KR20080078595A - 저온 수신 증폭기 및 증폭 방법 - Google Patents

저온 수신 증폭기 및 증폭 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20080078595A
KR20080078595A KR1020080016199A KR20080016199A KR20080078595A KR 20080078595 A KR20080078595 A KR 20080078595A KR 1020080016199 A KR1020080016199 A KR 1020080016199A KR 20080016199 A KR20080016199 A KR 20080016199A KR 20080078595 A KR20080078595 A KR 20080078595A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
low temperature
amplifier
drain
output
gallium nitride
Prior art date
Application number
KR1020080016199A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100962564B1 (ko
Inventor
야스노리 스즈키
쇼이치 나라하시
Original Assignee
가부시키가이샤 엔.티.티.도코모
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2007309239A external-priority patent/JP5191221B2/ja
Application filed by 가부시키가이샤 엔.티.티.도코모 filed Critical 가부시키가이샤 엔.티.티.도코모
Publication of KR20080078595A publication Critical patent/KR20080078595A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100962564B1 publication Critical patent/KR100962564B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/193—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only with field-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터(GaN HEMT)(110)를 극저온의 환경에서 증폭 소자로서 사용하는 저온 수신 증폭기(100)이며, 증폭 소자의 게이트와 입력 단자(T1)의 외부와의 임피던스 정합을 행하는 입력 정합 회로(120)와, 증폭 소자의 게이트에 직류 전압을 인가하는 게이트 바이어스 회로(130)와, 증폭 소자의 드레인과 출력 단자(T2)의 외부와의 임피던스 정합을 행하는 출력 정합 회로(140)와, 증폭 소자의 드레인에 직류 전압을 인가하는 드레인 바이어스 회로(150)를 구비한다. 또한, 냉각 온도는 150K 이하로 하는 것이 바람직하다. GaN HEMT(110)에 청색 LED를 조사할 수도 있다.
Figure P1020080016199
저온 수신 증폭기, 증폭 소자, 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터, 입력 정합 회로, 게이트 바이어스 회로, 출력 정합 회로

Description

저온 수신 증폭기 및 증폭 방법{CRYOGENIC RECEIVING AMPLIFIER AND AMPLIFYING METHOD}
본 발명은 무선 통신 기지국 수신계 등에 사용하는 저온 수신 증폭기 및 증폭 방법에 관한 것이다.
극저온의 환경에서 동작하는 증폭기로서 위성 지구국용 수신 증폭기, 전파 천문용 수신 증폭기 등이 예시된다(비 특허 문헌 1). 또한, 이동 통신 기지국 수신 계통에의 초전도 필터의 적용도 검토되고 있으며, 초전도 필터 및 저온 수신 증폭기로 극저온 수신 프런트 엔드를 구성하고 있다(비 특허 문헌 2). 이들의 냉각에는 액체 질소, 액체 헬륨 또는 진공 용기가 사용되며, 수신 프런트 엔드는 십 수 K 내지 60K 정도까지 냉각된다. 모두 냉각에 의해 수신 증폭기를 저잡음으로 함으로써 수신 감도를 높이고 있다.
저잡음화를 목적으로 하는 극저온 수신 증폭기에 사용되는 마이크로파 반도체로서 고 전자 이동도 트랜지스터(HEMT: High Electron Mobility Transistor) 또는 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)가 사용되고 있다(비 특허 문헌 3). 일반적으로 HEMT가 FET보다 냉각시의 저잡음 특성이 뛰어나다는 것이 알 려져 있다(비 특허 문헌 4). 또한, 대표적인 HEMT의 재료로서 갈륨 비소(GaAs)가 사용되고 있다. GaAs HEMT에서는 0.3dB 정도의 잡음 지수를 얻을 수 있는데, 포화 출력이 15dBm 정도이다. 이에 대하여, GaAs FET는 GaAs HEMT 정도의 낮은 잡음 지수를 얻을 수는 없지만, 35dBm 정도의 포화 출력을 얻을 수 있다.
이동 통신 기지국용 극저온 수신 증폭기로서 각각의 트랜지스터의 특징을 조합하는 것이 검토되고 있다(비 특허 문헌 5). 비 특허 문헌 5에서는 첫단에 GaAs HEMT, 둘째단에 GaAs FET, 셋째단에 GaAs FET를 사용한 3단 증폭기 구성에 의한 극저온 수신 증폭기가 제안되어 있다. 이 예에서는 첫단의 저잡음 지수의 HEMT와 둘째단 이후의 고 포화 출력의 FET를 조합함으로써 저잡음 지수 및 높은 포화 출력을 달성하고 있다. 비 특허 문헌 5에 따르면, 잡음 지수 0.25dB, 이득 43dB, 출력 인터셉트 포인트 38.5dBm, 최대 전력 부가 효율 15% 이하이다. 이동 통신 기지국용 수신 계통에서는 셀 내의 원근차가 있는 이동 단말의 전파를 동시에 증폭하기 때문에 1W 내지 2W 정도의 출력 인터셉트 포인트가 필요하다.
최근 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터(이하, GaN HEMT라고도 표기함.)가 고출력 마이크로파 반도체로서 활발히 연구되고 있다. GaN HEMT의 특징은 GaAs FET에 비하여 고전압 동작이 가능한 것에 있다. 따라서 고부하 임피던스로 증폭기를 구성할 수 있으므로, 정합 회로의 손실 저감을 도모할 수 있다. 또한, GaN HEMT에는 동작 온도를 높게 설정할 수 있는 이점이 있다. 즉, GaN HEMT의 열용량이 큰 특징이 있다. 따라서 GaN HEMT에서 허용할 수 없는 열을 외부로 제거하는 방열기를 작게 할 수 있고, 증폭기 전체의 소형화·경량화를 도모할 수 있다(비 특 허 문헌 6). 이들 특징 때문에, GaN HEMT는 상온에서 사용되는 고출력 마이크로파 반도체로서 기지국용 송신 증폭기에의 적용이 활발히 검토되고 있다.
[비 특허 문헌 1] 하마베, 사이토, 오무라, 미미노, "초저온 냉각 HEMT 증폭기", 전자 정보 통신 학회 기술 연구 보고(전자 디바이스), ED88-122, Jan. 1989.
[비 특허 문헌 2] T. Nojima, S. Narahashi, T. Mimura, K. satoh, Y. Suzuki, "2-GHz band cryogenic receiver front end for mobile communication base station systems", IEICE Transactions on Communications, vol. E83-B, no. 9, pp. 1834-1843, Aug. 2000.
[비 특허 문헌 3] M. W. Pospieszalski, S. Weinreb, R. D. Norrod, and R. Harris, "FET's and HEMT's at cryogenic temperatures-their properties and use in low-noise amplifiers-", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 36, no. 3, pp. 552-560, March 1988.
[비 특허 문헌 4] K. H. G. Duh, M. W. Pospieszalski, W. F. Kopp, A. A. Jabra, P-C Chao, P. M. Smith, L. F. Lester, J. M. Ballingall, and S. Weinreb, "Ultra-low-noise cryogenic high-electron-mobility transistors", IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 35, no. 3, pp. 249-256, March 1988.
