[논문]차동 전력증폭기 출력단용 LTCC 기반 RF 트랜스포머 설계

전주영; 우제욱; 김희수

doi:10.7471/ikeee.2023.27.1.53

차동 전력증폭기 출력단용 LTCC 기반 RF 트랜스포머 설계
LTCC-based transformer design for output stage of differential RF power amplifiers 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.27 no.1, 2023년, pp.53 - 58

전주영 (Department of Electronic Engineering, Gangneung-Wonju National University) , 우제욱 (Department of Electronic Engineering, Gangneung-Wonju National University) , 김희수 (Department of Electronic Engineering, Gangneung-Wonju National University)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 차동 전력증폭기 출력단에서의 전력 결합 및 임피던스 정합을 위한 LTCC 기반의 RF 트랜스포머를 제시하였다. 기존의 인덕터와 커패시터를 이용한 정합회로 대신 회로의 면적을 덜 차지하며 직류 차단의 역할을 수행하는 트랜스포머를 LTCC 기판에 구현하고 시뮬레이션을 통해 결과를 검증하였다. 트랜스포머의 다운사이징과 결합계수의 개선을 위해 기판의 더 많은 금속층을 사용하는 트랜스포머를 구현하고 시뮬레이션을 통해 기존의 트랜스포머와 성능을 비교하였다. 3개의 금속층을 사용한 기존의 트랜스포머와 5개의 금속층을 사용한 변형된 트랜스포머를 비교한 결과 새롭게 제시한 트랜스포머가 55% 감소된 면적과 25% 증가한 결합계수를 가지며 5GHz에서 약 0.4dB의 삽입손실 개선을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a Radio Frequency (RF) transformer (TF) based on LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic) for the output stage of differential power amplifiers is presented. Instead of using an usual L-C matching circuit, a small-sized transformer was implemented on the LTCC board and the results were verified through simulation. For reduced size and better performance, a TF using more metal layers was implemented and compared with the existing TF through simulation. As a result of comparison, the proposed TF has an area reduced by 55% and a coupling coefficient increased by 25%, and insertion loss improvement of about 0.4dB at 5GHz was confirmed.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Block diagram of a differential power amplifier. 그림 1. 차동 전력증폭기 블록도
그림 Fig. 2. (a) Schematic of output matching network of differential power amplifier (b) Corresponding impedances in (a). 그림 2. (a) 차동 전력증폭기의 출력단 정합회로 구성도 (b) (a)의 각 임피던스
그림 Fig. 3. LTCC substrate model. 그림 3. LTCC 기판 모델
그림 Fig. 4. 3D layout of designed transformer. 그림 4. 설계한 트랜스포머의 3D 레이아웃
표 Table 1. Parameter values of designed transformer. 표 1. 설계한 트랜스포머의 파라미터 값
그림 Fig. 5. Designed transformer by 5 layers. 그림 5. 5개의 금속층으로 구현한 트랜스포머
그림 Fig. 6. Size comparison of two transformers. 그림 6. 두 트랜스포머의 크기 비교
그림 Fig. 7. Method to extract insertion loss. 그림 7. 삽입손실 도출을 위한 구성
표 Table 2. A comparison of parameter values. 표 2. 파라미터값 비교
그림 Fig. 8. A comparison of insertion loss between transformers. 그림 8. 트랜스포머의 삽입손실 비교

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