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Small-Cell 기지국 시스템을 위한 2.6 GHz GaN-HEMT Doherty 전력증폭기 집적회로 설계
이휘섭(Hwiseob Lee),임원섭(Wonseob Lim),강현욱(Hyunuk Kang),이우석(Wooseok Lee),이형준(Hyoungjun Lee),윤정상(Jeongsang Yoon),이동우(Dongwoo Lee),양영구(Youngoo Yang) 한국전자파학회 2016 한국전자파학회논문지 Vol.27 No.2
본 논문에서는 2.6 GHz에서 동작하는 Doherty 전력증폭기 집적회로를 설계 및 제작하여 평균 전력에서의 효율을 개선하였다. Small-cell 기지국 시스템에 적합하도록 전력 밀도가 높은 GaN-HEMT 공정을 사용하여 설계하였으며, 제작된 Doherty 전력증폭기 집적회로를 QFN 패키지 내부에 수용하여 시스템 적용에 용이하도록 하였다. 제작된 GaN-HEMT Doherty 전력증폭기 집적회로는 10 MHz의 대역폭 및 6.5 dB의 PAPR 특성을 갖는 2.6 GHz LTE 신호에 대하여 평균 전력 33.9 dBm에서 15.8 dB의 전력 이득, 43.0%의 효율 및 —30.0 dBc의 ACLR 특성을 나타낸다. This paper presents a 2.6 GHz Doherty power amplifier IC to enhance the back-off efficiency. In order to apply to small-cell base stations, the Doherty power amplifier was fabricated using GaN-HEMT process for high power density. In addition, the implemented Doherty power amplifier was mounted on a QFN package. The implemented GaN-HEMT Doherty power amplifier was measured using LTE downlink signal with 10 MHz bandwidth and 6.5 dB PAPR for verification. A power gain of 15.8 dB, a drain efficiency of 43.0 %, and an ACLR of —30.0 dBc were obtained at an average output power level of 33.9 dBm.
GaN-HEMT를 이용한 X-대역 이단 전력증폭기 설계
이우석(Wooseok Lee),이휘섭(Hwiseob Lee),박승국(Seungkuk Park),임원섭(Wonseob Lim),한재경(Jaekyoung Han),박광근(Kwanggun Park),양영구(Youngoo Yang) 한국전자파학회 2016 한국전자파학회논문지 Vol.27 No.1
본 논문에서는 GaN-HEMT를 이용하여 X-대역에서 동작하는 이단으로 구성된 전력증폭기를 설계 및 제작하였다. 높은 전력 이득을 얻기 위해 간단한 구조의 중간 단 정합 네트워크를 통해 이단으로 구성하였다. 3D EM 시뮬레이션을 통하여 본드와이어 인덕턴스와 기생 캐패시턴스를 예측하였다. 본드와이어 인덕턴스를 줄임으로써 정합 네트워크의 Q(quality-factor)를 최소화하여 대역 특성을 향상시켰다. 제작된 전력증폭기는 40 V의 동작 전압을 인가하였으며, 8.1~8.5GHz에서 16 dB 이상의 전력 이득, 42.5 dBm 이상의 출력 전력, 35 % 이상의 효율 특성을 나타냈다. This paper presents an X-band two-stage power amplifier using GaN-HEMT. Two-stage structure was adopted to take its high gain and simple inter-stage matching network. Based on a 3D EM simulation, the bond-wire inductance and the parasitic capacitance were predicted. By reducing bond-wire inductance, Q of the matching network is decreased and the bandwidth is improved. The implemented two-stage PA shows a power gain of more than 16 dB, saturated output power of more than 42.5 dBm, and a efficiency of more than 35 % in frequency range of 8.1~8.5 GHz with an operating voltage of 40 V.
