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고출력, 고효율 PA 설계를 위한 로드-풀 측정
Load-Pull Measurement for High Power, High Efficiency PA Design 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.10 no.8, 2015년, pp.945 - 952  

임은재 (경남학교 첨단공학과) ,  이경보 (엠엠씨엘(주)) ,  이영철 (경남학교 첨단공학과)

초록
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GaN 전력증폭소자를 이용한 전력증폭기의 고효율 특성을 구현하기 위하여 $50{\Omega}$으로 정합된 전력증폭소자는 적용 주파수 대역, 출력전력, 효율 특성 선정의 한계가 있으므로 본 연구에서는 source/load-pull 시험을 통한 측정 데이터를 기반으로 고출력, 고효율 특성의 설계 목적에 맞는 정량적 입력 및 출력 임피던스를 추출하여 고효율 전력증폭기를 구현하였다. 구현된 전력증폭기는 2.7-3.1GHz의 주파수 대역에서 25watt(44dBm), 66-76%의 PAE특성 나타낸다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Power amplification device which is matched to $50{\Omega}$ in order to achieve a high efficiency of a power amplifier using a GaN power amplification device, since there is a limit of application frequency bands, output power, efficiency characteristics selection, in this study based on ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 기존의 설계법이 갖는 한계점을 개선하기 위하여 GaN 전력증폭소자를 이용하여 고출력, 고효율 특성을 갖도록 설계 목적에 맞는 정량적 입력 및 출력 임피던스를 추출하기 위하여 source/load-pull 시험을 통한 측정 데이터를 기반으로 2.7-3.1GHz의 주파수 대역에서 25watt(44dBm)와 70% 이상의 PAE(: Power added efficiency)를 갖는 고효율 전력증폭기를 설계하고자 한다.
  • 본 연구에서 제안하는 J-급 전력증폭기는 스위치 모드 전력증폭기의 하모닉 제어조건만족의 어려움과 전력증폭소자의 출력단 커패시턴스에 의한 하모닉 튜닝의 어려운 문제점을 해결할 수 있다[10]. 또한 AB-급 전력증폭기의 2차 하모닉만을 리액턴스 특성을 갖도록 조정하여 높은 효율을 만족시키며 원하는 선형성과 광대역 특성을 나타내는 전력증폭기 이므로 차세대 이동통신 기지국에 이용되는 RRH의 고효율 광대역 특성을 나타내는 전력증폭기로 이용하고자 한다.
  • 본 연구에서는 전력증폭소자 제조사에서 제공되는 비선형 모델을 이용한 기존 설계법의 단점을 보완하고 설계 목적에 맞는 임피던스를 자유롭게 선정할 수있는 source/load-pull 시험을 통해 전력증폭기를 설계하였다. 프로그램어블 가변튜너를 이용하여 고출력 특성을 만족하는 입력과 출력 임피던스를 선정하였으며, source/load-pull 시험을 통해 선정된 GaN 전력증폭소자의 입력과 출력 임피던스를 이용하여 전력증폭기의 설계에 있어 효율특성을 보완하기 위하여 J-급 설계 기법을 적용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
GaN 전력증폭소자의 출력이 높을수록 어떠한 단점이 있는가? 그러나 50Ω 정합된 GaN 전력증폭소자의 경우 적용 주파수 대역이 한정적이고, 출력전력, 효율특성이 고정되어 있어 전력증폭기의 정량적 특성을 사용 목적에 맞게 선택할 수 없는 단점이 있다. 또한 전력증폭소자의 출력이 높을수록 국가 전력기술로 분류되어 수출허가 획득이 어려워 bare-die 타입 또는 패키지 타입의 전력증폭소자를 이용하여 전력증폭기의 설계가 이루어지고 있다[7].
전력증폭기 설계는 어떻게 이루어지는가? 일반적으로 전력증폭기 설계는 비선형 모델을 이용하여 load-pull 시뮬레이션을 통해 전력증폭기의 설계가 이루어진다. 이러한 설계방법은 제조사에서 제공한 비선형 모델을 이용하여 회로 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하기에 전력증폭기 설계에 소비되는 시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다.
GaN 전력증폭소자 중 입/출력이 50Ω으로 정합된 전력증폭소자는 어떠한 장점이 갖는가? GaN 전력증폭소자는 해외기술에 의존하고 있으며 입/출력이 50Ω으로 정합된 전력증폭소자는 추가적인 회로의 구성이 필요 없어 전력증폭기를 구현하는데 구조의 단순화, 소형화, 개발시간을 단축할 수 있는 장점이 있다. 그러나 50Ω 정합된 GaN 전력증폭소자의 경우 적용 주파수 대역이 한정적이고, 출력전력, 효율특성이 고정되어 있어 전력증폭기의 정량적 특성을 사용 목적에 맞게 선택할 수 없는 단점이 있다.
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참고문헌 (11)

