1. 서 론

빠른 데이터 서비스를 위해 넓은 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 사용자와 기존 무선 통신 시스템의 통합을 통한 효율적 운

영을 추구하는 사업자의 증가로 인해 광대역 무선 통신 시스템의 수요는 확대되고 있다. 현재의 5세대 무선 통신과 군 전술 무선

통신과 같은 광대역 무선 통신 시스템에 사용되는 전력 증폭기는 선형성과 효율 규격을 유지한 채 피크 대 평균 전력비(PAPR,

Peak to Average Power Ratio)가 큰 신호가 넓은 주파수 대역에서 동작하도록 요구되어 진다. 이러한 전력 증폭기의 규격을 만

The Society of Convergence Knowledge Transactions Vol.8, No.3, pp.59-68, 2020

Research Article,pISSN : 2287-8920

https://doi.org/10.22716/sckt.2020.8.3.020

효율 평탄도 개선을 위한 20 W 고선형 광대역 2단 VHF/UHF 전력 증폭기의

설계와 구현

장동희1

1한국폴리텍대학 아산캠퍼스 조교수

Design and Implementation of the 20 W Highly Linear Broadband Two-Stage VHF/UHF Power Amplifier for Improving Efficiency Flatness

Dong-Hee Jang1

1Assistant Professor, Asan Campus of Korea Polytechnics

1Corresponding author: jdhee4@naver.com

Received July 24, 2020; Revised August 27, 2020; Accepted August 28, 2020

ABSTRACT

본 논문에서는 다양한 무선 통신 시스템의 통합을 위해 30-500 MHz의 동작 주파수를 가지는 20 W 2단 VHF/UHF 전력 증폭기를 설계

하고 구현하였다. 낮은 주파수 대역에서 효율 평탄도를 개선하기 위해 공진을 조정할 수 있는 부궤환 회로를 제안하였다. 전력 증폭단

은 동축 케이블 발룬을 적용한 푸시풀 구조를 사용하였고 전치왜곡 구동단을 적용하여 2단 전력 증폭기의 선형성을 최적화하였다. 제

안된 전력 증폭기를 검증하기 위해서 2-tone 테스트 신호를 사용하여 측정한 결과, 광대역 전력 증폭기는 30~500 MHz 대역에서 평탄

화된 이득, 출력 전력, 효율, 선형성 특성을 얻었다. 제안된 설계 방법을 토대로 구현한 2단 VHF/UHF 전력 증폭기는 디지털 전치왜곡

기와 결합되어 높은 선형성을 얻을 수 있었다.

In this paper, the 20 W 2-stage VHF/UHF power amplifier is designed and implemented for integrating various wireless communication

systems in a frequency range of 30 to 500 MHz. The negative feedback circuit with a resonance adjustment is proposed for improving

the efficiency flatness at a lower frequency band. The power amplification stage utilizes a push-pull structure with a coaxial cable

balun. The drive amplification stage operates as a predistorter for optimizing the linearity of two-stage power amplifier. For

demonstration of the power amplifier’s performance, a 2-tone test signal is used. The broadband power amplifier can obtain the

improved flatness characteristics for gain, output power, efficiency, and linearity in a frequency range of 30 to 500 MHz. From the

digital predistortion measurements, the proposed power amplifier can achieve the higher linearity.

Keywords: Broadband, Power amplifier, Negative feedback, Resonance, Predistortion

Ⓒ 2020 by The Society of Convergence Knowledge. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution

Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in

any medium, provided the original work is properly cited.

60 ∙ The Society of Convergence Knowledge Vol.8, No.3, 2020

족시키는 방법은 선형성 특성을 감소시키고 광대역 효율(Broadband Efficiency) 위주로 설계한 후 감소된 선형성을 디지털 전

치왜곡기(DPD, Digital Pre-Distorter)와 연동하여 개선하는 것이다[1-2]. 광대역 무선 통신 시스템에 적용할 수 있는 30-500

MHz 대역의 전력 증폭기에 대한 여러 논문들이 발표되었다[1-5]. Table 1은 우리나라의 30-500 MHz 대역의 간단한 주파수 할당

표를 보여 주고 있으며 우리나라는 방송, 항공, 해상, 소출력 무선국 분야에서 30-500 MHz 대역을 사용하고 있다[6].

