[논문]무선 LAN용 고효율 E급 증폭기 설계

박찬혁; 구경헌

무선 LAN용 고효율 E급 증폭기 설계
Design of a High Efficiency Class E Amplifier for Wireless LAN 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. TC, 통신, v.43 no.8 = no.350, 2006년, pp.91 - 96

초록
AI-Helper

스위칭모드로 동작하는 증폭기는 수 MHz 대역이상의 주파수에서 고효율의 특성을 가지고 있다고 알려져 있으며, 이러한 스위칭모드 증폭기 중 I급 증폭기는 이론적으로 스위칭 동작을 통해 100%의 효율을 얻을 수 있다. 본 논문에서는 회로 시뮬레이터를 이용한 하모닉 밸런스 해석을 통해 E급 증폭기를 설계하였다. 설계된 증폭기는 pHEMT 및 마이크로스트립선로로 구현하였으며, 제작된 E급 증폭기는 2.4GHz에서 출력전력이 17.6dBm일 때 66%의 전력부가효율을 가진다. 이 증폭기는 -3dBm의 입력 무선랜 신호를 인가하였을 때 출력스펙트럼 측정 결과가 무선랜 스펙트럼 마스크 표준규격을 만족한다. 즉, $P_{ldB}$의 출력스펙트럼은 요구 스펙트럼 마스크를 만족하지 못하며 9dB back off을 하였을 때 요구 스팩트럼을 만족하는 결과를 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

High efficiency switching mode circuits such as class I amplifiers have been well known in the MHz frequency range. The class E amplifier is a type of switching mode amplifier offering very high efficiency approaching 100%. In this paper, the class E amplifier has been designed by using the harmonic balance method of circuit simulator. The designed amplifier is realized by using pHEMT and microstrip line, shows 66% power added efficiency (PAE) at 2.4GHz with 17.6dBm output power. With -3dBm input power of wireless LAN, measured output spec01m can meet the required IEEE 802.11g standard spectrum mask. That means the required amplifier back off of 9dB from $P_{ldB}$ to satisfy the required wireless LAN spectrum mask.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 IEEE 802.11g 표준안에 근거한 54Mbps의 데이터 전송속도를 갖는 2.4GHz OFDM 무선 LAN 시스템을 모델링하였다. 최초 생성된 신호는 64-QAM 변조방식으로 mapping 되며 IFFT 처리후 guard interval과 wave shaping 단계를 거쳐 I/Q modulator에 인가되어 RF 송신부로 보내어진다.
본 논문에서는 무선 랜에 응용하기 위한 고효율, 저전압 동작 특성을 갖는 E 급 증폭기를 설계하고 출력스펙트럼 특성을 분석 제시하고자 하였다. 본 논문의 II장에서는 E급 전력증폭기의 기본적인 개념과 특징, in장과 IV장에서는 설계 및 시뮬레이션, 측정 결과에 대해 서술하고 마지막으로 결론을 V장에 기술하였다.

제안 방법

2.4GHz 무선 LAN 시스템에서 요구하는 출력스펙트럼 특성을 만족하는 증폭기 사양을 제시하기 위해, 시스템 시뮬레이터를 이용하여 OFD변조 부와부와 송신부를 구성하였다. 2.
그리고 2.4GHz의 X/4에 해당되는 마이크로 스트립 선로를 바이어스 회로에 적용함으로써 2.4GHz의 고조파 억압 특성을 개선하였다띠
본 논문에서 E급 전력증폭기를 마이크로스트립 선로로 구현하기 위해 식 (8) 을 이용하여 집중정수 소자로 설계한 회로의 직렬 인덕턴스는 고 임피던스의 직렬전송선로로 변환하고 병렬커패시턴 스는는 병렬 개방전송선로로 변환하여 입력 및 출력단 회로를 설계하였고 시뮬레이션을 통해 길이를 최적화하였다. 그리고 2.
본 논문에서는 E급 전력증폭기를 무선랜 주파수인 2.4GHz 대역에서 동작하도록, Agilent 사의 pH EMT를 사용하여 하이브리드 형태로 설계하였다. 그림 4에 설계한 E급 전력증폭기의 회로도를 제시하였다.
본 논문에서는 무선랜용 E급 전력증폭기를 pHEMT 및 마이크로스트립 선로를 사용하고 하모닉 밸런스 시뮬레이션을 이용하여 설계하였다. 제작된 E급 전력증폭기는 2.
11g 표준에서 규정하고 있다. 시뮬레이션에서는 2.4GHz OFDM 신호원을 표준안에 근거하여 구성하였으며, 그림 12에 무선 LAN 시스템의 요구 스펙트럼 마스크 규격을 나타내고 있다. 可
이상의 방법으로 설계된 증폭기를 회로설계 시뮬레이터에의 하모닉 밸런스 방법을 이용하여 E급 전력증폭기의 전력부가효율, 출력전력, 이득, 스위칭 파형을 시뮬레이션하여 그 특성을 분석하였다.

대상 데이터

설계된 전력증폭기는 유전율 3.48, 두께 1.016mm 인기 판을 이용하여 제작하였으며, 그림 7에 제작된 E급 증폭기의 사진을 제시하였다.

