본 논문에서는 단일 FET를 이용하여 2.14GHz/5.2GHz 이중대역 고효율 Class F 전력증폭기를 설계 구현하였다. 전송선로를 이용하여 초기의 정합값을 적절히 이동시켜 하나의 능동소자로 2.14GHz/5.2GHz의 이중대역에서 동작되는 전력증폭기를 설계하였으며, 2.14GHz에서 32.65dBm의 출력과 11dB의 출력이득 36%의 전력효율을, 5.2GHz에서 7dB의 출력이득의 특성을 보였다. 고조파를 제어 회로를 설계하여 증폭기의 출력단에 추가 하여 Class F로 동작하는 이중대역 전력증폭기를 설계 하였다. 이중대역 Class F 전력증폭기는 2.14GHz에서 9.9dB의 출력이득과 30dBm의 출력, 55%의 전력효율을 가졌으며, 5.2GHz에서 11.7dB의 출력이득을 갖는 특성을 보였다. 고조파 제어 회로를 이용한 이중대역 Class F 전력증폭기가 전력효율을 향상시킴을 보였다.
본 논문에서는 단일 FET를 이용하여 2.14GHz/5.2GHz 이중대역 고효율 Class F 전력증폭기를 설계 구현하였다. 전송선로를 이용하여 초기의 정합값을 적절히 이동시켜 하나의 능동소자로 2.14GHz/5.2GHz의 이중대역에서 동작되는 전력증폭기를 설계하였으며, 2.14GHz에서 32.65dBm의 출력과 11dB의 출력이득 36%의 전력효율을, 5.2GHz에서 7dB의 출력이득의 특성을 보였다. 고조파를 제어 회로를 설계하여 증폭기의 출력단에 추가 하여 Class F로 동작하는 이중대역 전력증폭기를 설계 하였다. 이중대역 Class F 전력증폭기는 2.14GHz에서 9.9dB의 출력이득과 30dBm의 출력, 55%의 전력효율을 가졌으며, 5.2GHz에서 11.7dB의 출력이득을 갖는 특성을 보였다. 고조파 제어 회로를 이용한 이중대역 Class F 전력증폭기가 전력효율을 향상시킴을 보였다.
In this paper, high efficient class F power amplifier with dual band has been realized. Dual band power amplifier have used modify stub matching for single FET, center frequency 2.14GHz and 5.2GHz respectively. Dual band amplifier is 32.65dBm output power, gain 11dB and PAE 36% at the 2.14GHz, 7dB g...
In this paper, high efficient class F power amplifier with dual band has been realized. Dual band power amplifier have used modify stub matching for single FET, center frequency 2.14GHz and 5.2GHz respectively. Dual band amplifier is 32.65dBm output power, gain 11dB and PAE 36% at the 2.14GHz, 7dB gain at the 5.2GHz. Design of a dual band class F power amplifier using harmonic control circuit. The measured are 9.9dB gain, 30dBm output power and PAE 55% at the 2.14GHz, 11.7dB gain at the 5.2GHz. This paper is being used the load-pull method and it maximizes output power and it is using the only one transistor in the paper. As a result, this research will obtain a dual band high PAE power amplifier.
In this paper, high efficient class F power amplifier with dual band has been realized. Dual band power amplifier have used modify stub matching for single FET, center frequency 2.14GHz and 5.2GHz respectively. Dual band amplifier is 32.65dBm output power, gain 11dB and PAE 36% at the 2.14GHz, 7dB gain at the 5.2GHz. Design of a dual band class F power amplifier using harmonic control circuit. The measured are 9.9dB gain, 30dBm output power and PAE 55% at the 2.14GHz, 11.7dB gain at the 5.2GHz. This paper is being used the load-pull method and it maximizes output power and it is using the only one transistor in the paper. As a result, this research will obtain a dual band high PAE power amplifier.
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문제 정의
본 논문에서는 2.14GHz와 5.2GHz의 두 대역에서 동시에 로드풀 정합을 최적화 하기 위한 초기의 정합값들을 이동시키기 위해 그림 3과 같이 스터브를 사용하여 정합값을 이동시켜 조절하였다.
본 논문은 2.14GHz대역과 5.2GHz 대역 통신망 간의 통합을 목적으로 한 Class F 이중대역 전력증폭기로 설계하였다. 대부분의 다중대역 모드 증폭기는 스위치 방식을 이용한 회로나 각각 대역용으로 전력증폭기를 설계하여 두 전력 증폭기를 결합하거나, 또는 출력 면에서 손실을 감수하고, Q값을 낮춤으로서 이중대역화 하는 것이 기본적인 방법이었다.
본 논문은 2.14GHz대역과 5.2GHz 대역 통신망 간의 통합을 목적으로 한 Class F 이중대역 전력증폭기로 설계하였다. 대부분의 다중대역 모드 증폭기는 스위치 방식을 이용한 회로나 각각 대역용으로 전력증폭기를 설계하여 두 전력 증폭기를 결합하거나, 또는 출력 면에서 손실을 감수하고, Q값을 낮춤으로서 이중대역화 하는 것이 기본적인 방법이었다.
제안 방법
고조파 제어를 통한 Class F급 이중대역 전력증폭기 설계를 위해 중심 주파수 대역은 통과시키고 2차 고조파 성분은 단락시키며 3차 고조파 성분에 대해서는 개방을 시켜야 하므로 앞서 얻은 최대 전력 임피던스점에 2차 고조파 성분은 단락시키고 3차 고조파 성분은 개방시키도록 하는 harmonic 제어회로를 출력단에 추가시키고 증폭기의 회로를 최적화 하였다(3) 설계된 Class F 이중대역 전력증폭기와 출력 특성을 그림 6에 나타내었다.
