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W-대역 전력증폭 및 저잡음증폭 MMIC의 국내개발 및 모듈 제작 결과
Domestic Development and Module Manufacturing Results of W-band PA and LNA MMIC Chip 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.21 no.3, 2021년, pp.29 - 34  

김완식 (LIG넥스원(주)) ,  이주영 (LIG넥스원(주)) ,  김영곤 (LIG넥스원(주)) ,  유경덕 (LIG넥스원(주)) ,  김종필 (LIG넥스원(주)) ,  서미희 (국방과학연구소) ,  김소수 (국방과학연구소)

초록
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소형 레이더 센서에 적용할 목적으로 W-대역의 핵심부품인 전력증폭 MMIC 칩 및 스위치 및 저잡음 증폭 MMIC 통합 칩을 국내설계하고 각각 OMMIC사의 60nm GaN 공정과 Winsemi.사의 0.1㎛ GaAs pHEMT 공정으로 제작하고 이를 모듈화하였다. 국내개발 MMIC 중에서 W-대역 전력증폭 MMIC는 송신모듈로 제작후 출력 값 27.7 dBm로 측정되었고, 스위치와 저잡음증폭 통합 MMIC는 수신모듈로 제작후 잡음지수는 9.17 dB로 분석 결과와 근사한 측정 결과를 보였다. 또한 온도 시험을 통해서 그 결과를 분석하였는데 송신모듈은 고온에서 상온과 출력에서 1.6 dB 편차를 보였고 수신모듈은 고온과 저온 모두 포함하여 2.7 dB의 편차를 보였으나 상온과 비교하여서는 1.4 dB 상승하였다. 온도시험까지를 포함하는 결과를 확인한 바와 같이 소형 레이더 센서의 송수신기에 W-대역 국내 개발 MMIC 칩을 적용 가능할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

For the purpose of Application to the small radar sensor, the MMIC Chips, which are the core component of the W-band, was designed in Korea according to the characteristics of the transceiver and manufactured by 60nm GaN and 0.1㎛ GaAs pHEMT process. The output power of PA is 28 dBm at center ...

주제어

#GaN   #GaAs pHEMT   #MMIC   #W-band   #W/G Transition loss  

표/그림 (13)

AI 본문요약
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제안 방법

  • 송신 모듈에서 집적화 방식은 전력증폭 MMIC 기반의 하이브리드를 집적화하는 방식으로 유텍틱 본딩을 270℃ 이상에서 조립하였고 유전체 기판 및 하우징 패키징을 적용하여 구현하였다. ADS 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여 MMIC의 입력 및 출력에 공액 접합을 통한 최적의 매칭회로를 설계하였고, 모듈 설계 시에는 W-대역에서의 본딩 와이어가 높은 인덕터 성분으로 동작하기 때문에 병렬성분의 스터브와 얇은 선폭을 이용한 높은 임피던스의 전송선을 이용한 저역통과필터 타입의 매칭 회로로 구현하고 제작하였다. 출력 전력 성능 향상을 위해 최적의 임피던스 정합을 통한 저손실 특성의 전송선로 및 전이구조를 구현하였다.
  • W-대역의 소형 레이더 센서에 적용 가능한 핵심부품의 국내개발을 위하여 송신 및 수신용 W-대역 MMIC 칩을 60nm GaN 및 0.1μm GaAs pHEMT 해외공정을 이용하여 개발하였다
  • W-대역의 소형 레이더 센서용 송수신기에 필요한 송신, 수신모듈 MMIC 칩을 각 특성에 맞게 개발하였다. 송신모듈은 OMMIC 사의 GaN 60 nm를, 수신 모듈에 필요한 MMIC는 WinSemi.
  • 국내 개발된 전력증폭 MMIC 및 스위치 및 저잡음 증폭 MMIC를 활용하여 송/수신 모듈을 제작하였다. 송신 모듈에서 집적화 방식은 전력증폭 MMIC 기반의 하이브리드를 집적화하는 방식으로 유텍틱 본딩을 270℃ 이상에서 조립하였고 유전체 기판 및 하우징 패키징을 적용하여 구현하였다.
  • 7dB 임을 검증하였다. 또한 MMIC를 모듈에 집적화하고 용이한 측정을 위해 도파관 형태로 구성되어야 하므로, E-probe 방식을 이용한 도파관(W/G)-마이크로 스트립라인(MSTL) 전이구조를 설계 및 제작하여 검증하였다. Back-short을 PCB 기판위에 장착하고, 입출력 신호는 PCB 및 기구물 아래로 연결되도록 하였다.
  • 그림 3과 4는 제작된 송/수신모듈의 형상이다. 송신 모듈은 국내개발 전력증폭 MMIC를 포함하는 단위 캐리어를 이용하여 제작하였고, 수신모듈은 국내개발 스위치 및 저잡음증폭 MMIC와 혼합기 MMIC를 단위 캐리어로 하여 제작하였다. 실험 결과로 그림 7(a)와 같이 송신 모듈은 출력전력은 27.

