본 논문은 GaN HEMT (Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor)를 이용하여 Class-J 모드를 적용한 고효율, 광대역 특성을 갖는 전력증폭기를 설계 및 제작하였다. 제안된 Class-J 모드 전력증폭기의 정합회로는 2차 고조파 임피던스가 리액턴스 성분만 갖도록 하였으며, 1.4 ~ 2.6 GHz 주파수대역내에서 연속파 (CW) 신호를 사용하여 $40{\pm}1$ dBm의 출력 전력과 50 % 이상의 전력부가효율 (Power-Added Efficiency, PAE) 및 60 % 이상의 드레인 효율 (Drain Efficiency, DE)이 측정되었다.
종래의 LDMOS를 사용한 전력증폭기는 AB-급 및 도허티 방식으로 60MHz 대역폭의 협대역에서 55%의 효율을 보여주고 있으나, 기지국의 전력증폭 모듈의 RRH의 적용에 따라 100MHz이상의 대역확장과 60%이상의 고효율 전력증폭기를 요구하고 있으므로, 본 연구에서는 LDMOS FET를 이용한 J-급 전력증폭기를 설계하여 200MHz대역에서 60%이상의 고효율 특성을 나타내었다. 설계한 J-급 전력증폭기는 2차 고조파 부하가 순수한 리액턴스 성분만을 포함하고 작은 양호도 Q 값을 갖도록 출력단 정합회로를 최적화 시켰다. 측정결과 WCDMA 주파수 대역을 포함한 2.06~2.2GHz에서 연속파 신호를 입력하였을 때 62~70%의 전력 부가효율(PAE)의 특성을 갖는 10W급 J-급 전력증폭기를 구현하였다.
In this paper designed J-class amplifier that have high efficiency using parasitic of pHEMT. Measured results of the designed J-class amplifier is maxmum output power of 31.5dBm and gain of 16.5dB, minimum output power of 29.8dBm. when input power 15dBm. Maxmum drain efficiency is 76.2% at 2.95GHz, maxmum drain efficiency is 61%. The J-class amplifier has average gain of 15.35dB and average efficiency of 35%.
지금까지 LDMOS를 사용한 전력증폭기는 AB-급 및 도허티 방식으로 60 MHz 대역폭의 협대역에서 55 %의 효율을 보여주고 있으나, 기지국의 전력증폭 모듈의 RRH의 적용에 따라 100 MHz 이상의 대역폭 확장과 60 % 이상의 고효율 전력증폭기를 요구하고 있으므로, 본 연구에서는 GaN 소자를 이용하여 2차 고조파 부하가 순수한 리액턴스 성분만을 포함하고, 광대역 특성을 갖도록 출력단 정합회로를 최적화하여 J-급 전력증폭기를 설계하였다. 측정 결과, W-CDMA 주파수 대역을 포함한 1.6~2.3 GHz에서 연속파 신호를 입력하였을 때 60~75 %의 전력 부가 효율 특성을 갖는 45 W급 J-급 전력증폭기를 구현하였다.
본 논문은 LDMOS(laterally diffused metal oxide semiconductor)를 이용하여 동작점 Class J를 적용하고, 2차 하모닉 임피던스가 리액턴스 임피던스가 되도록 출력 정합회로를 최적화하여 고효율 전력증폭기를 설계 하였다. 설계한 전력증폭기는 주파수가 108 ~ 110 MHz에서, 전력부가효율(PAE; power added efficiency)은 PSAT 출력(54.5 dBm)에서 71.5%, P1dB 출력(51.5 dBm)에서 55.5%, 그리고 45 dBm에서 24.38%의 특성을 보였다. 공간변조 방식에서의 기준 신호인 CSB(carrier with sideband) 전력증폭기는 운용 출력이 45 dBm ~ 35 dBm이며, 그 출력에서 선형적인 SDM(sum in the depth of modulation) 특성(40% ± 0.3%)을 얻었다. 전력증폭기의 바이어스 동작점에 따른 진폭 변조도 특성를 측정하고, 선형적인 변조도 특성을 얻을 수 있는 최적의 동작점을 제안한다.
