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Ka대역 50 W급 고출력증폭기(SSPA) 설계 및 제작
한재섭(Jae-Sub Han),정주용(Joo-Yong Jung),박성민(Seong-Min Park),유경덕(Kyung-Deok Yu),김보균(Bo-Gyun Kim),김효철(Hyo-Chul Kim) 한국전자파학회 2021 한국전자파학회논문지 Vol.32 No.1
본 논문에서는 레이다, 유도 무기 탐색기 및 위성 탑재용 SAR에 적용할 수 있는 Ka대역 50 W급 고출력증폭기(SSPA) 설계 및 제작 결과에 대해 기술하였다. 단위 증폭기(HPA)로는 10 W급 GaN 소자의 MMIC를 적용하였고, 이를 8개 결합하여 50 W 이상의 출력으로 증폭할 수 있도록 구성하였다. 전력분배기와 전력결합기는 도파관 Radial 결합기를 개발하여 삽입 손실을 최소화하였고, 전력분배기와 전력결합기의 삽입 손실은 대역 내 −0.4 dB 이하로 제작하였다. SSPA는 펄스형으로 듀티 20%까지 동작하도록 설계하였고, 송신 출력은 최대 듀티에서 대역 내 최소 75 W 이상이며, 송신 효율은 DC-DC 변환기 및 구동증폭모듈을 포함하여 12.3% 이상이다. 단위 증폭기의 운용 온도를 낮추기 위해 하우징은 CuW를 적용하였고, 상온에서 별도의 냉각 장치 없이 5분 운용 시에 HPA의 바닥면 온도는 최고 62.4도 이하임을 확인하였다. This paper presents a 50-W class solid-state power amplifier (SSPA) operating in the Ka-band for use in radar, seeker, and synthetic aperture radar applications. We first designed a unit high-power amplifier (HPA) module utilizing a 10-W class monolithic microwave integrated circuit based on GaN technology and then combined eight of these HPA modules to generate more than 50 W of output power. A waveguide radial combiner was developed to combine all the HPAs such that the insertion loss was minimized; the measured insertion loss of the waveguide radial combiner was less than -0.4 dB within the pass band. The SSPA is designed to operate at a maximum duty cycle of 20% in the pulsed mode and produces at least 75 W of output power at maximum duty with an efficiency of 12.3%, including a DC-DC converter and a drive amplifier module. CuW-based housing was introduced for the HPA modules to minimize the temperature of the bottom surface of the HPA, which was measured to reach 62.4 °C at most without the use of an additional cooling device.