[비 특허 문헌 5] 미무라, 나라하시, 노지마, "이동 통신 수신용 2GHz대 극저온 3단 증폭기", 1999년 전자 정보 통신 학회 종합 대회, B-5-31, March 1999.
[비 특허 문헌 6] T. Kikkawa, and K. Joshin, "High power GaN-HEMT for wireless base station applications", IEICE Transactions on Electron, Vol. E89-C, no. 5, pp. 608-615, May 2006.
종래의 극저온 수신 증폭기는 선형성과 저잡음 지수를 유지하기 위하여 A급 바이어스에서 사용되었었다. 또한, 10dBm 내지 20dBm 정도의 낮은 포화 출력의 트랜지스터를 사용하고 있으므로 충분히 높은 전력 부가 효율을 얻을 수 없었다. 더욱이, 1W 이상의 높은 포화 출력을 달성하려면 3단 이상의 단수가 필요하였다. 그리고, 다단의 극저온 수신 증폭기의 저소비 전력화를 위하여 둘째단 이후의 FET의 바이어스 전압을 AB급 또는 B급으로 설정하면 극저온 수신 증폭기의 종합 선형성이 열화되는 과제도 있었다. 선형성과 전력 부가 효율은 트레이드 오프의 관계에 있으므로 종래의 A급 바이어스 전압 설정의 FET를 사용한 극저온 수신 증폭기 구성으로는 포화 출력 1W 이상 및 전력 부가 효율 50%(A급 바이어스에서의 이론 최대값) 이상을 달성할 수 없었다.
본 발명은 포화 출력 1W 이상 및 전력 부가 효율 50% 이상을 달성할 수 있는 저온 수신 증폭기 및 증폭 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 저온 수신 증폭기는 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터를 극저온의 환경에서 증폭 소자로서 사용한다. 그리고, 증폭 소자의 게이트와 입력 단자의 외부와의 임피던스 정합을 행하는 입력 정합 회로와, 증폭 소자의 게이트에 직류 전압을 인가하는 게이트 바이어스 회로와, 증폭 소자의 드레인과 출력 단자의 외부와의 임피던스 정합을 행하는 출력 정합 회로와, 증폭 소자의 드레인에 직류 전압을 인가하는 드레인 바이어스 회로를 구비한다. 게이트 바이어스 회로는 극저온에서의 게이트 저항에 기초하여 설계되어 있는 저항 분압 회로를 갖도록 할 수 있다.
또한, 갈륨 비소 고 전자 이동도 트랜지스터를 극저온의 환경에서 증폭 소자로서 사용한 저온 수신 증폭기로 첫단으로 하고, 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터를 극저온의 환경에서 증폭 소자로서 사용한 저온 수신 증폭기를 둘째단으로 함으로써 2단의 저온 수신 증폭기를 구성할 수도 있다.
또한, 바람직하게는, 본 발명의 저온 수신 증폭기를 150K 이하로 냉각한다.
또한, 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터에 질화 갈륨의 밴드갭에 해당하는 파장의 광 성분을 적어도 포함하는 광을 조사하는 광 조사 수단을 구비하도록 할 수도 있다. 이러한 광 조사 수단에 의해 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터에 질화 갈륨의 밴드갭에 해당하는 파장의 광, 또는 가시 스펙트럼의 청색 영역에 해당하는 파장의 광(청색광), 또는 청색광을 포함하는 광을 조사하고, 저온 환경 하에서 발생하는 전류 붕괴 현상(Current Collapse Environment)에 의한 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터의 드레인-소스간 전류의 감소를 개선할 수 있다. 또한, 광 조사 수단은 청색 발광 다이오드로 할 수 있다.
그리고 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터의 드레인-소스간 전류를 적분하는 적분기와, 이 적분기의 출력과 기준 전류값과의 차를 구하는 비교기와, 이 비교기의 출력을 0으로 하도록 청색 발광 다이오드의 순방향 전류를 제어하는 제어기를 포함하는 구성으로 할 수도 있다. 저온 환경하에서 드레인-소스간 전류는 장시간에 걸쳐 완만하게 증감하므로 드레인-소스간 전류를 모니터하여 청색 발광 다이오드의 순방향 전류를 제어하여 광의 조사를 행하도록 한다.
본 발명에서는 마이크로파 트랜지스터로서 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터(GaN HEMT)를 사용하고 있다. GaN HEMT는 높은 드레인 전압(50V 이상)에서 동작할 수 있으므로, 출력 정합 회로를 비교적 고 임피던스로 구성할 수 있는 이점이 있다. 또한, GaN HEMT의 포화 출력은 수W 이상이며, 선형성과 전력 부가 효율도 뛰어나다. 더욱이, 극저온 환경에서의 게이트 저항에 정합하는 게이트 바이어스 회로에 의해 고이득의 GaN HEMT를 안정적으로 동작시킬 수 있다. 따라서, 선형성을 유지하면서 포화 출력 1W 이상 및 전력 부가 효율 50% 이상을 실현할 수 있다.
또한, GaAs HEMT를 첫단에 사용하고, GaN HEMT를 둘째단에 사용함으로써 2단 구성의 저온 수신 증폭기에서도 낮은 잡음 지수, 높은 포화 출력, 높은 전력 부가 효율을 실현할 수 있다.
또한, 150K 이하로 냉각함으로써 저온 수신 증폭기의 입출력 전력과 관계 없이 그 양호한 이득과 전력 부가 효율을 얻을 수 있다.
더욱이, 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터에 광을 조사함으로써 전류 붕괴 현상에 의한 드레인-소스간 전류의 증감을 개선하고, 또한 청색 발광 다이오드의 순방향 전류를 제어함으로써 드레인-소스간 전류의 안정을 도모할 수 있고, 저온 환경하에서도 안정된 증폭 특성을 얻을 수 있다.
[제1 실시 형태]
도 1에 본 발명의 제1 실시 형태의 저온 수신 증폭기(100)의 구성을 도시하였다. 증폭 소자로서 GaN HEMT(110)를 사용한다. 그리고, GaN HEMT(110)의 게이트와 저온 수신 증폭기(100)의 입력 단자(T1)에 접속되는 외부 장치간 임피던스 정합을 행하는 입력 정합 회로(120)와, GaN HEMT(110)의 게이트에 직류 전압을 인가하는 게이트 바이어스 회로(130)와, GaN HEMT(110)의 드레인과 저온 수신 증폭기(100)의 출력 단자(T2)에 접속되는 외부 장치간 임피던스 정합을 행하는 출력 정합 회로(140)와, GaN HEMT(110)의 드레인에 직류 전압을 인가하는 드레인 바이어스 회로(150)를 구비하고 있다.
입력 정합 회로(120)와 출력 정합 회로(140)의 설계 주파수는 예컨대 2GHz이 다. 입력 정합 회로(120)와 출력 정합 회로(140)는 각각 선단 개방 스터브를 갖는 선로로 구성되며, 이들의 스터브 길이가 동작 주파수에 적응하도록 조정되어 있다.
