CDMA 시스템용 선형 전력 증폭기

김철동(KIM, CHUL DONG),정순철(JEONG, SOON CHUL),김영(KIM, YOUNG),장익수(CHANG, IK Soo) 대한전자공학회 1995 대한전자공학회 워크샵 Vol.1995 No.8

기지국용 이중 대역 전치 왜곡 선형 전력 증폭기

최흥재,정용채,김철동,Choi, Heung-Jae,Jeong, Yong-Chae,Kim, Chul-Dong 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.10

This paper proposes a new concept about dual band predistortion linear power amplifier(PD LPA) using diplexer for digital cellular ($f_o$=880 MHz) and IMT-2000($f_o$=2,140 MHz) base stations. The diplexer is composed of low pass filter having defected ground structure(BGS) microstrip line and high pass filter having high-Q lumped capacitors and distributed elements. The proposed predistorter adopts a reflection type intermodulation signal generator with 3 dB hybrid coupler for good reflection characteristic. for a forward link one carrier CDMA IS-95A 1FA and WCDMA 1FA signal, the proposed dual band PD LPA shows the adjacent channel leakage ratio(ACLR) improvement about 10 dB and 9.36 dB for digital cellular and IMT-2000 band, respectively. 본 논문은 다이플렉서를 이용하여 디지털 셀룰라 대역($f_o$=880 MHz)과 IMT-2000 대역($f_o$=2,140 MHz) 기지국에서 동시에 사용 가능한 이중 대역 전치 왜곡 선형 전력 증폭기(Predistortion Linear Power Amplifier: PD LPA)의 설계 방법을 제시하였다. 입 출력단에 사용된 다이플렉서는 결함 접지 구조(Defected Ground Structure: DGS)를 이용한 저역 통과 여파기와 높은 Q값을 갖는 캐패시터와 마이크로 스트립 스터브를 이용한 고역 통과 여파기로 이루어져 있다. 입출력 반사 계수 특성을 좋게 하기 위하여 3 dB 하이브리드 결합기를 이용한 반사형 타입의 전치 왜곡 선형화기를 설계하였다. IS-95 CDMA IFA 신호와 WCDMA IFA 신호를 이용하여 각 대역에서 제작된 이중 대역 전치 왜곡 선형 전력 증폭기의 인접 채널 누설비(Adjacent Channel Leakage Ratio: ACLR) 개선 정도를 측정한 결과 880 MHz 대역에서 약 10 dB, 2,140 MHz 대역에서 약 9.36 dB 개선되었다.

주파수 상향 변환을 이용한 전치왜곡 전력 증폭기 설계

정용채,김영,김철동,Jeong, Yong-Chae,Kim, Young,Kim, Chul-Dong 한국전자파학회 2004 한국전자파학회논문지 Vol.15 No.5

본 논문에서는 혼합기의 주파수 상향 변환 동작을 이용한 새로운 전치왜곡 선형화 기법을 제안하였다. 이 선형화 기법은 주파수 상향 혼합 동작을 이용함에도 불구하고 추가적인 신호원을 필요로 하지 않는다. 대신 입력 신호로부터 2차 저주파 혼변조 왜곡 신호를 추출하여 주파수 상향 변환에 필요한 신호원으로 사용하였다. 제안한 전치왜곡 선형화 기법의 타당성을 보이기 위해 주파수가 1.8544 ㎓와 1.8556 ㎓인 2-톤 신호를 개인휴대 통신용 전력 증폭기에 인가하여 22 ㏈m/tone 출력시에 (CR) 비를 26 ㏈ 개선하였으며, 출력 신호레벨을 17 ㏈ 변화시키는 동작 영역에서 (C/I) 비를 20 ㏈ 이상 개선시켰다. 또한 IS-95A 1FA 신호를 인가하여 출력이 26.5 ㏈m일 때 885 KHz 및 1.25 MHz 이격 지점에서 인접 채널 전력비를 각각 10.8 ㏈, 6.4 ㏈ 개선시켰다. In this paper, a new predistortion linearizing method using frequency up-conversion operation of mixer is proposed. This linearizing method doesn't require any additional signal sources in spite of frequency up-conversion mixing operation. This method extracts the 2nd low frequency intermodulation distortion signal from input signals and uses the extracted 2nd low frequency intermodulation distortion signal as mixing signal source. To show validation of the proposed predistortion method, we made K-PCS power amplifier. On 2-tone signals amplification process, the (C/I) ratio of amplifier is improved 26 ㏈ (@Po=22 ㏈m/tone), where two tones are 1.8544 ㎓ and 1.8556 ㎓, respectively. And (C/I) ratio is improved more than to 20 ㏈ for 17 ㏈ output signal dynamic range. On IS-95A CDMA 1FA amplification process, the improvements of adjacent channel power ratio(ACPR) are 10.8 ㏈ and 6.4 ㏈ at ${\pm}$885 ㎑ and ${\pm}$1.25 ㎒ offset points, respectively.

동일 군속도 지연 신호 상쇄기를 이용한 광대역 Feedforward증폭기 설계

정용채,안달,김홍기,김철동,장익수,Jeong Yong-Chae,Ahn Dal,Kim Hong-Gi,Kim Chul-Dong,Chang Ik-Soo 한국전자파학회 2005 한국전자파학회논문지 Vol.16 No.8

본 논문에서는 인가되는 두 입력 단자의 신호들을 동일 군속도를 가지게 하면서 신호 상쇄를 가능하게 하는 새로운 구조의 신호 상쇄기를 제안하였고, 이를 적용한 feedforward 전력 증폭기를 제작하였다. 종전의 신호 상쇄기는 동작 주파수 전 대역에서 위상 정합과 군속도 지연 정합을 동시에 만족시킬 수 없으나 제안된 동일 군속도 지연 신호 상쇄기는 위상 정합과 군속도 지연 정합을 동시에 만족시킬 수 있다. 위상과 군속도 지연 정합은 광대역 신호 상쇄를 가능하게 한다. 제안한 동일 군속도 지연 신호 상쇄기를 적용한 feedforward 전력 증폭기의 주 신호 제거 루프에서는 $2,140{\pm}100$ MHz 대역에서 26.3 dB 이상의 신호 상쇄를 얻었고, 혼변조 왜곡 신호 제거 루프에서는 15.2 dB 이상의 신호 상쇄를 얻었다. 또한 2,115 MHz와 2,165 MHz인 2-tone 신호를 인가하여 (C/I)를 20.8 dB 개선시켰다. In this paper, a new signal canceller that input signals are equally group-delayed and cancelled each other is proposed and feedforward linearizing power amplifier that adopt the proposed signal cancellers is fabricated. Although the conventional signal canceller can't matches the phase and the group delay time of input signals simultaneously, the proposed signal canceller matches those simultaneously. Simultaneous matching of the phase and the group delay time can makes wideband signal cancellation. The main signal cancellation loop of the fabricated feedforward amplifier with the proposed signal cancellers cancel input signal more than 26.3 dB and the intermodulation distortion signal cancellation loop cancel more than 15.2 dB for 200 MHz bandwidth. And the proposed feedforward power amplifier improves C/I ratio by 20.8 dB with two tones at 2,115 MHz, 2,165 MHz, respectively.

2차 저주파 혼변조 신호 주입을 이용한 전치 왜곡 선형 화기 설계

이효아,이철환,정용채,김영,김철동,Lee, Hyo-A,Lee, Chul-Whan,Jeong, Yong-Chae,Kim, Young,Kim, Chul-Dong 한국전자파학회 2003 한국전자파학회논문지 Vol.14 No.9

