마이크로스트립 사각 개방 루프 공진기와 가변 부성 저항을 이용한 저위상 잡음 Push-Push 전압 제어 발진기

최재원,서철헌,Choi, Jae-Won,Seo, Chul-Hun 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.8

본 논문에서는 마이크로스트립 사각 개방 루프 공진기와 가변 부성 저항을 이용한 향상된 push-push 전압제어 발진기를 제시하였다. 마이크로스트립 사각 개방 루프 공진기는 큰 결합 계수 값을 갖는데, 이는 Q값을 크게 만들고, 전압 제어 발진기의 위상 잡음을 줄인다. 1.8V의 공급 전압을 사용한 전압 제어 발진기는 $5.744{\sim}5.859GHz$의 주파수 조절 범위에서 $-124.67{\sim}-122.67dBc/Hz\;@\;100 kHz$의 위상 잡음 특성을 갖는다. 이 전압 제어 발진기의 FOM은 같은 주파수 조절 범위에서 $-202.83{\sim}-201dBc/Hz\;@\;100 kHz$의 값을 갖는다. 마이크로 스트립 사각 개방 루프 공진기를 이용한 단일 종단 전압 제어 발진기와 마이크로스트립 공진기를 이용한 push-push 발진기와 비교했을 때 개선된 위상 잡음 특성은 각각 -8.51 dB와 -33.67 dB이다. In this paper, a novel push-push voltage-controlled oscillator(VCO) using microstrip square open loop resonator and tunable negative resistance is presented. The microstrip square open loop resonator has the large coupling coefficient value, which makes a high Q value, and has reduced phase noise of VCO. The VCO with 1.8V power supply has phase noise of $-124.67{\sim}-122.67dBc/Hz\;@\;100 kHz$ in the tuning range, $5.744{\sim}5.859 GHz$. The FOM of this VCO is $-202.83{\sim}-201dBc/Hz\;@\;100 kHz$ in the same tuning range. When it has been compared with single-ended VCO using microstrip square open loop resonator, and push-push oscillator using microstrip line resonator, the reduced phase noise has been -8.51dB, and -33.67dB, respectively.

Three-Arm Branch $90^{\circ}$ Hybrid Coupler를 이용한 평형증폭기 설계에 대한 연구

김선숙,서철헌,Kim, Seon-Sook,Seo, Chul-Hun 대한전자공학회 2006 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.43 No.2

본 논문에서는 중심주파수가 2GHz인 광대역 평형증폭기를 설계 및 제작 하였다. 본 논문에서는 $90^{\circ}$ Hybrid Branch-Line Coupler 와 Three-Arm Branch $90^{\circ}$ Hybrid Coupler의 특성을 비교하여, 광대역 특성을 나타내는 Three-Arm Branch $90^{\circ}$ Hybrid Coupler를 이용한 평형증폭기를 설계 및 제작하였으며, 제안된 증폭기는 대역폭이 480MHz이며, VSWR은 1.06 이하이고, 이득은 15.47dB의 특성을 보였다. In this paper, broadband balanced amplifier has been realized with Three-Arm Branch $90^{\circ}$ Hybrid Coupler at center frequency 2GHz. $90^{\circ}$ Hybrid Branch-Line Coupler has been compared with Three-Arm Branch $90^{\circ}$ Hybrid Coupler. The bandwidth VSWR and gain or proposed amplifier have been 480MHz, 1.06 and 15.47dB, respectively.

적응형 바이어스와 PBG를 이용한 Doherty 전력 증폭기 전력효율과 선형성 개선에 관한 연구

이왕열,서철헌,Lee Wang-Yeol,Seo Chul-Hun 한국전자파학회 2005 한국전자파학회논문지 Vol.16 No.8

본 논문에서는 적응형 바이어스와 PBG 구조를 이용하여 Doherty 증폭기의 효율 및 선형성을 개선하였다. PBG 구조를 출력 정합회로에 구현하였으며, 적응형 바이어스를 peaking amplifier에 적용하여 Doherty 증폭기의 효율뿐 아니라 선형성을 개선할 수 있었다. 제안된 구조를 이용한 Doherty 증폭기는 기존의 전력증폭기에 비해 PAE $12\%$, $IMD_3-7.5dBc$ 개선하였다. In this paper, adaptive bias circuit and PBG structure have been employed to suppress IMD(Inter-Modulation Distortion) and improve PAE(Power Added Efficiency) of the Doherty amplifier. Gate bias voltage has been controlled with the envelope of the input RF signal and PBG structure has been employed on the output port of Doherty amplifier. The proposed power amplifier using adaptive bias circuit and PBG has been improved the $IMD_3$ by 7.5 dBc, and the average PAR by $12\%$, respectively.

