KR102056915B1 - 펄스드 파워 앰프 - Google Patents

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Abstract

펄스드 파워 앰프는 RF 입력신호를 수신하여 위상을 조정하여 위상조정신호를 출력하는 위상조정부, Shunt C 구조를 통해 정합된 제1 및 제2 GaN 증폭소자들을 포함하여 상기 위상조정신호를 증폭하여 증폭신호를 출력하는 패키지 증폭기 및 상기 증폭신호를 수신하는 아이솔레이터를 포함한다.

Description

펄스드 파워 앰프{PULSED POWER AMPLIFIER}
본 발명은 파워 앰프 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 넓은 대역폭과 높은 출력레벨의 구현이 가능하여 고성능의 함정용 탐지 레이더를 구현할 수 있는 GaN 증폭소자 기반의 펄스드 파워 앰프를 개시한다.
도 1은 종래 기술에 따른 펄스드 레이더용 전력증폭기를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술의 전력증폭기는 LDMOS(Lateral Double Diffused MOS) 반도체 소자를 사용하여 구현될 수 있고, 입력단의 분리 회로(110), 증폭기(120) 및 출력단의 결합회로(130)로 구성될 수 있다.
입력단의 분리 회로(110)는 입력단에 요구되는 분리기로서, 주로, Wilkinson 분리기가 사용된다. 증폭기(120)는 LDMOS 기반의 실리콘 반도체 계열 소자로 구현될 수 있다. 출력단의 결합회로(130)는 출력단에 요구되는 결합기로서, 주로, Wilkinson 결합기가 사용된다.
이러한 LDMOS 기반의 종래기술은 고주파수나 고출력 특성을 확보하기 어렵다는 측면에서 한계가 있고, 고출력의 구현을 위해 출력단에 고가의 저항을 설치해야 하는 측면에서 단점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2017-0077330호(2017.07.06 공개)는 GaN FET를 이용한 펄스드 레이더용 200W급 전력증폭기에 관한 것으로, 입력 신호를 분기하는 분배회로, GaN FET들을 이용하여, 분기된 입력 신호들을 증폭하는 증폭회로 및 상기 증폭회로에서 증폭된 입력 신호들을 결합하는 결합회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한국등록특허 제10-1099767호(2011.12.21 등록)는 질화갈륨 소자를 이용한 캐스코드 전력증폭기 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 캐스코드 방식으로 연결된 두 개 이상의 질화갈륨(GaN) 트랜지스터를 통해 입력신호를 증폭하는 캐스코드 증폭회로부, 무선신호 입력라인과 상기 캐스코드 증폭회로부의 입력단 간의 임피던스 매칭을 수행하는 입력 매칭 회로부 및 상기 캐스코드 증폭회로부의 출력단과 무선신호 출력라인의 임피던스 매칭을 수행하는 출력 매칭 회로부를 포함하고, 상기 캐스코드 증폭회로부, 상기 입력 매칭 회로부, 상기 출력 매칭 회로부는 각각이 서로 분리된 기판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
1. 한국공개특허공보 제10-2017-0077330호(2017.07.06 공개) 2. 한국등록특허 제10-1099767호(2011.12.21 등록)
본 발명의 일 실시예는 넓은 대역폭과 높은 출력레벨의 구현이 가능하여 고성능의 함정용 탐지 레이더를 구현할 수 있는 GaN 증폭소자 기반의 펄스드 파워 앰프를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 GaN HEMT(High-Electron-Mobility Transistors) 기반의 패키지 증폭기를 통해 높은 주파수, 높은 출력 및 고효율 확보에 따라 성능과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 펄스드 파워 앰프를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 위상 조정이 가능하여 체계 호환성이 용이한 펄스드 파워 앰프를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 펄스드 파워 앰프는 RF 입력신호를 수신하여 위상을 조정하여 위상조정신호를 출력하는 위상조정부, Shunt C 구조를 통해 정합된 제1 및 제2 GaN 증폭소자들을 포함하여 상기 위상조정신호를 증폭하여 증폭신호를 출력하는 패키지 증폭기 및 상기 증폭신호를 수신하는 아이솔레이터를 포함한다.
상기 패키지 증폭기는 상기 제1 및 제2 GaN 증폭소자들의 바닥에 CMC 합금 소재를 적용하고 입출력단에 브레이징 공법을 통해 금속 재질의 리드를 적용한 패키지 몸체를 더 포함할 수 있다.
