In this paper, we designed and implemented a high power amplifier(HPA) to achieve the high Power Added Efficiency(PAE) over 40% at the 90W output power for the ISM-band(fo=2.45GHz). HPA presented in this paper has 3-stage drive amplifier and 1-stage final amplifier. In the final amplifier, we utilized balanced amplifier configuration with GaAs FET and each of two amplifiers has the push-pull configuration to increase PAE. From the measurement results, we obtained PAE of 42.95% at the 90.57W output power.
A highly efficient and compactly integrated balanced power amplifier (PA) for W-CDMA handset applications is presented. To overcome the size limit of a typical balanced PA, a bulky input divider is integrated into a PA MMIC, and a complex output network is replaced with simple lumped-element networks. For efficiency improvement at the low output power level, one of the two amplifiers in parallel is deactivated and the other is partially operated with corresponding load impedance optimization. The implemented PA shows excellent average current consumption of 34.5 mA in urban and 56.3 mA in suburban environments, while exhibiting very good load-insensitivity under condition of VSWR=4:1.
A novel balanced distributed amplifier (DA) was proposed using novel impedance transforming MEMS baluns. The impedance transforming MEMS balun is matched to $50{\Omega}$ at one input port and $25{\Omega}$ at two output ports. It is based on the electric field mode-change method, thus it is strongly independent of frequency and very compact. The novel balanced DA consists of two $25{\Omega}$-matched DAs and these are combined by $50{\Omega}$-to-$25{\Omega}$ baluns. Theoretically, it has two times wider bandwidth and power capability than the conventional DA. So as to verify the proposed concept, we designed and fabricated a conventional DA and the proposed one using 0.15-${\mu}m$ GaAs pHEMT technology.
W-CDMA 단말기에 적용 가능한 balanced 전력증폭기의 load insensitivity 특성을 분석하였다. Balanced 전력증폭기 내부에 있는 두 평형(parallel) 증폭기의 부하 임피던스가 출력 부하 임피던스의 부정합(load impedance mismatch)에 따라 어떻게 변화하는지를 수식적으로 계산하였고, 이를 통해 선형성이 가장 취약한 반사 계수 위상을 조사하였다. 이 위상에서 balanced 전력증폭기는 출력단의 트랜지스터 면적을 적절히 증가시킬 경우 선형성이 개선될 수 있음을 제안하였고, 트랜지스터 면적이 서로 다른 복수개의 1단 balanced 전력증폭기를 설계하여 VSWR=4:1 반사 조건에서의 시뮬레이션을 통해 이를 검증하였다.
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.
본 논문에서는 cascode 구조에 shunt peaking 기술을 접목시킨 밀리미터파 광대역 단일 종단 증폭기와 tandem 결합기를 이용한 밀리미터파 광대역 평형 증폭기를 설계 및 제작하였다. 증폭기 제작을 위하여 0.1 ${\mu}m\;{\Gamma}-gate$ GaAs PHEMT가 사용되었다. 제작된 단일 종단 증폭기는 37 GHz($18.5{\sim}55.5$ GHz)의 3 dB 대역폭과 47 GHz에서 9.38 dB의 최대 $S_{21}$ 이득 특성을 얻을 수 있었다. 밀리미터파 대역용 광대역 평형 증폭기 제작을 위해 사용된 tandem 결합기는 $30{\sim}60$ GHz에서 평균 3.5 dB의 결합 계수 및 -23 dB 이하의 반사 손실을 얻을 수 있었다. 제작된 평형 증폭기는 44.5 GHz($21{\sim}65.5$ GHz)의 3 dB 대역폭을 얻었으며, 최대 $S_{21}$ 이득은 60 GHz에서 10.4 dB의 값을 얻을 수 있었다. Tandem 결합기를 이용한 평형 증폭기는 shunt peaking 기술을 이용한 단일 종단 증폭기에 비해 20% 증가된 3 dB 대역폭을 보였으며, 더 낮은 입력 및 출력 반사 손실을 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 밀리미터 웨이브 대역의 PBG(Photonic Band Gap)를 적용한 고출력 증폭기를 설계하였다. 증폭기는 24.6 GHz∼24.75 GHz 까지의 동작대역을 가지며 증폭기의 선형성과 효율을 개선하기 위하여 PBG는 증폭기의 2차 고조파를 제거하도록 설계되었다. 또한 기존의 PBG 형태보다 저지 특성이 좋으면서도 출력 라인을 따라서 구현되는 PBG의 길이는 감소하도록 PBG를 변형하여 최적화 시켰다. 제작된 PBG는 증폭기의 2차 고조파대역에 대하여 35 dB 이상의 저지 특성을 보여준다. 증폭기는 입$.$출력 반사특성과 출력전력의 개선을 위하여 Lange Coupler를 이용한 Balanced 구조를 가지도록 설계하였다.
주로 TWT로 사용되어 오던 2GHz 대 고출력증식기를 근래 개발되어 시판되기 시작한 microwave bipolar transistor를 사용하여 설계 제작하였다. 특히 고출력을 얻을 목적으로 balanced amplifier로 구성하였으며 microstripline을 사용해서 우수한 impedance정합효과를 얻었다. RF출력의 divider 및 combiner로서는 제작상의 편의를 감안해서 stripline directional coupler방식을 채택했으며 이것은 quadrature hybrid coupler로서 좋은 동작특성을 보였다. 직접 실용화를 감안해서 설계, 시작된 본 마이크로파 트랜지스터 증폭기는 측정결과 RF출력 14watt, 이득 14dB, 편파수대역폭 180MHz, 효율 40%의 우수한 종합특성을 얻었다.
In this paper, we made 5W 2stage power amplifier for IMT-2000 repeater. We designed this amplifier by harmonic balanced simulation using nonlinear model to minimize distortion. After simulation, we acquired 47㏈m 1㏈ compression point at 2110 ~ 2170MHz single tone input. In addition, the ACPR of this amplifier was good. The test result was 47㏈m 1㏈ compression point, 42.6㏈ gain, -36.16㏈c ACPR at 2.5MHz, -44.34㏈c ACPR at 5MHz and -51.67㏈c ACPR at 7.5MHz.
본 논문에서는 C-band의 중심 주파수인 6 GHz 대역을 중심으로 광대역 공간 전력 합성기를 설계, 제작하여 그 특성을 고찰하였다. 제안된 공간 전력 합성기는 광대역 특성을 갖는 입ㆍ출력 안테나에 평면형 다이폴 안테나를 사용함으로서 기존의 공간 전력 합성기의 대역폭의 제한을 극복하였고 입ㆍ출력 안테나의 편파를 교차편파가 되도록 사용하였기 때문에 입력단과 출력단의 격러도를 높여서 공간 전력 합성기의 안정성을 향상 시켰다. 설계된 입력부와 출력부 안테나의 대역폭은 각각 24.8%와 23%의 대역폭을 얻었다. 제작한 4${\times}$l 공간 전력 합성기는 6 GHz에서 24.04 dB의 유효 등방성 이득(EIPG), 17% 이상의 이득 대역폭, 68.69%의 전력 합성 효율을 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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