이론/모형

  • 하지만 이러한 방식은 높은 주파수 대역에서는 각 트랜지스터 사이에서의 정 합의구현이 어렵고, 레이아웃에 의한 위상 변화에 민감하다는 문제가 있다. 이 때문에 높은 주파수 대역에서는 윌킨슨(Wilkinson) 분배기를 이용한 전력 결합 방식을 활용하여 고출력의 전력증폭 MMIC를 설계를 하였고 그림 1(a)와 같이 제작하였다. 결과적으로 그림 2(a)와 같이 28.
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참고문헌 (11)

  1. An Official Gazette No 16322, Radio Wave Research Institute No 2006-84, 2006. 8. 23. 

  2. J. Y. Hong. "Millimeter Radar Technology Trend for Forward Surveillance," ETRI Journal, Vol.22, No.5, Oct. 2007, pp.35-45. 

  3. Sangho Lee, "W-band dual channel receiver with active power divider and on-chip temperature-compensation circuit," (To be published) 

  4. Hong-Gu Ji "Monolithic Integrated Amplifier for Millimeter Wave Band", The Journal of Korea Academia-Industrial cooperation Society(JKAIS), Vol. 11, No. 10, pp. 3917-3922, 2010. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2010.11.10..3917. 

    원문보기 상세보기 crossref

  5. Seokchul Lee "W-band dual-channel receiver with active power divider and temperature-compensated circuit" Electronics Letters. Vol. 52, No. 10, May 12, 2016 

    상세보기

  6. Jungsik Kim "W-band Power Amplifier Using Broadband Impedance-Transforming Coupled Line Couplers" MOTL. Vol. 57, No. 4, April, 2015 

  7. Seokchul Lee "W-band Multichannel FMCW Radar Sensor with Switching-TX Antennas," IEEE Sensor Journal. Vol. 16, No. 14, July 15, 2016 

  8. Wansik Kim, "Analysis and Development Results of W-band Transceiver Module using Open MMIC", The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication(JIIBC), Vol. 18, No. 6, pp. 163-168, Dec 2018. DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2018.18.6.163. 

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  9. Wansik Kim, "HPA MMIC to W/G antenna Transition Loss Analysis and Development Results of W-band Transmitter Module", International Journal of Advanced Culture Technology, Vol. 7, No. 4, pp. 236-241, July 2019. DOI: https://doi.org/10.17703/IJACT.2019.7.4.236. 

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  10. Wansik Kim, "Development of W-band Transceiver Module using Manufactured MMIC", The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication(JIIBC), Vol. 17, No. 2, pp. 233-237, Apr 2017. DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2017.17.2.233. 

    원문보기 상세보기 crossref

  11. Wansik Kim, "Development and Manufacture of W-band MMIC Chip and manufacture of Transceiver", The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication(JIIBC), Vol. 19, No. 6, pp. 175-181, Dec 2019. DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2019.19.6.175. 

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