디지털 통신시스템에서는 인접채널에 대한 간섭을 최대한 줄이기 위하여 필연적으로 선형 전력증폭기가 요구된다. 선형 전력증폭기는 매우 다양하며, 그 중에서도 전방제환 전력증폭기는 구조상 광 대역이면서 선형화 정도가 매우 우수하기 때문에 많이 이용된다. 전방궤환 전력증폭기는 지연 선로의 손실로 인하여 전체효율이 감소한다. 본 논문에서는 이러한 지연 선로를 손실이 매우 작은 지연 여파기를 사용함으로써 효율과 선형성을 동시에 개선하였다. 측정 결과, ACLR이 약 17.43(dB) 개선되었으며, 이것은 지연 여파기를 사용함으로써 3.44(dB) 더 개선되었음을 나타낸다.
본 논문에서는 기지국용 전력 증폭기의 혼 변조 성분들을 극도로 억압하기 위해서 Error feedback 방식을 사용한 Feedforward 선형 전력 증폭기를 설계하였다. 특히, 제안된 선형 전력 증폭기는 기존의 피드백 기술의 단점인 증폭 이득의 손실을 없앤 Error feedback 기술과 Feedforward 기술을 혼합하여 적용하였다. 제안된 선형 전력 증폭기는 HP사의 EEsof ADS ver.1.3을 사용해서 설계.제작하였다. 측정결과, 이득 28 ㏈, P1㏈ 31 ㏈m인 주 전력 증폭기에 -7 ㏈m/tone을 갖는 1850 MHz와 1851.25 MHz의 2-tone 신호를 인가한 결과 전체 IMD가 약 35 ㏈ 개선되었다.
본 논문은 높은 선형성을 얻기 위하여 기존의 Doherty 구조에서 주 증폭기와 피킹 증폭기를 비대칭적으로 구성하고, 증폭기의 바이어스 점을 변화시켜 선형성을 개선하는 방법을 제안하였다. 주 증폭기와 피킹 증폭기의 구동 전력을 비대칭으로 주입하기 위하여 비균등 wilkinson 분배기를 추가하였다. 또한 전체적으로는 3-stage 구조를 이룸으로써 선형성에 따른 효율 감소를 보상하였다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 비대칭 Doherty 전력 증폭기와 비대칭 3-stage Doherty 전력 증폭기를 제작하였으며, 측정 결과 약 -55 dBc의 IMD 특성을 보였으며, 13%의 효율 특성을 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 EER(Envelope Elimination and Restoration) 구조를 응용하여 전력 증폭기의 효율을 극대화 하였으며, EER구조의 취약점인 선형성을 PBG 구조를 이용하여 개선하였다. 고효율을 얻기 위해 class-F급 전력 증폭기를 설계하였으며 포락선 검파기를 이용하여 전력 증폭기의 구동 전력을 조절하였다. 또한, 정합 회로의 비정합에 의한 고조파 성분들을 PBG 구조를 이용하여 제거함으로써 높은 선형성을 얻었다. 본 논문에서 제안한 EER 구조를 응용한 전력 증폭기 구조는 적응형 바이어스를 이용한 Doherty 전력 증폭기에 비해 PAE(Power Added Efficiency)가 34.64% 개선되었고, 일반적인 Doherty 증폭기에 비해 3차 IMD가 6.65 dB 이상 개선되었다.
휴대 인터넷 서비스를 위한 OFDMA의 상$\cdot$하향링크에서 비선형 전력 증폭기와 반송파 주파수 편차의 영향을 고려하여 데이터가 주파수 선택적 Rayleigh 페이딩 채널을 통하여 전송될 때 비트 오류율을 분석한다. 분석 결과, OFDMA 상향링크가 하향링크 경우에 비하여 비선형 전력 증폭기와 주파수 편차에 더 큰 영향을 받는다. 본 논문에서는 우선 그 원인을 밝히고 우수한 비트 오류율 특성을 위하여 상·하향링크에서 사용자 수에 따라 요구되는 비선형 증폭기의 최대 출력 전력 대 평균 출력 전력 비(OBO)와 반송파 주파수 편차의 크기를 구한다.