고조파 조절 회로를 기반으로 한 출력 정합 회로를 이용한 저위상 잡음 전압 제어 발진기

최재원,서철헌,Choi, Jae-Won,Seo, Chul-Hun 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.45 No.2

In this paper, a novel voltage-controlled oscillator(VCO) using the output matching network based on the harmonic control circuit is presented for improving the phase noise property. The phase noise suppression is achieved through the harmonic control circuit having the short impedances for both second-harmonic and third-harmonic components, which has been connected at the output matching network. Also, we have used the microstrip square open loop multiple split-ring resonator(OLMSRR) having the high-Q property to further reduce the phase noise of VCO. Because the output matching network based on the harmonic control circuit has been used for reducing the phase noise property instead of the High-Q resonator, we can obtain the broad tuning range by the low-Q resonator. The phase noise of the proposed VCO using the output matching network based on the harmonic control circuit and the microstrip square OLMSRR has been $-127.5{\sim}126.33$ dBc/Hz @ 100 kHz in the tuning range, $5.744{\sim}5.839$ GHz. Compared with the reference VCO using the output matching network without the harmonic control circuit and the microstrip line resonator, the phase noise property of the proposed VCO has been improved in 26.66 dB. 본 논문에서는 위상 잡음 특성을 개선하기 위하여 고조파 조절 회로를 기반으로 한 출력 정합 회로를 이용한 전압 제어 발진기를 제안하였다. 위상 잡음은 2차, 3차 고조파 모두에서 단락 임피던스를 갖는 고조파 조절 회로를 통하여 억제되었으며, 출력 정합 회로에 연결되었다. 또한 전압 제어 발진기의 위상 잡음 특성을 더욱 더 개선하기 위하여 마이크로스트립 사각 개방 루프 다중 SRR를 이용하였다. 위상 잡음 특성 개선을 위하여 높은 Q값을 갖는 공진기 대신에 고조파 조절 회로를 기반으로 한 출력 정합 회로를 이용하였기 때문에 낮은 Q값을 갖는 공진기를 통하여 넓은 주파수 조절 범위를 얻을 수 있다. 고조파 조절 회로를 기반으로 한 출력 정합 회로와 마이크로스트립 사각 개방 루프 다중 SRR를 이용한 제안된 전압 제업 발진기의 위상 잡음 특성은 주파수 조절 범위, $5.744{\sim}5.839$ GHz에서 $-127.5{\sim}-126.33$ dBc/Hz @ 100 kHz이다. 고조파 조절 회로가 없는 출력 정합 회로와 마이크로스트립 선로 공진기를 이용한 전압 제어 발진기와 비교했을 경우, 제안된 전압 제어 발진기의 위상 잡음 특성은 26.66 dB 개선되었다.

Hybrid Coupler 제거와 부하 최적화를 이용한 고효율 및 고선형성 전력 증폭기의 관한 연구

안세환,서철헌,An, Se-Hwan,Seo, Chul-Hun 대한전자공학회 2006 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.43 No.2

본 논문은 일반적인 Doherty amplifier보다 더 작은 부하저항을 갖도록 설계하였으며 출력 정합 회로에 PBG구조를 적용하여 IMD(Inter-modulation Distortion)를 억제 시키고 PAE (Power Added Efficiency)를 향상시켰다. 본 논문에서 제안된 전력 증폭기는 기존의 Doherty 전력 증폭기를 기준으로 IMD3는 5.5 dEC, PAE는 $5\%,$ 최대 출력 전력은 8dB back-off point 에서 $18\%$의 성능 개선을 시켰다. In this paper, smaller load has been used compared with the conventional Doherty amplifier and PBG structure have been employed to suppress IMD (Inter-modulation Distortion) and improve PAE (Power Added Efficiency). And The PBG structure has been employed on the output macthing network of Doherty amplifier. The proposed power amplifier has been improved more the IMD3 by 5.5 dBc, and the average PAE by $5\%,$ at peak output power, $18\%$ at 8dB back-off point respectively than the conventional Doherty power amplifier.