Table 1에서 무선 통신 분야는 대부분 빠른 데이터 속도와 다중 캐리어 동시 서비스를 고려하지 않아 발표된 논문들은 전력 증

폭기의 선형성을 고려하지 않았다. 항공이나 해상 서비스의 경우, 공공 안전을 위해 사용하는 주파수 대역에서 시스템간의 간섭

영향을 최소화하는 것이 중요하며 이를 위해서는 전력 증폭기의 선형성이 확보되어야 한다. 광대역 전력 증폭기의 인접 채널 간

섭을 최소화하면 다중 캐리어 동시 서비스를 할 수 있고 항공이나 해상 사고 등 응급 상황 시 통신거리를 최대로 확보할 수도 있

다. 광대역 전력 증폭기의 선형성이 확보되면 여러 개의 전력 증폭기를 하나로 통합할 수 있어 시스템 가격을 낮출 수 있다.

Table 1. A brief table of Korean frequency allocation in 30-500 MHz

분야 용도 할당 주파수 대역 [MHz] 비고

방송

FM 방송 88-108

TV 방송

54-72군용 등 기타 용도

76-88

174-216 지상파 DMB

470-806 디지털 TV

항공

VOR, ILS 등 108-118

만간 항공용 단거리 통신 118-136.975 항공국-지상국 간, 관제사-조정사 간 등

비상 위치 지시용

(조난 주파수)

121.5

243.0

406.0

해상

해상이동무선통신업무용156.025-157.425 선박국

156.375-162.025 해안국

국제해사위성통신(이동지구국)148-150.05 상향 링크

137-137 하향 링크

해상 조난 주파수 406

소출력 무선국

(Unlicensed Radio)

무선 조정 40, 72, 75, 173, 311, 447

코드 없는 전화기(3mW 이하)46.51-46.97 고정장치

49.695-49.97 휴대장치

RFID/USN 433.67-434.17

데이터 전송, 생활 무선국 등200 MHz 대역

400 MHz 대역

기타

주파수 공용 통신(TRS)376.5-381.5 상향

394.5-399.5 하향

무선 호출161.2-169 전국

322-328.6 지역

광대역 전력 증폭기가 사용하는 대역 내에서 전력 이득의 변화가 클 경우 광대역 전력 증폭기 내에서 이득을 제어하는 가변 감

쇄기만으로는 주파수별로 일정한 이득 평탄도를 얻을 수 없어서 광대역 전력 증폭기는 정확한 출력 전력 레벨 제어를 제공하지

장동희 / 효율 평탄도 개선을 위한 20 W 고선형 광대역 2단 VHF/UHF 전력 증폭기의 설계와 구현 ∙ 61

못한다. 이러한 광대역 전력 증폭기는 더 큰 이득 버짓(Gain Budget)을 필요로 한다. 이로 인해 광대역 전력 증폭기의 이득 특성의

편차를 최소화하는 것이 중요하다. 기존에 발표된 논문은 1-Stage 상태에서 2 dB 정도의 이득 평탄도 결과를 제시하고 있다[3-5].

VHF/UHF 대역의 광대역 전력 증폭기는 평탄화된 이득을 위해 임피던스 변환기(Impedance Transformer)와 발룬(Balun)을

사용하여 설계된다. 설계된 광대역 전력 증폭기의 대역 내 하모닉(In-Band Harmonic)이나 혼변조 왜곡 성분 등의 비선형성은

고려될 수 없어서 디지털 전치왜곡기를 적용할 수 없다. 디지털 전치왜곡기를 적용하여 고선형성을 얻기 위해서는 적절한 레벨

을 갖는 혼변조 성분 특성이 필요한 데 기존의 설계 방식은 그러하지 못했다.

저주파 대역에서는 트랜지스터의 성능이 높아 일정 수준의 성능 감소를 수용할 수 있기 때문에 저주파 트랜지스터에 부궤환

방식을 적용하여 발진 안정뿐만 아니라 이득, 출력 전력, 효율 등 평탄화된 일정한 성능을 얻을 수 있다. 부궤환 방식은 선형화 기

술이므로 전력 증폭기는 적절한 레벨을 갖는 혼변조 성분 특성을 확보할 수 있다. 그러나 저주파 대역의 트랜지스터는 대역 통과

특성을 가지고 있는데 고역 통과 특성을 갖는 직렬 RC 부궤환 회로나 저역 통과 특성을 갖는 LC 부궤환 회를 적용함으로써 100

MHz 이하의 낮은 대역에서 이득과 출력 전력 특성이 일정하지 않아 일정한 효율 특성을 얻기가 어렵다[1].

