Development of Compact and Lightweight Broadband Power Amplifier with HMIC Technology

HMIC 기술을 적용한 소형화 경량화 광대역 전력증폭기 개발

Abstract

This paper presents the development of compact and lightweight broadband power amplifier module using HMIC (Hybrid Microwave Integrated Circuit) technology that could be high-density integration for many non-packaged microwave components into the small area of a high dielectric constant printed circuit board, such as a ceramic substrate, also using the special design and fabrication schemes for the structure of minimized electromagnetic interference to obtain the homogeneous electrical performance at the wideband frequency. The results confirmed that the small signal gain has a gain flatness of ${\pm}1.5dB$ within the range of 32 to 36 dB. In addition, the output power satisfied more than 30 dBm. The noise figure was measured within 7 dB, and OIP3 (Output Third Order Intercept Point) was more than 39 dBm. The fabricated broadband power amplifier satisfied the target specification required to electrically drive the high power amplifiers of jamming generators for electronic warfare, so the actual applicability to the system was verified. Future studies will be aimed at designing other similar microwave power amplifiers in the future.

본 논문에서는 고유전율 인쇄회로기판 상의 좁은 면적 내에 패키지(Package) 되지 않은 마이크로파(Microwave) 부품을 고밀도로 집적하는 HMIC (Hybrid Microwave Integrated Circuit) 기술을 적용하여 모듈(Module)의 크기를 소형화, 경량화하고 동시에 근접한 소자 상호간의 전자기적 간섭을 최소화 하는 구조 설계 및 제작 기술을 적용하여 광대역 주파수 범위에서 균일한 전기적 성능을 갖는 광대역 전력증폭기를 개발한 내용을 다루었다. 제작한 광대역 전력 증폭기의 성능을 측정한 결과, 동작 주파수 범위에서 소신호 이득은 32 ~ 36 dB 범위 내에 이득평탄도 ${\pm}1.5dB$를 갖음을 확인하였다. 또한, 출력전력은 동작 주파수 범위에서 30 dBm 이상을 만족하였으며, 잡음 지수는 7 dB 이내로 측정되어 목표규격을 만족하는 특성을 나타내었다. OIP3(Output Third Order Intercept Point)는 39 dBm 이상을 만족함을 확인하였다. 제작한 광대역 전력 증폭기는 전자전 체계의 재밍(Jamming) 발생 장치의 고출력 증폭기를 전기적으로 구동하기 위하여 필요한 목표 성능을 모두 만족함으로써 실제 적용이 가능하며, 향후 마이크로파 대역의 유사 전력 증폭기를 설계하는데 도움이 될 것으로 기대한다.

Fig. 1. Block Diagram of Broadband Power Amplifier

Fig. 2. RF Budget of Broadband Power Amplifier

Fig. 3. Configuration Diagram of Hybrid Amplifier Cell

Fig. 4. Block Diagram of Power and Control Block

Fig. 5. Configuration of Broadband Power Amplifier

Fig. 6. Small Signal Gain of Broadband Power Amplifier

Fig. 7. Output Power of Broadband Power Amplifier

Fig. 8. Noise Figure of Broadband Power Amplifier

Fig. 9. OIP3 of Broadband Power Amplifier

Table 1. System Classification by Operating Frequency

Table 2. Target Specification

Table 5. RF Budget of Broadband Power Amplifier

Table 3. Active Elements Used in RF Signal Amplification Block

Table 4. Passive Elements Used in RF Signal Amplification Block