상기 패키지 증폭기는 조립면에 전도성 에폭시 소재를 통해 상기 패키지 몸체와 밀봉 결합하는 패키지 덮개를 더 포함할 수 있다.
상기 패키지 증폭기는 상기 제1 및 제2 GaN 증폭소자들 각각의 일단과 연결되고 상기 위상조정부로부터 수신된 위상조정신호를 수신하여 입력단과 상기 제1 및 제2 GaN 증폭소자들 간의 임피던스 매칭을 수행하는 입력정합회로 및 상기 제1 및 제2 GaN 증폭소자들 각각의 다른 일단과 연결되고 상기 제1 및 제2 GaN 증폭소자들 각각으로부터 제1 및 제2 증폭신호들 각각을 수신하여 입력단과 출력단 간의 임피던스 매칭을 수행하는 출력정합회로를 더 포함할 수 있다.
상기 위상조정부는 마이크로스팁 라인(Microstip Line)과 하이브리드 커플러(Hybrid Coupler)를 이용한 위상 쉬프터(Phase Shifter)를 통해 구현될 수 있다.
상기 아이솔레이터는 초단파 이상의 전파에 대하여 특정 기준 저항 이상의 높은 저항값을 갖고 복수의 단자들로 구성된 서큘레이터(circulator)로 구현될 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 증폭소자 기반의 펄스드 파워 앰프는 넓은 대역폭과 높은 출력레벨의 구현이 가능하여 고성능의 함정용 탐지 레이더를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 증폭소자 기반의 펄스드 파워 앰프는 GaN HEMT(High-Electron-Mobility Transistors) 기반의 패키지 증폭기를 통해 높은 주파수, 높은 출력 및 고효율 확보에 따라 성능과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 증폭소자 기반의 펄스드 파워 앰프는 위상 조정이 가능하여 체계 호환성이 용이하다.
도 1은 종래 기술에 따른 펄스드 레이더용 전력증폭기를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스드 파워 앰프의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 있는 패키지 증폭기의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 2에 있는 펄스드 파워 앰프를 실제로 구현한 일 실시예를 보여주는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스드 파워 앰프의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 펄스드 파워 앰프(200)는 위상조정부(210), 패키지 증폭기(220), 아이솔레이터(230) 및 전원부(240)를 포함할 수 있다.
위상조정부(210)는 RF 입력신호를 수신하여 위상을 조정하여 위상조정신호를 출력한다.
일 실시예에서, 위상조정부(210)는 입력단에 수신되는 RF 입력신호의 위상을 특정 기준 위상 범위 내에서 기준 위상 값 대비 기준 위상 차 만큼 조정할 수 있고, 해당 조정에 따라 생성된 위상조정신호를 패키지증폭기(220)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 위상조정부(210)는 기준 대비 -30˚ ~ +30˚ 위상 범위 내에서 RF 입력신호의 위상을 조정할 수 있다.
위상조정부(210)는 하나의 펄스드 파워 앰프(200)에 복수의 패키지 증폭기(220)들이 단위증폭조립체로서 결합되는 경우, 안정도 및 성능을 최적화를 위해 위상 조정을 수행할 수 있다. 패키지 증폭기(220)의 결합 시 해당 증폭기 간의 위상차가 발생하면 출력레벨이 상쇄되는 현상이 발생하므로, 위상조정부(210)는 요구사양을 충족시키기 위한 입출력 위상차의 성능 구현을 위해 위상 조정을 수행할 수 있다. 이러한 경우, 일 실시예에서, 위상조정부(210)는 패키지 증폭기 결합 개수 또는 그 이하의 개수로 설치되어 해당 패키지 증폭기(220) 각각과 연결되도록 구현될 수도 있다.
일 실시예에서, 위상조정부(210)는 최적화된 위상 조정을 위해 사전에 또는 주기적/비주기적으로 캘리브레이션되어 이에 따라 자동으로 위상 조절을 수행할 수 있고, 예를 들어, 초기 설정된 기준 위상 값에 패키지 증폭기(220)의 결합에 따른 각각의 캘리브레이션 설정 값을 반영하여 위상 조절 시에 적용할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 위상조정부(210)는 사용자에 의한 위상 조정 요청이 수신될 때마다 해당 요청에 따라 수신된 RF 입력신호의 위상을 조정하여 펄스드 파워 앰프(200)에 제공할 수 있다.
