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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박효달
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
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전력증폭기는 기지국, 레이더 등 여러 분야에서 사용된다. 통신 시스템의 발전에 따라 하나의 장치로 지원해야 하는 대역이 증가하였다. 또한 전력 증폭기는 시스템에서 가장 많은 전력을 소모하고 많은 열을 발생시키기 때문에 전체 시스템의 성능에도 영향을 줄 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 광대역, 고효율 전력증폭기가 필요하다.
본 논문에서는 0.5 - 2.0 GHz 대역에서 동작하는 고효율 전력 증폭기를 소개한다. 광대역에서 고효율로 동작하도록 하기 위해 E급 구조를 선택하였다. 간단한 구조로 광대역 성능을 가지도록 하기 위해 저역통과 구조를 사용하여 정합단을 설계하였으며, 각각 0.5 - 1.0 GHz, 1.0 - 2.0 GHz 대역에서 동작한다. 또한 1-옥타브 이상의 대역에서 동작할 때 고조파 성분에 의해 생길 수 있는 선형성의 저하를 막기 위해 출력부에는 두 개의 정합단을 사용하였다. 두 정합단의 연결부에는 SPDT(single pole double throw) 스위치를 장착하여 사용 대역에 따라 하나의 정합단을 선택할 수 있도록 하였다.
제작된 전력증폭기는 전 대역에서 2.2 - 6.0 dB의 이득과 약 1 W의 출력 전력을 가진다. 효율은 약 10 % 이며 낮은 이득으로 인해 출력 전력과 효율 모두 목표 성능에 비해 부족한 성능을 가진다. 하지만 고조파가 전 대역에서 -20 dBc 미만으로 반송파에 비해 매우 작은 값을 가지는 것을 통해 저역통과 정합단을 통해 선형성의 경우 만족할 만한 성능을 보임을 확인할 수 있다. 성능 감소의 원인은 트랜지스터에서 발생하는 열과 트랜지스터의 소스와 접지면 사이의 접합이 완전히 이루어지지 않아 드레인에 충분한 전류가 흐르지 못하여 발생한 것으로 판단되며, 추후 회로의 수정을 통해 문제점들을 해결해 나갈 계획이다.
본 논문에서는 0.5 - 2.0 GHz 대역에서 동작하는 고효율 전력 증폭기를 소개한다. 광대역에서 고효율로 동작하도록 하기 위해 E급 구조를 선택하였다. 간단한 구조로 광대역 성능을 가지도록 하기 위해 저역통과 구조를 사용하여 정합단을 설계하였으며, 각각 0.5 - 1.0 GHz, 1.0 - 2.0 GHz 대역에서 동작한다. 또한 1-옥타브 이상의 대역에서 동작할 때 고조파 성분에 의해 생길 수 있는 선형성의 저하를 막기 위해 출력부에는 두 개의 정합단을 사용하였다. 두 정합단의 연결부에는 SPDT(single pole double throw) 스위치를 장착하여 사용 대역에 따라 하나의 정합단을 선택할 수 있도록 하였다.
제작된 전력증폭기는 전 대역에서 2.2 - 6.0 dB의 이득과 약 1 W의 출력 전력을 가진다. 효율은 약 10 % 이며 낮은 이득으로 인해 출력 전력과 효율 모두 목표 성능에 비해 부족한 성능을 가진다. 하지만 고조파가 전 대역에서 -20 dBc 미만으로 반송파에 비해 매우 작은 값을 가지는 것을 통해 저역통과 정합단을 통해 선형성의 경우 만족할 만한 성능을 보임을 확인할 수 있다. 성능 감소의 원인은 트랜지스터에서 발생하는 열과 트랜지스터의 소스와 접지면 사이의 접합이 완전히 이루어지지 않아 드레인에 충분한 전류가 흐르지 못하여 발생한 것으로 판단되며, 추후 회로의 수정을 통해 문제점들을 해결해 나갈 계획이다.
목차
제 1 장 서 론 1제 2 장 전력증폭기 이론 52.1 RF 전력증폭기 개요 52.2 전력증폭기 기본 파라미터 62.2.1 이득 62.2.2 안정도 72.2.3 선형성 92.2.4 효율 12제 3 장 광대역 고효율 전력증폭기 설계법 143.1 고효율 증폭기 설계법 143.1.1 전도각을 조절하는 방법 143.1.2 적응형 바이어스 전압을 사용하는 방법 153.1.3 스위칭 모드를 이용한 방법 163.2 광대역 전력증폭기 설계 방법 213.2.1 기존의 광대역 전력증폭기 설계 기법 213.2.2 저역통과 정합단을 이용한 광대역 설계 방법 24제 4 장 고효율 광대역 전력증폭기의 설계 294.1 제안된 전력증폭기의 개요 294.1.1 설계 배경 294.1.2 고효율 광대역 전력증폭기의 설계 제안 314.2 제안된 전력증폭기의 설계 324.2.1 DC 바이어스 설정 324.2.2 E급 동작을 위한 출력 임피던스 계산 334.2.3 출력 정합단 설계 344.2.4 입력 정합단 설계 414.2.5 고효율 광대역 E급 전력증폭기 설계 43제 5 장 전력증폭기의 제작 및 측정 525.1 고효율 광대역 전력증폭기의 제작 525.1.1 설계된 전력증폭기의 레이아웃 525.1.2 전력증폭기의 제작 535.2 고효율 광대역 전력증폭기의 측정 545.1.1 제작된 전력증폭기의 측정 환경 545.1.2 제작된 전력증폭기의 측정결과 55제 6 장 결 론 60참고문헌 62
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