This paper presents a new predistortion method which injects the 2nd low-frequency intermodulation signal of RF signals into the input bias line of the amplifier. New 2nd intermodulation signal extraction circuit is also proposed. We have shown that this method can suppress the 3rd IM apparently and sometimes do the 5th IM, through mathematical analysis, then confirmed it with simulation and verified it on the desk test. When the input signal CDMA IS-95 lFA is applied, measured ACPR improvements are 25 dBc, 22.5 dBc, and 6 dBc at 0.885 MHz, l.25 MHz and 2.25 MHz offset respectively. Also, when applying the CDMA IS-95 3FA, the measured ACPR improvement is 20 dBc at 0.885 MHz offset. 본 논문은 RF신호의 2차 저주파 혼변조 신호론 증폭기 입력 바이어스 단자로 인가하는 새로운 전치 왜곡선형화 방법을 제시하였다. 또한 RF 신호의 2차 저주파 혼변조 신호를 추출하는 회로를 제시하였다. 새로운 전치 왜곡 선형화 방법으로 3차 및 5차 혼변조 신호의 억압 특성을 얻을 수 있었으며, 수식적인 분석 과 시뮬레이 션을 통하여 이 선형화 방법을 입증할 수 있었다. 입력 신호로 CDMA IS-95 1FA가 인가되었을 때, 중심주파수로부터 0.855 MHz에서 25 dB, 1.25 MHz에서 22.5 dB 그리고 2.25 MHz에서 6 dB 개선되었다 마찬가지로 CDMA IS-95 3FA 신호를 인가하였을 때도 중심 주파수에서부터 0.855 MHh 떨어진 지점까지의 인접채널전력비가 20 dB개선되었다.

동일 군속도 지연 상쇄기를 이용한 이중 대역 Feedforward 선형 전력 증폭기

최흥재,정용채,김홍기,김철동,Choi, Heung-Jae,Jeong, Yong-Chae,Kim, Hong-Gi,Kim, Chul-Dong 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.7

본 논문에서는 새로운 구조의 이중 대역 feedforward 선형 전력 증폭기(FFW LPA)의 설계 방법을 제안하였다. 현재까지 이중 대역 FFW LPA 설계의 기술적인 어려움은 단일 대역 FFW LPA에서 사용되는 신호 상쇄기를 이중 대역 동작으로 확장시키기가 쉽지 않았다는 점이다. 따라서 본 논문에서는 이중 대역 동일 군속도 지연 주 신호 상쇄기와 혼변조 왜곡 신호(Intermodulation Distortion: IMD) 상쇄기의 설계 방법, 그리고 이를 이용하여 단일 대역 FFW 기법을 확장한 이중 대역 FFW LPA의 설계 방법을 제안하였다. 제안하는 설계 방식의 효용성을 검증하기 위하여, 동작 대역의 중심 주파수를 기준으로 1.26 GHz 이격된 디지털 셀룰러 대역($f_0=880$ MHz)과 IMT-2000($f_0=2.14$ GHz) 대역 기지국용 이중 대역 feedforward 선형화 시스템을 구현하였다. 각 대역별로 CDMA IS-95A 4FA 신호와 WCDMA 4FA 신호를 인가하여 인접 채널 누설비(Adjacent Channel Leakage Ratio: ACLR)의 개선 정도를 측정한 결과, 디지털 셀룰러 대역에서 평균 출력 전력 41.5 dBm일 때 16.52 dB, IMT-2000 대역에서 평균 출력 전력 40 dBm일 때 18.59 dB의 개선 효과를 동시에 얻을 수 있었다. In this paper, the first attempt to design a novel structure of dual-band feedforward linear power amplifier(FFW LPA) was presented. Up to now, primary technical difficulty has been the extension of the conventional signal canceller to the dual-band operation. Therefore, we propose the design technique of the dual-band equal group delayed carrier canceller, the dual-band equal group delayed intermodulation distortion(IMD) canceller and the dual-band FFW LPA. The operation frequency bands of the implemented dual-band FFW LPA are digital cellular($f_0=880$ MHz) and IMT-2000($f_0=2.14$ GHz) band, which are separated about 1.26 GHz. With the high power amplifier of 120 W PEP for commercial base-station application, IMD cancellation loop shows 20.45 dB and 25.04 dB loop suppression at each band of operation for 100 MHz. From the adjacent channel leakage ratio(ACLR) measurement with CDMA IS-95A 4FA and WCDMA 4FA signal, we obtained 16.52 dB improvement at the average output power of 41.5 dBm for digital cellular band, and 18.59 dB improvement at the average output power of 40 dBm for IMT-2000 band simultaneously.