본 논문에서는 EER(Envelope Elimination and Restoration)구조를 응용하여 전력 증폭기의 효율을 극대화 하였으며, EER 구조의 취약점인 선형성을 메타구조를 이용하여 개선하였다. 고효율을 얻기 위해 class-F급 전력 증폭기를 설계하였으며 포락선 검파기를 이용하여 전력 증폭기의 구동 전력을 조절하였다. 또한, 정합 회로의 비정합에 의한 고조파 성분들을 대역통과 필터의 특성을 갖는 CRLH 메타구조를 이용하여 제거함으로써 높은 선형성을 얻었다. 본 논문에서 제안한 EER 구조를 응용한 전력 증폭기 구조는 일반 전력 증폭기에 비해 PAE(Power Added Efficiency)가 5.93 % 개선되었고, 3차 IMD가 12.83 dB 이상 개선되었다.
본 논문에서는 GaAsFET 전력증폭기를 다중반송 통신시스템에서 적용시키고자 설계한 PA증폭기의 측정된 전달함수를 비선형 모델링 한 결과를 제시하였으며 모델링 한 결과를 가지고 설계한 RF 증폭기의 AMAM 및 AMPM 비선형 특성을 추정하였다. 추정된 비선형특성 의하여 다중반송전송시스템에서의 증폭기의 근접채널간섭특성(ACPR), QPSK 및 64QAM과 같은 디지털 변조 신호에 대하여 성상도에서의 데이터 오차벡터의 크기(EVM) 및 BER 관계를 분석하였다. 본 연구에서 제시한 RF GaAs FET의 비선형 모델링은 OFDM을 이용하는 무선 다중반송전송시스템 설계에 적용할 수 있으며 전력증폭기와 디지털 변조 신호에 따른 비선형 관계를 정확하게 추정할 수 있다.
전력 증폭기의 3차나 5차 비선형성은 인접 통신 채널에 직접적인 영향을 미치므로 선형화 기법을 이용하여 출력단의 혼변조 신호를 감쇄시켜야 한다. 본 논문에서는 전력 증폭기의 입력 신호를 기저대역에서 왜곡시켜 전력 증폭기를 선형화 시키는 디지털 사전 왜곡기를 구현하였다. 측정에 앞서, 모의실험을 통하여 시스템 변수에 따른 선형화기의 성능을 예측하고, 1차원 참조표(look-up table)를 사용한 사전 왜곡기의 측정 결과, 약 9 dB의 ACPR 개선 효과를 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 feedforward의 주 증폭기 전단에 predistorter를 사용하여 주 증폭기에서 만들어지는 이득과 위상 왜곡을 억제함으로써 넓은 대역에 걸쳐 좋은 IMD를 얻을 수 있도록 하였다. 이때 주 증폭기에서 만들어진 IMD는 저 출력 에러 증폭기의 사용을 가능하게 하므로 선형 전력 증폭기의 전체효율을 개선시킬 수 있다. 제작된 선형 전력 증폭기에서 주 증폭기(출력전력 10W/1톤, 중심 주파수는 850MHz, 2톤 채널 폭은 1MHz)의 IM3는 10.61dBc, predistorter와 feedforward를 결합한 LPA의 IM3는 32.50dBc이므로 약 22dB 개선된 결과를 얻었다. 그리고 주 증폭기의 효율이 30%, predistorter를 사용하지 않는 경우 효율은 20%, 그리고 사용한 경우의 효율이 27.4%이므로 약 7.4%의 개선된 결과를 얻었다.
본 논문에서는 적응형 바이어스와 PBG 구조를 이용하여 Doherty 증폭기의 효율 및 선형성을 개선하였다. PBG 구조를 출력 정합회로에 구현하였으며, 적응형 바이어스를 peaking amplifier에 적용하여 Doherty 증폭기의 효율뿐 아니라 선형성을 개선할 수 있었다. 제안된 구조를 이용한 Doherty 증폭기는 기존의 전력증폭기에 비해 PAE $12\%$, $IMD_3-7.5dBc$ 개선하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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