존의 TWTA를 대체하기 위해 GaN HEMT 기반 증폭모듈을 이용하여 개발한 2kW급 반도체증폭기(SSPA)를 제안하였다. 제안한 SSPA는 8개의 증폭모듈로 이루어진 고출력증폭모듈, 구동증폭모듈, 제어모듈 및 전원공급 장치로 이루어져 있다. 제안한 SSPA는 1) 증폭모듈과 구성부품은 공간적 제약으로 작은 패키지에 통합설계 되었으며, 2) PCB 내장형 하모닉필터를 이용하여 고주파를 제거하였으며, 그리고 3) 입력신호의 듀티 변화에 대응하여 일정한 출력이 유지되도록 하는 자동이득조절기를 설계하였다. 제안된 SSPA는 최대 48 dB의 이득과 3.1~3.5 GHz의 주파수 대역에서 63-63.6 dBm의 출력 전력을 보였다. 자동이득조절 기능은 15-20 dBm의 입력전력 변동에도 대해서, 출력전력이 63dBm 전후로 일정하게 유지하는 것을 확인하였다. 마지막으로 MIL-STD-810의 시험기준을 만족하는 높은 (55 ℃) / 낮은 (-40 ℃) 온도 시험 프로파일을 이용한 온도시험을 통해 개발된 시스템의 신뢰성을 검증하였다. 개발된 SSPA는 경량, 고출력, 고이득, 안전기능, 낮은 수리비, 짧은 수리시간 등 측면에서 기존의 TWTA 증폭기보다 우수한 것을 확인하였다. This paper proposes a 2-kW solid-state power amplifier (SSPA) developed by employing power amplifier pallets designed using gallium-nitride high electron mobility transistors, which is used in S-band military radars and to replace existing traveling-wave tube amplifier (TWTA). The SSPA consists of a high-power amplifier module, which combines eight power amplifier pallets, a drive amplifier module, a digital control module, and a power supply unit. First, the amplifier module and component were integrated into a small package to account for space limitations; next, an on-board harmonic filter was fabricated to reject spurious components; and finally, an auto gain control system was designed for various duty ratios because recent military radar systems are all active phase radars using the pulse operation mode. The developed SSPA exhibited a max gain of 48 dB and an output power ranging between 63-63.6 dBm at a frequency band of 3.1 to 3.5 GHz. The auto gain control function showed that the output power is regulated around 63 dBm despite the fluctuation of the input power from 15-20 dBm. Finally, reliability of the developed system was verified through a temperature environment test for nine hours at high (55 ℃) / low (-40℃) temperature profile in accordance with military standard 810. The developed SSPA show better performance such as light weight, high output, high gain, various safety function, low repair cost and short repair time than existing TWTA.
GaN HEMT Die를 이용한 S-대역 내부 정합형 고효율 고출력 증폭기
김상훈(Sang-Hoon Kim),최진주(Jin-Joo Choi),최길웅(Gil-Wong Choi),김형주(Hyoung-Joo Kim) 한국전자파학회 2015 한국전자파학회논문지 Vol.26 No.6
본 논문은 GaN(Gallium Nitride) HEMT(High Electron Mobility Transistor) die를 이용하여 S-대역 내부 정합형 전력 증폭기 설계, 제작 그리고 실험 결과에 대해 기술하였다. S-대역 내부 정합형 전력 증폭기를 설계하기 위하여 고유전율을 가지는 기판과 알루미나 기판을 이용하여 입/출력단 정합 회로를 설계 및 제작하였다. 측정 결과로는 펄스 모드로 동작시켰을 때 3 GHz에서 55.4 dBm의 출력 전력, 78 % 드레인 효율 그리고 11 dB의 전력 이득을 얻었다. This paper presents the design, fabrication and measurement results of a S-band internally-matched power amplifier using Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor(GaN HEMT) die. In order to fabricate the S-band internally-matched power amplifier, a high dielectric substrate and alumina were used for input/output matching circuits. The measured output power is 55.4 dBm, the drain efficiency is 78 % and the power gain is 11 dB under pulse operation at the frequency of 3 GHz.