본 논문에서 2.14GHz와 5.2GHz의 이중대역 전력증폭기 설계는 기본적으로 로드풀 정합기법을 사용하여 최대 선형 구간을 모의실험하여 설계하였다.
본 논문에서는 마이크로 스트립라인을 이용하여, 로드 풀 이론을 적용하면서 동시에 최대출력을 얻을 수 있도록 Single FEIT* 이용하여 이중대역 전력증폭기를 구현하였으며, 고효율 고출력의 전력증폭기를 얻기 위해 고조파 제어회로를 부가시킨 Class F 이중대역 전력증폭기를 설계제작 하였다.
이중대역 전력증폭기를 구현하기 위하여 설계에 사용된 프로그램은 Agilent사의 ADS이며, 설계와 실험에 사용한 소자는 Fujitsu사 FLCOWWG의 C-Band용 GaAs FET로 PldB=7dBm, 이득이 9dB, 최대효율이 38%인 소자로 FLC057WG의 동작점은 VDS=1OV, IDS=125mA로 2GHz대역과 5GHz 대역 모두 동일한 전압으로 전류를 소모하도록 동일한 동작점에서 모의실험 및 설계를 하였다.
입력과 출력의 정합 값을 적절히 이동시킨 후 파장이 짧아 상대적으로 스터브 길이가 짧은 5.2GHz 대역을 우선 정합시킨 후 다시 2.14GHz를 정합시켜 그림 4와 같이 이중대역에서 동작하는 전력증폭기를 설계하였다.
2GHz 대역 통신망간의 통합을 목적으로 한 Class F 이중대역 전력증폭기로 설계하였다. 정합점을 이동시켜 단일 능동소자로 이중 대역 전력 증폭기를 구현함으로써, 기존의 이중 대역에서 주로 사용된 스위치 방식이나, 다중모드방식에 비하여 회로의 사용 소자를 최소화시켜 구조를 단순화 시킬 수 있었으며, 고조파를 제어하여 효율을 높일 수 있는 Class F 설계방법을 이용하여 Class F 이중대역 전력증폭기를 설계하여 특성을 확인하였다. 설계결과 출력이득이 3~6dB 증가됨을 보였으며, 효율에서도 20% 이상 향상된 결과를 얻을 수 있었다.
대상 데이터
모습이다. 설계된 이중대역 전력증폭기 바이어스는 Vds=10V, Vgs=-5V, Ids=144mA 이다. 2.
성능/효과
설계된 이중대역 전력증폭기 바이어스는 Vds=10V, Vgs=-5V, Ids=144mA 이다. 2.14GHz 에서 32.65dBm의 출력과 lldB의 출력이득 36%의 전력효율을, 5.2GHz에서 7dB의 출력이득의 특성을 나타내어 모의실험 같은 결과를 보였다.
제작된 모습이다. 모의실험 결과 앞 절에서 설계된 이중대역 전력중폭기보다 Class F 이중대역 전력중폭기가 출력 이득이 2.14GHz에서는 10.9dB에서 9.9dB로 IdB 감소, 5.2GH也에서는 5.6dB에서 lLldB로 약 6dB 증가하는 특성을 보여 고조파 제어방식 이용하여 Class F 설계 방법을 적용한 Class F 이 중 대역 전력증폭기가 우수한 특성을 보였다. 그림 7은 제작된 Class F 이중대역 전력증폭기 이다.
정합점을 이동시켜 단일 능동소자로 이중 대역 전력 증폭기를 구현함으로써, 기존의 이중 대역에서 주로 사용된 스위치 방식이나, 다중모드방식에 비하여 회로의 사용 소자를 최소화시켜 구조를 단순화 시킬 수 있었으며, 고조파를 제어하여 효율을 높일 수 있는 Class F 설계방법을 이용하여 Class F 이중대역 전력증폭기를 설계하여 특성을 확인하였다. 설계결과 출력이득이 3~6dB 증가됨을 보였으며, 효율에서도 20% 이상 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 이는 모의실험 및 실제 측정결과에서도 동일한 결과를 얻었으며, Class F 설계 방법을 전력증폭기에 적용함으로써 전력 증폭기의 전력효율을 향상시킬 수 있었다.
설계결과 출력이득이 3~6dB 증가됨을 보였으며, 효율에서도 20% 이상 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 이는 모의실험 및 실제 측정결과에서도 동일한 결과를 얻었으며, Class F 설계 방법을 전력증폭기에 적용함으로써 전력 증폭기의 전력효율을 향상시킬 수 있었다.
참고문헌 (12)
Grebennikov, A. V., 'Switched-mode tuned high-efficiency power amplifier: historical aspect and future prospect', IEEE RFIC Symp., page 49-52, June 2002
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Alexandre Dupuy, Kevin M.K.H Leong, Robert Staraj, Gilles Jacquemod and Tatsuo Itoh, 'Inverse Class-F Power Amplifier Using Composite Righ/Left Handed Transmission Lines as a Harmonic Trap,' European Microwave Conference, Sept. 2006
Akira inoue, Akira Ohta, Seiki Goto, Takahide Ishikawa, and Yoshio Matsuda, 'The Efficiency of Class-F and Inverse Class-F Amplifiers,' 2004 IEEE MTT-S Digest, pp1947-1950, 2004
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J. Staudinger, 'Applying switched gain stage concepts to improve efficiency and linearity for mobile CDMA power amplification,' Microwave Journal, pp. 152-162, Sep. 2000
G. Hanington, 'High-Efficiency Power Amplifier Using Dynamic Power-Supply Voltage for CDMA Applications,' IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 47, pp. 1471-1476, Aug. 1999
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