도 2에 도시한 게이트 바이어스 회로(130)는 발진 방지 회로(131)와 저항 분압 회로(132)를 구비하고 있다. 저항 분압 회로(132)는 직류 전원(160)의 전압을 GaN HEMT(110)의 게이트 전압으로 분압하고 있다. 분압비는 저항(R3)과 발진 방지 회로(131)를 포함시킨 게이트측 저항에 의한 직렬 저항값과 저항(R2)으로 구성되는 병렬 저항값과 저항(R1)과의 비이다.
드레인 바이어스 회로(150)는, 도 2에 도시한 발진 방지 회로(131)와 저항 분압 회로(132)와 동일하게 구성된 발진 방지 회로(151)와 급전 회로(152)를 구비하고 있다. 급전 회로(152)는 GaN HEMT(110)의 드레인에 직류 전원(170)으로부터 공급되는 직류 전압을 인가한다.
입력 정합 회로(120) 측에서 본 GaN HEMT(110)의 게이트 저항은 상온시의 100옴 정도에서, 예컨대 60K정도의 극저온시에는 10옴 정도로 감소한다. 또한, GaN HEMT(110)의 상호 컨덕턴스(gm)는 극저온시에는 상온시보다 증가한다. 따라서, 상온에서의 100옴의 게이트 저항을 전제로 하여 저온 수신 증폭기(100)를 설계하면 GaN HEMT(110)의 드레인 전류를 제어할 수 없다. 제1 실시 형태의 저온 수신 증폭기(100)는 10옴의 게이트 저항을 전제로 하여 설계하였다.
도 3은 제1 실시 형태의 저온 수신 증폭기(100)를 극저온 환경에서 동작시키는 장치의 구성을 도시하고 있다. 저온 수신 증폭기(100)는, 진공 유지 용기(910) 내의 냉각 스테이지(920) 상에 설치된다. 진공 유지 용기(910)의 내부에서는 항상 진공 펌프에 의해 흡인됨으로써 소정의 진공도가 유지되고 있다. 또한, 냉각 장치(930)는 진공 유지 용기(910)의 내부를 극저온으로 유지하고 있다. 냉각 온도는 후술하는 바와 같이 150K 이하로 하는 것이 적합하다. 또한, 이하에 개시한 실험에서는 도 3에 도시한 장치를 사용하였다.
도 4에 300K와 60K에서의 저온 수신 증폭기(100)의 정특성을 도시하였다. 이 실험에서는 게이트 전압을 일정하게 하고, 드레인 전압(Vd)을 50V까지 인가하고, 드레인 전류(Id)를 측정하고, 60K에서의 결과를 실선으로, 300K에서의 결과를 파선으로 도시하였다. 도 4로부터 명백한 바와 같이, 60K에서의 정특성은 드레인 전압의 증가에 따라 드레인 전류가 증대하고 있다. 이에 대하여 300K에서의 정특성에서는 드레인 전압이 증가하여도 드레인 전류는 증가하지 않으며, 전형적인 트랜지스터의 정특성을 나타내고 있다. 도 4에 도시한 실험 결과로부터 냉각에 의해 GaN HEMT(110)의 상호 컨덕턴스(gm)가 증대하고 있음을 알 수 있다.
도 5에 하나의 반송파의 경우의 저온 수신 증폭기(100)의 입출력 특성을 도시하였다. 측정 주파수는 2GHz이다. GaN HEMT(110)의 드레인 전압(Vd)과 드레인 전류(Id)는 각각 50V와 50mA로 하였다. 이는 300K에서의 AB급 바이어스 점이다. 300K와 60K의 경우를 비교하면, 냉각함으로써 저온 수신 증폭기(100)의 이득은 최대 3dB 향상되었다. 포화 출력은 300K의 경우에도 60K의 경우에도 35dBm이다. 냉각에 의해 이득이 확대되는 것은, 도 4에 도시한 바와 같이, 상호 컨덕턴스(gm)가 냉각에 의해 증가하기 때문이다.
도 6에 하나의 반송파의 경우의 저온 수신 증폭기(100)의 전력 부가 효율 특 성을 도시하였다. 측정 주파수는 2GHz이다. 냉각에 의해 최대 전력 부가 효율이 5% 향상하였다. 또한, 최대 전력 부가 효율은 62%이며, 종래의 FET를 냉각한 다단형 증폭기의 전력 부가 효율(15% 정도)의 4배 이상의 비약적으로 높은 최대 전력 부가 효율을 달성하였다. 냉각함으로써 디바이스 내의 손실을 저감할 수 있고, 전력 부가 효율이 개선된 것으로 생각된다. GaN HEMT는 고내압 트랜지스터이며, 높은 전력 부가 효율을 얻을 수 있는 트랜지스터인데, 냉각하여도 상온과 동일하게 높은 전력 부가 효율을 얻을 수 있음이 확인되었다.
도 7에 저온 수신 증폭기(100)의 상호 변조 왜곡 특성을 도시하였다. 측정에서는 중심 주파수 2GHz, 주파수 간격 100kHz의 등진폭의 2개의 반송파를 이용하였다. 60K에서의 출력 인터셉트 포인트는 36dBm이다. 냉각함으로써 300K에서의 출력 인터셉트 포인트를 2dB 개선하였다. 냉각에 의한 출력 인터셉트 포인트의 향상은 이득의 확대와 3차 상호 변조 왜곡 성분의 저감에 의한 것으로 생각된다.
도 8에 저온 수신 증폭기(100)의 1파 당 3차 상호 변조 왜곡 성분 대 주파의 비(IM3/S)와 1파 당 5차 상변조 왜곡 성분 대 주파의 비(IM5/S)를 도시하였다. 냉각함으로써 IM3/S는 최대 5dB, IM5/S는 최대 20dB 향상하였다. 특히, IM5/S에서의 냉각에 의한 향상 효과는 현저하다. 상호 변조 왜곡 특성이 개선되는 이유에는 냉각에 의한 상호 컨덕턴스(gm)의 증대와 디바이스 내부의 저손실화를 생각할 수 있다.
도 9에 저온 수신 증폭기(100)의 잡음 지수 특성을 도시하였다. 본 실험에서는, 도 3에 있어서 저온 수신 증폭기(100)의 입력과 출력의 양방에 1dB의 손실을 갖는 케이블을 접속하고, 케이블 채 진공 유지 용기(910) 내부에 격납하고, 잡음 지수 측정기에 의해 잡음 지수 특성을 측정하였다. 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 2GHz에서는 300K의 경우와 60K의 경우에서 잡음 지수는 대략 동일하다. 이 실험에 사용한 저온 수신 증폭기(100)는 입력 정합 회로와 출력 정합 회로가 2GHz로 설계되어 있다. 그러나, 반드시 잡음 지수를 최소화하는 설계가 아니므로, 냉각에 의한 잡음 지수의 개선 효과는 보이지 않았다. 또한, 이득은 60K로 냉각함으로써 300K의 경우보다 5dB 내지 6dB 정도 개선하였다. 입력 정합 회로(120)와 출력 정합 회로(140)의 설계 주파수가 2GHz이므로, 이득의 최대값은 2GHz에서 얻어진다. 또한, 2.2GHz 이상에서 이득이 0dB 이하로 되는 것은 입력 정합 회로(120)와 출력 정합 회로(140)의 설계에 따른다.
