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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 李永哲
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 경남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2015
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LTE기반 차세대 이동통신 시스템의 기지국은 친환경적, 설치가 용이한 소형화된 시스템 구조와 저 전력 특성을 갖도록 요구되어, 기지국 형상은 디지털 채널 제어부와 RF 시스템으로 분리하고 두 시스템사이에 광케이블로 연결하는 새로운 시스템 구조로 전환되었다. LTE 이동통신 시스템의 이러한 요구조건을 만족하기 위해서는 기지국의 전력소비를 최소화와 광대역 특성이 필요하므로 기지국 송신시스템은 전력시스템의 효율개선과 다중대역 다중 모드에서 동작하는 광대역 전력증폭기에 대한 연구가 요구된다. 고효율 스위치 모드 전력증폭기를 이동통신 기지국에 적용하기에는 높은 동작 범위에서의 선형성과 고조파 제어의 문제점이 발생되므로 전력증폭소자를 선형 모드에서 2차 고조파를 제어하여 스위치 모드 전력증폭기와 동일한 높은 효율과, 선형 모드의 높은 선형성을 갖는 J-급 전력증폭기에 대한 연구가 요구되었다.
본 연구에서는 LDMOS FET를 사용하여 기존의 J급 전력증폭기 설계 방법과 다르게 전력증폭소자의 기생 커패시턴스를 포함한 최적 부하 임피던스를 로드-풀 방법으로 추출하고 전력증폭소자의 2차 고조파 부하를 제어하여 전력증폭기의 효율 특성을 개선하고, 출력단에서 낮은 Q값을 갖는 2단 L형 임피던스 정합회로를 적용하여 광대역 특성을 확보하고 전력증폭기를 AB-급 동작 급수의 선형성을 유지함으로써 이동통신 기지국의 송신기의 고효율, 광대역 요구 조건을 만족시켰다. 설계한 J-급 전력증폭기가 이동통신 기지국의 요구조건을 만족시키기 위하여 2000MHz대역에서 사용 가능한 10W급 LDMOS FET를 사용하여 본 연구에서 제안한 J-급 전력증폭기를 구현하였을 때, 1950MHz에서 2350MHz까지 400MHz 대역폭에서 이득 평탄도는 2.0dB이며, 1dB 억압점에서의 출력은 2100MHz에서 40.5dBm으로 최대 출력을 가지고, 전력부가효율은 2100MHz에서 69.1%로 최대 효율을 얻었다. 기지국 전력증폭기 평균 출력 전력 7.5dB 백-오프 지점인 33dBm에서 30%의 드레인 효율로 기존 AB-급 전력증폭기 보다 우수함을 확인하였다. 본 연구에서 제안한 전력증폭기의 선형성을 확인하기 위해 3차 고조파 왜곡 시험 결과 39.3dBm에서 30dBc를 얻어 기존의 기지국에서 사용하는 AB-급 전력증폭기와 동등한 선형성을 가짐을 확인하였다. 이 값은 J-급 전력증폭기로 설계할 때 AB급 동작 급수를 기본으로 설계한 결과와 일치한다.
기지국 송신기 주 증폭단을 도허티로 적용하기 위하여 본 연구에서 제안한 J-급 전력증폭기를 구동 증폭기로 사용하고, 주 증폭기와 보조 증폭기를 J-급 증폭기로 구성한 도허티 증폭 모듈에서는 2100MHz에서 43.4dBm의 최대 출력 전력과 63%의 드레인 효율을 얻었다. 기지국 전력증폭기 설계에서 적용하는 7.5dB 백-오프 지점에서 전력증폭모듈 전체 효율이 42%의 높은 효율을 나타내어 기존의 도허티 전력증폭기보다 우수함을 보였다. 본 연구의 결과는 고효율과 광대역 및 선형성 요구 조건을 요구하는 무선통신 시스템의 전력증폭기에 적용가능하다.