성능/효과

실제 측정 결과, -3dBm의 입력신호를 인가했을 때 요구 스펙트럼 마스크 특성을 만족하였으며 이를 그림 15에 출력 스펙트럼 측정 결과로 제시하였다. 이상의 결과에서 설계된 E급 증폭기는 队阳의 출력에서는 표준에서 요구하는 스펙트럼 마스크를 만족하지 못하며 상당한 크기의 백오프(back off)를 하여야만 스펙트럼 규격을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. 이는 스위칭 증폭기인 E 급 증폭기에서 선형성 개선을 위한 추가적인 연구가 필요함을 알 수 있다.
결과를 그림 8에 나타내었다. 입력전력이 낮을 때는 선형적 출력 특성을 가지며 동작하고 전력부가 효율은 입력전력에 따라 증가하여 출력 RdB지점인 17.6dBm에서는 66%의 고효율 특성을 보이는 스위칭 모드 증폭기로 동작하는 것을 확인할 수 있다.
6dB의 이득을 나타내었다. 전력증폭기의 출력 스펙트럼을 시뮬레이션 및 측정을 분석한 결과 PidB에서 최대 9dB 백 오프한 -3dBm 입력신호에서 IEEE 802.11g의 스펙트럼 마스크 규격을 만족시키는 것을 알 수 있었다. 또한 이 때의 출력스펙트럼은 상하측대파에서 최대 3dB의 좌우 비대칭성을 나타내었다.
이용하여 설계하였다. 제작된 E급 전력증폭기는 2.4GHz 중심주파수에서 출력전력이 17.6dBm일때 66%의 전력부가 효율 및 11.6dB의 이득을 나타내었다. 전력증폭기의 출력 스펙트럼을 시뮬레이션 및 측정을 분석한 결과 PidB에서 최대 9dB 백 오프한 -3dBm 입력신호에서 IEEE 802.
8V에서 입력 PldB 전력인 63Bn을 인가하였을 때, E급 전력증폭기의 드레인 전압4과 전류 Vds와 Ids의 시뮬레이션 된 출력 파형을 그림 5 에 나타내었다. 증폭기의 전압 파형과 전류 파형을 비교하여 보면 스위치에 최대 전압이 흐를 때 전류는 0 값에 가깝고 최대 전류가 흐를 때 전압이 0에 가까운 값을 가지고 있어 트랜지스터의 스위칭 동작을 확인할 수 있다. 그림 6은 Vds=1.

후속연구

출력스펙트럼 특성의 비대칭성은 3차 상호변조항의 비대칭 특성으로 설명되며 주파수 대역폭에 대해 영향을 받으며, 비선형성에 의해 나타나는 성분뿐만 아니라 주 신호와 f2-fl이 상호작용을 하여 나타난 성분이 더해져 비대칭성을 이루게 된다网9〕. 그림 15에서 나타난 상 측파대와 하측파대간의 3dB의 비대칭성을 개선할 수 있다면 스펙트럼 마스크 규격을 만족하는 입력신호의 레벨을 높이는 결과를 가져오며, 증폭기의 요구 백오프특성을 개선할 수 있을 것이다.
이상의 결과에서 설계된 E급 증폭기는 队阳의 출력에서는 표준에서 요구하는 스펙트럼 마스크를 만족하지 못하며 상당한 크기의 백오프(back off)를 하여야만 스펙트럼 규격을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. 이는 스위칭 증폭기인 E 급 증폭기에서 선형성 개선을 위한 추가적인 연구가 필요함을 알 수 있다.
또한 이 때의 출력스펙트럼은 상하측대파에서 최대 3dB의 좌우 비대칭성을 나타내었다. 향후 IMD3의 비대칭성을 개선하고 출력스펙트럼 특성을 개선하기 위한 선형성 개선에 관한 추가적인 연구를 진행할 계획이다.

참고문헌 (9)

F. H. Raab, 'Idealized operation of the class E tuned power amplifier,' IEEE Trans. Circuits Syst., vol. CAS-25, pp. 725-735, Dec. 1977

상세보기
N. O. Sokal and A. D. Sokal, 'Class E -a new class of high-efficiency tuned single ended switching power amplifiers,' IEEE J. Solid-State Circuits, vol. SC-10, pp. 168-176, Jun. 1975

상세보기
W. F. H. Raab, 'Effects of circuit variations on the class E tuned power amplifier,' IEEE J. Solid-State Circuits, vol. SC-13, pp. 239-247, Apr. 1978

상세보기
Y. Qin, S. Gao and A. Sambell, 'Design of low cost broadband class-E power amplifier using low voltage supply,' High Frequency Postgraduate Student Colloquium, pp. 101-106, Sept. 2004
A. J. Wilkinson and J. K. A. Everard, 'Transmission line load-network topology for class-E power amplifiers,' IEEE Trans. MTT, vol. 49, pp. 1202-1212, Jun. 2001

상세보기
T. Mader and Z. Popovic, 'The transmission-line high-efficiency class E amplifier,' IEEE Microwave Guided Wave Lett, vol. 5, pp. 290-292, Sept. 1995

상세보기
F.Wang, A. Ojo, D. Kimball, P. Asbeck, and L. Larson, 'Envelope tracking power amplifier with pre-distortion linearization for WLAN 802.11g,' IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., vol. 3, pp. 1543-1546, Jun. 2004
N.Borges de Carvalho and J.C. Pedro, 'Twotone IMD asymmetry in microwave power amplifiers,' in IEEE MTT-S Int Microwave Symp. Dig., Boston, MA, pp. 445-448, 2000
J. Vuolevi, T. Rahkonen, and J. Manninen, 'Measurement technique for characterizing memory effects in RF power amplifiers,' IEEE Trans. Microwave Theory Tech, vol. 49, no. 8, pp. 1383-1389, Aug. 2001

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

무선 LAN용 고효율 E급 증폭기 설계
Design of a High Efficiency Class E Amplifier for Wireless LAN 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

무선 LAN용 고효율 E급 증폭기 설계 Design of a High Efficiency Class E Amplifier for Wireless LAN 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

박찬혁 (1) 구경헌 (52)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

무선 LAN용 고효율 E급 증폭기 설계
Design of a High Efficiency Class E Amplifier for Wireless LAN 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper