초록
본 논문에서는 선형성 증가를 위해 도허티 증폭기의 게이트 바이어스를 조정하는 방식을 제시하였다. 도허티 증폭기의 선형성 향상은 출력 결합 지점에서의 고조파 상쇄를 통해 이루어진다. 하지만 고조파의 상쇄는 그 크기와 위상이 출력 지점에서 같은 크기와 서로 다른 위상을 가지고 있어야 이루어질 수 있는데, 넓은 출력 전력 범위에서 위와 같은 조건을 만족시키는 것은 쉽지 않다. 선형성 증가를 위해 도허티 증폭기의 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기의 선형성 특성을 입력 전력과 각 증폭기의 게이트 바이어스를 조정함으로써 살펴보았다. 살펴본 특성을 기본으로 하여 고조파 상쇄 전력 범위를 증가시키기 위해, 각 전력 레벨에 맞는 게이트 바이어스를 증폭기에 인가하였다. 게이트 바이어스 제어를 통한 선형성 향상을 알아보기 위해, 2.345 GHz에서 Eudyna사의 10-W PEP GaN HEMT EGN010MK 소자를 이용하여 도허티 전력 증폭기를 설계하였고, $P_{1dB}$로부터 10 dB back-off 지점인 33 dBm에서 고효율과 고선형성을 위해 최적화 되었다. WCDMA 1-FA 신호에 대해 제안된 게이트 바이어스 컨트롤 된 도허티 증폭기는 2.8 dB의 선형성 개선을 확인할 수 있었으며, 26 %의 PAE를 확인할 수 있었다. 또한, 802.16-2004 신호에 대해 RCE가 2 dB 증가됨을 확인할 수 있었다.
The gate-biases of the Doherty power amplifier are controlled to improve the linearity performance. The linearity improvement mechanism of the Doherty amplifier is the harmonic cancellation of the carrier and peaking amplifier at the output power combining point. However, it is difficult to cancel the harmonic power for the broader power range because the condition for cancelling is varied by power. For the linearity improvement, we have explored the linearity characteristic of the Doherty amplifier according to the input power and gate biases of the carrier and peaking amplifier. To extend the region of harmonic power cancellation, we have injected the proper gate bias to the carrier and peaking amplifier according to the input power levels. To validate the linearity improvement, the Doherty amplifier is designed using Eudyna 10-W PEP GaN HEMT EGN010MKs at 2.345 GHz and optimized to achieve a high linearity and efficiency at an average output power of 33 dBm, backed off about 10 dB from the $P_{1dB}$. In the experiments, the envelope tracking Doherty amplifier delivers a significantly improved adjacent channel leakage ratio performance of -37.4 dBc, which is an enhancement of about 2.8 dB, maintaining the high PAE of about 26 % for the WCDMA 1-FA signal at an average output power of 33 dBm. For the 802.16-2004 signal, the amplifier is also improved by about 2 dB, -35 dB.