본 연구에서는 LDMOS FET를 사용하여 기존의 J급 전력증폭기 설계 방법과 다르게 전력증폭소자의 기생 커패시턴스를 포함한 최적 부하 임피던스를 로드-풀 방법으로 추출하고 전력증폭소자의 2차 고조파 부하를 제어하여 전력증폭기의 효율 특성을 개선하고, 출력단에서 낮은 Q값을 갖는 2단 L형 임피던스 정합회로를 적용하여 광대역 특성을 확보하고 전력증폭기를 AB-급 동작 급수의 선형성을 유지함으로써 이동통신 기지국의 송신기의 고효율, 광대역 요구 조건을 만족시켰다. 설계한 J-급 전력증폭기가 이동통신 기지국의 요구조건을 만족시키기 위하여 2000MHz대역에서 사용 가능한 10W급 LDMOS FET를 사용하여 본 연구에서 제안한 J-급 전력증폭기를 구현하였을 때, 1950MHz에서 2350MHz까지 400MHz 대역폭에서 이득 평탄도는 2.0dB이며, 1dB 억압점에서의 출력은 2100MHz에서 40.5dBm으로 최대 출력을 가지고, 전력부가효율은 2100MHz에서 69.1%로 최대 효율을 얻었다. 기지국 전력증폭기 평균 출력 전력 7.5dB 백-오프 지점인 33dBm에서 30%의 드레인 효율로 기존 AB-급 전력증폭기 보다 우수함을 확인하였다. 본 연구에서 제안한 전력증폭기의 선형성을 확인하기 위해 3차 고조파 왜곡 시험 결과 39.3dBm에서 30dBc를 얻어 기존의 기지국에서 사용하는 AB-급 전력증폭기와 동등한 선형성을 가짐을 확인하였다. 이 값은 J-급 전력증폭기로 설계할 때 AB급 동작 급수를 기본으로 설계한 결과와 일치한다.
기지국 송신기 주 증폭단을 도허티로 적용하기 위하여 본 연구에서 제안한 J-급 전력증폭기를 구동 증폭기로 사용하고, 주 증폭기와 보조 증폭기를 J-급 증폭기로 구성한 도허티 증폭 모듈에서는 2100MHz에서 43.4dBm의 최대 출력 전력과 63%의 드레인 효율을 얻었다. 기지국 전력증폭기 설계에서 적용하는 7.5dB 백-오프 지점에서 전력증폭모듈 전체 효율이 42%의 높은 효율을 나타내어 기존의 도허티 전력증폭기보다 우수함을 보였다. 본 연구의 결과는 고효율과 광대역 및 선형성 요구 조건을 요구하는 무선통신 시스템의 전력증폭기에 적용가능하다.
목차
국문요약제 1 장 서 론 = 11-1. 연구의 필요성 = 11-2. 연구 동향 = 31-3. 연구 방법 = 51-4. 논문의 구성 = 6제 2 장 기지국용 전력증폭기 특성 고찰 = 72-1. 고출력 전력증폭소자 특성 측정 = 72-1-1. 고출력 전력증폭소자 특성 파라미터 추출 = 72-1-2. 고출력 전력증폭소자의 소스-풀/로드-풀 측정법 = 102-2. 선형 모드 전력증폭기 = 192-2-1. 선형 모드 전력증폭기의 동작 = 192-3. 도허티 전력증폭기 = 302-3-1. 도허티 기술의 동작 = 302-3-2. 보조 증폭기의 동작에 따른 임피던스 변화 = 332-3-3. 도허티 전력증폭기의 효율 특성 = 37제 3 장 고효율 전력증폭기 특성 분석 = 403-1. 스위치 모드 전력증폭기 = 403-1-1. 전압 모드 D-급 전력증폭기 = 403-1-2. 전류 모드 D-급 전력증폭기 = 463-1-3. 스위치 모드 E-급 전력증폭기 = 523-1-4. 스위치 모드 F-급 전력증폭기 = 563-2. 선형 모드 고효율 J-급 전력증폭기 = 603-2-1. 선형 모드 J-급 전력증폭기 동작 = 603-2-2. 선형 모드 J-급 전력증폭기 분석 = 623-2-3. 전력증폭소자의 최적 부하 분석 = 683-2-4. 고조파 부하의 제어 = 71제 4 장 고효율 J-급 전력증폭기 설계 = 754-1. 고효율 J-급 전력증폭기 설계 조건 = 754-1-1. J-급 전력증폭기 구조 = 754-1-2. 전력증폭소자와 대신호 모델 = 784-1-3. 동작 급수 선정 = 794-2. J-급 전력증폭기의 효율 설계 = 804-2-1. AB-급 전력증폭기의 효율 설계 = 804-2-2. J-급 전력증폭기의 효율 설계 = 874-3. J-급 전력증폭기의 광대역 설계 = 934-3-1. AB-급 전력증폭기의 광대역 설계 = 934-3-2. J-급 전력증폭기의 광대역 설계 = 1014-4. J-급 도허티 전력증폭기의 설계 = 1144-4-1. 도허티 입출력 소자 분석 = 1144-4-2. J-급 도허티 전력증폭기 출력 측정 = 1184-5. 고효율 J-급 전력증폭기 설계 및 실험 = 1234-5-1. J-급 전력증폭기 제작과 실험 = 1234-5-2. J-급 도허티 전력증폭기 제작과 실험 = 129제 5 장 결 론 = 133참고문헌 = 135Abstract = 141
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