국문초록 무선에너지 전송을 위한 고효율 전력증폭기에 관한 연구 전자공학과 고 승 기 指 導 敎 授 서 철 헌 무선에너지 전송 전력증폭기의 효율을 향상시키기 위한 노력은 초기 통신시스템에서부터 현재에 이르기까지 다양한 형태로 발전해 왔다. 특히, 현재에 이르러는 Hand-set 중심의 개인형 단말기로의 변환이 가속되면서 그 중요성은 더욱 커졌다. 최근에 이르러는 다양한 서비스를 공급하기 위한 단말기의 다중 밴드화(WCDMA, Wibro 등)가 이루어지고 있어 단말기의 배터리 수명이 또 다른 논제가 되고 있음은 분명하다.[1-3] 전력 증폭기의 효율을 향상시키기 위한 방법으로는 ...
국문초록 무선에너지 전송을 위한 고효율 전력증폭기에 관한 연구 전자공학과 고 승 기 指 導 敎 授 서 철 헌 무선에너지 전송 전력증폭기의 효율을 향상시키기 위한 노력은 초기 통신시스템에서부터 현재에 이르기까지 다양한 형태로 발전해 왔다. 특히, 현재에 이르러는 Hand-set 중심의 개인형 단말기로의 변환이 가속되면서 그 중요성은 더욱 커졌다. 최근에 이르러는 다양한 서비스를 공급하기 위한 단말기의 다중 밴드화(WCDMA, Wibro 등)가 이루어지고 있어 단말기의 배터리 수명이 또 다른 논제가 되고 있음은 분명하다.[1-3] 전력 증폭기의 효율을 향상시키기 위한 방법으로는 도허티 구조를 이용하는 방법, Swithced Gain Stage 방식을 이용한 방법, 구동 바이어스를 조정하는 방법등이 있다. 위에서 나열한 효율 개선 방안들은 효율에 초점을 맞추어 설계를 했기 때문에 선형성은 상대적으로 나빠지게 된다. 현재에는 고주파에서도 높은 효율을 성취할 수 있는 대표적인 증폭기로 Class-E 와 Class-F 전력 증폭기에 대한 연구를 많이 하고 있다, Class-E의 경우, 회로는 간단한 반면 소자의 전력밀도가 낮기 때문에 최대 출력 전력이 Class-AB의 경우보다 1dB 정도 낮은 단점을 가지고 있다. 반면 Class-F 전력 증폭기의 경우에는 전력 밀도가 높고 외부 회로만으로 고조파 성분을 조절하여 효율을 높일 수 있기 때문에 쉽게 접근할 수 있으나, 모든 고조파 성분을 조절하는 회로를 만든다는 것은 실현 불가능하다는 단점이 존재한다.[6-10] 본 논문에서는 단일 FET와 13.56MHz 대역에서 무선에너지 전송 관련 고효율 Class-E Power Amplifier를 설계하였다. 13.56MHz에서 대역에서 전송선으로 매칭단을 구현하기가 어렵기 때문에 L과C를 가지고 매칭단을 구현하였다.
국문초록 무선에너지 전송을 위한 고효율 전력증폭기에 관한 연구 전자공학과 고 승 기 指 導 敎 授 서 철 헌 무선에너지 전송 전력증폭기의 효율을 향상시키기 위한 노력은 초기 통신시스템에서부터 현재에 이르기까지 다양한 형태로 발전해 왔다. 특히, 현재에 이르러는 Hand-set 중심의 개인형 단말기로의 변환이 가속되면서 그 중요성은 더욱 커졌다. 최근에 이르러는 다양한 서비스를 공급하기 위한 단말기의 다중 밴드화(WCDMA, Wibro 등)가 이루어지고 있어 단말기의 배터리 수명이 또 다른 논제가 되고 있음은 분명하다.[1-3] 전력 증폭기의 효율을 향상시키기 위한 방법으로는 도허티 구조를 이용하는 방법, Swithced Gain Stage 방식을 이용한 방법, 구동 바이어스를 조정하는 방법등이 있다. 위에서 나열한 효율 개선 방안들은 효율에 초점을 맞추어 설계를 했기 때문에 선형성은 상대적으로 나빠지게 된다. 현재에는 고주파에서도 높은 효율을 성취할 수 있는 대표적인 증폭기로 Class-E 와 Class-F 전력 증폭기에 대한 연구를 많이 하고 있다, Class-E의 경우, 회로는 간단한 반면 소자의 전력밀도가 낮기 때문에 최대 출력 전력이 Class-AB의 경우보다 1dB 정도 낮은 단점을 가지고 있다. 반면 Class-F 전력 증폭기의 경우에는 전력 밀도가 높고 외부 회로만으로 고조파 성분을 조절하여 효율을 높일 수 있기 때문에 쉽게 접근할 수 있으나, 모든 고조파 성분을 조절하는 회로를 만든다는 것은 실현 불가능하다는 단점이 존재한다.[6-10] 본 논문에서는 단일 FET와 13.56MHz 대역에서 무선에너지 전송 관련 고효율 Class-E Power Amplifier를 설계하였다. 13.56MHz에서 대역에서 전송선으로 매칭단을 구현하기가 어렵기 때문에 L과C를 가지고 매칭단을 구현하였다.