  1. A. Parssinen, "Multimode multiband transceivers for next generation of wireless communications," 2011 Proc. of the European Solid-State Device Research Conf., Helsinki, Sept. 2011, pp. 42-53. 

  2. W. Chen, S.A. Bassam, X. Li, Y. Liu., K., Rawat, M., Helaoui, F.M. Channouch, and Z. Feng, "Design and linearization of concurrent dual-band Doherty power amplifier with frequency-dependent power ranges," IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, vol. 59, no. 10, Oct. 2011, pp. 2537-2546. 

  3. A. Sigg, S. Heck, A. Brackle, and M. Berroth, "High efficiency GaN current-mode class-D amplifier at 2.6GHz using pure differential transmission line filters," Electronics Letters, vol. 49, no. 1, Jan. 2013, pp. 47-49. 

  4. P.A. Godoy, S. Chung, T.W. Barton, D.J. Perreault, and J.L. Dawson, "A highly efficient 1.95-GHz, 18-W asymmetric multilevel outphasing transmitter for wideband applications," 2011 Institute of Electrical and Electronics Engineers Int. Microwave Symp. Digest, Baltimore, June 2011. 

  5. S. Liu and D. Schreurs, "Intrinsic class-F RF GaN power amplifier with a commercial transistor based on a modified "Hybrid" approach," 2012 Workshop on Integrated Nonlinear Microwave and Millimetre-Wave Circuits, Ireland Dublin, Sept. 2012. 

  6. Y. Xu, J. Wang, and X. Zhu, "Analysis and implementation of inverse class-F power amplifier for 3.5GHz transmitter," 2010 Asia-Pacific Microwave Conf. Proc., Yokohama, Dec. 2010, pp. 410-413. 

  7. S. Choi, S. Lee, and Y. Rhee, "A Design of wideband, high efficiency power amplifier using LDMOS," J. of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 10, no. 1, 2015, pp. 13-19. 

  8. F.M. Ghannouchi and M.S. Hashmi, "Load-pull techniques and their applications in power amplifiers design," 2011 Institute of Electrical and Electronics Engineers Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting, Atlanta, Oct. 2011, pp. 133-137. 

  9. Y. Han, A. Radomski, Y. Chawla, J. Valcore, and S. Polizzo, "Power accuracy and source-pull effect for a high-power RF generator," 2006 67th Automatic RF Techniques Group Conference, San Francisco, June 2006, pp. 81-92. 

  10. P. Wright, J. Lees, J. Benedikt, P.J. Tasker, and S.C. Cripps, "A methodology for realizing high efficiency class-J in a linear and broadband PA," Institute of Electrical and Electronics Engineers Trans. Microwave Theory and Techniques, vol. 57, no. 12, Dec. 2009, pp. 3196-3204. 

  11. S. Rezaei, L. Belostotski, F.M. Ghannouchi, and P. Aflaki, "Integrated design of a class-J power amplifier," Institute of Electrical and Electronics Engineers Trans. Microwave Theory and Techniques, vol. 61, no. 4, Apr. 2013, pp. 1639-1648. 

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