본 논문에서는 전력 증폭기 설계에 유용한 분포정수 임피던스 정합회로의 합성법을 제시하고, 이에 의하여 RF 전력 증폭기를 설계하였다. 분포정수 정합회로의 전달함수는 Chebyshev 근사에 의하여 유도되며, 주어진 구조의 회로 소자 값은 최소 삽입손실과 리플의 함수로 주어진다. 이의 응용 예로써 전력 트랜지스터를 로드 풀(load-pull) 데이터로 모델링한 다음, 정합회로 합성을 이용하여 200~900MHz의 대역에서 17dB의 이득 및 20W의 출력 전력에서 -43dBc 이하의 IM3을 갖는 전력 증폭기를 설계하였다. 제작된 증폭기는 주어진 대역에서 설계치에 근접하는 특성을 나타내어 전달함수에 의한 분포정수 정합회로의 합성이 RF 전력 증폭기의 설계에 유용하게 사용될 수 있음을 입증하였다.
본 논문에서는 전력 증폭기 설계에 유용한 분포정수 임피던스 정합회로의 합성법을 제시하고, 이에 의하여 RF 전력 증폭기를 설계하였다. 분포정수 정합회로의 전달함수는 Chebyshev 근사에 의하여 유도되며, 주어진 구조의 회로 소자 값은 최소 삽입손실과 리플의 함수로 주어진다. 이의 응용 예로써 전력 트랜지스터를 로드 풀(load-pull) 데이터로 모델링한 다음, 정합회로 합성을 이용하여 200~900MHz의 대역에서 17dB의 이득 및 20W의 출력 전력에서 -43dBc 이하의 IM3을 갖는 전력 증폭기를 설계하였다. 제작된 증폭기는 주어진 대역에서 설계치에 근접하는 특성을 나타내어 전달함수에 의한 분포정수 정합회로의 합성이 RF 전력 증폭기의 설계에 유용하게 사용될 수 있음을 입증하였다.
In this paper, the distributed network synthesis, which is useful to the design of wireless power amplifiers, is proposed, and a RF power amplifier is designed using the technique. The transfer function of distributed matching circuits is derived by Chebyshev approximation, and network element value...
In this paper, the distributed network synthesis, which is useful to the design of wireless power amplifiers, is proposed, and a RF power amplifier is designed using the technique. The transfer function of distributed matching circuits is derived by Chebyshev approximation, and network element values for a specified topology are given as a function of minimum insertion losses and ripples. As an example, after a power transistor is modeled by load-pull data, the synthesis for distributed matching networks is applied to a power amplifier design, which has the electrical performance of 17dB gain and less IM3 than -43dBc at the 20W output power between 800 to 900MHz frequency range. Experimental results from a fabricated amplifier are shown to approach the design performance in the operating frequency range. The design of impedance matching networks by the transfer function synthesis is a useful method for the design of RF power amplifiers.
In this paper, the distributed network synthesis, which is useful to the design of wireless power amplifiers, is proposed, and a RF power amplifier is designed using the technique. The transfer function of distributed matching circuits is derived by Chebyshev approximation, and network element values for a specified topology are given as a function of minimum insertion losses and ripples. As an example, after a power transistor is modeled by load-pull data, the synthesis for distributed matching networks is applied to a power amplifier design, which has the electrical performance of 17dB gain and less IM3 than -43dBc at the 20W output power between 800 to 900MHz frequency range. Experimental results from a fabricated amplifier are shown to approach the design performance in the operating frequency range. The design of impedance matching networks by the transfer function synthesis is a useful method for the design of RF power amplifiers.
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문제 정의
본 논문에서는 분포정수 정합회로 합성을 전력 증폭기 의 설계에 적용하는 방법을 제시하고, 이에 의하여 RF 전력 증폭기를 설계하였다. 분포정수 정합회로의 전달함수는 Chebyshev 근사로 합성하였으며, 정합회로의 소자값은 여러 값의 MIL과 리플에 대하여 계산하였다.