Feedforward와 Defected Ground Structure를 이용한 주파수 체배기 설계

박상근,임종식,정용채,김철동,Park Sang-Keun,Lim Jong-Sik,Jeong Yong-Chae,Kim Chul-Dong 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.8

Feedforward와 defected ground structure(DGS)를 이용한 새로운 주파수 체배기를 제안하였다. 제한된 주파수 체배기는 feedforward 구조에 의해 기본 주파수$(f_0)$가 제거되고, 아령 또는 나선형 모양의 DGS 구조에 의해 2차, 3차 또는 4차의 원하지 않는 고조파 성분들을 제거할 수 있었다. 결국 feedforward와 DGS 구조에 의해서 체배하고자 하는 성분을 제외한 나머지 고조파들이 제거되었다. 기본 주파수를 1 GHz로 하여 주파수 체배기를 설계하고, 측정하였다. 입력 전력을 0dBm으로 하였을 때 2체배기, 3체배기와 4체배기의 출력 전력은 각각 -2.59 dBm, -5.36 dBm과 -4.57 dBm이었다. A novel design of frequency multiplier using a feedforward technique and a defected ground structure(DGS) is proposed. The feedforward loop in the proposed frequency multiplier suppresses the fundamental component $(f_0)$, the dumb-bell or spiral shaped DGS diminish unwanted harmonics such as second, third and fourth. Due to the combination of the feedforward structure and the DGS, only the multiplied frequency component$(2f_0,\;3f_0,\;4f_0)$ appears at the output port and the other unwanted components are suppressed excellently. The frequency multiplier is designed at 1 GHz $(f_0)$, by the proposed technique and measured. The measured output power of $2f_0,\;3f_0$ and $4f_0$ is -2.59 dBm, -5.36dBm and -4.57dBm, respectively, when the input power is 0dBm.

마이너스 군지연 회로를 이용한 아날로그 피드백 증폭기의 대역폭 확장에 관한 연구

최흥재(Heungjae Choi),김영규(Younggyu Kim),심성운(Sungun Shim),정용채(Yongchae Jeong),김철동(Chul Dong Kim) 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.10

본 논문에서는 마이너스 군지연 회로를 이용하여 아날로그 RF 피드백 증폭기의 선형성 개선 대역폭을 증가시킬 수 있는 새로운 방법을 제안한다. 피드백 증폭기는 피드백 경로의 전달 시간 오차로 인하여 선형성 개선 대역폭이 제한되며, 그로 인하여 강력한 선형성 개선 효과에도 불구하고 거의 사용되지 않고 있다. 선행 연구를 통해 설계된 마이너스 군지연 회로의 군지연 특성을 응용하여 기존의 피드백 구조의 한계인 군지연 정합 문제를 해결하였다. 제작된 피드백 증폭기에 2-carrier Wideband Code Division Multiple Access(WCDMA) 신호를 인가하여 측정한 결과, WCDMA 기지국 하향 대역의 50 ㎒ 대역 전반에 걸쳐서 15 ㏈ 이상의 선형성 개선 효과를 얻을 수 있었다. 평균 출력 전력이 28 ㏈m일 때 5 ㎒ 이격된 주파수에서 측정된 인접 채널 누설비(Adjacent Channel Leakage Ratio: ACLR)는 최대 25.1 ㏈ 개선되어 ?53.2 ㏈c로 측정되었다. In this paper, we propose an alternative method to increase the distortion cancellation bandwidth of an analog RF feedback power amplifier by using a negative group delay circuit(NGDC). A limited distortion cancellation bandwidth due to the group delay(GD) mismatch discouraged the use of feedback technique in spite of its powerful linearization performance. With the fabricated NGDC with positive phase slope over frequency, the feedback amplifier of the proposed topology experimentally achieved adjacent channel leakage ratio(ACLR) improvement of 15 ㏈ over 50 ㎒ bandwidth at wideband code division multiple access(WCDMA) downlink band when tested with 2-carrier WCDMA signal. At an average output power of 28 ㏈m, ACLR of 25.1 ㏈ is improved to obtain ?53.2 ㏈c at 5 ㎒ offset.

