본 논문에서는 C-대역에서 입출력 정합 회로가 패키지에 내장된 10 W급 내부 정합 증폭기 설계 및 제작을 하였다. 전력증폭기 설계에 사용한 트랜지스터로 GaAs pHEMT bare-chip을 사용하였다. 트랜지스터 패드 위치와 커패시터 크기를 고려한 와이어 본딩 해석으로 정확도 높은 설계를 하였다. 패키지와 정합 회로를 함께 EM simulation하여 패키지가 정합 회로에 미치는 영향을 해석하였다. 2-tone 측정 시 memory effect로 인해 발생되는 IMD3의 비대칭성을 줄이기 위한 memory effect 감쇄 바이어스 회로를 제안 및 설계하였다. 측정 결과, 7.1~7.8 GHz 대역에서 $P_{1dB}$는 39.8~40.4 dBm, 전력 이득은 9.7~10.4 dB, 효율은 33.4~38.0 %을 얻었고, 제안된 memory effect 감쇄 바이어스 회로로 IMD3(Upper)와 IMD3(Lower)차는 0.76 dB 이하를 얻었다.
본 논문에서는 미국내의 상용 PCS 서비스 대역인 $1.9GHz(1.93{\sim}1.99GHz)$대역에서 사용 가능한 선형 전력 증폭기를 설계 및 제작하였다. 실제로 제작한 선형 전력 증폭기는 출력이 25W이고 Feedforward선형화 기법을 사용하여 FCC가 규정한 혼변조 왜곡 특성을 만족하도록 하였다. 선형 전력 증폭기의 출력별로 측정한 결과 1W(30dBm)에서 25W(44dBm)까지 14dB의 측정구간에서 선형화에 의한 혼변조 왜곡은 최저 10.51dBc부터 최고 19.01dBc까지 개선되었고, 최종 출력에서의 IMD 레벨은 최저 64.84dBc에서 최고 68.17dBc로 각각 나타났다. 이러한 특성은 PCS 기지국의 상용제품으로 충분히 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
본 논문에서는 안테나의 PIMD 측정에 있어 신뢰성과 재현성에 관한 문제점을 검토하였으며, 향후 새로운 구조의 Anechoic Chamber의 필요성에 관해 기술하였다. 패치 안테나를 일반적인 안테나용 Chamber에서 PIMD를 측정한 결과 재현성에 있어 문제점이 있음을 확인하였으며, 그 원인이 피라미드 구조의 흡수체에 있음을 실험을 통해 확인하였다.
초고주파 대역의 전력증폭기로 주로 사용되는 트랜지스터는 전력 효율 측면에서 AB급 또는 B급 바이어스로 동작하게 된다. 고출력 트랜지스터가 AB급 바이어스 또는 B급 바이어스로 동작하게 되면 트랜지스터의 입력전력의 증가에 따라 3차 혼변조 성분에 Sweet spot이 발생하게 된다. 본 논문은 고출력 트랜지스터를 AB급 바이어스로 동작시켜 발생한 Sweet spot에서의 3차 혼변조 신호의 상대적인 위상 변화량은 실험을 통하여 측정하였다. 실험 결과로 3차 혼변조 신호의 Sweet spot에서의 약 $180^{\circ}$ 정도의 상대적 위상 변화량이 발생함을 측정하였다.
본 논문에서 DCU는 기지국 전력증폭기의 성능을 안정적으로 유지하여 기지국 전체의 성능과 안정성 유지에 기여한다. 제안된 DCU는 전력증폭기에 공급되는 전력을 제어하며 실험에 사용한 앰프는 정격 입력이 10dBm일 때 정격 출력은 47.8dBm 이다. 성능의 비교는 DCU를 적용 했을 때와 미적용 했을 때를 비교하였고 연구결과 DCU가 IMD의 열화 경계에서 안정적으로 잘 동작 하였으며 전력증폭기가 매우 안정적으로 동작했다. DCU 없이 입력을 정격 보다 2dB 올렸을 때 IMD는 3~4dB 정도 나빠짐을 볼 수 있었다. 측정 결과를 보면 DSP를 이용한 제어가 유효하다는 것을 입증한다.
