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I. 제목
Ka 대역 GaN MMIC 기반 SSPA 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
기존 Ka 대역 GaAs MMIC의 경우 출력전력 및 효율이 낮은 단점을 보완하여, Ka 대역 GaN MMIC 기술을 개발하고 이를 적용하여 20W급 SSPA를 개발하여 다양한 민수/군수용 통신 및 레이더 시스템에 적용이 가능하다. GaN 소자의 비선형 특성을 보완하기 위해 전치왜곡형 선형화기를 개발하여 GaN MMIC 기반 SSPA의 선형성을 개선하고자 한다.
동시에 국내 기반기술 확보를 위하여 0.15um GaN 트랜지스터 개발을 통해 향후 국내에서 GaN MMIC 까지 국산화가 가능한 기초연구가 필요하다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
GaN 구동증폭기 및 고출력증폭기 MMIC를 0.15um GaN 공정을 이용하여 고출력/고효율 특성을 갖게 개발한다. 개발된 MMIC와 Waveguide 트랜지션 및 컴바이너와 전원, 제어회로 등으로 구성된 Ka 대역 20W급 효율 15% 이상의 SSPA를 소형 경량으로 개발한다. 또한 전치왜곡형 선형화기를 개발하여 SSPA의 선형성을 개선한다. Ka 대역에서 사용이 가능한 0.15um GaN Transistor를 전력밀도 1.7W/mm 및 효율 35% 이상으로 국산화 개발한다.
IV. 연구개발결과
Ka 대역 GaN 구동증폭기 MMIC는 출력전력 35.5dBm 및 이득 24.1dB이상, 그리고 고출력증폭기 MMIC는 출력전력 39dBm, 효율 21% 및 이득 24.4dB 이상으로 개발이 완료되었다. 이 MMIC를 적용한 Ka 대역 GaN SSPA는 출력전력 43.3dBm, 효율 16.8% 및 이득 40.8dB 이상이다. 핵심 RF 구성품인 트랜지션과 컴바이너의 삽인소실은 각각 0.31dB와 0.247dB이다. 전치왜곡형 선형화기를 개발하여 SSPA의 IMD3 25dBc를 만족하는 선형 출력전력을 40dBm에서 41dBm 이상으로 개선하였다. 0.15um GaN Transistor 개발 결과 전력밀도 2.04W/mm 및 효율 38.4%이다.
V. 연구개발결과의 활용계획
GaN 구동증폭기 및 고출력증폭기 MMIC는 Pulse 동작 및 CW 동작에서도 세계 최고의 동등 수준의 성능을 보이고 있어 바로 상용화 가능한 수준으로 개발되었다. SSPA 또한 Pulse 및 CW 동작에서 사용이 가능할 뿐만 아니라 즉시 상용화를 위한 감시기능(전류, 출력전력, 온도) 및 보호회로를 추가하여 개발 완료하였다.
이 기술들은 참여기업의 수요처 발굴 및 신뢰성 확보 시험을 통하여 다양한 출력의 SSPA를 위성통신, 5G 이동통신, 군 차기위성통신 다대역위성단말 및 UAV등에 활용한 예정이다.
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