제1 실시 형태의 저온 수신 증폭기(100)는, 전술한 바와 같이, 높은 상호 컨덕턴스(gm)에 의해 이득이 최대 3dB, 최대 전력 부가 효율이 5%, 출력 인터셉트 포인트가 2dB, IM3/S가 최대 5dB, IM5/S가 최대 20dB 향상하였다. 특히, 최대 전력 부가 효율은 62%이며, 종래의 FET를 냉각한 다단형 증폭기의 전력 부가 효율(15% 정도)의 4배 이상의 비약적으로 높은 최대 전력 부가 효율을 달성하였다. GaN HEMT의 포화 출력은 수W 이상이므로, 제1 실시 형태의 저온 수신 증폭기(100)에 따르면, 선형성을 유지하면서 포화 출력 1W 이상 및 전력 부가 효율 50% 이상을 실현할 수 있다.
[저온 수신 증폭기의 온도 의존 특성]
다음, GaN HEMT(110)의 저온 환경에서의 동작에 대하여 온도 의존 특성을 명 백하게 하기 위하여, 도 3에 도시한 냉각 장치(930)의 온도 설정값을 변경함으로써 저온 수신 증폭기(100)의 입출력 특성을 측정하였다. 이 측정에서는 반송파를 2GHz의 1파로 하고, 저온 수신 증폭기(100)의 입력 전력을 0dBm, 5dBm, 10dBm으로 하였다. 또한, GaN HEMT(110)의 드레인 바이어스 전압을 50V, 드레인 전류를 50mA로 하도록 드레인 바이어스 회로(150)와 게이트 바이어스 회로(130)를 각각 설정하였다. 도 10에 저온 수신 증폭기(100)의 이득의 온도 의존 특성을 도시하였다. 300K부터 150K까지는 1차의 경사(대략 1.5dB/100K의 비율임.)에서 이득이 증가하고 있다. 150K부터 50K까지는 냉각에 의한 이득 향상 효과가 거의 보이지 않는다. 이로부터, 냉각에 의한 상호 컨덕턴스(gm)의 증대는 150K까지이다.
도 11에 저온 수신 증폭기(100)의 전력 부가 효율의 온도 의존 특성을 도시하였다. 300K부터 150K까지는 저온 수신 증폭기(100)의 전력 부가 효율은 냉각함에 따라 향상하고 있다. 예컨대, 입력 전력 10dBm일 때, 300K에서의 전력 부가 효율은 40%인데, 150K에서의 전력 부가 효율은 52%이며, 냉각에 의해 12% 향상하였다. 150K부터 50K까지는 냉각에 의한 전력 부가 효율의 향상 효과가 그다지 보이지 않는다. 예컨대, GaN HEMT(110)의 냉각 온도가 150K에서의 전력 부가 효율은 냉각 온도 50K에서의 전력 부가 효율과 대략 동일하다. 또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 입력 전력이 저하하면 전력 부가 효율의 향상의 정도는 저하하지만, 냉각에 의한 전력 부가 효율의 향상 효과를 인정할 수 있다.
도 12에 저온 수신 증폭기(100)의 포화 출력 전력의 온도 의존 특성을 도시하였다. 측정 결과로부터, 포화 출력 전력은 34.0dBm 내지 34.3dBm의 범위이며, 냉각에 의해서도 포화 출력 전력은 증가하지 않았다. 이는 포화 출력 전력은 GaN HEMT(110)의 온도에 의존하지 않는 구조의 파라미터(핑거 길이 등)에 의하기 때문이다.
도 13에 저온 수신 증폭기(100)의 잡음 지수의 온도 의존 특성을 도시하였다. 이는 도 9에 도시한 측정 결과와 관련된 측정 결과인데, 냉각에 의한 잡음 지수의 향상 효과는 보이지 않았다. 일반적으로는 저잡음 HEMT 또는 FET에서는 냉각함으로써 이득과 잡음 지수가 향상되는 것이 알려져 있으나, 이번 실험에서 잡음 지수가 향상하지 않는 이유로는 잡음 지수를 최적화하는 정합 회로 설계를 행하지 않은 것과, 포화 출력 전력 4W급의 고출력 GaN HEMT(110)를 사용한 것에 따른 열 잡음이 한 요인인 것으로 생각된다.
도 10 내지 도 13의 각 도면에 도시한 실험 결과로부터, 냉각에 의한 저온 수신 증폭기(100)의 제특성(이득과 전력 부가 효율)의 향상에 충분한 온도 범위는 입출력 전력과 관계 없이 150K 이하인 것으로 인정된다. 150K보다 낮게 냉각하여도 이득과 전력 부가 효율에 대한 현저한 향상 효과는 보이지 않는다. 바꾸어 말하면, GaN HEMT(110)를 150K 이하로 냉각한 환경하에서 증폭 소자로서 사용함으로써 저온 수신 증폭기(100)의 입출력 전력과 관계 없이 그 양호한 이득과 전력 부가 효율을 얻을 수 있다.
일반적으로 알려져 있는 고온 초전도 재료의 임계 온도가 약 77K인 것을 감안하면, 초전도 효과를 발휘하는 고온 초전도 재료의 냉각 온도(대략 77K 이하)를 달성하는 냉각 장치를 개조하지 않고 사용함으로써 GaN HEMT(110)를 사용한 저온 수신 증폭기(100)의 냉각 온도 150K 이하를 실현할 수 있다. 즉, 예컨대 동일한 냉각 스테이지(920)(도 3 참조)에 저온 수신 증폭기(100)를 탑재함으로써 저온 수신 증폭기(100)를 고온 초전도 재료를 사용한 마이크로파 회로(예컨대 도 14에 도시한 초전도 필터(950))와 함께 냉각할 수 있다.
물론, 저온 수신 증폭기(100) 및 고온 초전도 재료를 이용한 초전도 필터(950)로 구성되는 수신 프런트 엔드에서는 진공 유지 용기(910) 내의 냉각 스테이지(920)를 초전도 필터(950)와 저온 수신 증폭기(100)에서 별개의 것으로 할 수도 있다. 이는, 고온 초전도 재료의 임계 온도(대략 77K)와 저온 수신 증폭기(100)의 상한 냉각 온도 150K의 온도차에 착안한 진공 유지 용기(910)의 구성이다. 동일한 진공 유지 용기(910) 내에 초전도 필터(950)와 저온 수신 증폭기(100)를 설치하는 경우, 일례로서 도 14에 도시한 바와 같이, 냉각 능력이 높은 냉각 스테이지(922)에 초전도 필터(950)를 설치하고, 냉각 능력이 낮은 냉각 스테이지(921)에 저온 수신 증폭기(100)를 설치한다. 이 구성은 냉각 장치(930)의 냉각 능력에 한계가 있는 경우 등에 유효하다. 또한, 진공 유지 용기(910) 전체를 고온 초전도 재료의 임계 온도 이하로 냉각할 필요가 없으므로, 냉각 장치(930)의 냉각 능력을 삭감하고, 진공 유지 용기(910) 전체의 소형화가 가능하다.