또 다른 일 실시예에서, 위상조정부(210)는 연속적으로 수신되는 일련의 RF 입력신호들을 분석하여 해당 RF 입력신호들 간의 위상차가 최소화 되는 특정 위상 값을 도출할 수 있고, 도출된 특정 위상 값을 기 설정된 기준 위상 값에 반영하여 주기적 또는 비주기적으로 갱신할 수 있다.
일 실시예에서, 위상조정부(210)는 마이크로스팁 라인(Microstip Line)과 하이브리드 커플러(Hybrid Coupler)를 이용한 위상 쉬프터(Phase Shifter)를 통해 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 위상조정부(210)는 펄스드 파워 앰프(200) 내에 배치되 서로 다른 패키지 증폭기(220)들 간의 외부 위상 조정이 가능하여 체계 호환성을 증가시킬 수 있다.
위상조정부(210)는 입력단에서 외부로부터 RF 신호를 수신하는 입력 안테나와 연결되고 출력단에서 패키지 증폭기(220)와 연결될 수 있다.
패키지 증폭기(220)는 Shunt C 구조를 통해 정합된 제1 및 제2 GaN 증폭소자들(224, 226)을 포함하여 위상조정신호를 증폭하여 증폭신호를 출력한다. 보다 구체적으로, 패키지 증폭기(220)는 위상조정부(210)로부터 위상조정신호를 수신하여 인가되는 신호레벨을 특정 신호이득으로 증폭할 수 있고, 광대역 정합을 위한 광대역 Shunt-C 구조의 평형 구조로 구성될 수 있다. 이러한 내용은 도 3을 참조하여 보다 상세히 서술하도록 한다.
도 3은 도 2에 있는 패키지 증폭기의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 패키지 증폭기(220)는 입력정합회로(222), 제1 GaN 증폭소자(224), 제2 GaN 증폭소자(226) 및 출력정합회로(228)를 포함할 수 있다.
입력정합회로(222)는 위상조정부(210)로부터 위상조정신호를 수신하여 입력단과 제1 및 제2 GaN 증폭소자들(224, 226) 간의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 입력정합회로(222)는 출력단을 기준으로 입력단에 대한 임피던스와 제1 및 제2 GaN 증폭소자들(224, 226)의 입력단 임피던스를 매칭시킬 수 있고, 이에 따라, 제1 및 제2 GaN 증폭소자들(224, 226)의 커패시터와 인덕터가 갖는 자기 공진 주파수(self-resonant frequency) 이상의 동작 주파수 이상에서도 동작 가능하도록 할 수 있다.
제1 GaN 증폭소자(224)는 입력정합회로(222)를 통해 임피던스 매칭된 제1 입력정합신호를 수신할 수 있고, 수신된 제1 입력정합신호를 제1 신호이득으로 증폭시키어 아이솔레이터(230)에 제1 증폭신호를 출력할 수 있다.
제1 GaN 증폭소자(224)는 GaN 소자(224a), 복수의 인덕터들(224b~224e) 및 복수의 커패시터들(224f~224g)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 GaN 증폭소자(224)는 광대역 정합을 위해 Shunt C 구조의 평형 구조를 가지도록 이들을 배치할 수 있다.
일 실시예에서, GaN 소자(224a)는 GaN HEMT(High Electron Mobility Transistor) 기반의 반도체 증폭소자로 구현될 수 있고, 예를 들어, 열효율이 우수한 GaN Type의 CGH60120D(120W, CREE사 제조)가 사용될 수 있다.
제2 GaN 증폭소자(226)는 입력정합회로(222)를 통해 임피던스 매칭된 제2 입력정합신호를 수신할 수 있고, 수신된 제2 입력정합신호를 제2 신호이득으로 증폭시키어 아이솔레이터(230)에 제2 증폭신호를 출력할 수 있다.
제2 GaN 증폭소자(224)는 GaN 소자(226a), 복수의 인덕터들(226b~226e) 및 복수의 커패시터들(226f~226g)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 GaN 증폭소자(226)는 광대역 정합을 위해 Shunt C 구조의 평형 구조를 가지도록 이들을 배치할 수 있다.
