이동통신에서, 신호의 페이딩을 보상하기 위하여 pilot symbol assisted modulation(PSAM)에 대한 많은 연구가 진행 되어왔다. 본 논문에서는 최대비합성다이버시티를 사용하는 PSA-QAM에서 전력증폭기 비선형성의 효과를 분석하였다. 먼저, PSAM성능의 한계를 구하기 위하여, 페이딩에 대한 완벽한 정보가 주어진 상태에서 최대비합성다이버시티를 갖는 QAM의 이론적 성능을 분석하였다. 실제 PSAM에서, 페이딩에 대한 정보는 파일럿 심볼의 보간에 의하여 얻어진다. 오차의 평균전력을 최소화하는 보간필터를 사용하여 필터의 탭수, 파일럿 심볼프레임 주기, 도플러 주파수가 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 비선형 전력증폭기 AB, B, C급의 AM/AM, AM/PM 특성을 성능분석에 고려하였다. 비선형 보상기술인 Cartesian Feedback Loop (CFB) 이용하여 AWGN 채널과 Rayleigh 페이딩 채널에서 비선형 전력증폭기 종류에 따른 성능변화를 나타내었다.
본 논문에서는 무선 전력 송신용 2400MHz 전력증폭기 설계에 대하여 기술한다. 비선형 설계 방법을 이용하여 먼저 1단 전력증폭기 모듈을 설계하였고, 이에 대한 측정을 통하여 전기적 특성을 확보한 후에 선형성에 대한 고려의 결과로써 3개의 모듈을 직렬 연결하여 3단 전력증폭기를 구성하였다. 제작된 전력증폭기는 선형적 동작 구간에서 25dB 이상의 높은 이득과 1Watt 근처의 출력특성을 보였는데, 30dBm의 출력전력에서 23%의 효율 특성을 나타내었다.
전력증폭기의 비선형성에 의해 채널간의 상호 변조 왜곡성분이 주로 발생하는 CDMA 시스템에서는 선형 전력증폭기가 요구된다. 본 논문에서는 평형 MESFET 전치왜곡 선형화기가 추가된 형태의 선형 전력증폭기를 통한 선형화 방법을 제안하였다. 제안된 선형화기는 한국 PCS주파수 대역에서 G1㏈가 12.1㏈이고 P1㏈가 30㏈m인 A급 전력증폭기에 연결하여 시뮬레이션 하였다. 종단전력증폭기에 1850MHz와 1851.23MHz의 2-tone 신호를 인가한 결과 3차 혼변조가 약 22㏈ 개선되었다.
전력증폭기의 비선형성에 의해 채널간의 상호 변조 왜곡성분이 주로 발생하는 CDMA 시스템에서는 선형 전력증폭기가 요구된다. 본 논문에서는 평형 MESFET 전치왜곡 선형화기가 추가된 형태의 선형전력증폭기를 통한 선형화 방법을 제안하였다. 제안된 선형화기는 한국 PCS주파수 대역에서 G1dB가 12.1dB이고 P1dB가 30dBm인 A급 전력증폭기에 연결하여 시뮬레이션 하였다. 종단전력증폭기에 1850 MHz와 1851.23 MHz의 2-tone 신호를 인가한 결과 3차 혼변조가 약 22dB 개선되었다.
전력증폭기는 기지국의 효율을 결정하는 중요한 요소이며, 효율성 제고를 위하여 GaN증폭소자를 사용한 Doherty 전력증폭기 구조에 대한 연구가 지속되고 있다. Doherty 전력증폭기의 메모리 효과는 선형성과 효율특성과 연관된 동작특성에 큰 영향을 미친다. 본 논문에서는 GaN Doherty 전력증폭기의 전열적인 비선형성 모델링과 전열적 메모리 효과가 GaN Doherty 증폭기의 왜곡형성과 보상에 대하여 연구하였다. GaN Doherty 증폭기의 전열적 메모리 특성을 모델링하기 위하여 순시적으로 소모되는 전력과 순시 접합온도의 정확한 관계식을 정립하였다. 제안된 모델의 파라미터로부터 GaN Doherty 전력증폭기의 비선형왜곡과 전열적 메모리 효과를 보상할 수 있는 전치왜곡선형화기 모델을 설계하였다. 제안된 모델의 성능평가는 37dBm GaN Doherty 전력증폭기와 ADS Tool을 사용하여 왜곡특성 성능개선정도를 검증하였다. 선형화된 GaN 전력증폭기의 2-tone 출력스펙트럼에서 약 16 dB의 왜곡개선효과를 보였다.
