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Out-Phased Current Combining 방식과 Complex Combining Load 방식을 이용한 3.7∼4.0 GHz 대역 GaN-HEMT Dohert 전력증폭기
최재혁,진일비,김성형,송재성,이윤정,임서균,양영구 한국전자파학회 2023 한국전자파학회논문지 Vol.34 No.11
This paper proposes a Doherty power amplifier (DPA) with an extended output power back-off (OBO) using out-phased current combining (OCC) and complex combining load (CCL) methods. When OCC or CCL is applied independently, the output impedance of the carrier amplifier is determined to be a single value. However, when OCC and CCL are applied together, the output impedance of the carrier amplifier can be selected, which provides freedom in the circuit design. The implemented DPA achieves an extended back-off region by expanding the load impedance modulation ratio of the carrier amplifier by five times between the low-power and peak-power levels. The implemented DPA achieves 43.0∼44.3 dBm output power and 8.0∼8.5 dB gain using a CW signal at 3.7∼4.0 GHz. It achieves 72.5∼77.9 % DE at peak power and 41.5∼48.4 % DE at 9 dB OBO. Furthermore, it achieves 8.2∼8.7 dB of gain, 45.6∼50.0 % DE at 9 dB OBO, and an ACLR of −22.0∼−26.6 dBc using a 100 MHz 64-QAM 5G NR modulated signal with a peak-to-average power ratio (PAPR) of 7.8 dB.
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Ku 대역 위성통신용 5 W GaN MMIC 전력증폭기
김성형,진일비,양영구 한국전자파학회 2023 한국전자파학회논문지 Vol.34 No.11
본 논문에서는 150-nm GaN-HEMT 공정을 사용하여 Ku 대역 3-stage MMIC 전력증폭기를 설계하였다. 출력단에서 high pass 구조를 사용하여 회로의 크기를 줄이고 구동 증폭단에서 높은 부하 임피던스를 선택함으로써 높은 효율을 얻었다. 0.5 ms 주기의 10 % duty cycle 펄스 CW 신호를 사용하여 전력증폭기를 측정한 결과 13∼16 GHz 대역에서 포화전력37∼38 dBm, 34∼41 %의 power added efficiency(PAE)와 26∼30 dB의 전력이득 측정결과를 보인다. 제작된 전력증폭기의크기는 3.6×1.1 mm2이며 위성통신용 모듈의 송신부에 사용하기 적합하다.
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9 dB의 확장된 Back-Off에서 높은 효율을 갖는 Outphasing 로드 네트워크 기반의 3.3 GHz Doherty 전력증폭기
정호석(Hoseok Jung),오한식(Hansik Oh),진일비(Yifei Chen),최우진(Woojin Choi),최영찬(Youngchan Choi),우승민(Seungmin Woo),권구현(Kuhyun Kwon),양영구(Youngoo Yang) 한국전자파학회 2021 한국전자파학회논문지 Vol.32 No.11
본 논문에서는 outphsing 로드 네트워크를 이용하여 back-off 영역을 9 dB로 확장한 Doherty 전력증폭기를 제안하였으며 3.3 GHz 주파수 대역에서 설계하여 실험적으로 검증하였다. Outphasing 로드 네트워크를 사용하여 출력 전력의 결합 노드에서 carrier 및 peaking 증폭기의 로드 임피던스가 complex conjugate 관계를 갖도록 설계하였다. 이를 통하여 carrier 증폭기의 로드 임피던스의 변조비가 4배가 되도록 함으로서 back-off 영역을 9 dB로 확장하였다. Carrier 증폭기와 peaking 증폭기에 모두 Wolfspeed사의 6 W 트랜지스터(CGH40006P)를 사용하였다. 제작된 Doherty 전력증폭기를 3.3 GHz의 주파수에 대하여 측정한 결과, 최대 출력전력 42.3 dBm에서 76.9 %의 효율 특성을 얻었고 최대 출력 전력으로부터 9 dB back-off 된 33.3 dBm의 출력 전력에서 59.6 %의 효율 특성 및 11.0 dB의 전력 이득 특성을 얻었다. In this paper, a Doherty power amplifier based on an outphasing load network was proposed to have a high efficiency at a back-off of 9 dB. The proposed Doherty power amplifier was designed and experimentally verified at a frequency of 3.3 GHz. The load impedances of the carrier and peaking amplifiers to the combining node were designed to have a complex conjugate relationship based on the outphasing load network. Therefore, the back-off output power for the efficiency peak could be extended to 9 dB by quadrupling the load impedance modulation of the carrier amplifier. A 6 W GaN HEMT (CGH40006P) from Wolfspeed was used to design both the carrier and the peaking amplifiers. The implemented Doherty power amplifier was measured at 3.3 GHz frequency. Drain efficiencies of 76.9 % at the maximum output power of 42.3 dBm and 59.6 % at the 9 dB back-off output power of 33.3 dBm with 11.0 dB power gain were achieved.
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