내부정합된 GaN-HEMT를 이용한 2.65 ㎓ Doherty 전력증폭기
강현욱(Hyunuk Kang),이휘섭(Hwiseob Lee),임원섭(Wonseob Lim),김민석(Minseok Kim),이형준(Hyoungjun Lee),윤정상(Jeongsang Yoon),이동우(Dongwoo Lee),양영구(Youngoo Yang) 한국전자파학회 2016 한국전자파학회논문지 Vol.27 No.3
본 논문에서는 내부 정합된 GaN-HEMT를 이용하여 2.65 GHz에서 동작하는 Doherty 전력증폭기를 설계 및 제작하였다. 패키지 내부의 정합회로는 고조파 임피던스를 정합하기 위해 적용되었다. 동시에 기본주파수 임피던스가 부분적으로 정합되기 때문에 입력 및 출력 외부 정합회로는 간단해진다. 트랜지스터 패키지의 본드 와이어와 기생 성분은 EM 시뮬레이션을 통해 예측되었다. Doherty 전력증폭기는 48 V의 동작 전압을 인가하였으며, 6.5 ㏈의 PAPR을 갖는 LTE 신호에 대해 2.65 ㎓에서 13.0 ㏈의 전력이득, 55.4 ㏈m의 포화전력, 49.1 %의 효율 및 —26.3 ㏈c의 ACLR 특성을 얻었다. This paper presents a 2.65 GHz Doherty power amplifier with internally-matched GaN HEMT. Internal matching circuits were adopted to match its harmonic impedances inside the package. Simultaneously, due to the partially matched fundamental impedance, input and output matching networks become simpler. Bond wires and parasitic elements of transistor package were predicted by EM simulation. For the LTE signal with 6.5 ㏈ PAPR, the implemented Doherty power amplifier shows a power gain of 13.0 ㏈, a saturated output power of 55.4 ㏈m, an efficiency of 49.1 %, and ACLR of —26.3 ㏈c at 2.65 ㎓ with an operating voltage of 48 V.
Transmission-Line Transformer와 Harmonic Filter를 이용한 13.56 MHz 고효율 전류 모드 D급 전력증폭기 설계
서민철(Mincheol Seo),정인오(Inoh Jung),이휘섭(Hwiseob Lee),양영구(Youngoo Yang) 한국전자파학회 2012 한국전자파학회논문지 Vol.23 No.5
본 논문은 Guanella의 1:1 transmission-line transformer와 harmonic filtering 방식을 이용한 13.56 MHz 고효율 전류 모드 D급(CMCD) 전력증폭기를 제안한다. 출력 정합 네트워크에 기존의 D급 전력증폭기의 부하 네트워크를 변형하여 harmonic filtering 방식을 포함시킴으로써 낮은 2차와 3차 고조파 특성을 얻었다. 제작된 CMCD 전력증폭기는 13.56 MHz의 CW 입력 신호를 사용하여 측정하였을 때, 13.4 dB의 전력 이득을 가지며, 44.4 dBm의 출력에서 84.6 %의 높은 PAE 특성을 나타내었다. 같은 출력에서 2차 3차 고조파는 각각 ?50.3 dBc와 ?46.4 dBc를 나타냈다. This paper presents a high-efficiency current mode class-D(CMCD) power amplifier for the 13.56 MHz band using a Guanella"s 1:1 transmission-line transformer and filtering circuits at the output network. The second and third s are filtered out in the load network of the class-D amplifier. The implemented CMCD power amplifier exhibited a power gain of 13.4 dB and a high power-added efficiency(PAE) of 84.6 % at an output power of 44.4 dBm using the 13.56 MHz CW input signal. The second and third distortion levels were ?50.3 dBc and ?46.4 dBc at the same output power level, respectively.
간단한 구조의 고조파 정합 네트워크를 갖는 GaN-HEMT 고효율 Doherty 전력증폭기
김윤재(Yoonjae Kim),김민석(Minseok Kim),강현욱(Hyunuk Kang),조수호(Sooho Cho),배종석(Jongseok Bae),이휘섭(Hwiseob Lee),양영구(Youngoo Yang) 한국전자파학회 2015 한국전자파학회논문지 Vol.26 No.9
본 논문에서는 long term evolution(LTE) 통신을 위한 2.6 GHz 대역에서 동작하는 고효율 Doherty 전력증폭기를 설계하였다. 2차 및 3차 고조파 임피던스를 조정하기 위한 간단한 구조의 정합 네트워크를 통해 전력증폭기의 고효율 동작을 달성하였다. Doherty 전력증폭기는 다양한 측면에서 장점을 갖는 GaN-HEMT 소자를 이용하여 제작되었으며, 10 MHz의 대역폭 및 6.5 dB 첨두 전력 대 평균 전력비(PAPR)의 특성을 갖는 LTE downlink 신호를 이용하여 측정되었다. 평균 전력 33.4 dBm에서 13.1 dB의 전력 이득, 57.6 %의 전력부가효율(PAE) 및 ?25.7 dBc의 인접채널누설비(ACLR) 특성을 갖는다. This paper presents a Doherty power amplifier(DPA) operating in the 2.6 GHz band for long term evolution(LTE) systems. In order to achieve high efficiency, second and third harmonic impedances are controlled using a compact output matching network. The DPA was implemented using a gallium nitride high electron mobility transistor(GaN-HEMT) that has many advantages, such as high power density and high efficiency. The implemented DPA was measured using an LTE downlink signal with a 10 MHz bandwidth and 6.5 dB PAPR. The implemented DPA exhibited a gain of 13.1 dB, a power-added efficiency(PAE) of 57.6 %, and an ACLR of ?25.7 dBc at an average output power of 33.4 dBm.