현재의 디지털 통신 시스템은 매우 다양한 디지털 변조 방식을 채택하고 있다. 이러한 통신 시스템에서는 인접 채널에 대한 간섭을 최대한 줄이기 위해서 필연적으로 선형 전력증폭기를 요하며 동시에 높은 효율의 전력증폭기가 요구된다. 본 논문에서는 선형성 및 효율이 동시에 개선되는 방식의 Doherty전력 증폭기를 시뮬레이션 최적화 기법을 통해 설계하고 동시에 시뮬레이션을 통해 설계한 평형 전력 증폭기의 결과와 비교하여 효율이 20% 선형성이 10dB 개선됨을 보였다.
본 연구에서는 X밴드 전자식 레이더 반사기에 사용하기 위한 마이크로웨이브 5단 전력증폭기를 평형증폭기 구조를 이용하여 설계하고 제작하였다. 사용한 기판은 FR4이고, 사용한 소자는 FHX35LG, FLK012WF와 FLK022WG이다. 회로의 설계와 최적화는 마이크로웨이브 CAD 프로그램인 CNL/2를 사용하였다. 설계한 주파수 대역에서 측정된 결과는 46dB의 이득과 -14.2dB의 입력반사손실, -16.6dB의 출력반사손실을 나타내며, IM$_3$은 32dBc였다. 측정 결과는 시뮬레이션 결과와 거의 일치하였다.
본 논문에서는 무선 전력 전송을 위한 10W RF Power Source를 설계 및 제작, 측정 하였다. 제작된 RF Power Source는 9~11MHz의 신호 생성을 위한 DDS와 전력 증폭을 위한 전력 증폭기로 구성되어 있다. 근거리 무선 전력 전송은 전자기 유도 또는 전자기 공진 형태의 무선으로 전력을 전달하게 되므로 전력 증폭기의 부하단의 임피던스가 변하게 되어 전력 증폭기의 특성의 변화가 생기는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 본 논문에서는 부하단의 임피던스 변화에 둔감하도록 평형(Balanced)구조를 이용하여 전력 증폭기를 설계하였다. 제작된 RF Power Source는 입력 전원 DC 24V, 소모 전류 1.5A, 사용가능 주파수범위는 9~11MHz, 최대 출력 전력 10W의 특성을 보였다.
본 논문에서는 위상 잡음을 개선하기 위해서 Lesson의 위상 잡음 모델을 분석하여 이를 개선시키는 발진기의 구조를 제안하였다. 제안된 구조는 유전체 공진기를 사용한 대역통과 여파기, 평형 저 잡음 증폭기와 출력 전력을 격리시키기 위한 Branch-Line 전력 분배기로 구성되었다. 제안된 구조를 갖는 발진기는 12.653GHz에서 18.5dBm의 출력을 나타내었으며 위상잡음 특성은 중심주파수에서 10kHz 떨어진 곳에서 -82.6dBc/Hz를 나타내었다.
본 논문에서는 밀리미터파를 이용하여 사용자에게 양방향 무선 멀티미디어의 구현을 가능케 하는 LMDS 송수신 모듈을 설계, 구현하였다. 제작된 LMDS 송수신 모듈은 신서사이져, 혼합기, 저잡음 증폭기, 고출력 증폭기, 듀플렉서 등으로 구성하였으며, 전체적으로는 전원부와 제어부를 통하여 이상여부를 감시하며, 송수신 모듈에 이상이 발생했을 때 이를 보호할 수 있도록 구현하였다. 여기서 DAVIC 표준에 맞도록 IF부 대역은 0.95∼1.45GHz의 500MHz 대역폭에서 동작하도록 제작하였고, 상하향 혼합기는 격리도 특성을 최대화하였으며, 이를 위해 하이브리드 링형을 이용한 다이오드 평형 구조를 적용하여 설계하였다. 혼합기로 주입되는 Local 주파수는 안정도가 높아야 함으로 유전체 공진형 발진기로 구현하였다. 또한 저잡음 증폭기와 고출력 증폭기는 정보통신부에서 공고한 3사 주파수 대역을 모두 수용할 수 있도록 24GHz∼26.5GHz의 대역에서 정상적인 동작을 할 수 있도록 설계하였으며, 특히 저잡음 증폭기는 잡음 환경에서 작은 신호를 손실 없이 얻을 수 있도록 잡음지수를 최소화하고, 30dB 이상의 충분한 이득이 구현되도록 하였다. 고출력 증폭기는 15dBm 이상의 출력을 송신하면서도 선형성에 문제가 없도록 혼변조왜곡(IMD) 특성을 고려하여 설계하였다. 그리고 듀플렉서는 우수한 주파수 선택도와 낮은 삽입손실 특성을 갖도록 송수신 필터 모두 5개의 공진기를 포함한 Chebyshev형 구조를 갖으며 생산성이 뛰어난 모노리딕형으로 구현하여, LMDS 송수신 성능을 구현하였다.
본 논문에서 고효율 평형 증폭기는 기본적으로 두 개의 FET와 입력 전력 분배기, 출력 전력 결합기, 입력 정합회로, 출력 정합회로, 2차 고조파 상호 연결 회로로 구성된다. 2차 고조파 상호 연결 회로는 FET출력 정합회 로의 출력 단자사이에 끼워지므로 2차 고조파 정재파는 두 FET 출력사이에서 발생된다. 전기벽 종단은 단락 회로 종단과 등가이고 고효율을 얻기 위해 펼요한 FET 출력 종단 조건 실현이 가능하다. 실험 결과 증폭기는 1.75 G GHz에 맞추어 설계, 제작되었고 실험 결과 2차 고조파 성분은 기본파에 비해 약 20 dBc 이상을 나타냈고 왜곡 이 1% 이하이다. 또한 약 3W의 출력을 얻었고, 이 출력점에서 75 %의 효율을 얻을 수 있었다. 증폭기의 입력, 출력 VSWR은 각각 1. 27, 1.18을 나타내었다.
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.
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.
본 논문에서는 1,452∼l,492 MHz L-Band 대역의 위성 DAB 수신기를 위한 저잡음증폭기를 입ㆍ출력 반사계수와 전압정재파비를 개선하기 위하여 평형증폭기 형태로 설계 및 제작하였다. 저 잡음증폭기는 GaAs FET소자인 ATF-10136을 사용한 저 잡음증폭단과 MMIC 소자인 VNA-25을 사용한 이득증폭단을 하이브리드 방식으로 구성하였으며, 최적의 바이어스를 인가하기 위하여 능동 바이어스 회로를 사용하였다. 적용된 능동 바이어스 회로는 소자의 펀치오프전압($V_P$)과 포화드래인 전류($I_{DSS}$)의 변화에 따라 주어진 바이어스 조건을 만족시키기 위해 소스 저항과 드래인 저항의 조절이 필요없다. 즉, 능동 바이어스 회로는 요구된 드래인 전류와 전압을 공급하기 위해 게이트-소스 전압($V_{gs}$)을 자동적으로 조절한다. 저잡음증폭기는 바이어스 회로와 RF 회로를 FR-4기판 위에 제작하였고, 알류미늄 기구물에 장착하였다. 제작된 저잡음증폭기는 이득 32 dB, 이득평탄도 0.2 dB, 0,95 dB 이하의 잡음지수, 입ㆍ출력 전압정재파비는 각각 1.28, 1.43이고, $P_{1dB}$ 는 13 dBm으로 측정되었다.
SiGe HUT뜰 이용하여 Cellular 주파수 대역(824-849 MHz)에서 MMIC 상향 주파수 혼합기와 가변이득 증폭기를 설계하였다. 동작 전압은 2.7 V 이며, 이중평형 구조의 상향 주파수 혼합기는 12 dB의 변환이득, -0.6 dBm의 1dB 이득압축 출력전력, 30 dB 이상의 LO-RF 단자 격리도 특성, 1.25의 LO-VSWR. 1.34의 RF-VSWR을 가지며, 상호컨덕턴스형 가변이득 증폭기는 35 dB의 최대 선형이득, 13 dBm의 1dB 이득압축 출력전력, 42dB의 가변이득, 23dB의 3차 상호변조 교점 출력전력(OIP$_3$), 1.27의 입력 VSWR, 1.1의 출력 VSWR 특성을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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