The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회논문지)

The Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Development of Wideband Spatial Combined High Power Amplifier

광대역 공간 결합 고출력 전력증폭기 개발

  • Received : 2017.02.03
  • Accepted : 2017.03.24
  • Published : 2017.04.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

This paper is a study of 6~18 GHz wideband high power amplifier which is composed of 10 single amplifier and coaxial type spatial power combiner. The property of this spatial power combiner is on a similar principle to antipodal antenna radiation mechanism. Therefore, the key structure of proposed spatial power combiner is the antipodal finline PCB board and the finline curve shape is numerically synthesized by using Klopfensein's optimum impedance taper. The measured CW output power of spatial combined high power amplifier is nearly 50 W. In conclusion we prove the good combining performance between the spatial power combiner and 10 single amplifier over 6~18 GHz frequency ranges. Also, we developed the key component PA and MFC MMIC which controls the phase and gain of the each amplifier, The main characteristic of MFC MMIC is to maximize combining efficiency of power amplifier.

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.

Keywords

References

  1. H. Javadi-Bakhsh, et al., "A wideband twenty-element microwave spatial power combiner", Scientia Iranica D, pp. 853-860, Mar. 2014.
  2. Jia, P. "Broadband power combining device using antipodal nline structure", Capwireless Inc., U.S. Patent.
  3. D. I. L. de Villiers, P. W. van der Walt, and P. Meyer, "Design of conical transmission line power combiners using tapered line matching sections", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 56, no. 6, pp. 1478-1484, 2008. https://doi.org/10.1109/TMTT.2008.923879
  4. K. Song, Y. Fan, and Z. He, "Broadband radial waveguide spatial combiner", IEEE Microwave and Wireless Component Letters, vol. 18, no. 2, pp. 73-75, 2008. https://doi.org/10.1109/LMWC.2007.911984
  5. S. E. Hosseini, A. Banai, "Ultrabroadband power amplier using 16-way spatial combining line array", Wiley Microwave and Optical Technology Letters, vol. 55, no. 2, pp. 454-460, 2013. https://doi.org/10.1002/mop.27321
  6. N. S. Cheng, A. Alexanian, M. G. Case, D. B. Rensch, and R. A. York. "40-W CW broad-band spatial power combiner using dense finline arrays", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 47, no. 7, pp. 1070-1076, Jul. 1999. https://doi.org/10.1109/22.775438
  7. A. Alexanian, R. A. York, "Broadband spatially combined amplifier array using tapered slot transitions in waveguide", IEEE Microwave and Guided Wave Letters, vol. 7, no. 2, pp. 42-44, Feb. 1997. https://doi.org/10.1109/75.553053
  8. P. Jia, L. Y. Chen, A. Alexanian, and R. A. York, "Broadband high power amplifier using spatial power combining", IEEE Microwave Theory and Techniques Society, vol. 51, no. 12, pp. 2469-2475, Dec. 2003. https://doi.org/10.1109/TMTT.2003.819766
  9. Behzad Razavi, "Design of analog CMOS integrated circuits", 2000.
  10. Behzad Razavi, "RF microelectronics", 2011.