The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

The Korean Institute of Commucations and Information Sciences (한국통신학회)
권호 표지

Design & Fabrication of an InGaP/GaAs HBT MMIC Power Amplifier for IMT-2000 Handsets

IMT-2000 단말기용 InGaP/GaAs HBT MMIC 전력증폭기 설계 및 제작

  • 채규성 (경희대학교 일반대학원 전파공학과) ;
  • 김성일 (전자통신연구원 고속소자연구실) ;
  • 이경호 (전자통신연구원 고속소자연구실) ;
  • 김창우 (경희대학교 일반대학원 전파공학과)
  • Published : 2003.11.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Using InGaP/GaAs HBT power cells with a 2.0${\times}$20$\mu\textrm{m}$$^2$ emitter area of a unit HBT, a two stage MMIC power amplifier has been developed for IMT-2000 handsets. An active-bias circuit has been used for temperature compensation and reduction in the idling current. Fitting on measured S-parameters of the HBT cells, circuit elements of HBT's nonlinear equivalent model have been extracted. The matching circuits have been designed basically with the extracted model. A two stage HBT MMIC power amplifier fabricated using ETRI's HBT process. The power amplifier produces an 1-㏈ compressed output power(P$\_$l-㏈/) of 28.4 ㏈m with 31% power added efficiency(PAE) and 23-㏈ power gain at 1.95 GHz in on-wafer measurement. Also, the power amplifier produces a 26 ㏈m output power, 28% PAE and a 22.3-㏈ power gain with a -40 ㏈c ACPR at a 3.84 ㎒ off-center frequency in COB measurement.quency in COB measurement.

에미터 면적이 2.0${\times}$20 $\mu\textrm{m}$$^2$인 단위 InGaP/GaAs HBT power cell을 이용하여 IMT-2000 단말기용 MMIC 2단 전력 증폭기를 설계 및 제작하였다. 온도 변화에 따른 전력증폭기의 RF 특성 변화를 보상시킬 수 있으며, 외부 조절 전압으로 대기전류를 줄일 수 있는 능동 바이어스 회로를 채택하였다. HBT의 실측정 S 파라미터와의 fitting을 통하여 비선형 등가 회로 파라미터를 추출하였고, load-pull 시뮬레이션으로 최대 출력 정합 임피던스를 결정하였다. 제작 및 측정 결과, MMIC 2단 전력증폭기는 on-wafer 측정에서 23 ㏈의 전력 이득과 28.4 ㏈m의 출력 전력( $P_{1-}$㏈/) 및 31%의 전력 부가 효율을 얻었으며, FR-4 기판상에 off-chip 출력정합회로를 구현한 COB 측정에서 22.3 ㏈의 전력이득과 26 ㏈m의 출력전력 및 28%의 전력부가효율을 얻었으며, -40 ㏈c의 ACPR 특성을 얻었다..

Keywords

References

  1. Lawrence E. Larson, RF MD MICROWAVE CIRCUIT DESIGN FOR WIRELESS COMMUNICATION, Artech House Publishers, 1996
  2. T. B Nishimura et al., 'A 50% efficiency InGaP/GaAs HBT power amplifier module for 1.95 GHz wide-band CDMA handsets,' IEEE RFIC Symp. Dig., pp 31-34, 2001
  3. S. Zhang et al., 'E- PHEMT, single supply, high efficient power amplifier for GSM and DCS applications,' IEEE MTT-S Int. Micrwave Symp. Dig., pp. gn-930, 2001
  4. Gray Hau et al, 'High Efficiency, Wide Dynamic Range Variable Gain and Power Amplifier MMICs for Wide-Band CDMA Handsets,' IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENIS LEITERS, VOL.11, NO. 1, pp. 13-15, JANUARY 2001 https://doi.org/10.1109/7260.905953
  5. Ville Vintola et al, 'VARIABLE GAIN POWER AMPLIFIER FOR MOBIlE WCDMA APPliCATIONS,' IEEE MTI'-S Digest, pp919-922, 2001
  6. IMT-2000 단말기용 전력 증폭기 개발 사양서, ETRI, 2000
  7. P.M Asbeck et al., 'Heterojunction Bipolar Transistors for microwave and millimeter-wave integrated circuits,' IEEE Trans. Electron Devices, vol. 34, NO. 12, pp. 2571-2577, Dec. 1987 https://doi.org/10.1109/T-ED.1987.23356
  8. Fazal Ali et al. HEMTs and HBTs : Devices, Fabrication, and Circuits, Artech House, 1991
  9. Guillermo Gonzalez, MICROWAVE 'TRANSISTOR AMPLIFIER Analysis and Design, Prentice Hall, 1997