[제2 실시 형태]
도 15에 본 발명의 저온 수신 증폭기(100)를 둘째단에 사용한 2단 수신 증폭기의 구성을 도시하였다. 첫단에는 잡음 지수가 낮은 GaAs HEMT(210)를 사용한 저온 수신 증폭기(200)를 사용한다. 첫째단의 저온 수신 증폭기(200)는, 예컨대, 도 14에서의 진공 유지 용기(910) 내의 냉각 스테이지(921) 상에 설치되고, 초전도 필터(950)와 둘째단의 저음 수신 증폭기(100) 사이에 직렬로 접속된다. 상기 비 특허 문헌 5에 개시한 바와 같이, 첫단의 GaAs HEMT(210)는, 예컨대 잡음 지수 0.3dB, 이득 10dB라는 특성을 가지고 있다. 예컨대, 둘째단의 GaN HEMT(110)의 특성을 잡음 지수 2dB, 이득 26dB로 설계하면, 도 15의 구성에서의 잡음 지수는 약 0.53dB가 된다. 상기 비 특허 문헌 5의 3단 극저온 수신기와 비교하여 단수를 경감하면서 잡음 지수 0.53dB에서 포화 출력을 1W 이상 및 전력 부가 효율 62%를 달성할 수 있다.
즉, GaAs FET를 둘째단와 셋째단에 사용하는 종래의 방법보다 GaN HEMT를 둘째단으로서 사용하는 방법에 의해 전력 부가 효율을 비약적으로 개선할 수 있다.
[제3 실시 형태]
제3 실시 형태는 저온 환경하에서 발생하는 전류 붕괴 현상에 의한 GaN HEMT(110)의 드레인-소스간 전류의 감소를 개선한다. 저온 환경에서의 전류 붕괴 현상에서는 전자 여기 상태가 동결한 상태로부터 시간과 함께 전자 여기수가 증가한다. 따라서, 게이트 바이어스 전압을 설정하여도 드레인 전류가 완만하게 증감하는 현상이 발생한다.
그런데, 일반적으로 반도체 상에 광을 조사함으로써 그 특성이 변화하는 것이 알려져 있다. 이는, 반도체 내에 광 에너지가 주입됨으로써 전자 여기가 활발해지기 때문이다. 주입되는 광 에너지는 반도체의 밴드갭과 주입하는 광의 파장과 관계되어 있다. 지금까지 GaN HEMT(110)에 대하여 유효한 광의 파장은 밝혀지지 않았다.
제3 실시 형태에서는 GaN HEMT(110)에 대하여 유효한 광의 파장을 명백하게 한다. 도 16에 GaN HEMT에 청색 LED(light emitting diode)(500)에 의한 광을 조사하는 실시예를 도시하였다. 청색 LED(500)는 GaN HEMT(110)의 상부에 설치된다. 예컨대, 저온 수신 증폭기(100)의 도시하지 않은 케이스 상부에 설치된다. 청색 LED(500)는 GaN HEMT(110)와 함께 저온 냉각된다.
LED의 발광 파장은 재료의 밴드갭에 의존하고 있다. 청색 LED(500)는 일반적으로 GaN을 사용하고 있으며 또한 GaN HEMT(110)도 GaN을 사용하므로 각각의 밴드갭은 큰 차가 없다고 생각된다. 따라서, 청색 LED(500)의 발광 파장은 GaN HEMT(110)의 전자 여기를 발생시키기에 충분하다고 사료된다. 이 점을 명백하게 하기 위하여, 도 2에 도시한 저온 수신 증폭기(100)를 이용하여 냉각 온도 60K에서 실험을 행하였다.
도 17에 300K에서의 LED 발광색 차에 따른 드레인-소스간 전류 특성을 도시하였다. 사용한 LED는 적, 황, 녹, 청색이며, 어두운 상자 내에 LED를 설치하고, GaN HEMT(110)에 LED에 의한 광을 조사하였다. 도면에서, 어두운 상태는 저온 수신 증폭기(100)의 케이스에 덮개를 덮어 차광한 상태이며 LED를 점등하지 않았다. 밝은 상태는 GaN HEMT(110)에 실내등을 조사한 상태이다. 어두운 상태 또는 적, 황, 녹 중 어느 하나의 LED를 점등한 경우에 비하여 청색 LED(500) 또는 실내등을 점등한 경우가 드레인-소스간 전류 특성은 양호하였다. 또한, 실내등을 점등한 경우에 청색 LED(500)를 점등시킨 경우와 대략 동일한 드레인-소스간 전류 특성을 나 타낸 이유로서, 실내등의 광(가시광선)이 청색 LED(500)가 발하는 광과 대략 동일한 파장을 포함하기 때문인 것으로 생각된다. 이하의 실험에서는 발광 수단으로서 청색 LED(500)를 사용하고 있으나, GaN의 밴드갭에 해당하는 파장의 광, 가시 스펙트럼의 청색 영역[파장으로 하면 약 430nm 내지 490nm 정도]의 광 또는 이 광을 포함하는 광을 발생할 수 있는 발광 수단이면 특별히 한정은 없다.
GaN HEMT(110)에의 광의 조사는 저온 수신 증폭기(100)에 구비된 발광 수단에 의해 이루어지는 것으로 하는데, 이 구성에 한정되지 않는다. 예컨대 저온 수신 증폭기(100)의 외부에 발광 수단을 설치하여, 이 발광 수단으로부터 발생한 광을 저온 수신 증폭기(100)에 설치한 광투과성을 갖는 창으로부터 유도함으로써 GaN HEMT(110)에의 광의 조사를 행한다. 이 구성에서는 창을 통하여 도입된 광, 바꾸어 말하면 GaN HEMT(110)에 직접 닿는 광이 GaN의 밴드갭에 해당하는 파장의 광, 가시 스펙트럼의 청색 영역[파장으로 하면 약 430nm 내지 490nm 정도]의 광 또는 이 광을 포함하는 광이면 된다.
도 18에 60K에서의 드레인-소스간 전류 특성을 도시하였다. 검정색 마커로 나타낸 광 조사 없음의 경우의 5개의 특성은 도 4에서의 실선으로 도시한 5개의 게이트 전압에 대한 특성과 동일하며, 흰색 마커로 나타낸 특성은 광 조사 있음의 경우의 특성을 나타낸다. 실험에서는 청색 LED(500)의 광 조사를 ON/OFF로 하였다. 드레인-소스간 전압이 40V 이하로 현저하던 전류 붕괴 현상이 청색 LED(500)의 광을 조사함으로써 개선되어 있다.
도 19에 상호 컨덕턴스(gm) 특성을 도시하였다. 드레인-소스간 전압이 20V 이하로서 청색 LED(500)의 광을 조사함으로써 상호 컨덕턴스(gm)가 개선되었다.