본 논문에서는 주어진 주파수 대역에서 요구되는 성능을 얻기 위하여 분포정수 정합회로의 합성을 既 전력 증 폭기의 설계에 적용하는 방법을 제시한다. 증폭기에 사용되는 임피던스 정합회로는 Chebyshev 근사로 합성하며, 분포 정수 소자값은 최소 삽입손실(MIL) 및 리플의 함수로 계산된다.
제안 방법
2절에서 합성된 임피던스 정합회로를 RF 전력 증폭기 에 적용하기 위하여 800-900MHz 대역에서 동작하는 전력 증폭기를 설계한다. 여기에 사용될 전력 트랜지스터는 Motorola사의 MRF9085이다.
그러나 전력 증폭기의 설계에 있어서 실제의 고차 정합회로는 저차 정합 회로에 비해 더 큰 전력 손실을 초래하므로, 전력 증폭기 에 사용되는 정합회로는 가능한 한 그 차수를 작게 유지하여야 한다. 본 논문에서는 증폭기와 안테나의 정합회로 에 적합한 n=q=2와 m=0의 차수를 선택하기로 하며 [3], [10], 이는 LDMOS FET를 사용하는 전력 증폭기 설계에 특히 유용하다.
여기서 MIL과 리플은 소자 모델의 이득-대역폭 제한(gain-bandwidth limitation)을 기준으로 적절한 정합 효율을 유지하기 위하여 조정된다. 분포 정수 정합 회 로의 합성과 전력 소자의 로드 풀 데이터에 에 의하여 RF 전력 증폭기를 설계하며, 이의 성능을 입증하기 위하여 실험을 수행한다.
분포정수 정합회로 합성을 전력 증폭기에 응용하기 위하여 800~900MHz의 주파수 대역에서 동작하는 전력 증폭기를 설계하였으며, 이의 측정 성능은 설계치에 근접하는 특성을 나타내었다. 이에 의하여 전달함수에 의한 분포정수 정합회로의 합성은 RF 전력 증폭기의 설계에 유용하게 사용될 수 있음을 입증하였다.
본 논문에서는 분포정수 정합회로 합성을 전력 증폭기 의 설계에 적용하는 방법을 제시하고, 이에 의하여 RF 전력 증폭기를 설계하였다. 분포정수 정합회로의 전달함수는 Chebyshev 근사로 합성하였으며, 정합회로의 소자값은 여러 값의 MIL과 리플에 대하여 계산하였다.
대상 데이터
2절에서 합성된 임피던스 정합회로를 RF 전력 증폭기 에 적용하기 위하여 800-900MHz 대역에서 동작하는 전력 증폭기를 설계한다. 여기에 사용될 전력 트랜지스터는 Motorola사의 MRF9085이다. 증폭기는 17dB의 소신 호 이득을 갖고, 20W의 평균 출력 전력 및 100kHz의 톤 간격(tone spacing)에서 -43dBc 이하의 3차 혼변조(IM3) 특성을 갖도록 설계된다.
성능/효과
분포정수 정합회로 합성을 전력 증폭기에 응용하기 위하여 800~900MHz의 주파수 대역에서 동작하는 전력 증폭기를 설계하였으며, 이의 측정 성능은 설계치에 근접하는 특성을 나타내었다. 이에 의하여 전달함수에 의한 분포정수 정합회로의 합성은 RF 전력 증폭기의 설계에 유용하게 사용될 수 있음을 입증하였다.
7dBc 이하로 측정되었다. 측정된 결과는 증폭기의 설계 성능에 근접하는 특성을 보임으로써, 전달함수에 의한 분포정수 정합회로 합성법은 전력 증폭기의 설계에 매우 효과적임을 알 수 있다.
구현된 증폭기의 소 신호 특성 및 IM3은 그림 6과 7에 주어진다. 측정된 전력 이득은 동작 주파수 대역에서 16.5±0.15dB이며, 최소 입출력 반사 손실은 각각 2.5 및 1.4dB이다. IM3은 위에 언급된 조건에서 -41.
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