일 실시예에서, GaN 소자(226a)는 GaN HEMT 기반의 반도체 증폭소자로 구현될 수 있고, 예를 들어, 마찬가지로, 열효율이 우수한 GaN Type의 CGH60120D(120W, CREE사 제조)가 사용될 수 있다.
상기에서, 제1 및 제2 신호이득들은 사용자 또는 설계자에 의해 설정 및 조정될 수 있고, 일 실시예에서, 이득 평탄도(Gain Flatness)가 최대 1.0 dB가 되도록 적정 값으로 설정될 수 있다.
출력정합회로(228)는 제1 및 제2 GaN 증폭소자들(224, 226)로부터 제1 및 제2 증폭신호들을 수신하여 입력단과 출력단 간의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 출력정합회로(228)는 입력단을 기준으로 제1 및 제2 GaN 증폭소자들(224, 226)의 출력단에 대한 임피던스와 자신의 출력단 임피던스를 매칭시킬 수 있다.
일 실시예에서, 패키지 증폭기(220)는 그 입력단과 출력단 각각에 배치되고 임피던스 매칭을 위한 고유의 특정 값을 가지는 입력 임피던스 저항 또는 출력 임피던스 저항을 더 포함할 수 있고, 예를 들어, 각각은 50 옴의 임피던스 저항 값을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 패키지 증폭기(220)는 전원부(240)로부터 전원 +38V (Pulse/Duty 10%)를 공급받을 수 있고, 전원부(240)의 레귤레이터를 통해 생성된 음전원(Vg)을 각 GaN 소자들(224a, 226a)의 게이트에 제공할 수 있다. 패키지 증폭기(220)는 음전원 생성 후 순차회로가 동작하면 각 GaN 소자들(224a, 226a)의 드레인에 전원 +38V(Pulse)를 순차적으로 공급할 수 있다.
도 3을 참조하면, 패키지 증폭기(220)는 제1 및 제2 GaN 증폭소자들(224, 226)의 바닥에 CMC(Cu/Mo/Cu) 합금 소재를 적용하고 입출력단에 브레이징 공법을 통해 금속 재질의 리드를 적용한 패키지 몸체(310)를 더 포함할 수 있다.
패키지 몸체(310)는 패키지 증폭기(220)는 Cu/Mo/Cu 라미네이트 (Copper-Molybdenum-Copper Laminates) 합금 소재를 통해 제조되어 내부에 형성된 회로들의 보호를 위해 입력정합회로(222), 제1 GaN 증폭소자(224), 제2 GaN 증폭소자(226) 및 출력정합회로(228)를 패키징할 수 있다. 패키지 몸체(310)의 바닥면은 열전도도 특성이 우수한 CMC 합금 소재로 제조되고 입력단 및 출력단은 세라믹 소재 기판에 고온의 브레이징 공법으로 금속 재질의 리드를 조립하여 방열 특성을 개선할 수 있다.
도 3을 참조하면, 패키지 증폭기(220)는 조립면에 전도성 에폭시 소재를 통해 패키지 몸체(310)와 밀봉 결합하는 패키지 덮개(320)를 더 포함할 수 있다.
패키지 덮개(320)는 세라믹 소재로 패키지 몸체(310)와의 조립면에 B-Stage 전도성 에폭시로 적용되어 고온 경화를 통한 완전 밀봉 상태를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 패키지 증폭기(220)에 있는 인턱터들은 금선(gold wire)을 통해 구현될 수 있고, 예를 들어, 금(Au) 99%로 구성된 직경 2 mil의 금선을 통해 광대역 정합을 위해 필요한 특정 인덕턴스를 가지도록 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 패키지 증폭기(220)에 있는 캐패시터들은 고유전율 기판을 통해 구현될 수 있고, 예를 들어, 에르븀(Er) 38%로 구성된 고유전율 기판을 통해 광대역 정합을 위해 필요한 특정 캐패시턴스를 가지도록 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 패키지 증폭기(220)에 있는 입출력 단들은 알루미나 기판을 통해 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 패키지 증폭기(220)는 상기와 같이 평형 구조로 배열된 제1 및 제2 GaN 증폭소자들(224, 226)을 통해 출력레벨 200W를 충족시킬 수 있고, Shunt C 구조의 정합방법을 통해 넓은 대역폭을 구현할 수 있다.