이동통신 시스템의 멀티미디어 서비스 확산과 고속통신 기능의 수요를 충족시키기 위해서 다중대역 전력증폭기의 고효율, 광대역 특성 및 비선형 특성의 개선이 필요하다. 본 연구에서는 J-급 전력증폭기 동작조건을 만족하는 2차 고조파 정합회로를 단일-스터브 정합회로로 구성하였다. 광대역 J-급 동작조건을 만족시키기 위해 단일-스터브 정합회로는 낮은 특성임피던스를 갖는 것이 필요하다. 본 연구에서는 낮은 특성 임피던스를 갖는 단일-스터브 정합회로를 패키지 내에 높은 유전율의 세라믹 기판을 이용하여 구현하였다. 이에 따라 2차 고조파 정합회로가 패키지된 GaN HEMT와 외부 기본파 정합회로를 이용하여 넓은 주파수 대역에서 J-급 출력 임피던스 조건을 만족하는 전력증폭기를 구현하였다. 제작된 J-급 전력증폭기 측정 결과, 1.8~2.7 GHz(900 MHz)의 대역폭에서 50 W(47 dBm) 이상의 출력전력과 최대 72.6 %의 드레인 효율, 최대 66.5 %의 PAE 특성을 확인하였다.
GaN 전력증폭소자를 이용한 전력증폭기의 고효율 특성을 구현하기 위하여 $50{\Omega}$으로 정합된 전력증폭소자는 적용 주파수 대역, 출력전력, 효율 특성 선정의 한계가 있으므로 본 연구에서는 source/load-pull 시험을 통한 측정 데이터를 기반으로 고출력, 고효율 특성의 설계 목적에 맞는 정량적 입력 및 출력 임피던스를 추출하여 고효율 전력증폭기를 구현하였다. 구현된 전력증폭기는 2.7-3.1GHz의 주파수 대역에서 25watt(44dBm), 66-76%의 PAE특성 나타낸다.
본 논문에서는 소나용 고출력 전력증폭기의 효율을 향상시키기 위하여 Class E 설계 기법을 분석하고 소나 시스템의 송신기에 적용하였다. Class E 기법에 기반하여 전력소자를 스위칭 모드로 동작시켜서 Zero Voltage Switching(ZVS)이 발생하도록 회로를 설계함으로써 전력 소자의 전력 손실을 최소화하고 전력 증폭기의 효율을 최대화하여 주었다. 설계된 Class E 기법의 전력 증폭기의 동작 및 타당성을 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
Contour vibration mode piezoelectric transformers were designed and fabricated to the square plate with size of $27.5{\times}27.5{\times}2.5(2.6,\;3.0)mm^3$ using PNW-PMN-PZT ceramics. Electrical characteristics of the piezoelectric transformer were investigated for fluorescent lamp ballast application. The electrical properties and characteristic temperature rise were measured using oscilloscope and infrared temperature sensor. A 28W fluorescent lamp was successfully driven by the fabricated transformers. After driving the lamp using Power Amplifier for 24 min, the output power, efficiency and characteristic temperature rise of PT2 piezoelectric transformer showed the appropriate values of 28.01 W, 99.43% and $11^{\circ}C$, respectively. The electronic ballast using PT2 piezoelectric transformer showed an excellent output power of 28.85 W and efficiency of 86.3%, respetively.
When ICP(Inductive Coupled Plasma type etching and wafer manufacturing is being processed in semiconductor process, a noxious gas in PFC and CFC system is generated. Gas cleaning dry scrubber is to remove this noxious gas. This paper describes a power source device, 2MHz switching frequency class 2kW RF Generator, used as a main power source of the gas cleaning dry scrubber. The power stage of DC/DC converter is consist of full bridge type converter with 100kHz switching frequency Power amplifier is push pull type inverter with 2MHz switching frequency, and transmission line transformer. The adequacy of the circuit type and the reliability of generating plasma in various load conditions are verified through 50$\Omega$ dummy load and chamber experiments result.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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