이중 바이어스 조절과 PBG를 이용한 도허티 증폭기 전력 효율 개선에 관한 연구

김형준,서철헌,Kim Hyoung-Jun,Seo Chul-Hun 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.8

본 논문에서는 이중 바이어스 조절과 PBG 구조를 이용하여 Doherty 증폭기의 효율을 개 선하였다. PBG 구조를 출력 정합 회로에 구현하였으며, 이중 바이어스 조절을 carrier amplifier에 적용하여 낮은 입력 레벨에서도 Doherty 증폭기의 효율을 개선할 수 있었다. 제안된 구조를 이용한 Doherty 증폭기는 기존의 전력 증폭기에 비해 PAE는 8%, $IMD_3$는 -5 dBc 개선하고, 모든 입력 전력 레벨에서 30% 이상의 고효율을 가질 수 있었다. In this paper, dual bias control circuit and PBG(Photonic BandGap) structure have been employed to improve PAE(Power Added Effciency) of the Doherty amplifier on Input power level. The gate and drain bias voltage has been controlled with the envelope of the input RF signal and PBG structure has been employed on the output port of Doherty amplifier. The proposed Doherty amplifier using dual bias controlled circuit and PBG has been improved the average PAE by 8%, $IMD_3$ by -5 dBc. And proposed Doherty amplifier has a high efficiency more than 30% on overall input power level, respectively.

EER 및 PBG를 이용한 전력 증폭기의 효율 및 선형성 개선에 관한 연구

이종민,서철헌,Lee, Chong-Min,Seo, Chul-Hun 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.6

본 논문에서는 EER(Envelope Elimination and Restoration) 구조를 응용하여 전력 증폭기의 효율을 극대화 하였으며, EER구조의 취약점인 선형성을 PBG 구조를 이용하여 개선하였다. 고효율을 얻기 위해 class-F급 전력 증폭기를 설계하였으며 포락선 검파기를 이용하여 전력 증폭기의 구동 전력을 조절하였다. 또한, 정합 회로의 비정합에 의한 고조파 성분들을 PBG 구조를 이용하여 제거함으로써 높은 선형성을 얻었다. 본 논문에서 제안한 EER 구조를 응용한 전력 증폭기 구조는 적응형 바이어스를 이용한 Doherty 전력 증폭기에 비해 PAE(Power Added Efficiency)가 34.64% 개선되었고, 일반적인 Doherty 증폭기에 비해 3차 IMD가 6.65 dB 이상 개선되었다. In this paper, the efficiency of power amplifier has been maximized by the application of EER structure, and the linearity has been improved by using PBG structure. This paper has proposed a design of power amplifier in class-F to get the PAE, and to control dynamic power using envelope detector. PBG structure gets high-linearity by removing harmonics arisen from the mismatching of matching circuit. The PAE and the 3rd order IMD have been improved 34.64%, 6.65 dB compared with those of conventional Doherty amplifier, respectively.

Microstrip Square Open Loop와 Tunable Negative Resistance를 이용한 저위상 잡음 전압 제어 발진기

최재원,이종민,서철헌,Choi, Jae-Won,Lee, Chong-Min,Seo, Chul-Hun 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.12

마이크로스트립 개방형 루프 공진기는 발진기의 위상 잡음을 줄이기 위해서 적용되었다. 마이크로스트립 스퀘어 개방형 루프 공진기는 큰 결합 계수 값을 가지고, 이로 인해 높은 Q 값을 가지며 전압 제어 발진기의 위상잡음을 감소시킨다. 전압 제어 발진기의 주파수 조절 범위를 증가시키기 위하여 버랙터 다이오드가 전압 제어발진기의 조절 가능한 부성 저항에 연결되어졌다. 전압 제어 발진기의 출력 파워와 하모닉 특성은 각각 4.83dBm과 -28.83 dBc이다. 위상 잡음 특성은 주파수 조절 범위 $5.735{\sim}5.845GHz$에서 $-112.33{\sim}-116.16dBc/Hz$ @ 100 kHz이다. The microstrip square open loop resonator has been employed to reduce the phase noise in VCO. The microstrip square open loop resonator has the large coupling coefficient value, which makes a high Q value, and has reduced the phase noise of VCO. To increase the tuning range of VCO, varactor diode has been connected at the tunable negative resistance in VCO. The output power and harmonic characteristics of VCO has been obtained 4.83 dBm and -28.83 dBc, respectively. The phase noise of VCO has been $-112.33{\sim}-116.16dBc/Hz$ @ 100 kHz in the tuning range, $5.735{\sim}5.845GHz$.

