이 논문은 저궤도(LEO) 위성통신(SATCOM)을 위한 저궤도 통신용 콤팩트하고 고도로 선형적인 Ku-밴드 SiGe 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT) 전력 증폭기(PA) 모듈을 제시한다. 출력단 설계를 위해, 캐스코드(cascode) 구조에 비해 우수한 선형성과 선형 전력 밀도를 제공하기 위해 촘촘히 패킹된 완전 차동(common emitter, CE) 토폴로지가 선택된다. 단일 공유 센터 탭(SSCT)을 갖는 새로운 4-웨이 변압기(TF) 발룬(balun)을 제안하며, 두 개의 차동 입력은 동일한 측에 배치되어 출력단으로의 신호 라우팅을 크게 단순화하고, 내재적으로 이중 공통(CM) 노드를 형성함으로써 선형성 향상을 도모한다. 본 논문에서는 PA의 대신호(large signal) 성능에 대한 2차 고조파 이미터 인덕턴스( )의 영향을 이론적으로 처음으로 규명한다. 이러한 불리한 영향을 플립칩(FC) 구성의 최적화된 Cu 필러(CuP) 범프 어레이 레이아웃으로 완화한다. 또한 제안된 SSCT TF 발룬과 CuP 범프 어레이의 이중 CM 노드를 활용하여, 새롭게 이중 탭(double-tapped) 2차 고조파 트랩을 제안한다. 이 새로운 IC-패키지 공동 설계는 온칩 인덕터 없이도 PA의 선형성을 향상시킨다. 0.13- m SiGe HBT BiCMOS에서 능동 면적 0.24 mm2를 갖는 PA 프로토타입을 제작하였다. 11.7 GHz에서 각각 피크 출력전력( )과 전력 부가 효율(PAE)이 24.2 dBm 및 32.8%에 도달하여, 임의의 Si 기반 Ku-밴드 PA 가운데 최고 전력 밀도를 보인다. 또한 PA는 선형 ( )이 각각 18.3/16.4 dBm이고 평균 PAE(PAEavg)가 17.8%/13.4%인 조건에서, 250-MHz 대역폭(BW)의 64/256 진폭 위상 편이 키잉(APSK) Direct Video Broadcasting-Second Generation Satellite Extension(DVB-S2X) 변조 신호에 대한 선형 증폭을 지원한다. PA 설계에 능동 소자-수동 네트워크-패키지의 통합을 반영함으로써, Ku 밴드에서 400-MHz DVB-S2X 256 APSK 신호를 성공적으로 지원하며, LEO SATCOM을 위한 저가형 고집적 송신 빔포머 IC(BFIC)에 적합할 것이다.
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