전력 증폭기의 효율과 소모 전력에 따른 발열은 반비례 관계를 가지고 있어서 주파수별 효율 편차가 클 경우 소모 전력에 따른

발열의 양이 달라져 외부 온도와 전력 증폭기 내부의 온도 편차(ΔT)가 다르게 된다. 주파수별로 다른 온도 편차(ΔT)를 가지게

되어 동일한 출력 전력 상황에서 전력 증폭기의 출력 전력 레벨 제어의 정확성이 떨어지게 되며 뿐만 아니라 혼변조 왜곡 성분 등

의 선형성 제어에 대한 어려움을 가지게 된다. 전력 증폭기의 주파수별 성능 편차를 줄이기 위해 주파수별로 다른 제어 값을 적

용함으로써 광대역 무선 통신 시스템은 불안정하게 운영된다. 또한 전력 증폭기의 양산성은 현저히 떨어질 수밖에 없다. 따라서

안정적인 무선 통신 시스템을 운영하기 위해서 효율 특성의 편차를 최소화하는 것이 중요하다.

본 논문에서는 다양한 무선 통신 시스템의 통합을 위해 30-500 MHz의 동작 주파수를 가지는 20 W 2단 VHF/UHF 전력증폭

기를 설계하였다. 낮은 주파수 대역에서 효율 평탄도를 개선하기 위해 직렬 RC 부궤환 회로에 병렬 캐패시터를 추가하여 공진

을 조정할 수 있는 부궤환 회로를 제안하였다. 전력 증폭단은 동축 케이블 발룬을 적용한 푸시풀 구조를 사용하고 전치왜곡 구동

단을 적용하여 2단 전력 증폭기를 구성하였다. 제안된 설계 방법으로 제작된 2단 VHF/UHF 광대역 전력 증폭기를 디지털 전치

왜곡기와 연동하여 선형성을 확인하였다.

본 논문은 총 4장으로 이루어져 있으며, 1장 서론에서는 연구 배경과 필요성 및 목적을 기술하였고 2장에서는 VHF/UHF 광

대역 전력 증폭기 설계 기술에 대하여 분석하였다. 3장에서는 2장에서 연구한 내용을 바탕으로 광대역 전력증폭기를 제작하여

실험 결과를 보여주었고 마지막 4장에서는 결론으로 끝을 맺는다.

2. VHF/UHF 광대역 전력증폭기 설계

VHF/UHF 광대역 전력 증폭기를 설계하기 위하여 제안된 부궤환 회로를 분석하고 2단 전력 증폭기 설계 방법을 적용하였다.

2.1 부궤환 회로 설계

이득 평탄도(Gain Flatness) 특성이 저하되면 주파수별로 진폭(Amplitude)과 위상(Phase)의 편차가 커짐에 따라 출력 전력

편차, 효율 편차, 선형성 편차가 증가하고 대역폭이 넓은 변조 신호를 사용하는 시스템에서 진폭 에러와 위상 에러가 발생하며

주파수 대역별로 전력 증폭기의 정확한 이득 제어와 출력 레벨 제어가 용이하지 않게 된다. 따라서 광대역에서 이득 평탄도를 유

지하는 것이 중요하며 이를 위하여 트랜지스터의 드레인에서 게이트로 직렬 캐패시터(CS), 병렬 캐패시터(CP), 직렬 저항(R)으

로 구성된 부궤환 회로를 설계하였다. Fig. 1은 제안된 부궤환 전력 증폭기의 구성도를 보여 주고 있다.

62 ∙ The Society of Convergence Knowledge Vol.8, No.3, 2020

Fig. 1. Schematic diagram of the proposed negative feedback amplifier

제안된 부궤환 광대역 전력 증폭기의 폐 루프 전달 함수(Closed Loop Transfer Function)는 드레인 출력과 게이트 입력의 역

위상 관계를 이용하여 식 (1)과 같이 나타낼 수 있다[7].

(1)

여기서 A(ω)는 개 루프 이득(Open Loop Gain), β(ω)는 궤환 지수(Feedback Factor), A(ω)β(ω)는 루프 이득(Loop

Gain), ω는 각주파수이다. 식 (1)의 우변 항을 A(ω)로 분모와 분자를 나누면 식 (2)를 얻을 수 있으며

(2)

만약 식 (2)의 분모가 식 (3)과 같이 상수 값을 갖게 된다면 광대역 전력 증폭기의 폐 루프 전달 함수는 평탄화된 일정한 값을

얻게 된다.

