본 논문에서는 포락선추적 기능을 갖는 WCDMA 기지국에 사용될 수 있는 GaN FET를 이용한 전력증폭기 모듈을 설계하고, 제작 및 측정결과를 제시하였다. 개발된 전력증폭기 모듈은 소신호 RF 신호를 입력받아 고이득 MMIC 증폭기, 구동 증폭기 및 전력 증폭기 등을 거쳐 10W 이상의 출력을 생성할 수 있다. 또한, Envelope Tracking 응용을 위해서 최종 전력증폭기의 Drain 전압이 가변되어도 전체 모듈이 안정적으로 동작할 수 있도록 발진방지회로, Isolator, 음전압 우선인가 바이어스 회로가 설계되었다. 모든 바이어스 회로와 RF회로를 $17.8{\times}9.8{\times}2.0\;cm3$ 크기의 하우징 안에 집적화하여 소형화시켰다. 측정결과 바이어스 전압이 4V에서 28V까지 가변할 경우 30dBm에서 40dBm까지 출력이 가변되면서도 35%이상의 일정한 효율 특성을 나타내어 포락선 추적 기능을 수행할 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 10개 단일 증폭기를 공간 결합하여 6~18 GHz의 광대역에서 동작하는 50 W급 공간 결합 고출력 전력 증폭기를 연구하였다. 동축형 공간 결합기는 안티-포달 안테나와 같은 원리로 동작하는 핀라인-마이크로스트립 라인 변환기로 이루어져 있으며, 이 변환기는 6~18 GHz의 광대역 특성을 갖도록 설계되었다. 그러므로 공간 결합기 설계에서 가장 중요한 부분은 PCB로 구현되는 핀라인-마이크로스트립 라인 변환기의 형상이며, 이는 Klopfensein의 최적 임피던스 Taper에 근거하여 설계한다. 또한, 10개로 구성된 단일 증폭기의 공간 결합 효율을 최대화 하기 위해 증폭 기간의 이득과 위상차를 각각 제어할 수 있는 CMOS 기반의 MFC(Multi-Function Core) MMIC와 10 W급 이상의 GaN 기반 종단 PA MMIC를 직접 개발하여 단일 증폭기에 내장하였다. 제작된 공간 결합 고출력 전력증폭기는 6~18 GHz의 거의 전대역에서 50 W 이상의 양호한 출력 특성을 보여준다.
Park, Hyun-Woo;Ham, Sun-Jun;Lai, Ngoc-Duy-Hien;Kim, Nam-Yoon;Kim, Chang-Woo;Yoon, Sang-Woong
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제15권2호
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pp.301-306
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2015
An ultra-compact and wideband low noise amplifier (LNA) in a quad flat non-leaded (QFN) package is presented. The LNA monolithic microwave integrated circuit (MMIC) is implemented in a $0.25{\mu}m$ GaN IC technology on a Silicon Carbide (SiC) substrate provided by Triquint. A source degeneration inductor and a gate inductor are used to obtain the noise and input matching simultaneously. The resistive feedback and inductor peaking techniques are employed to achieve a wideband characteristic. The LNA chip is mounted in the $3{\times}3-mm^2$ QFN package and measured. The supply voltages for the first and second stages are 14 V and 7 V, respectively, and the total current is 70 mA. The highest gain is 13.5 dB around the mid-band, and -3 dB frequencies are observed at 0.7 and 12 GHz. Input and output return losses ($S_{11}$ and $S_{22}$) of less than -10 dB measure from 1 to 12 GHz; there is an absolute bandwidth of 11 GHz and a fractional bandwidth of 169%. Across the bandwidth, the noise figures (NFs) are between 3 and 5 dB, while the output-referred third-order intercept points (OIP3s) are between 26 and 28 dBm. The overall chip size with all bonding pads is $1.1{\times}0.9mm^2$. To the best of our knowledge, this LNA shows the best figure-of-merit (FoM) compared with other published GaN LNAs with the same gate length.
We have enhanced the yield of 0.25 ${\mu}{\textrm}{m}$ T-gate $Al_{0.25}$G $a_{0.75}$As/I $n_{0.2}$G $a_{0.8}$As P-HEMT using three-layer E-beam lithography process and selective etching process. The three-layer resist structure (PMMA/copolymer/ PMMA=2000 $\AA$/3000 $\AA$/2000 $\AA$) and three developers (Benzene:IPA=1:1,Methanol:IPA =1:1,MIBK:IPA=1:3) were used for fabrication of a wide-head T-gate by the conventional double E-beam exposure technology. Also 1 wt% citric acid: $H_2O$$_2$:N $H_{4}$OH(200m1:4ml:2.2ml) solution were used for uniform gate recess. The etching selectivity of GaAs over $Al_{0.25}$G $a_{0.75}$As is measured to be 80. So these P-HEMT processes can be used in X-band MMIC LNA fabrication.ion.ion.ion.
The application of a discrete pseudomorphic high electron mobility transistor (p-HEMT) as a grounded switch allows for the development of low cost phase shifters and phase modulators operating in a Ku band. This fills the gap in the development of phase control devices comprising p-i-n diodes and microwave monolithic integrated circuits (MMICs). This paper describes a discrete p-HEMT characterization and modeling in switching mode as well as the development of a low-cost four-bit phase shifter and direct quadrature phase shift keying (QPSK) modulator. The developed devices operate in a Ku band with parameters comparable to commercially available MMIC counterparts. Both of them are CMOS compatible and have no power consumption. The parameters of the QPSK modulator are very close to the requirements of available standards for satellite earth stations.
