본 논문에서는 구동 증폭기와 Class-E 전력증폭기를 결합하여 높은 효율의 고이득 이단 전력증폭기를 구현하였다. 고효율 이단 Class-E 전력증폭기의 입력 단에 적응형 바이어스 조절 회로를 적용하여 낮은 입력 전력의 전력효율을 개선하였다. 최대출력인 40 dBm에서 고정 바이어스 전력증폭기와 적응형 바이어스 증폭기 둘 다 약 76 %의 효율을 갖는다. 하지만 적응형 바이어스 조절 회로가 적용된 전력증폭기의 입력전력 6dBm 인가했을 때 효율은 약 70 %이고 고정된 바이어스 입력시에 효율은 약 50 %이다. 바이어스 조절을 통해 낮은 입력에서 높은 효율을 갖는 회로를 설계하였다.
본 논문에서는 입력전력에 따라 드레인 바이어스를 조절하여 낮은 입력 전력에서도 고효율 동작이 가능한 무선전력전송용 고효율 class-E 전력증폭기를 설계하였다. 고효율 동작이 가능한 class-E 전력증폭기에 적응형 바이어스 조절회로를 추가하여 낮은 입력 전력에서 드레인 바이어스를 조절함으로써 전체적인 효율의 향상을 얻을 수 있다. 제안된 적응형 class-E 전력증폭기는 효율의 향상을 위해 직렬 공진회로와 입, 출력 정합회로를 이용하여 구현하였으며, 입력전력에 따라 드레인 바이어스를 조절하기 위해 방향성 결합기, 전력 검출기, 연산 증폭기를 이용하여 적응형 바이어스 조절회로를 구성하였다. 따라서 전력증폭기의 최대출력과 전력효율은 13.56 MHz에서 41.83 dBm, 85.67 %이고, 0 dBm ~ 6 dBm의 낮은 입력 전력에서 고정형 바이어스보다 평균 8 %의 효율의 증가를 확인하였다.
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.
본 논문은 능동소자에 인가되는 게이트 바이어스 전압을 가변하여 X-, K- 및 Ka-대역 신호를 선택적으로 변환할 수 있는 다중대역 혼합기를 제안하였다. 제안한 다중대역 혼합기는 LO 전력 +6 dBm으로 구동하였고 X-대역의 경우, 게이트 바이어스 전압 -0.8 V에서 변환손실 -10 dB 특성, K-대역에서 게이트 바이어스 전압 -0.3 V에서 변환손실 -9 dB 특성, Ka-대역에서는 게이트 바이어스 전압 -0.2 V에서 변환손실 -7.0 dB 특성을 나타내었다. 모든 대역에서 1-dB 압축점 (P1dB)은 +0.5 dBm 특성을 나타내었다.
비행시험을 통해 획득한 데이터의 해석과정에서 대상 항공기의 크기가 소형인 경우에는 엔진진동이나 외부의 교란에 의한 잡음이나 바이어스 등의 강도가 높기 때문에 데이터의 처리과정에서 많은 문제점을 산출하게 된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 상태추정 알고리즘이 사용되며, 본 논문에서는 항공기의 비선형 세로운동 방정식의 경우에 확장형 칼만 필터를 적용하여 항공기 세로운동의 상태변수들을 추정하였으며, 또한 확률근사과정, 이노베이션에 대한 궤환 적응 등 적응형 칼만 필터를 사용하여 수렴속도와 정확도 둥을 향상시킨 알고리즘을 제안하고 그 결과를 나타내었다.
고효율과 고선형성을 갖는 DMB CMOS 전력증폭기가 제안되어 있다. 이 논문에서는 0.13-um 표준 CMOS 공정이 적용되어졌고 제안된 전력증폭기의 모든 구성 소자는 출력 정합 회로망과 적응형 바이어스 조절 회로를 포함하여 하나의 칩속에 완전히 집적되어졌다. 효율과 선형성을 동시에 개선시키기 위하여 적응형 바이어스 조절 회로가 드레인 노드에 위치한 2차 고조파 종단 회로와 함께 적용되어졌다. 전력증폭기는 각각 16.64 dBm의 $P_{1dB}$, 38.31 %의 효율 (PAE), 그리고 24.64 dB의 출력 이득을 보였다. 3차 혼변조왜곡 (IMD3)과 5차 혼변조왜곡 (IMD5)은 각각 -24.122 dBc, -37.156 dBc 이다.
본 논문에는 2.3GHz대역의 주파수를 이용해 초고속 인터넷 서비스를 제공하는 와이브로용 고효율 도허티 전력 증폭기를 설계 및 제작하였다. 도허티 전력증폭기의 효율 향상을 위해 포락선 검파기를 이용하여 입력신호의 크기에 따라 게이트 전압을 조정하여 도허티 증폭기의 전력효율을 개선시키는 방법을 구현하였다. 측정결과, 적응형 바이어스를 적용한 도허티 증폭기는 측정시 입력 신호를 25.6dBm으로 했을 때 P1dB에서 출력전력 34.0dBm과 36.6%의 PAE를 가진다. 이것은 동일 입력레벨에서 AB급 증폭기와 비교해서 출력전력에서 1dB, 효율에서 7.6%의 개선을 보였다.
나노크기 MOSFET 공정에서 회로의 신뢰도에 영향을 미치는 음 바이어스 온도 불안정성(NBTI), 핫 캐리어 주입(HCI), 시간 의존 유전체 파손(TDDB) 등과 같은 노화 현상들에 의해서 회로 성능의 심각한 저하를 가져올 수 있다. 그러므로, 본 논문에서는 디지털회로에서 발생할 수 있는 노화를 극복할 수 있는 적응형 보상 회로를 제안하고자 한다. 제안된 보상회로는 노화에 의해 감소하는 회로 성능을 적응적으로 보상해 주기 위해서 노화 정도에 따라 파워스위치 폭을 조절할 수 있고, 순방향 바디 바이어싱 전압을 걸어줄 수 있는 파워 게이팅 구조를 사용하여서 45nm의 공정기술에서 설계되었다.
음향 전력 증폭기의 출력단에서 발생하는 비선형성을 보상하는 디지털 신호 처리 기술을 제안하고 그 모의실험 결과를 제시한다. 음향 전력 증폭기에 사용되는 소자에 의한 비선형성을 간접학습구조와 적응형 필터로 구성되는 디지털 신호 처리 기술로 보상한다. 적응형 필터를 사용함으로써 증폭기의 비선형 특성이 시간적으로 변하더라도 이를 적응적으로 보상할 수 있다. 모의실험 결과 전치 보상기는 3 차의 다항식으로 구현할 수 있으며 홀수차 비선형성을 효과적으로 제거할 수 있음을 보였다. 짝수 차 비선형은 출력 신호에 존재하는 직류 옵셋이 가장 큰 부분을 차지하며 이는 제안하는 기술로는 제거가 어려우므로 바이어스 회로 설계 시 유의해야 한다. 제안하는 기술은 아날로그 시스템의 본질적 특성 결함을 디지털 신호 처리 기술로서 보상할 수 있음을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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