개방 루프 다중 분할 링 공진기를 이용한 0.13 um 전압 제어 발진기 설계

김형준,최재원,서철헌,Kim, Hyoung-Jun,Choi, Jae-Won,Seo, Chul-Hun 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.2

본 논문에서는 개방 루프 형태를 지닌 다중 분할 링 공진기를 이용하여 0.13 um CMOS 공정에서 전압 제어 발진기의 설계 및 제작을 통해 위상 잡음 특성을 개선하였다. CMOS LC 공진기를 이용한 기존의 전압 제어 발진기와 비교했을 때, 본 논문에서 제안한 CMOS 전압 제어 발진기의 보다 큰 결합 계수를 통하여 Q-factor의 향상을 얻을 수 있었고, 이로 인해 전압 제어 발진기의 위상 잡음의 특성을 개선할 수 있었다. 개방 루프 다중 분할 링 공진기를 이용하여 제안된 전압 제어 발진기의 위상 잡음은 1 MHz 오프셋에서 -99.67 dBc/Hz의 특성을 나타내었다. 기존의 CMOS LC 전압 제어 발진기에 비해 약 7 dB의 위상 잡음 개선 특성을 얻을 수 있었고, 발진 주파수는 24 GHz이며, 0.13 um CMOS 공정을 통해 $0.7\;mm{\times}0.9\;mm$의 크기를 가지고 있다. In this paper, a novel voltage-controlled oscillator(VCO) using the open loop multiple split ring resonator(OLMSRR) is presented for improving the phase noise, implemented in 130 nm CMOS technology. Compared with the conventional CMOS LC resonator, the proposed CMOS OLMSRR has the larger coupling coefficient value, which makes a higher Q-factor, and has improved the phase noise of the VCO. The proposed CMOS VCO based OLMSRR has the phase noise of -99.67 dBc/Hz @ 1 MHz in the oscillation frequency. Compared with the VCO using the conventional CMOS LC resonator and the proposed VCO using the CMOS OLMSRR structure has been improved in 7 dB. The prototype 24 GHz CMOS VCO is implemented in 130 nm CMOS and occupies a compact die area of $0.7\;mm{\times}0.9\;mm$.

선형성 개선을 위한 고효율 GaN-HEMT 이중대역 Doherty 전력 증폭기

우규식(Kyu-sik Woo),서철헌(Chul-hun Seo) 한국전자파학회 2021 한국전자파학회논문지 Vol.32 No.3

본 논문은 2.4 ㎓와 3.5 ㎓ 대역에서 동작하는 고조파억제회로를 설계하여 2nd와 3rd 고조파를 −30 ㏈ 이하로 감쇄시켜 Doherty 전력 증폭기의 선형성을 개선하는 기법을 제시한다. 제안된 증폭기는 CREE社의 CGH 40006P GaN high electron mobility transistors (HEMTs)를 사용하여 주 증폭기와 보조 증폭기로 설계되었고 Wilkinson 전력 분배기를 통해 증폭기에 신호를 입력하였다. 제작된 전력 증폭기는 최대 출력전력구간에서 2.4 ㎓ 대역은 36.8 ㏈m 출력전력과 66.13 % 전력부가효율이 측정되고 3.5 ㎓ 대역은 36.1 ㏈m, 62.03 %로 측정되었다. 6 ㏈ 백오프 출력전력 구간에서 2.4 ㎓ 대역은 전력부가효율이 45.2 %, 3.5 ㎓ 대역에서는 36.7 %로 측정되었다. This paper describes a technique to improve the linearity of the Doherty power amplifier by designing a harmonic termination network operating in the 2.4 ㎓ and 3.5 ㎓ bands and attenuating the 2nd and 3rd harmonics below −30 ㏈. The proposed amplifier use CREE CGH 40006P GaN high electron mobility transistors (HEMTs) to be designed as a main amplifier and an auxiliary amplifier, and signals are input to the amplifier through a Wilkinson power divider. The fabricated power amplifiers measured 36.8 ㏈m of output power and 66.13% of power added efficiency (PAE) in the 2.4 ㎓ band and 36.1 ㏈m and 62.03% of the 3.5 ㎓ band in the maximum output power level. In the 6 ㏈ output back-off level, the PAE was 45.2% in the 2.4 ㎓ band and 36.7% in the 3.5 ㎓ band.