ABSTRACT Design of high efficiency power amplifer for wireless power transfer KO, SEUNG-KI Department of Electronics Eng. Graduate School Soongsil University The effort to maximize the efficiency of wireless power transfer power amplifier has been made from early communication system up to now in va...
ABSTRACT Design of high efficiency power amplifer for wireless power transfer KO, SEUNG-KI Department of Electronics Eng. Graduate School Soongsil University The effort to maximize the efficiency of wireless power transfer power amplifier has been made from early communication system up to now in various kinds of forms. Especially, now it has become more important in fast change to personal unit centered on hand-set. Recently becoming multi-band (WCDMA, Wibro etc...) of unit to give good service has been needed, so it is sure that the durability of unit battery is another issue.[1-3] There are many kinds of methods to improve the efficiency of power amplifier : Doherty amplifier has been improved PAE by only operating main amplifier at low input power level and both operating main amplifier and peaking amplifier at high input power level, switched gain stage has been improved PAE by operating each difference power amplifier according to input power level, adaptive bias controller has been improved PAE by controlling bias condition according to input power level. But these methods has been not good in the characteristics of linearity because these are designed focused on efficiency. Currently, class-E and class-F power amplifiers have received attention to improve efficiency because the high efficiency power amplifiers decrease power consumption and heat sink requirement in wireless communication systems. Class-E amplifier predicts 100% dranin efficiency for an ideal device but this approach is typically useful only at MHz range. At higher frequencies, the transistor cannot be regarded as ideal because of the parasitic capacitances and limited transconductance. In this case, class-E design could not achieve optimum PAE. The other side, high efficiency can be achieved in class-F operation by generating half-sinusoidal current and square-wave voltage waveforms. These waveforms can be realized by creating zero impedance at all even harmonics and infinite impedance at all odd harmonics. However, all harmonics contents cannot be controlled in a paractial design.[6-10] The metamaterials has the characteristics of broad band filter and this stop band filter has removed the harmonics of output signals[8]. In this paper, a single FET and the 13.56MHz band for wireless power transfer Class-E power amplifier is designed. Matching in transmission lines at 13.56MHz implemented because it is difficult to implement but were matched with L and C.
ABSTRACT Design of high efficiency power amplifer for wireless power transfer KO, SEUNG-KI Department of Electronics Eng. Graduate School Soongsil University The effort to maximize the efficiency of wireless power transfer power amplifier has been made from early communication system up to now in various kinds of forms. Especially, now it has become more important in fast change to personal unit centered on hand-set. Recently becoming multi-band (WCDMA, Wibro etc...) of unit to give good service has been needed, so it is sure that the durability of unit battery is another issue.[1-3] There are many kinds of methods to improve the efficiency of power amplifier : Doherty amplifier has been improved PAE by only operating main amplifier at low input power level and both operating main amplifier and peaking amplifier at high input power level, switched gain stage has been improved PAE by operating each difference power amplifier according to input power level, adaptive bias controller has been improved PAE by controlling bias condition according to input power level. But these methods has been not good in the characteristics of linearity because these are designed focused on efficiency. Currently, class-E and class-F power amplifiers have received attention to improve efficiency because the high efficiency power amplifiers decrease power consumption and heat sink requirement in wireless communication systems. Class-E amplifier predicts 100% dranin efficiency for an ideal device but this approach is typically useful only at MHz range. At higher frequencies, the transistor cannot be regarded as ideal because of the parasitic capacitances and limited transconductance. In this case, class-E design could not achieve optimum PAE. The other side, high efficiency can be achieved in class-F operation by generating half-sinusoidal current and square-wave voltage waveforms. These waveforms can be realized by creating zero impedance at all even harmonics and infinite impedance at all odd harmonics. However, all harmonics contents cannot be controlled in a paractial design.[6-10] The metamaterials has the characteristics of broad band filter and this stop band filter has removed the harmonics of output signals[8]. In this paper, a single FET and the 13.56MHz band for wireless power transfer Class-E power amplifier is designed. Matching in transmission lines at 13.56MHz implemented because it is difficult to implement but were matched with L and C.
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