In this paper, a simple fabrication technique of an air-bridge for interconnection of isolated electrodes of microwave active and passive devices and MMIC's is proposed. The proposed air-bridge proceses are mainly combinations of thermal evaporation, positive photoresist and image reversal processes for easy lift-off of up to 2.0 .mu.m thick metal. According to the resutls of air-birdge processes, it is confirmed that air-gap and thickness of theair-bridge are about 3.5.mu.m, and 2.0.mu.m, respectively. And it is also possible to make the fine air-bridge with widths of 5~60.mu.m and post-intervals of 25~200.mu.m withot collapse. finally, GaAs power MESFET's and rectangular spiral inductors are fabricatd and measured in order to confirm of feasibility of the proposed air-bridge processes. The MAG of the fabricated power MESFET's is 10dB at 10GHz, and the inductance of the (200.mu. * 6 turns) rectangular spiral inductors 4.5 nH inX-band.
IMT-Advanced 시스템을 효율적으로 서비스하고 시스템 효율을 증대시키기 위해서는 능동위상 배열구조의 안테나 시스템이 요구된다. 능동위상 배열 구조는 다수의 송수신 모듈과 다수의 복사소자로 구성되어 시스템의 효율을 증대시킬 수 있으며, 시스템을 구현하기 위해서는 초소형 고효율 송수신 모듈이 핵심이다. 최종 출력과 밀접한 관련이 있는 송신모듈의 전력증폭기는 기지국 시스템의 효율을 결정하는 핵심요소이다. 본 논문에서는 IMT-Advanced 능동위상배열 시스템에 적합한 초소형 고효율 송수신 모듈을 설계하고 구현하고자 하였다. 송수신 모듈은 온도보상 회로를 구현하여 이득 오차를 줄였으며, 선형화기는 소형화를 위하여 아날로그 방식으로 구현하였다. 초소형 고효율 전력증폭기를 구현하기 위해서 GaN MMIC Doherty 구조로 구현하였다. 구현된 송수신모듈은 $40mm{\times}90mm{\times}50mm$ 크기로 구현되었으며, LTE band 7에서 47.65 dBm의 출력을 가졌다. 실제 운용전력인 37 dBm에서 40.7%의 효율과 12 dB이상의 선형성 개선도를 보였다. 수신부의 잡음지수는 1.28 dB이하로 설계규격을 만족하였으며, 송수신 모듈의 이득과 위상은 6 bit로 제어로 최대 오차는 각각 0.38 dB와 2.77 degree를 보였다.
본 논문에서는 고 효율 및 고 출력 특성을 가지는 질화갈륨(GaN) 소자를 이용하여 WiMAX 및 LTE System에 사용될 수 있는 DPD용 Pallet Amplifier를 제작하였다. 제작된 Pallet Amplifier는 Pre-drive로써 저 전류의 MMIC를 채택하고, Drive 단과 Main 단에 15W 급과 30W 급의 질화갈륨 소자를 사용 하였으며, 추가적인 효율 개선을 위해 PCB상에 Doherty Structure를 적용함으로써 보다 높은 효율을 구현하였다. 제작된 Pallet Amplifier는 음 전원 Bias 제어 회로, 온도에 따른 Gain 보상회로, Sequence 회로 및 Main 전원 Drop에 따른 보호 회로를 구현하였다. WiMAX Signal을 이용한 Modulation Power 10Watt Test에서 약 36.8~38.3%의 Pallet 효율과 DPD Solution인 TI GC5325SEK DPD Board 사용 시 ACLR은 약 46dBc 이상을 가지는 것으로 측정되었다. 본 논문에서 제작된 Pallet Amplifier는 Upper Band와 Lower Band로 나누어 제작되었던 기존 Pallet Amplifier와 달리 하나의 Pallet Amplifier로 2496~2690MHz에서 모두 사용하면서 종전에 사용되고 있는 Pallet Amplifier에 비해 Size가 최소 10% 이상 축소되어 효율 및 크기 면에서 종전 Pallet Amplifier보다 큰 이점을 갖는다.
본 논문에서는 이동위성통신용 광대역 수신단을 저잡음증폭기와 고이득증폭단으로 나누어서 구현 및 성능 평가를 하였다. 저잡음증폭기의 설계ㆍ제작에는 저잡음 GaAs FET인 ATF-10136파 내부정합된 MMIC인 VNA-25를 이용하였으며, 저잡음증폭기의 입력단 정합회로는 저항 결합회로, 전원회로는 자기 바이어스 회로를 사용하였다. INA-03184를 이용한 고이득증폭단은 양단 정합된 단일 증폭기 형태로 제작하였으며, 바이어스 안정화 저항을 사용하여 회로의 전압강하 및 전력손실을 가능한 줄이고 온도 안정성을 고려하여 능동 바이어스 회로를 사용하였으며, 스퓨리어스를 감쇠시키기 위해서 저잡음증폭기와 고이득증폭단 사이에 감쇠 특성이 우수한 대역통과 필터를 사용하였다. 측정 결과, 사용 주파수 대역내에서 55dB 이상의 이득, 50.83dBc의 스퓨리어스 특성 및 1.8. 1 이하의 입ㆍ출력 정재파비를 나타내었으며, 특히 1537.5 MHz에서 1 KHz 떨어진 점에서의 C/N비가 43.15 dB/Hz를 나타냄으로써 설계시 목표로 했던 사양을 모두 만족시켰다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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