김상일(Sang-Il Kim),임병옥(Byeong-Ok Lim),최길웅(Gil-Wong Choi),이복형(Bok-Hyung Lee),김형주(Hyoung-Joo Kim),김륜휘(Ryun-Hwi Kim),임기식(Ki-Sik Im),이정희(Jung-Hee Lee),이정수(Jung-Soo Lee),이종민(Jong-Min Lee) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.2
본 논문에서는 Si가 도핑된 Modulation-doped AlGaN/GaN 이종 접합 구조를 가지는 전력증폭기용 MISHFET 소자를 제작하였다. 제작된 GaN TR 소자는 6H-SiC(0001)의 Substrate 위에 성장시켰으며, 180 nm의 gate length를 가진다. 제작된 소자를 측정한 결과, 837 ㎃/㎜의 최대 드레인 전류 특성, 177 mS/㎜의 gm(Tranconductance)을 가지며, fT는 45.6 ㎓, f㎃X는 46.5 ㎓로 9.3 ㎓에서 1.54 W/㎜의 전력 밀도와 40.24 %의 PAE를 가지는 것으로 확인되었다. This letter presents the MISHFET with si-doped AlGaN/GaN heterostructure for power amplifier. The device grown on 6H-SiC(0001) substrate with a gate length of 180 nm has been fabricated. The fabricated device exhibited ㎃ximum drain current density of 837 ㎃/㎜ and peak transconductance of 177 mS/㎜. A unity current gain cutoff frequency was 45.6 ㎓ and maximum frequency of oscillation was 46.5 ㎓. The reported output power density was 1.54 W/㎜ and A PAE(Power Added Efficiency) was 40.24 % at 9.3 ㎓.
고입력 내성을 위한 GaN HEMT 기반 S-대역 저잡음 증폭기
김홍희(Hong-Hee Kim),김상훈(Sang-Hoon Kim),최진주(Jin-Joo Choi),최길웅(Gil-Wong Choi),김형주(Hyoung-Joo Kim) 한국전자파학회 2015 한국전자파학회논문지 Vol.26 No.2
본 논문에서는 GaAs 기반 저잡음 증폭기가 사용되고 있는 레이더 수신기의 잡음지수를 낮추고, 저잡음 증폭기의 강인성(robustness)을 위하여 GaN HEMT 기반의 저잡음 증폭기를 설계하고 측정하였다. GaAs 기반의 저잡음 증폭기를 사용하는 레이더 수신기의 경우, 맨 앞단에 저잡음 증폭기를 보호하기 위한 리미터(limiter)가 필요하고, 이는 레이더 수신기 전체 잡음지수를 나빠지게 한다. 본 연구에서 측정한 GaN 기반 저잡음 증폭기의 잡음지수는 2 ㏈ 이하로 측정되었다. 상용화된 GaAs 기반 저잡음 증폭기의 경우, 최대 입력 전력은 약 30 ㏈m인 반면 본 연구에서는 입력 전력이 43 ㏈m일때 소자가 번아웃(burn-out)되었고, 전류 제한 모드로 동작시킬 경우 45.4 ㏈m에서도 강인성이 보장되었다. In this paper, we present design and measurement of LNA(Low Noise Amplifier) based on GaN HEMT(Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor) to reduce the total noise figure of radar receiver and for robustness of LNA. In radar receiver using LNA based on GaAs(Gallium Arsenide) technology, limiter is necessary at the very front of the radar receiver to protect LNA. As a result, total noise figure of radar receiver is deteriorated. In this research, measured noise figure of LNA based on GaN HEMT is below 2 ㏈. In the case of commercialized GaAs LNA, recommended maximum input power is about 30 ㏈m. On the other hand, GaN HEMT LNA which is designed and measured is burned-out when input power is 43 ㏈m and robustness is guaranteed at input power 45.4 ㏈m.