그림 1: GaN-HEMT 장치의 단면도

Fujitsu는 오늘 W-대역(75-110GHz) 전송에 사용하기 위한 질화갈륨(GaN) 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT) 전력 증폭기의 개발을 발표했습니다.

이는 반경 수 킬로미터에 걸쳐 커버리지가 있는 고용량 무선 네트워크에서 사용할 수 있습니다. 광섬유 케이블을 포설하기 어려운 지역에서 초당 수 기가비트의 고속 무선 통신을 달성하기 위해 유망한 방법 중 하나는 넓은 주파수 대역을 사용하는 W 대역과 같은 고주파 대역을 사용하는 것입니다. 그러나 이러한 주파수에서 우수한 장거리 커버리지를 얻으려면 전력 증폭기의 출력 전력을 와트 단위로 증가시켜야 합니다. Fujitsu는 100GHz에서 고출력이 가능한 GaN-HEMT 기술을 사용하여 W-band 전송용 전력 증폭기 개발에 성공했습니다. 새로 개발된 파워앰프를 평가한 결과 기존보다 출력 성능이 1.8배 향상되어 고속 무선 네트워크에서 사용할 경우 전송 범위가 30% 이상 증가하는 것으로 확인되었습니다. 이 연구의 일부는 NICT(National Institute of Information and Communications Technology)의 "고탄성 광학 및 무선 무선 통신 시스템의 민첩한 배포 기능" 프로젝트의 일부로 수행되었습니다. 이 기술에 대한 자세한 내용은 1월 24일 텍사스주 오스틴에서 열리는 무선 및 무선 애플리케이션용 전력 증폭기(PAWR2016)에서 발표됩니다.

W 대역(75~110GHz)으로 알려진 주파수 대역을 사용하는 고주파 무선 통신은 많은 사람들이 모이는 특별한 행사를 처리하기 위해 고용량 통신 채널을 일시적으로 설정하는 방법으로 점점 더 관심을 끌고 있습니다. , 또는 재난에 대응하고 광섬유 케이블을 놓기 어려운 원격 지역에 통신을 제공하는 방법으로. 0.8~2.0GHz 대역의 주파수를 사용하는 오늘날의 휴대폰에 비해 W 대역은 50배 이상 넓은 50배 속도의 주파수 대역을 사용하므로 이러한 높은 주파수에 적합한 주파수 대역입니다. -용량 무선 통신.

수 킬로미터 거리에 걸쳐 무선 신호를 전송하기 위해서는 송신 안테나에 수 와트 정도의 고출력이 가능한 전력 증폭기가 필요하다. 갈륨 비소 또는 CMOS 반도체를 사용하여 제작된 기존 밀리미터파 대역(30-300GHz)의 고주파 전송용 전력 증폭기는 작동 전압에 의해 약 0.1W의 출력으로 제한되며, 이를 증가시킬 수 있습니다. GaN-HEMT 전력증폭기는 마이크로파 대역(3~30GHz)에서 높은 출력 성능을 달성했지만, 지금까지 문제는 W-band 대역에서 출력 성능이 떨어지는 것이었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 Fujitsu는 밀리미터 대역에서 출력을 높일 수 있는 고유한 구조의 GaN-HEMT 장치를 개발했습니다(그림 1). 이것은 인듐-알루미늄-갈륨-질화물(InAlGaN) 층과 이중층 실리콘 질화물(SiN) 패시베이션 필름을 사용하여 전류 밀도를 약 1.4배 증가시켜 1당 트랜지스터 출력 전력이 3.0W가 되도록 합니다. -mm의 게이트 폭, 100GHz의 고주파수에서. 이 트랜지스터를 개발하면서 Fujitsu는 디바이스 시뮬레이션 기술을 개발하기 위해 Tokyo Institute of Technology의 Yasuyuki Miyamoto 교수와 협력했습니다.

그림 2: 새로 개발된 W-대역 GaN-HEMT 전력 증폭기가 포함된 칩

Fujitsu는 독자적인 구조의 GaN-HEMT 장치를 사용하여 세계 최고의 W 대역 출력 성능을 가진 전력 증폭기 개발에 성공했습니다(그림 2). 높은 출력 성능을 갖춘 전력 증폭기를 성공적으로 설계하기 위해 Fujitsu는 고주파 작동 시 GaN-HEMT의 특성을 정밀하게 측정하고 모델링했습니다. 이를 기반으로 GaN-HEMT 쌍이 전력 손실이 적은 소형 고이득 장치로 그룹화되는 회로가 설계되었습니다. 이러한 장치의 전력을 최대화하기 위해 GaN-HEMT는 신호 라인과 장치 레이아웃이 신중하게 배치된 인터스테이지 회로에 의해 직렬로 연결되었습니다. 이러한 소형 고이득 장치 모델을 사용하여 Fujitsu는 시뮬레이션을 수행하여 장치 사이의 분배기 및 결합기 정합 회로와 레이아웃 및 신호 라인을 최적화하여 고진폭 전력 증폭기를 만들었습니다(그림 3). 프로토타입 전력 증폭기의 진폭은 입력에 80배를 곱하여 1.15W의 출력 전력을 생성했습니다. 전력증폭기 성능의 척도인 트랜지스터당 출력은 게이트 폭 1mm당 3.6W로 세계 최고였다.

새로 개발된 파워앰프는 기존 W밴드 파워앰프에 비해 파워앰프 출력이 1.8배 증가하여 세계 최고의 출력 성능을 달성했습니다(그림 4). 이는 초당 몇 기가비트의 속도로 무선 통신 범위 측면에서 30% 이상 향상되었음을 의미합니다.

후지쯔는 이 전력 증폭기 기술을 고용량 장거리 무선 통신에 적용하고, 특별 행사 시나 광섬유 연결 시 사용할 수 있는 고효율 임시 통신 인프라에 사용할 수 있는 고속 무선 통신 시스템을 구현할 계획이다. 재해 발생시 파손되었습니다.

그림 3: 사용된 소형 고이득 회로

그림 4: GaN-HEMT 전력 증폭기의 성능 지수

출처:phys

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