일 실시예에서, 패키지 증폭기(220)는 다이(die) 타입으로 구현되어 펄스드 파워 앰프(200)의 구성 과정에서 단위증폭조립체로서 펄스드 파워 앰프(200)에 조립될 수 있고, 하나의 펄스드 파워 앰프(200)에 복수의 패키지 증폭기(220)들이 조립될 수도 있다.
패키지 증폭기(220)는 입력단에서 외부로부터 RF 신호를 수신하는 입력 안테나와 연결되고 출력단에서 아이솔레이터(230)와 연결될 수 있다.
아이솔레이터(230)는 증폭신호를 수신한다. 보다 구체적으로, 아이솔레이터(230)는 패키지 증폭기(220)로부터 증폭신호를 수신할 수 있고, 제1 및 제2 GaN 증폭소자들(224, 226) 각각으로부터 제1 및 제2 증폭신호 각각을 수신할 수 있다. 아이솔레이터(230)는 모듈 간 결합 시 반사손실을 최적할 수 있고, 전반사 시 패키지 증폭기(220)를 보호할 수 있다.
일 실시예에서, 아이솔레이터(230)는 역방향으로 발생되는 특정 기준 이상의 대신호의 유입으로부터 패키지 증폭기(220)를 보호할 수 있고, 예를 들어, 역방향 1kW 대신호의 유입을 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 아이솔레이터(230)는 출력단 임피던스의 부정합으로 인해 발생되는 현상을 보호할 수 있고, 예를 들어, 출력단 임피던스의 부정합에 따른 임피던스 저항의 번아웃을 보호할 수 있다.
일 실시예에서, 아이솔레이터(230)는 초단파(VHF) 이상의 전파에 대하여 특정 기준 저항 이상의 높은 저항값을 갖고 복수의 단자들로 구성된 서큘레이터(circulator)로 구현될 수도 있고, 마이크로 스트립을 통해 구현될 수 있다.
전원부(240)는 펄스드 파워 앰프(200)에 전원을 공급할 수 있다. 보다 구체적으로, 전원부(240)는 GaN HEMT를 통해 구현된 패키지 증폭기(220)를 위한 음전원(Vg)을 생성하여 패키지 증폭기(220)에 공급할 수 있고, 증폭기 보호를 위한 증폭기 보호용 전원 순차회로를 통해 패키지 증폭기(220)에 전원을 안정적으로 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 펄스드 파워 앰프(200)는 수신된 RF 입력신호를 최종적으로 특정 기준 출력 이상의 출력레벨로 출력할 수 있고, 예를 들어, 34W(45.3dBm)으로 수신된 RF 입력신호를 위상조정부(210)를 통해 위상을 조절하고 패키지 증폭기(220)를 통해 증폭하여 아이솔레이터(230)를 거쳐 최종적으로 200W 이상의 출력레벨을 가지는 RF 출력신호로서 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 펄스드 파워 앰프(200)는 GaN HEMT 소자를 통해 구현된 패키지 증폭기(220)를 포함하고, 패키지 증폭기(220)의 전단에 위상조정부(210)를 배치하고 후단에 아이솔레이터(230)를 배치하여 함정 탐색 레이더용으로 그 성능 및 구조를 최적화시킬 수 있고, 광대역 정합 및 +38V 조건에서 출력 120W 이상이고 효율 50% 이상인 성능을 구현할 수 있다.
도 4는 도 2에 있는 펄스드 파워 앰프를 실제로 구현한 일 실시예를 보여주는 도면이다.
보다 구체적으로, 도 4a는 펄스드 파워 앰프(200)의 실제 구현 예시를 보여주고, 도 4b는 해당 구현된 펄스드 파워 앰프(200)의 성능 결과를 나타낸다.
도 4a에서, 펄스드 파워 앰프(200)는 외부로부터 RF 입력신호를 수신하여 위상을 조정하는 위상조정부(210)가 그 일단에 배치될 수 있고, 위상조정부(210)의 일측에 위상조정부(210)의 출력단과 연결되어 인가되는 신호를 기준 신호레벨로 증폭하는 증폭 패키지 증폭기(220)가 배치될 수 있으며, 증폭 패키지 증폭기(220)의 일측에 증폭 패키지 증폭기(220)의 출력단과 연결되어 패키지 증폭기(220)를 보호하는 아이솔레이터(230)가 배치될 수 있다. 전원부(240)는 패키지 증폭기(220)에 근접하게 배치되어 패키지 증폭기(220)를 포함하여 펄스드 파워 앰프(200)의 구성 요소들에 전원을 공급할 수 있다.
