펄스 폭 가변을 이용한 X-대역 고효율 60 W 전력 증폭 모듈 설계

Abstract

본 논문에서는 반도체형 전력 증폭기의 바이어스를 개선하기 위하여 순차 제어 회로와 펄스 폭 가변 회로를 적용한 X-대역 60 W 고효율 전력 증폭 모듈을 설계하였다. 순차 제어 회로는 전력 증폭 모듈을 구성하는 각 증폭단의 GaAs FET의 드레인 전원을 순차적으로 스위칭하도록 회로를 구성하였다. 드레인 바이어스 전원의 펄스 폭을 RF 입력 신호의 펄스 폭보다 넓게 하여 전력 증폭 모듈의 입력 신호가 있을 때만 스위칭 회로를 순차적으로 구동시킴으로써 전력 증폭 모듈의 열화에 따른 출력 신호의 왜곡과 효율을 향상시킬 수 있다. 60 W 전력 증폭 모듈은 고출력 GaAs FET를 이용하여 전치 증폭단, 구동 증폭단과 주전력 증폭단으로 구성하였으며, 주전력 증폭단은 전력결합기를 이용한 평형증폭기 구조로 구현하였다. 설계된 전력 증폭 모듈은 9.2~9.6 GHz에서 듀티사이클 10 %로 동작시켰을 때 50 dB의 전력 이득, 펄스 주기 1 msec, 펄스 폭 100 us, 출력 전력 60 W에서 동작함에 따라 펄스-SSPA 형태로 반도체 펄스 압축 레이더 등에 적용할 수 있다. In this paper, X-band 60 W Solid-State Power Amplifier with sequential control circuit and pulse width variation circuit for improve bias of SSPA module was designed. The sequential control circuit operate in regular sequence drain bias switching of GaAs FET. The distortion and efficiency of output signals due to SSPA nonlinear degradation is increased by making operate in regular sequence the drain bias wider than that of RF input signals pulse width if only input signal using pulsed width variation. The GaAs FETs are used for the 60 W SSPA module which is consists of 3-stage modules, pre-amplifier stage, driver-amplifier stage and main-power amplifier stage. The main power amplifier stage is implemented with the power combiner, as a balanced amplifier structure, to obtain the power greater than 60 W. The designed SSPA modules has 50 dB gain, pulse period 1 msec, pulse width 100 us, 10 % duty cycle and 60 watts output power in the frequency range of 9.2~9.6 GHz and it can be applied to solid-state pulse compression radar using pulse SSPA.