도 20에 냉각 온도 60K 및 측정 주파수 2GHz에서의 입출력 특성을 도시하였다. 저온 수신 증폭기(100)의 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 청색 LED(500)의 광을 조사함으로써 이득이 0.5dB 향상하였다. 또한, 출력 전력도 0.5dBm 향상하였다.
도 21에 전력 부가 효율 특성을 도시하였다. 청색 LED(500)의 광을 조사함으로써 최대 전력 부가 효율을 8% 개선하고 66%를 달성하였다. 이와 같이 저온 환경하에서 청색 LED(500)의 광을 GaN HEMT(110)에 조사함으로써 전력 부가 효율을 개선할 수 있음을 말할 수 있다.
이 제3 실시 형태에 의해, 저온 수신 증폭기(100)의 증폭 동작이 안정화됨과 아울러 수신 프런트 엔드의 동작도 안정화된다.
[온도 의존성]
도 22에 GaN HEMT(110)에 청색 LED(500)의 광이 조사된 저온 수신 증폭기(100)의 이득에 관한 온도 의존성을 도시하였다. 측정 조건은 저온 수신 증폭기(100)의 입력 전력을 0dBm, 5dBm, 10dBm으로 하였다. 또한, 청색 LED(500)의 순방향 전류는 10mA로 하였다. 냉각 온도 120K에서 각각의 이득은 최대가 되거나 포화하였다. 120K 이하에서의 이득 편차는 입력 전력 5dBm과 10dBm에서 각각 0.6dB와 0.3dB이다. 이에 대하여, 300K부터 120K에서의 이득 증가량은 입력 전력 5dBm과 10dBm에서 각각 2dB와 2.3dB이다. 이득의 온도 의존성 때문에, 청색 LED(500)를 사용한 저온 수신 증폭기(100)는 120K 이하로 냉각하는 것이 바람직하다. 또 한, 제1 실시 형태에서 청색 LED(500)를 사용하지 않는 저온 수신 증폭기(100)의 바람직한 냉각 온도는 150K 이하이었다. 이 냉각 온도의 차이는 냉각 환경하에서의 GaN HEMT(110)의 증폭 특성에 따른다.
도 23에 전력 부가 효율(PAE)에 관한 온도 의존성을 도시하였다. 냉각 온도 120K에서 포화하거나 최대값이 얻어졌다. 300K부터 120K에서의 PAE 개선량은 입력 전력 10dBm에서 10% 개선되었다. 이는 제1 실시 형태의 도 11에 도시한 결과와 동일하다.
도 22와 도 23으로부터 명백한 바와 같이, GaN HEMT(110)에 청색 LED(500)의 광이 조사된 저온 수신 증폭기(100)는 120K 이하로 냉각하면 이득 및 전력 부가 효율의 개선의 점에서 충분하다. 초전도 필터의 임계 온도가 일반적으로 77K이므로, 초전도 필터와 저온 수신 증폭기의 진공 용기 내 설치 위치(제2 실시 형태 참조)를 연구함으로써 균일하게 77K 이하로 냉각하는 경우에 비교하여 냉각 능력을 경감할 수 있다.
[제4 실시 형태]
도 24에, GaN HEMT(110)에 청색 LED(500)의 광을 조사한 경우의 저온 수신 증폭기(100)의 전류값 수렴 특성을 도시하였다. 실험 조건은 냉각 온도 60K, 측정 주파수 2GHz, 입력 전력 5.5dBm으로 하였다. 비교를 위하여 GaN HEMT(110)에 청색 LED(500)의 광을 조사하지 않는 경우의 측정 결과도 도시하였다. 청색 LED(500)의 광을 조사함으로써 조사 시간 1500초까지의 전류값 편이는 6%이다. 전류값 설정은 50mA이므로, 전류값 편이는 3mA이다. 이에 대하여 광을 조사하지 않으면 1500초에 서 전류값 편이는 42%, 전류값 편이는 21.4mA이다. 이와 같이 청색 LED(500)의 광을 조사함으로써 저온 수신 증폭기(100)의 전류값을 안정화할 수 있다. 이는 저온 수신 증폭기(100)의 동작점 안정화이며, 이득, 효율, 선형성의 안정화가 된다. 청색 LED(500)의 광을 조사하지 않는 경우에는 전류값이 안정될 때까지 저온 수신 증폭기(100)의 아이들 운전이 필요하다. 이 경우, 송신 출력의 변화에 의해 전류값이 불안정해진다. 또한, 전류값 안정화를 위하여 정전류 회로가 필요하다. 그러나, 청색 LED(500)의 광을 조사함으로써 전류값 안정화를 간이하게 고속으로 행할 수 있다.
도 25는 저온에서의 드레인-소스간 전류를 일정하게 유지하는 청색 LED 회로를 도 1의 장치에 설치한 증폭기의 일례를 도시한다. 회로(600)는 적분 회로(610)와, 비교기(620)와, 청색 LED 순방향 전류 제어 회로(630)로 구성된다. 적분 회로(610)는 드레인-소스간 전류를 모니터하고, 비교적 긴 적분 시간으로 모니터한 전류값을 적분한다. 비교적 긴 적분 시간을 사용하는 이유는 저온 환경하에서의 드레인-소스간 전류의 변화가 수분 단위에 걸친 완만한 변화에 따른다. 적분 회로(610)는 시정수가 긴 LC 필터 회로로 구성할 수 있다. LC 필터는 집중 상수 소자로 구성할 수 있다.
비교기(620)는 적분 회로(610)의 출력과 드레인-소스간 전류 기준값과의 차를 취한다. 적분 회로(610)의 출력이 드레인-소스간 전류 기준값에 일치해 있으면, 비교기(620)의 출력은 0이 된다. 비교기(620)는 연산 증폭기로 구성할 수도 있다. 또한 차동 회로로 구성할 수도 있다.
청색 LED 순방향 전류 제어 회로(630)는 전류 귀환형 증폭 회로로 구성할 수 있다. 또한, 청색 LED 순방향 전류 제어 회로(630)는 정전류 다이오드로 구성할 수도 있다. 비교기(620)의 출력은 전류 귀환형 증폭 회로를 구성하는 트랜지스터(680)의 베이스에 입력된다. 전류 귀환형 증폭 회로의 베이스 바이어스 전압은 2개의 저항(640, 650)에서 분압하여 주어진다. 이 베이스 바이어스 전압이 순방향 전류의 기준값을 결정한다. 비교기(620)는 적분 회로(610)의 출력과 드레인-소스간 전류 기준값과의 차를 출력하고, 완만한 시간 변동 성분으로 트랜지스터(680)의 베이스에서의 베이스 바이어스 전압을 조정한다. 이 때 순방향 전류도 변동하고, GaN HEMT(110)에 조사하는 청색 LED(500)의 광 강도가 변동한다. 이는 GaN HEMT(110)의 드레인-소스간 전류가 드레인-소스간 전류 기준값보다 적을 때에는 순방향 전류를 늘리고, GaN HEMT(110)의 드레인-소스간 전류가 많을 때에는 순방향 전류를 줄인다. 이 동작을 적분 회로(610)의 시정수에 의존하여 행함으로써 GaN HEMT(110)의 드레인-소스간 전류의 안정화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 저온 수신 증폭기의 구성을 도시한 도면.