(3)

Fig. 2는 평탄화된 광대역 성능을 얻기 위한 부궤환 회로를 보여 주고 있으며 궤환 지수(Feedback Factor)는 트랜지스터의 드

레인에서 게이트로 직렬 캐패시터(CS),병렬 캐패시터(CP),직렬 저항(R)으로 구성되었다.

Fig. 2. Schematic diagram of the proposed negative feedback circuit

장동희 / 효율 평탄도 개선을 위한 20 W 고선형 광대역 2단 VHF/UHF 전력 증폭기의 설계와 구현 ∙ 63

제안된 부궤환 회로의 궤환 지수는 ABCD Matrix를 사용하여 식 (4)와 같이 나타낼 수 있다.

(4)

여기서 Z0는 특성 임피던스이며 ω는 각주파수이다. 일반적으로 주파수가 증가함에 따라 전력 증폭기의 이득은 감소하며 대

역통과 특성을 가지고 있다. 그러나 부궤환 선로에 병렬 캐패시터(CP)를 적용하여 공진을 조정할 수 있어서 대역폭 및 평탄도가

개선되는 효과를 얻을 수 있다.

식 (4)의 분모의 허수부는 LC 직렬 공진 회로 구조를 지니고 있으므로 공진 주파수는 식 (5)로 표현할 수 있으며,

(5)

Fig. 3은 직렬 저항(R)이 100 Ω이고 직렬 캐패시터(CS)이 22 nF일 경우, 병렬 캐패시터(CP) 값에 따른 허수부(Imaginary

Quantity)에 해당되는 공진 주파수의 추이를 보여 주고 있다.

Fig. 3. Resonance characteristics as a function of shunt capacitor (Cp)

Table 2는 제안된 부궤환 회로를 적용한 전력 증폭기의 진폭 특성을 함수별로 보여 주고 있다. 공진을 조정할 수 있는 부궤환

회로는 전력 증폭기의 대역 통과 특성을 평탄화할 수 있으며 그 결과 전력 증폭기의 폐 루프 전달 함수는 평탄화된 일정한 특성을

얻을 수 있다.

2.2 2단 전력 증폭기 설계

VHF/UHF 광대역 전력 증폭기의 목적은 넓은 대역에 걸쳐 허용되는 이득과 선형성과 효율 특성 내에서 최대 출력 전력을 전

달하는 것이다. 최대 출력 전력을 전달하기 위한 최적의 부하 임피던스를 찾는 것이 중요하며 Steve Cripps Law의 근사식인 식

(6)을 사용하여 최적의 부하 임피던스(RL)를 구할 수 있다[8].

64 ∙ The Society of Convergence Knowledge Vol.8, No.3, 2020

(6)

여기서 Pout는 원하는 최대 출력 전력, Vds는 드레인-소스 전압, Vsat는 드레인-소스 포화 전압이다.

광대역 전력 증폭기는 대역 내 짝수 하모닉(In-Band Even Harmonic)을 제거하기 위해 일반적으로 푸시풀 구조를 사용한다.

발룬 구성을 통하여 단일 신호를 평행 신호로 변환하거나 그 반대로 변환시킬 수 있기 때문에 고출력을 위한 푸시풀 증폭기 구성

에 적합하다. 광대역 전력 증폭기의 최적의 부하 임피던스를 설계한 후 출력단 발룬과 매칭 회로가 주파수에 따라 다른 임피던스

를 가지게 되면 그 만큼의 반사가 발생하여 전력 전달이 잘 되지 않으며 결국 전력 결합 손실(Power Combining Loss)이 발생하

여 전력 증폭기의 성능 저하를 초래한다. 광대역 매칭을 위해서는 넓은 대역에 걸쳐 고정된 임피던스를 제공하는 광대역 매칭 소

자가 필요하나 집중 소자(인덕터, 캐패시터 등)나 전송 선로를 사용하여 구현하기가 어렵다. 따라서 광대역에서 고정된 임피던

스를 얻기 위해 투자율이 낮은 페라이트 코어와 동축 케이블을 사용한 발룬을 적용하였다.