도 4b에서, 펄스드 파워 앰프(200)는 상기와 같은 실시 구현을 통해, 동작 주파수 범위 2.7 ~ 3.1 GHz, 출력 전력 200W/m, 입력 전력 34W, 이득 평탄도 1.0 dB Max, 대신호 이득 9 dB Nom @ Duty 10%, DC 입력 전압 38V Pulsed, 대기전류 20mA Nom @ Duty 10%, 드레인 효율 55% Nom, DC 전류 소모량 1.5A Max 및 크기 85.9 mm× 38.9 mm× 10.5 mm의 퍼포먼스를 구현하였다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
200: 펄스드 파워 앰프
210: 위상조정부 220: 패키지 증폭기
222: 입력정합회로 224: 제1 GaN 증폭소자
226: 제2 GaN 증폭소자 228: 출력정합회로
230: 아이솔레이터 240: 전원부
310: 패키지 몸체 320: 패키지 덮개

Claims (6)

  1. 입력 안테나와 패키지 증폭기 사이에 연결되어 수신되는 RF 입력신호의 위상을 조정하고 위상조정신호를 출력하도록, 마이크로스트립 라인(Microstrip Line)과 하이브리드 커플러(Hybrid Coupler)를 이용한 위상 쉬프터(Phase Shifter)를 통해 구현되는 위상조정부;
    Shunt C 구조의 평형 구조를 통해 정합된 제1 및 제2 GaN 증폭소자들을 포함하여 상기 위상조정신호를 증폭하여 증폭신호를 출력하는 패키지 증폭기; 및
    상기 증폭신호를 수신하는 아이솔레이터를 포함하고,
    상기 패키지 증폭기는
    상기 제1 및 제2 GaN 증폭소자들의 바닥에 CMC 합금 소재를 적용하고 입출력단에 브레이징 공법을 통해 금속 재질의 리드를 적용한 패키지 몸체; 및
    조립면에 전도성 에폭시 소재를 통해 상기 패키지 몸체와 밀봉 결합하는 패키지 덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스드 파워 앰프.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 패키지 증폭기는
    상기 제1 및 제2 GaN 증폭소자들 각각의 일단과 연결되고 상기 위상조정부로부터 수신된 위상조정신호를 수신하여 입력단과 상기 제1 및 제2 GaN 증폭소자들 간의 임피던스 매칭을 수행하는 입력정합회로; 및
    상기 제1 및 제2 GaN 증폭소자들 각각의 다른 일단과 연결되고 상기 제1 및 제2 GaN 증폭소자들 각각으로부터 제1 및 제2 증폭신호들 각각을 수신하여 입력단과 출력단 간의 임피던스 매칭을 수행하는 출력정합회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스드 파워 앰프.
  5. 제4항에 있어서, 상기 패키지 증폭기는
    GaN 소자, 상기 GaN 소자의 입력단과 출력단에 각각 배치되어 평형 구조를 가지는 Shunt C 구조를 구현하는 복수의 인덕터들 및 복수의 커패시터들을 포함하는 상기 제1 GaN 증폭소자에서 상기 입력정합회로를 통해 임피던스 매칭된 제1 입력정합신호를 수신하여 제1 신호 이득을 증폭시키어 상기 제1 증폭신호로 출력하고,
    GaN 소자, 상기 GaN 소자의 입력단과 출력단에 각각 배치되어 평형 구조를 가지는 Shunt C 구조를 구현하는 복수의 인덕터들 및 복수의 커패시터들을 포함하는 상기 제2 GaN 증폭소자에서 상기 입력정합회로를 통해 임피던스 매칭된 제2 입력정합신호를 수신하여 제2 신호 이득으로 증폭시키어 상기 제2 증폭신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 펄스드 파워 앰프.
  6. 제1항에 있어서, 상기 아이솔레이터는
    초단파 이상의 전파에 대하여 특정 기준 저항 이상의 높은 저항값을 갖고 복수의 단자들로 구성된 서큘레이터(circulator)로 구현되는 것을 특징으로 하는 펄스드 파워 앰프.
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