공진 회로를 이용한 마이크로파 군지연 시간 조정기

서수진,박상근,최흥재,정용채,윤재훈,김철동,Seo Su-Jin,Park Sang-Keun,Choi Heung-Jae,Jeong Yong-Chae,Yun Jae-Hun,Kim Chul-Dong 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.8

This paper presents a method to control group delay tine using a resonance circuit. The group delay time adjuster(GDTA) that can control signal group delay time comprises a variable capacitance and a variable equivalent inductor. These are coupled in parallel at a node and also controlled by two bias voltages separately, A variable equivalent inductor is realized a transmission line terminated a variable capacitor. Group delay time can be controlled by change of capacitance and inductance, but the resonating frequency is fixed. When the proposed GDTA is fabricated on RFID Korean frequency band$(908.5{\sim}914 MHz)$, a group delay variation is obtained about 3 ns. 본 논문은 공진 회로를 이용하여 군지연 시간을 조정할 수 있는 방법을 제안하였다. 군지연 시간을 조정할 수 있는 군지연 시간 조정기(GDTA)는 가변 캐패시터와 가변 등가 인덕터로 구성되어 있다. 가변 캐패시터와 가변 등가 인덕터는 병렬로 연결되어 있으며 각각 다른 바이어스에 의해 조절된다. 가변 등가 인덕터는 높은 임피던스를 갖는 전송 선로에 가변 캐패시터를 연결하여 구현했다. 군지연 시간은 병렬로 구성된 회로의 캐패시턴스와 인덕턴스의 변화에 의해 조정되어진다. 이 때, 공진 주파수는 고정되어지도록 해야 한다. 제안된 GDTA는 RFID 주파수 대역$(908.5{\sim}914 MHz)$에 맞추어 제작되었고, 군지연 시간의 조정범위는 약 3ns였다.

분산 소자 형태의 마이너스 군지연 회로를 이용한 고효율 피드포워드 증폭기의 분석 및 설계

최흥재(Heungjae Choi),김영규(Younggyu Kim),심성운(Sungun Shim),정용채(Yongchae Jeong),김철동(Chul Dong Kim) 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.6

본 논문에서는 분산 소자 형태의 마이너스 군지연 회로를 이용함으로써 피드포워드 증폭기의 효율 개선 및 구현의 용이성을 증대시킬 수 있는 새로운 구조의 피드포워드 증폭기를 제안한다. 피드포워드 증폭기의 지연 소자에 의한 삽입 손실은 심각한 시스템의 효율 저하를 유발한다. 일반적으로 이러한 손실을 줄이기 위하여 고출력 동축 케이블 또는 지연 선로 여파기를 사용하지만, 그러한 소자들의 삽입 손실조차도 무시할 수 없어서 피드포워드 증폭기의 제약 사항으로 작용한다. 제안하는 마이너스 군지연 회로를 이용함으로써 광대역 선형화를 위해 혼변조 왜곡 신호 상쇄 루프에 사용되는 지연 소자를 제거할 수 있다. 중심 주파수가 2.14 ㎓인 WCDMA 하향 대역에서 -9 ns의 군지연, 0.2 ㏈의 삽입 손실, 그리고 30 ㎒의 대역폭을 갖도록 제작된 2단 분산 소자 마이너스 군지연 회로를 이용하여 제작된 제안하는 구조의 피드포워드 증폭기는 평균 출력 전력이 44 ㏈m 일 때 -53.2 ㏈c의 인접 채널 누설비(Adjacent Channel Leakage Ratio: ACLR)를, 19.4 %의 전력 부가 효율(Power Added Efficiency: PAE)을 갖는 것으로 측정되었다. We will demonstrate a novel topology for the feedforward amplifier. This amplifier does not use a delay element thus providing an efficiency enhancement and a size reduction by employing a distributed element negative group delay circuit. The insertion loss of the delay element in the conventional feedforward amplifier seriously degrades the efficiency. Usually, a high power co-axial cable or a delay line filter is utilized for a low loss, but the insertion loss, cost and size of the delay element still acts as a bottleneck. The proposed negative group delay circuit removes the necessity of the delay element required for a broadband signal suppression loop. With the fabricated 2-stage distributed element negative group delay circuit with -9 ns of total group delay, a 0.2 ㏈ of insertion loss, and a 30 ㎒ of bandwidth for a wideband code division multiple access downlink band, the feedforward amplifier with the proposed topology experimentally achieved a 19.4 % power added efficiency and a -53.2 ㏈c adjacent channel leakage ratio with a 44 ㏈m average output power.