도 2는 게이트 바이어스 회로의 일례를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 저온 수신 증폭기를 극저온 환경에서 동작시키는 장치의 구성을 도시한 도면.
도 4는 상온(300K)과 극저온(60K)에서의 저온 수신 증폭기(100)의 정특성을 도시한 도면.
도 5는 저온 수신 증폭기(100)의 입출력 특성을 도시한 도면.
도 6은 저온 수신 증폭기(100)의 전력 부가 효율 특성을 도시한 도면.
도 7은 저온 수신 증폭기(100)의 상호 변조 왜곡 특성을 도시한 도면.
도 8은 저온 수신 증폭기(100)의 1파 당 3차 상호 변조 왜곡 성분 대 주파의 비(IM3/S)와 1파 당 5차 상 변조 왜곡 성분 대 주파의 비(IM5/S)를 도시한 도면.
도 9는 저온 수신 증폭기(100)의 잡음 지수 특성을 도시한 도면.
도 10은 저온 수신 증폭기(100)의 이득에 관한 온도 의존 특성의 측정 결과를 도시한 도면.
도 11은 저온 수신 증폭기(100)의 전력 부가 효율에 관한 온도 의존 특성의 측정 결과를 도시한 도면.
도 12는 저온 수신 증폭기(100)의 포화 출력 전력에 관한 온도 의존 특성의 측정 결과를 도시한 도면.
도 13은 저온 수신 증폭기(100)의 잡음 지수에 관한 온도 의존 특성의 측정 결과를 도시한 도면.
도 14는 저온 수신 증폭기(100) 및 초전도 필터(950)를 이용한 수신 프런트 엔드의 구성을 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 저온 수신 증폭기(100)를 둘째단에 사용한 2단 수신 증폭기의 구성을 도시한 도면.
도 16은 GaN HEMT와 청색 LED를 사용한 저온 수신 증폭기의 실시예를 도시한 도면.
도 17은 LED의 차이에 따른 드레인-소스간 전류의 측정 결과를 도시한 도면.
도 18은 도 16에 도시한 저온 수신 증폭기의 정특성에 관한 측정 결과를 도시한 도면.
도 19는 도 16에 도시한 저온 수신 증폭기의 상호 컨덕턴스 특성에 관한 측정 결과를 도시한 도면.
도 20은 도 16에 도시한 저온 수신 증폭기의 입출력 특성에 관한 측정 결과를 도시한 도면.
도 21은 도 16에 도시한 저온 수신 증폭기의 전력 부가 효율 특성에 관한 측정 결과를 도시한 도면.
도 22는 도 16에 도시한 저온 수신 증폭기의 이득의 온도 의존성에 관한 측정 결과를 도시한 도면.
도 23은 도 16에 도시한 저온 수신 증폭기의 전력 부가 효율의 온도 의존성에 관한 측정 결과를 도시한 도면.
도 24는 도 16에 도시한 저온 수신 증폭기의 전류 안정화에 관한 측정 결과를 도시한 도면.
도 25는 도 16에 도시한 저온 수신 증폭기의 드레인-소스간 전류 안정화 회로의 일례를 도시한 도면.

Claims (12)

  1. 극저온의 환경에서 사용되는 저온 수신 증폭기로서,
    증폭 소자로서의 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터와,
    상기 증폭 소자의 게이트와 상기 저온 수신 증폭기의 입력 단자의 외부와의 임피던스 정합을 행하는 입력 정합 회로와,
    상기 증폭 소자의 게이트에 직류 전압을 인가하는 게이트 바이어스 회로와,
    상기 증폭 소자의 드레인과 상기 저온 수신 증폭기의 출력 단자의 외부와의 임피던스 정합을 행하는 출력 정합 회로와,
    상기 증폭 소자의 드레인에 직류 전압을 인가하는 드레인 바이어스 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 저온 수신 증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 바이어스 회로는 극저온에서의 게이트 저항에 기초하여 설계된 저항 분압 회로를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 저온 수신 증폭기.
  3. 갈륨 비소 고 전자 이동도 트랜지스터를 증폭 소자로서 포함하는 첫째단의 증폭기와, 상기 첫째단의 증폭기의 출력에 둘째단으로서 접속되며, 제 1 항의 저음 수신 증폭기를 포함하는 둘째단의 증폭기를 포함하는 저온 수신 증폭기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 150K 이하로 냉각된 것을 특징으로 하는 저온 수신 증폭기.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터에 질화 갈륨의 밴드갭에 해당하는 파장의 광 성분을 적어도 포함하는 광을 조사하는 광 조사 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 저온 수신 증폭기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 광 조사 수단은 청색 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 수신 증폭기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터의 드레인-소스 간 전류를 적분하는 적분기와,
    상기 적분기의 출력과 기준 전류값과의 차를 구하는 비교기와,
    상기 비교기의 출력을 0으로 하도록 상기 청색 발광 다이오드의 순방향 전류를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 수신 증폭기.
  8. 극저온의 환경에서 사용되는 저온 수신 증폭기의 증폭 방법으로서,
    상기 저온 수신 증폭기를 150K 이하로 냉각하는 단계와,
    질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터를 상기 저온 수신 증폭기의 증폭 소자로서 이용하여 입력 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것 을 특징으로 하는 저온 수신 증폭기의 증폭 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터에 질화 갈륨의 밴드갭에 해당하는 파장의 광 성분을 적어도 포함하는 광을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 수신 증폭기의 증폭 방법.
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터에 질화 갈륨의 밴드갭에 해당하는 파장의 광 성분을 적어도 포함하는 광을 조사하는 광 조사 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 저온 수신 증폭기.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 광 조사 수단은 청색 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 수신 증폭기.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 질화 갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터의 드레인-소스 간 전류를 적분하는 적분기와,
    상기 적분기의 출력과 기준 전류값과의 차를 구하는 비교기와,
    상기 비교기의 출력을 0으로 하도록 상기 청색 발광 다이오드의 순방향 전류를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 수신 증폭기.