본 논문에서는 class-F 전력 증폭기의 높은 선형성과 고효율을 얻기 위해 PBG구조와 EER (Envelope Elimination and Restoration) 구조를 적용하였다. class-F급 전력 증폭기의 효율을 개선시키기 위해 EER 구조의 포락선 검파기를 응용하여 전력 증폭기의 구동 전력을 조절하였다. 또한 PBG 구조를 class-F 전력증폭기의 출력단에 적용함으로써 정합회로의 비정합에 의한 고조파 성분들을 제거하여 높은 선형성을 얻었다. 본 논문에서 제안한 PBG 구조의 응용과 EER 구조를 응용한 전력 증폭기 구조는 적응형 바이어스를 이용한 Doherty 전력 증폭기에 비해 PAE가 34.56% 개선되었고 일반적인 Doherty 증폭기에 비해 $3^{rd}$ IMD가 -10.66 dBc 이상 개선되었다.
본 논문에서는 전력증폭기의 선형성을 개선하기위해서 전력증폭기에서 발생되는 왜곡을 해석하여 전력 증폭기의 선형성 개선 개념을 제시하고 검증하였다. 연구에서는 전력증폭기를 구동 증폭기와 종단 증폭기로 구분하여 종단 증폭기에서 발생되는 비선형 왜곡 성분을 구동증폭기의 왜곡성분으로 상쇄시키는 개념이 제시된다. 본 논문에서 전력증폭기의 AM to AM은 Power Series로 해석하였으며, AM to PM 왜곡은 Bessel 함수를 이용하여 해석하였다. 본 개념을 검증하기 위하여 셀룰라 대역의 30W 전력 증폭기를 구현하여 검증하였다. 설계 및 제작된 전력 증폭기는 z대역에서 30W@20FA 출력할 경우 스퓨리어스 특성이 51dBc @ 1FA,$20FA{\pm}1.98MHz$의 특성을 나타내었다. 이러한 결과는 10dE의 스퓨리어스 특성 개선을 보였다.
본 논문에서는 Doherty 전력 증폭기의 선형성을 증가시키는 mechanism을 이용하여 선형성을 증가시키고, 선형성 개선으로 인한 효율 감소를 보상할 수 있는 방법을 제안하였다. 또한 이를 검증하기 위하여 제안된 방법으로 20W급 전력 증폭기를 설계 및 제작하였다. 제작된 class-F를 이용한 3-way 증폭기는 2-way 증폭기보다 선형성이 약 10dBc개선되었으며, 효율은 1.5% 가량 개선되었다. 또한 3-way 증폭기와 비교하였을 때, 선형 특성은 비슷하였으나, 효율 특성은 약 3.5% 개선되었다. 본 논문에서 제안한 F급 바이어스를 이용한 3-way Doherty 전력 증폭기는 선형성 및 효율 향상에 적합함을 확인할 수 있으며, 향후 다양한 무선 통신 시스템의 전력 증폭기에 적용되리라 기대한다.
본 논문은 각각 1 W 출력의 5.8 GHz 대역의 무선 랜과 이동통신 서비스 주파수 대역인 1.8 GHz 대역에서 동작하는 이중대역 전력증폭기를 설계 및 제작하였다. 전력증폭기의 입력으로 다중대역 신호가 선택적으로 입력되지 않고 동시에 입력되어질 경우 효과적인 구조로 설계하였다. 입력 단에서 두 신호를 분리하기 위하여 PBG를 이용하여 광대역의 저지 특성을 가지는 Diplexer를 사용하였으며, 전력증폭기의 정합에는 Load-pull 이론을 적용하여 최대 출력을 얻도록 하였다. 전력증폭기의 선형성을 증가시키기 위하여 PBG 구조를 적용하였다. 본 논문은 Load-pull정합부 내에 PBG구조를 삽입하여 전력증폭기가 최대 출력 상태에서 선형성을 개선시켰다. 또한 출력 정합부내에서 PBG 구조의 위치에 따른 선형성 개선의 변화 시뮬레이션을 통해서 검증하였다.
AlGaAs/InGaAs/GaAs HBT를 이용하여 준밀리미터파 광대역 무선망(BWLL) 시스템의 가입자용 장치에 사용 가능한 전력증폭기를 개발하였다. 베이스 접지 HBT 소자의 비선형 등가 회로를 추출하여 선형 및 비선형 회로 시뮬레이션을 통하여 출력 전력 정합 회로를 갖는 증폭기를 설계하였으며, 이를 기초로 하여 세라믹 기판 위의 스텁을 이용하여 하이브리드 형태로 증폭기를 구현하였다. 제작된 전력증폭기는 24.4 GHz에서 최대 포화 출력 25.5 dBm, 35%의 전력 부가 효율을 얻었으며, 24.8 GHz에서는 7.5 dB의 최대 선형 이득을 얻었다. 또한, 24.25 GHz∼24.75 GHz의 주파수 대역에서 22 dBm 이상의 포화 출력 전력과 25% 이상의 전력 부가 효율을 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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