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GaN HEMT를 이용한 광대역 80 W급 반도체 전력증폭기 설계
김재덕(Jae Duk Kim),김보균(Bo Gyun Kim),유승학(Seung Hak Yoo),이기욱(Ki Wook Lee),이문석(Moon Seok Lee),이왕용(Wang Yong Lee) 한국전자파학회 2020 한국전자파학회논문지 Vol.31 No.9
본 논문에서는 GaN HEMT(gallium nitride high electron mobility transistor)를 이용한 광대역(S to C band) 80 W급 전력증폭기 설계 및 제작과 측정결과를 기술하였다. 제안된 광대역 80 W급 전력증폭기는 입력된 단일 RF 신호를 2개의 경로로 분배하고, 각각의 신호는 GaN HEMT Bare Die에서 증폭된 후 다시 전력결합 되는 평형 결합구조의 광대역 임피던스 매칭 기법을 적용하였다. 설계된 전력증폭기는 높은 열전도도의 Super CMC(S-CMC) 캐리어에 유테틱 본딩(eutectic bonding) 공정으로 패키징하여 80 W급 성능을 확보하였다. 제작된 광대역 80 W 전력증폭기 측정결과, 동작 주파수 전대역에서 42 dBm CW 입력 시에 평균 출력 81.4 W, 평균 전력부가효율(PAE) 36.65 %, 평균 전력 이득 7.1 dB 특성을 가진다. 또한, 4.5 GHz 주파수에서 41 dBm CW 입력 RF 신호 주입 시 최대출력 121.9 W, 최대 PAE 49.16 %, 최대 전력 이득 9.86 dB 특성을 가지는 것을 확인하였다. 전자전용 고출력 재밍 송신장치(전자전 재머, electronic warfare jammer) 적용가능성을 검증하기 위해, 두 개의 광대역 80 W급 증폭기를 90° 하이브리드 커플링 전력결합구조로 120 W급 RF SSPA 모듈을 구현하고 측정하였다. This paper describes the design & fabrication and measurement results of a wide band(S to C band) 80 W solid state power amplifier(SSPA) using a GaN HEMT. The SSPA is fabricated with wide band impedance matching topology in a balanced combined configuration using two GaN HEMT bare dies and with a super CMC(S-CMC) structure with high thermal conductivity using the eutectic bonding carrier packaging method. The wide band 80 W SSPA, with 42 dBm CW input power injection at operation frequency, demonstrated performance with an average output power of 81.4 W, an average power addition efficiency(PAE) of 36.65%, and an average power gain of 7.1 dB. Furthermore, with 41 dBm CW input power injection at 4.5 GHz frequency, it had a peak output power of 121.9 W, a maximum PAE of 49.16 %, and a maximum power gain of 9.86 dB. To verify the applicability to an electronic warfare jammer, the designed 120 W RF SSPA module was implemented and measured by combining two such wide band 80 W SSPAs in a 90° hybrid coupled power configuration.
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