RF 전력제한기용 실리콘 PIN 다이오드 패키지의 열적 거동 분석

Q: 이 논문에서 정의한 RF 전력제한기란 무엇인가?

레이다 및 안테나 수신부에서 의도치 않게 입력되는 강한 RF 신호로부터 수신부 회로를 보호하기 위한 장치다. 내부적으로 PIN 다이오드를 사용하여 입력 파워에 따라 가변 저항기로 동작함으로써 과도한 전력이 유입되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.

Q: RF 전력제한기의 입력 파워 증가가 PIN 다이오드의 파워 흡수 비율에 어떤 영향을 미치는가?

연구 결과, 입력 파워가 1 W에서 810 W로 증가함에 따라 PIN 다이오드에 흡수되는 파워의 비율은 35%에서 21.6%로 감소하는 것으로 나타났다. 이는 입력 전력 수준에 따라 다이오드의 전력 흡수 특성이 가변적으로 변화함을 의미한다.

백문철; 김예빛; 권봉준; 조성배; 정인용; 하재권

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저자정보: 백문철 (블루웨이브텔) 김예빛 (블루웨이브텔) 권봉준 (블루웨이브텔) 조성배 (블루웨이브텔) 정인용 (블루웨이브텔) 하재권 (블루웨이브텔)

저널정보: 한국물리학회 새물리 새물리 제73권 제6호

발행연도: 2023.6

수록면: 563 - 570 (8page)

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RF 전력제한기에 사용되는 실리콘 PIN 다이오드 패키지의 열적 거동에 대하여 분석하였다. PIN 다이오드는 실리콘 공정을 이용하여 제작하였으며, 250 V의 항복전압을 가지도록 설계하였다. RF 전력제한기 회로에 주파수 2.7 ㎓ 및 폭 200 ㎲의 펄스를 1-810 W(30-59 ㏈m)의 파워로 연속 입력하여 출력파워를 측정하였으며, 산란 매개변수(S-parameter) 행렬을 이용하여 출력, 반사 및 흡수되는 파워의 비율을 각각 구하였다. 다이오드에 흡수되는 파워의 비율은 입력 파워의 증가에 따라 35%에서 21.6%까지 미세하게 감소하였다. PIN 다이오드 패키지에서 발생하는 열과 온도변화를 간단한 모델을 설정하여 분석하고, 적외선 온도계를 이용하여 실제로 측정한 값과 비교하였다. 전력제한기의 다이오드 패키지에 흡수된 열과 그에 따른 온도는 RF 입력파워의 증가에 따라 거의 선형적으로 증가하였으며, 모델로 계산한 값과 실제 측정치는 오차범위 이내에서 서로 일치하였다. 펄스 입력에 의한 온도 프로파일을 얻기 위해 패키지 소재의 열 시간상수를 구하였으며, 이 값은 3.2 ㎳ 일 때 실제 측정치와 잘 일치한다.

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