6-18 GHz GaN high power amplifier MMIC for multi-band radar application

국문 초록 (Abstract)

레이다 시스템은 지상 방공, 공중 감시, 전자 공격과 같은 현대적 응용을 지원하기 위해 협대역 플랫폼에서 다중 대역 시스템으로 진화해왔다. 이러한 변화는 넓은 주파수 대역에서 전력 효율과 신호 선형성을 유지할 수 있는 소형 RF 프론트엔드 모듈의 필요성을 강조하고 있다. 그러나 기존의 전력 증폭기(PA)는 특정 주파수 대역에 최적화되어 있어, 여러 대역을 지원하기 위해 다수의 PA를 사용하는 경우 크기, 무게, 전력 소모가 증가하는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 6–18 GHz 대역에서 동작하는 GaN MMIC 전력 증폭기를 제안한다. 제안된 증폭기는 High-Pass 및 Low-Pass 구조를 채택하여 회로 크기를 줄이고 대역폭을 확장하였다. 또한 드라이버 증폭단에서는 낮은 부하 임피던스 비율을 적용하여 광대역 매칭을 구현하였다. 측정 결과, 제안된 전력 증폭기는 6–18 GHz 대역에서 포화 출력 40.1–41.8 dBm, PAE 20–35%, 전력 이득 15–27 dB를 달성하였다. 제작된 전력 증폭기의 크기는 3.9 × 2.5 mm²로, 다중 대역 레이더 송신 모듈에 적합한 소형화 설계를 실현하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Radar systems have evolved from narrowband platforms to adaptive multiband systems to meet the increasing requirements of modern applications, such as ground-based air defense, airborne surveillance, and electronic attack. This shift has emphasized the need for compact, high-efficiency RF front-end modules capable of maintaining power efficiency and signal linearity across wide frequency ranges. However, conventional power amplifiers (PAs) designed for specific frequency bands result in greater size, weight, and power consumption. Therefore, this thesis proposes a 6–18 GHz GaN MMIC PA that incorporates high-pass and low-pass structures to reduce the circuit size and extend the bandwidth. A low load impedance ratio was applied in the driver stage to achieve broadband matching. The results reveal that the proposed PA achieves a saturated output power of 40.1–41.8 dBm, power-added efficiency (PAE) of 20%–35%, and power gain of 15–27 dB across the 6–18 GHz range. The fabricated PA, measuring 3.9 × 2.5 mm², is optimized for integration into multiband radar transmitter modules.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Research Contents 3
• 2.1. GaN-HEMT Technology 3
• 2.2. Operation Modes 4
• 2.3. Design Process 6
• 3. Measurement 19
• 3.1. Mesurement Method 19
• 3.2. Measurement Result 27
• 4. Conclusion 37
• References 38
• Korean abstract 40