초록 ▼

최근 이동통신 시스템에서는 WCDMA와 같이 피크 대비 평균 전력(Peak to Average Power Ratio:PAPR) 가 8~10 dB 가량 되는 높은 PAPR 변조신호들을 사용하기 때문에, Back-off된 출력 전력레벨에서의 효율이 중요시된다. 따라서 포락선 추적(Envelope Tracking: ET) 기법을 사용하여 Back-off된 전력레벨에서의 전력증폭기(Power Amplifier: PA)의 효율을 증대시킬 수 있다. 하지만 포락선 경로와 RF 경로간의 수 ns의 미세한 군지연 부정합에도 선형성이 급감하기 때문

최근 이동통신 시스템에서는 WCDMA와 같이 피크 대비 평균 전력(Peak to Average Power Ratio:PAPR) 가 8~10 dB 가량 되는 높은 PAPR 변조신호들을 사용하기 때문에, Back-off된 출력 전력레벨에서의 효율이 중요시된다. 따라서 포락선 추적(Envelope Tracking: ET) 기법을 사용하여 Back-off된 전력레벨에서의 전력증폭기(Power Amplifier: PA)의 효율을 증대시킬 수 있다. 하지만 포락선 경로와 RF 경로간의 수 ns의 미세한 군지연 부정합에도 선형성이 급감하기 때문에 미세한 군지연 시간을 조절할 수 RF 군지연 정합회로가 필요하다.
본 연구에서는 포락선 경로와 RF 경로간의 미세한 군지연 부정합에 따른 선형성의 변화를 수식적으로 분석하였고 시뮬레이션을 통해 증명하였다. 미세한 군지연 부정합에 따른 선형성 급감문제를 해결하기 위해 수 ns 단위의 시간을 조절할 수 있는 광대역 RF 군지연 시간 조정기(Group Delay Time Adjuster:GDTA)를 설계하였고, WCDMA 대역(2.11 GHz ~ 2.17 GHz)에서 5 ns의 가변 군지연 특성을 얻었다.
GDTA에서 생기는 삽입 손실은 이득 보상 회로를 통해 항상 이득이 0 dB가 되도록 하였고, 반사 손실은 동작 조건에서 최소 21 dB 이상을 얻었다.
ET 기법을 적용하기 위한 전력증폭기는 DGS (Defected Ground Structure)를 적용한 기지국용 25 W급 고효율 유사 E급 PA로 설계 및 제작하였고, B급 바이어스 동작 상태에서 최대 43.1 dBm의 출력 전력과 함께 드레인 효율 및 전력 부가 효율(Power Added Efficiency: PAE)은 각각 69.1 %와 74.4 %를 얻었다.
PA를 구동시키기 위한 23 V 이상의 출력전압을 갖는 고효율 포락선증폭기(Envelop Amplifier: EA)를 설계하였다. 포락선 증폭기의 동작 주파수 영역을 넓히기 위해서 Linear stage에서는 광대역 OP-amp를 사용하였고, 고속 스위칭 동작을 하기위한 Power MOSFET을 사용하였다. EA의 부하로 10Ω 으로 설정한 상태에서 85% 이상의 효율을 얻었다. ET 시스템에서의 전체효율은 포락선 경로 회로들의 효율과 PA 효율의 곱으로 이루어지기 때문에, 포락선 경로 회로의 효율이 높은 효율을 얻도록 설계되었다.
설계한 광대역 GDTA, 고효율 E급 PA, 고효율 EA를 연동하여 향상된 선형성을 실험으로 증명하였고, 측정 조건은 1 MHz의 2-tone 신호에 대해서 40 dBm 출력에서 측정하였다. 포락선 경로와 RF경로간의 시간 정합을 했을 경우와, 3 ns의 시간 부정합이 생겼을 경우의 3차 혼변조 왜곡(3rd Inter-Modulation Distortion: IMD3)을 비교한 결과 10 dB 이상의 개선효과를 얻었다. 따라서 낮은 군지연 조절 해상도와 추가적인 전력 소모 증가를 발생시키는 디지털 신호처리 기술에 비해 RF 대역의 GDTA를 이용함으로써 높은 군지연 해상도 시간 조절을 통한 ET 시스템에서의 선형성 개선을 이론적으로 제시하였고, 실험적으로 증명하였다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• I. 연구결과 요약문 ... 3
• II. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• III. 연구성과 ... 8