KR1020080016199A 2007-02-23 2008-02-22 저온 수신 증폭기 및 증폭 방법 KR100962564B1 (ko)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2007-00043448 2007-02-23
JP2007043448 2007-02-23
JPJP-P-2007-00145589 2007-05-31
JP2007145589 2007-05-31
JP2007309239A JP5191221B2 (ja) 2007-02-23 2007-11-29 低温受信増幅器
JPJP-P-2007-00309239 2007-11-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080078595A true KR20080078595A (ko) 2008-08-27
KR100962564B1 KR100962564B1 (ko) 2010-06-11

Family

ID=39494439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080016199A KR100962564B1 (ko) 2007-02-23 2008-02-22 저온 수신 증폭기 및 증폭 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7795965B2 (ko)
EP (1) EP1962418B1 (ko)
KR (1) KR100962564B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101337209B1 (ko) * 2012-05-22 2013-12-06 알.에프 에이치아이씨 주식회사 전원순차 인가회로
KR20160048507A (ko) * 2014-10-24 2016-05-04 주식회사 피플웍스 GaN 파워 HEMT 전력 증폭기
RU209911U1 (ru) * 2021-11-29 2022-03-23 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Криогенный малошумящий СВЧ-усилитель

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8945001B2 (en) * 2008-10-31 2015-02-03 Tarun Mullick Miniature ingestible capsule
CN202721890U (zh) * 2009-02-13 2013-02-06 许廷格电子两合公司 用于等离子体供给装置的模块和等离子体供给装置
JP5267321B2 (ja) * 2009-05-18 2013-08-21 富士通株式会社 増幅器、送信装置および利得補償方法
FR2947972B1 (fr) * 2009-07-08 2011-07-29 Callisto France Amplificateur faible bruit pour communication radiofrequence par satellite
FR2965129B1 (fr) * 2010-09-20 2012-10-12 Callisto France Amplificateur faible bruit cryogenique
JP5541114B2 (ja) * 2010-11-25 2014-07-09 三菱電機株式会社 電力増幅器とそれを用いたｍｍｉｃ
JP5655654B2 (ja) * 2011-03-18 2015-01-21 富士通株式会社 増幅装置
JP5355648B2 (ja) 2011-09-22 2013-11-27 株式会社東芝 高周波増幅器
US9306514B2 (en) * 2014-05-28 2016-04-05 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Hybrid power amplifier comprising heterojunction bipolar transistors (HBTs) and complementary metal oxide semiconductor (CMOS) devices
FR3056042B1 (fr) * 2016-09-09 2019-11-08 Callisto France Chaine de reception radiofrequence redondante a refroidissement a temperature cryogenique
CN109728784A (zh) * 2017-10-30 2019-05-07 佛山芯珠微电子有限公司 一种可工作于50uA下的低功耗信号处理器前端IC设计改进方法
US11183978B2 (en) 2019-06-06 2021-11-23 International Business Machines Corporation Low-noise amplifier with quantized conduction channel

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3940706A (en) * 1974-05-13 1976-02-24 Communications Satellite Corporation (Comsat) Microwave transistor amplifier
EP0196374A1 (en) 1979-08-10 1986-10-08 Massachusetts Institute Of Technology Semiconductor embedded layer technology
US5010304A (en) * 1989-11-03 1991-04-23 General Electric Company Cryogenically-cooled radio-frequency power amplifier
US5373261A (en) * 1993-01-21 1994-12-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Direct optical injection locked fet oscillator
US5623233A (en) * 1993-11-10 1997-04-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Pulsed optically injection locked MESFET oscillator
US5821825A (en) * 1996-11-26 1998-10-13 Trw Inc. Optically controlled oscillator
ATE420492T1 (de) * 1996-12-03 2009-01-15 Raytheon Co Variable mikrowellen kalter oder heisser rauschquelle
US5945879A (en) * 1998-02-05 1999-08-31 The Regents Of The University Of California Series-connected microwave power amplifiers with voltage feedback and method of operation for the same
GB9901634D0 (en) 1999-01-27 1999-07-14 Secr Defence Microwave amplifiers
JP2003017948A (ja) 2001-07-05 2003-01-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電力増幅器
US7853235B2 (en) * 2004-02-11 2010-12-14 Qualcomm, Incorporated Field effect transistor amplifier with linearization
US7638817B2 (en) * 2004-04-26 2009-12-29 Sensor Electronic Technology, Inc. Device and method for managing radiation
US7236053B2 (en) 2004-12-31 2007-06-26 Cree, Inc. High efficiency switch-mode power amplifier
US7528649B2 (en) * 2007-09-07 2009-05-05 Raytheon Company Method for designing input circuitry for transistor power amplifier

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101337209B1 (ko) * 2012-05-22 2013-12-06 알.에프 에이치아이씨 주식회사 전원순차 인가회로
KR20160048507A (ko) * 2014-10-24 2016-05-04 주식회사 피플웍스 GaN 파워 HEMT 전력 증폭기
RU209911U1 (ru) * 2021-11-29 2022-03-23 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Криогенный малошумящий СВЧ-усилитель

Also Published As

Publication number Publication date
US7795965B2 (en) 2010-09-14
EP1962418A1 (en) 2008-08-27
KR100962564B1 (ko) 2010-06-11
US20080204149A1 (en) 2008-08-28
EP1962418B1 (en) 2011-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100962564B1 (ko) 저온 수신 증폭기 및 증폭 방법
JP5191221B2 (ja) 低温受信増幅器
US7728662B2 (en) Saturated power amplifier with selectable and variable output power levels
US6236266B1 (en) Bias circuit and bias supply method for a multistage power amplifier
US7259621B2 (en) Distortion compensating device and power amplifying device with distortion compensating function
US6433639B1 (en) High frequency power amplifier module and wireless communication system
US8314655B2 (en) RF power amplifier and RF power module using the same
Noh et al. A linear GaN high power amplifier MMIC for Ka-band satellite communications
KR20040022454A (ko) 선형 전력 증폭기용 바이어스 회로 및 바이어싱 방법
Giofré et al. A design approach for two stages GaN MMIC PAs with high efficiency and excellent linearity
EP1096668B1 (en) Power amplifier
Fukuda et al. A high power and highly efficient multi-band power amplifier for mobile terminals
Moriwaki et al. Comparing distortion and power characteristics of AlGaN/GaN HEMTs between SiC and GaN substrates
KR20170073459A (ko) 전력증폭장치 및 무선통신장치
Tessmann et al. W-band cascode amplifier modules for passive imaging applications
Lan et al. InGaP pHEMTs for 3.5 GHz W-CDMA applications
Suzuki et al. Experimental Investigation on RF Characteristics of Cryogenically-Cooled 3W-Class Receiver Amplifier Employing GaN HEMT with Blue Light LED for Mobile Base Stations
KR100370545B1 (ko) 고주파 선형 전력 증폭기의 대전력 방식 전치 왜곡 장치
Watanabe et al. A High-Efficiency 4.35-4.85 GHz Doherty Amplifier for Base Station Applications
Nam et al. Design and realization of driving amplifier MMIC circuit stages for KT IMT-2000 handset
Kobayayashi et al. A cool, sub-0.2 dB, ultra-low noise gallium nitride multi-octave MMIC LNA-PA with 2-watt output power
Chow et al. A 29dBm linear power amplifier module for IEEE 802.16 e (Wimax) and LTE applications using E-mode pHEMT technology
Yu et al. A Ku‐band three‐stage mmic low‐noise amplifier with superiorly low thermal‐sensitivity coefficients
Narahashi et al. 2-GHz band cryogenically-cooled GaN HEMT amplifier for mobile base station receivers
MATSUNAGA et al. Low distortion Ku-band power heterojunction FET amplifier utilizing an FET with grounded source and drain

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130524

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee