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 혼합기의 주파수 상향 변환 동작을 이용한 새로운 전치왜곡 선형화 기법을 제안하였다. 이 선형화 기법은 주파수 상향 혼합 동작을 이용함에도 불구하고 추가적인 신호원을 필요로 하지 않는다. 대신 입력 신호로부터 2차 저주파 혼변조 왜곡 신호를 추출하여 주파수 상향 변환에 필요한 신호원으로 사용하였다. 제안한 전치왜곡 선형화 기법의 타당성을 보이기 위해 주파수가 1.8544 ㎓와 1.8556 ㎓인 2-톤 신호를 개인휴대 통신용 전력 증폭기에 인가하여 22 ㏈m/tone 출력시에 (CR) 비를 26 ㏈ 개선하였으며, 출력 신호레벨을 17 ㏈ 변화시키는 동작 영역에서 (C/I) 비를 20 ㏈ 이상 개선시켰다. 또한 IS-95A 1FA 신호를 인가하여 출력이 26.5 ㏈m일 때 885 KHz 및 1.25 MHz 이격 지점에서 인접 채널 전력비를 각각 10.8 ㏈, 6.4 ㏈ 개선시켰다.
본 논문에서, 기존의 λ/4 전원 전송선로의 접지면에 아령 모양의 DGS(Defected Ground Structure)를 추가한 새로운 형태의 λ/4 전원 전송선로를 제안하였다. DGS A/4 전원 전송선로는 높은 특성 임피던스 값을 유지하면서, 기존의 전원 선로보다 폭은 더 넓어지고 길이는 더 짧아졌다. 제안된 전원 선로가 신호 전송선로에 부착되면, 2차 고조파 성분뿐만 아니라 3차 고조파 성분 역시 감쇄시킬 수 있다. 증폭기에서 고조파 감쇄 특성을 갖는다면, 효율과 선형성이 개선되어진다. 제안된 전원 선로는 IMT-2000 기지국 송신 대역 전력 증폭기에 적용하였다. 본 논문에서는 제안된 새로운 DGS 구조 λ/4 전원 선로를 이용한 전력 증폭기의 검증을 위해, DGS 시뮬레이션과 실험 결과들을 제시하였다. 실험 결과, 기존의 구조에 비해 3차 고조파 성분은 26.5 dB 감쇄되었고, 효율은 약 9.1% 정도 향상되었으며, 3차 혼변조 왜곡 특성은 4.5 dB 개선되었다.
본 논문에서는 도허티 전력증폭기의 입력과 출력 단에 PBG와 같은 특성을 보이는 새로운 구조의 커플러를 적용하여 높은 효율을 유지하면서 선형성을 개선하도록 하였다. 제안된 새로운 구조의 커플러는 일반적인 커플러 구조에 2차 고조파 성분을 저지하도록 내부에 주기적인 격자 셀을 삽입함으로써 큰 전파 상수 값을 가진다. 주기적인 격자 셀은 일반적인 대역저지 필터의 LC공진회로와 같은 성질을 나타내고, 높은 등가 커패시턴스 때문에, 커플러의 크기를 줄일 수 있다. 이러한 구조의 커플러는 일반적인 커플러에 비해 면적이 30% 정도 효과적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 높은 2차 고조파 성분을 저지하는 특성을 나타낸다. 새로운 커플러 구조를 적용한 도허티 전력증폭기의 3차 혼변조 왜곡 ($IMD_3$)은 CDMA 응용에서 -31.16 dBc이다. 제안된 커플러 구조가 없는 도허티 전력증폭기와 비교했을 때, PAE는 유지하면서 $IMD_3$은 -6 dBc 개선되었다.
본 논문에서는 우수한 OIP3(ouput intercept point) 특성을 가지는 평형전력증폭단을 설계하고 이를 적용하여 K-band 상향변환기를 설계 및 제작하였다. 상향변환기의 구성은 전력 증폭기단, 국부발진신호 제거필터, 주파수혼합기및 IF단으로 구성하였으며 RF 경로의 동작 유무를 판단하기 위한 국부 루프 경로와 출력 전력을 감시하기 위한 감시 단자로 구성하여 소요되는 전력을 예측하였다. K-대역 MMIC를 이용하여 평형전력증폭단을 제작하였으며 전력 예측값에 의하여 상향변환기를 설계 제작하였다. 설계된 상향변환기의 이득은 $40\pm$2dB, PldB는 29dBm의 특성을 가지며, OIP3는 37.25dBm의 높은 특성이 나타내었다. 특히 전력증폭단의 MMIC를 조정하여 30dB이상의 이득을 제어하였다. 본 논문에서 제작한 상향변환기는 PTP 및 PTMP용 트랜시버에 사용할 수 있으며, QAM 및 QPSK 변조방식을 이용하는 디지털 통신 시스템 및 BWA(Broad Wireless System)에도 적용할 수 있다.
본 논문에서는 도허티 전력증폭기의 출력 정합단에 새로운 광전자밴드갭(PBG) 구조를 적용하여 높은 효율을 유지하면서 선형성을 개선시키도록 하였다. 제안된 나선형 PBG 구조는 비평면 제조 공정을 요구하지 않는 유전체 판 위에 패턴을 뜬 2차원의 규칙적인 격자이다. 실험결과를 통해서 보면, 이 구조는 접지 평면에 세 개의 셀을 식각시킨 기본적인 PBG 구조보다 더 넓은 저지대역과 더 높은 저지 특성을 갖는다. 또한 더욱 가파른 스커트 특성을 갖는다. 이 새로운 PBG 구조는 선형성 개선을 위하여 도허티 전력증폭기에 적용되어 질 수 있다. 나선형 PBG 구조를 적용한 도허티 전력증폭기의 3차 혼변조 왜곡(IMD3)은 코드분할 다중접속(CDMA) 응용에서 -33dBc이다. 제안된 PBG 구조가 없는 도허티 전력증폭기와 비교했을 때, PAE는 유지하면서 IMD3은 -8dBc 개선되었다. 더욱이 나선형 PBG 구조는 기본적인 PBG 구조보다 물리적인 크기가 줄어서 전력증폭기의 전체 크기를 줄일 수 있었다.
본 논문은 전력증폭기의 크기를 줄이고 선형성을 개선하기 위한 새로운 광전자밴드갭 (PBG) 구조를 제시하였다. 제안된 구조는 비평면 제조 공정을 요구하지 않는 유전체 판위에 패턴을 뜬 2차원의 규칙적인 격자이다. 실험 결과를 통해서 보면, 이 구조는 접지 평면에 세 개의 셀을 식각시킨 기본적인 PBG와 distorted uniplanar compact_PBG (DUC_PBG)보다 더 넓은 저지대역과 더 높은 저지 특성을 갖는다. 이 새로운 PBG 구조는 선형성 개선을 위하여 전력증폭기에 적용되어 질 수 있다. 새로운 PBG 구조를 이용한 전력증폭기의 3차 혼변조 왜곡 (IMD3)은 코드분할 다중접속 (CDMA) 응용에서 -36.16 dBc이다. 제안된 PBG 구조가 없는 전력증폭기와 비교했을 때, 개선된 IMD3는 -13.49 dBc이다.
본 논문에서는 증폭기의 비선형 특성인 AM/AM 과 AM/PM 현상을 보상해주는 새로운 형태의 선형화기를 제안하였다. 이 선형화기는 공통 이미터 증폭기와 쇼트키 다이오드를 이미터와 접지 사이에 연결한 형태로 구성되어 있어, 쇼트키 다이오드의 접합 저항 값이 변화함에 따라 이득 증가 와 위상 확장 특성을 얻을 수 있다. 이러한 결과를 이용하여 증폭기의 비선형 특성을 개선시킬 수 있으며, 셀룰라 기지국 주파수 밴드의 증폭기를 제작하여 증폭기의 비선형 특성 개선을 확인하였다. 반송파 2톤 신호를 인가하였을 때, 주파수 간격이 1MHz에서 3차 혼변조 신호는 10.4dB 개선되었고, IS-95 CDMA 1FA 신호에서는 인접채널 전력비가 9.6dB 개선됨을 확인하였다.
본 논문은 2차 고조파 주입을 적용한 고선형의 균형적인 자체 발진 혼합기(SOM)를 제안하였다. 제안한 SOM은 발진을 위하여 균형적 공진기 구조인 H-슬롯 결함 접지면 구조로 설계하였다. H-슬롯 결함 접지면 구조는 높은 Q 계수를 가지므로 발진기의 낮은 위상 잡음을 제공하기에 적합한 구조이다. 혼합기는 균형적 국부발진기(LO) 신호가 RF 입력 포트에 영향을 주면 안 되므로 LO-RF 신호의 격리에 좋은 단일 평형 혼합기를 활용하였다. 또한, 제안한 SOM은 선형성 향상을 위해 IF의 2차 고조파 주입을 위하여 서로 다른 피드백 경로를 사용하는 두 가지 방법을 제안하였다. 첫 번째 방법은 입력 파워 -20 dBm의 5 GHz RF 입력 신호일 때 226 MHz IF에서 3.08 dB의 변환 이득을 실현하였고, 두 번째 방법으로는 입력 파워 -20 dBm의 5.2 GHz RF 입력 신호일 때 423 MHz IF에서 2 dB의 변환 이득을 달성하였다. 두 가지 방법 대한 측정 결과, 3차 혼변조 왜곡(IMD3)는 각각 61.8 dB, 65 dB로 나타났다. 따라서 제안한 SOM은 2차 고조파 주입 기술을 적용하지 않은 것에 비해 두 가지 방법 각각 IMD3가 18.8 dB, 21 dB로 개선되었으므로 향상된 선형성을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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