본 논문에서는 FET의 채널저항을 이용한 이미지 제거 혼합기를 제작하여 그 특성을 분석하였다. 이 혼합기는 IF 50MHz~90MHz, LO 8.17GHz 및 RF 8.08GHz~8.12GHz로써 8GHz대역의 64QAM에 적용할 수 있도록 하였다. 측정 결과 -20dBm의 IF 신호와 10dBm의 LO 신호를 인가하였을 때 -33.2dBm의 RF 출력을 얻었으며, 약 12.9dB의 변환손실을 보였으며, 8.1GHz RF 신호에 대하여 LO 신호는 14.3dB, 이미지 신호는 10.4dB의 억압특성을 얻을 수 있었다. 또한 2-tone실험 결과 51.7dBc의 IMD 특성을 얻을 수 있었다.
고출력 증폭기의 선형화 방법 중 Predistorter 방식은 크기가 작고, 전력 효율이 좋아 고출력 증폭기 선형화에 많이 이용된다. 본 논문에서는 새로운 측정 방법을 이용하여 고출력 증폭기에서 발생하는 혼변조 신호와 Predistorter의 혼변조 신호가 결합하는 경우에 Predistorter의 혼변조 신호의 세기와 위상 변화에 따른 고출력 증폭기에서의 혼변조 신호 감쇠량을 실험적 방법을 통해 추정하였다. 결과적으로 동일한 혼변조 신호, 결합 조건(세기와 위상)의 Predistorter의 선형화 방법은 서로 다른 경로의 신호 결함을 하는 Feedforward 선형화 방법보다 5dB 정도의 혼변조 신호 감쇠량이 낮음을 확인하였다.
본 논문에서는 투톤(two-tone) 신호가 입력된 RF 전력 증폭기의 출력단에서 관찰되는 메모리 효과를 신경망회로를 이용하여 모델링 하였다. 입력 신호의 톤 간격과 전력 레벨의 변화에 따른 출력 전력의 IMD(Inter-Modulation Distortion) 비대칭성을 측정하여 고출력 RF 전력 증폭기의 메모리 효과를 확인하였으며, 서로 다른 중심 주파수에서의 메모리 효과도 실험적으로 확인하였다. 투톤 입력 신호 테스트에 기초한 전력 증폭기의 모델링 방법으로 TDNN(Tapped Delay Line-Neural Network)방식을 적용하였으며 이 방식이 다른 여러 가지 모델링 방법과 비교하여 매우 신뢰할만한 정확성을 가짐을 보였다.
본 논문에서는 메타구조를 이용하여 하나의 RF GaN HEMT로 새로운 이중대역에 전력증폭기를 구현하였다. CRLH 전송선로는 이중- 대역 조절 특성을 갖는 메타물질 전송 선로를 만들 수 있다. CRLH 전송 선로의 이중 대역 동작은 전력증폭기의 정합 회로를 구현을 위하여 주파수 오프셋과 CRLH 전송 선로의 비선형 위상 기울기에 의해 얻을 수 있다. 이중대역에서 CRLH 전송 선로를 이용하여 이중대역에서 오직 2차, 3차 고조파 성분만을 조절하였다. 또한, 제안된 전력증폭기의 효율을 향상 시키기 위하여 출력 정합 회로뿐만 아니라 입력 정합회로도 고조파 조절 회로를 이용하여 구현하였다. 두 동작 주파수는 900MHz와 2140MHz로 정하였다. 전력증폭기의 측정된 출력 전력은 각각 900MHz에서 39.37dBm, 2140MHz에서 38.87 dB이다. 이 지점에서 얻은 전력효율 및 IMD는 900MHz에서 PAE 60.2%, IMD는 -23.17dBc, 2140MHz에서 PAE 67.3%, IMD -25.67dBc이다.
레이저 다이오드의 비선형성으로 인해 발생하는 왜곡성분들을 제거하기 위해 피드포워드 선형화 기법을 적용한 광송신기를 제작하였다. 레이저 다이오드의 파장차이에 따른 광전송 실험을 위해 광 주입 기술을 피드포워드 기법에 적용하여 3차 상호변조 왜곡성분(IMD3)의 크기변화를 측정하였다. 광 전송길이 및 레이저 다이오드의 파장차이로 인해 생기는 위상 부정합 현상을 분석하고 이에 따른 IMD3의 크기변화를 시뮬레이션 및 측정 하였다. 그리고 IMD3의 억제량의 변화를 극복하기 위해 정량적인 위상 가변량을 계산하였으며, 시스템 설계시 고려해야 할 가이드라인을 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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