[논문]Multi-Harmonic Matching Network을 이용한 동시-이중 대역 Class-E 전력 증폭기

박승원; 전상근

doi:10.5515/kjkiees.2014.25.4.401

Multi-Harmonic Matching Network을 이용한 동시-이중 대역 Class-E 전력 증폭기
Concurrent Dual-Band Class-E Power Amplifier Using a Multi-Harmonic Matching Network 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.25 no.4, 2014년, pp.401 - 410

박승원 (고려대학교 전기전자전파공학부) , 전상근 (고려대학교 전기전자전파공학부)

초록
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본 논문에서는 1.3 GHz와 2.1 GHz에서 소형화된 multi-harmonic matching network(MHMN)을 사용한 고효율 동시-이중대역 Class-E 전력 증폭기를 제안한다. 제안하는 구조는 스위치 혹은 집중 소자를 사용하지 않고, transmission line만을 이용하여 1.3 GHz과 2.1 GHz 그리고 각각의 2차 및 3차 고조파의 임피던스를 조절하였다. 능동 소자로는 Avago ATF-50189 GaAs p-HEMT가 사용되었다. 제작된 전력증폭기는 입력 전력이 21 dBm일 때 1.3 GHz와 2.1 GHz에서 각각 27.1 dBm, 25.7 dBm의 출력과, 6.1 dB, 4.7 dB의 전력 이득, 그리고 71.2 %, 60.1 %의 드레인 효율 특성을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents a high-efficiency concurrent dual-band Class-E power amplifier(PA) that is based on a multi-harmonic matching network(MHMN). The proposed MHMN controls the impedance at 1.3 GHz, 2.1 GHz, and their second and third harmonics, respectively, by using transmission lines only rather than switches or lumped components. The dual-band Class-E PA is implemented using Avago ATF-50189 GaAs p-HEMT. The PA exhibits a measured output power of 27.1 dBm and 25.7 dBm, a power gain of 6.1 dB and 4.7 dB, and a drain efficiency of 71.2 % and 60.1 % at 1.3 GHz and 2.1 GHz, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 1.3 GHz와 2.1 GHz 대역에서 동시에 동작하는 이중 대역 Class-E 전력 증폭기의 설계, 제작 및 측정 결과를 제시하였다.
본 논문에서는 1.3 GHz와 2.1 GHz 대역에서 동작하는 동시-이중 대역 Class-E 전력 증폭기의 설계 및 측정 결 과에 관하여 기술하였다.

제안 방법

제안된 전력 증폭 기는 Avago ATF-50189 GaAs p-HEMT 소자를 사용하여 ADS를 통해 설계 및 최적화되었으며, 제작 및 측정을 통해 동작 특성을 확인하였다.
출력단에 간단한 이중 대역 MHMN 회로를 사용하여 동작 주파수 1.3 GHz, 2.1 GHz 그리고 그의 고조파 성분을 Class-E 동작을 위한 임피던 스로 각각 정합하였다.
본 논문에서 제시하는 동시-이중 대역 증폭기의 설계를 위하여 2-1절에서 설명한 단일 대역 MHMN 구조를 이중대역에서 동작하도록 확장할 수 있다.

대상 데이터

능동소자로는 Avago Technology사의 ATF-50189 GaAs p-HEMT 소자를 사용하였으며, 캐패시터는 ATC사의 600S 소자를 사용 하였다.

성능/효과

그림 7의 시뮬레이션 결과와 비교했을 때 측정된 기본 주파수 임피던스는 시뮬레이션과 거의 일치했으며, 2차 및 3차 고조파 임피던스는 100 Ω 이상의 충분히 큰 값이 측정되었다.
그림에서 볼 수 있듯이, f1 에서 27.1 dBm의 출력 전력과 71.2 %의 드레인 효율을 나타냈으며, f2에서는 25.7 dBm의 출력 전력과 60.1 %의 드레인 효율을 얻었다.
드레인 효율이 이중 대역에서 모두 우수한 것을 통해 출력단 정합 회로 MHMN이 정상적으로 동작하는 것을 확인할 수 있다.
제안하는 전력 증폭기는 trans- mission line을 사용한 multi-harmonic matching network (MHMN)을 적용하여 기본, 2차 및 3차 고조파에서의 임 피던스 변환을 단순한 구조로 구현하였고, 이로써 이중 대역에서 동시에 높은 효율을 얻었다.
측정 결과, 하위 대역(1.3 GHz)에서 27.1 dBm의 출력 전력, 71.2 %의 드레인 효율을 가지며, 상위 대역(2.1 GHz)에서 출력 전력 25.7 dBm, 드레인 효율 60.1 %의 결과를 얻어냈다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Class-E를 포함한 스위칭 전력 증폭기는 어디에 적용되는가?	송수신기에서 특히 전력 증폭기는 송신기의 출력 성능을 결정하는 가장 중요한 회로 블록이다. 그 중에서도 특히 Class-E를 포함한 스위칭 전력 증폭기는 GMSK와 같은 Constant-envelope 변복조 시스템 또는 EER(Envelope Elimination and Restoration), LINC (Linear amplification with Nonlinear Component) 등과 같이 선형성보다는 효율이 강조되는 시스템에 적용된다.
	다중 대역 전력 증폭기는 무엇으로 구현되었나?	다중 대역 전력 증폭기는 보통 다이오드 등을 이용한 스위치 또는 버렉터 등으로 구현이 되어왔다. 그러나 이러한 구현 방식은 바이어스 혹은 컨트롤 회로 등이 삽입되어야 다중 대역에서의 작동을 할 수 있기 때문에, 송신기의 크기와 무게가 커지고, 송수신기의 복잡도가 증가하게 된다.
	기존의 다중 대역 전력 증폭기의 문제점은?	다중 대역 전력 증폭기는 보통 다이오드 등을 이용한 스위치 또는 버렉터 등으로 구현이 되어왔다. 그러나 이러한 구현 방식은 바이어스 혹은 컨트롤 회로 등이 삽입되어야 다중 대역에서의 작동을 할 수 있기 때문에, 송신기의 크기와 무게가 커지고, 송수신기의 복잡도가 증가하게 된다. 또한, 한 번에 단일 주파수에서의 동작만이 보장되므로, 두 가지 이상의 대역에서 동시에 동작을 할 수 없는 단점이 존재한다. 따라서, 동시-다중 대역 전력 증폭기에 대한 연구도 그동안 활발하게 진행되어 왔다.

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