레이더용 S대역 GaN 반도체 전력증폭기 설계 및 제작

Abstract

본 논문에서는 S대역 400 MHz 대역폭을 갖는 능동 배열 위상레이더 시스템에 적용 가능한 GaN 반도체 전력 증폭기의 설계 및 제작 측정에 관해 소개하였다. GaN 팔레트 증폭 소자를 <TEX>${\lambda}$</TEX>/4 입출력 차이를 둔 결합기를 이용하여 고출력 증폭기를 구현하였고, Suspended 형태의 고출력용 저손실 결합기와 개구면을 이용한 스트립라인 간의 커플러를 사용하여 자동 이득 제어(ALC) 기능을 가지는 고출력, 고효율의 반도체 전력증폭기를 구현하였다. 제작된 반도체 전력증폭기는 자동 이득 제어 미적용 시 최대 출력 5 kW, 효율 27.8 %, 이득 67 dB 특성을 가지며, 자동 이득 제어 적용 시 출력 4 kW, 효율 25.5 %와 duty 10 %, 최장 펄스 200 us에서 droop 0.1 dB 특성을 갖는다. In this paper, a design and fabrication of GaN power amplifier for the S-band frequency (400 MHz bandwidth) are presented. A combining path using <TEX>${\lambda}$</TEX>/4 transmission line is implemented for GaN pallet amp. Both the combiner with suspended-type transmission structure for low-loss and the suspended stripline coupler with aperture coupling for auto gain control are realized for achieving high-power high-efficiency amplifier. Proposed power amplifier demonstrated a 5 kW peak output power, 27.8 % efficiency, 67 dB gain without ALC and a 4 kW peak output power, 25.5 % efficiency, 0.1 dB droop at 200 usec pulse width and 10 % duty with ALC.