Table 2. Amplitude characteristics of the closed loop transfer function with a proposed circuitry

Function Imaginary in

Characteristic

Function

Characteristic

Table 3은 20W급 VHF/UHF 광대역 푸시풀 전력 증폭기에서 사용되는 설계 변수(Design Parameter) 값을 구하는 과정을 보

여 주고 있다. 본 논문에서 원하는 최대 출력 전력(Pout_max, Maximum Output Power Desired)은 20 W이며 1 dB의 출력단 손실

을 고려하면 25 W의 출력 전력이 요구된다(Pout_max-1). 하나의 트랜지스터의 출력은 12.5 W가 되며 식 (6)을 사용하여 RL은

27.04 Ω 으로 계산된다. 구현을 고려할 경우 RL은 25 Ω으로 결정된다. 평행 신호의 임피던스는 50 Ω으로 정해지면 이 임피던

스는 단일 신호의 임피던스 50 Ω으로 변환되므로 발룬(Balun)의 신호비는 1:1이 된다. 따라서 발룬 케이블의 특성 임피던스는

50 Ω이 된다. 마지막으로 부궤환 회로를 적용에 따른 특성 감소는 3 dB를 적용하여 트랜지스터의 P3dB (3 dB Compression

Point)가 25 W인 소자를 선정하였다.

장동희 / 효율 평탄도 개선을 위한 20 W 고선형 광대역 2단 VHF/UHF 전력 증폭기의 설계와 구현 ∙ 65

Table 3. Definition of design parameters in the push-pull power amplifier

Design Parameter Result Remark

Pout_max [W] 20Pout_max-1 = 25 W with 1 dB output loss

(Pout_max-1 = Pout_max + 1 dB)

Pout_max-1 / 2 [W] 12.5

RL [Ω] 25 Using Equation (6), ×

2·RL [Ω] 50 For two push-pull devices

Balun Ratio 1 : 1 Conversion 2·RL to output port 50 Ω

Characteristic Impedance [Ω] 50 Balun cable

P3dB of Transistor [W] 25 3dB Reduction

Fig. 4는 VHF/UHF 대역에서 20W 출력 전력을 가지는 2단 전력 증폭기의 구성도를 보여 주고 있다. 전력 증폭단은 대역 내

짝수 하모닉을 제거하기 위해 입력과 출력단에 동축 케이블 발룬을 적용한 푸시풀 구조를 선택하였다. 전력 증폭단의 이득, 출력

전력, 효율, 선형성 등 평탄화된 일정한 성능을 얻기 위해 공진을 조정할 수 있는 부궤환 회로를 트랜지스터에 적용하였고 구동

단 또한 공진을 조정할 수 있는 부궤환 회로를 적용하였다. 20 W 2단 VHF/UHF 전력 증폭기가 디지털 전치왜곡기와 연동되었

을 때 최대의 선형성을 얻을 수 있도록 구동단을 바이어스 변화에 의한 자가보상 전치왜곡 방식으로 동작시켜 전력 증폭단을 선

형화하였다[9].

Fig. 4. Schematic diagram of two stage VHF/UHF power amplifier (Bias circuitry omitted)

3. 실험 결과

공진을 조정할 수 있는 부궤환 회로가 적용된 20 W 2단 VHF/UHF 광대역 전력 증폭기를 제작하여 이득(Gain), 출력 전력

(Output Power), 효율(Efficiency), 선형성(Linearity)에 대한 측정 결과를 분석하였다.

3.1 제작

본 논문에서 제안한 설계 방법을 토대로 20 W 2단 VHF/UHF 광대역 전력 증폭기는 비유전율 3.5, 기판 두께 (h) 0.76 mm, 동판

두께 (t) 35 um인 Taconic사의 RF-35 기판 위에 제작되었다. Fig. 5는 본 논문에서 제안한 VHF/UHF 전력 증폭기를 제작한 실물

66 ∙ The Society of Convergence Knowledge Vol.8, No.3, 2020

사진이다. 구현된 전력 증폭기의 구성은 이득단, 구동단, 전력 증폭단, 커플러으로 구성되며, 구동단은 Freescale사의 MRF282를,

전력 증폭단은 Cree사의 CGH40025P를 사용하였다. 발룬은 니켈-아연 페라이트를 선택하고 고성능 50 Ω 케이블을 사용하였다.

Fig. 5. Photograph of the 20 W 2-stage VHF/UHF power amplifier

3.2 측정 결과

Fig. 6은 제작된 2단 VHF/UHF 광대역 전력 증폭기의 이득(Gain, S21)과 효율(Efficiency) 및 출력 전력(Pout, Output Power)

특성을 보여 주고 있다. Fig. 6(a)는 네트워크 분석기를 사용하여 VHF/UHF 전력 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 10 MHz

에서 39.36 dB, 70 MHz에서 39.90 dB, 200 MHz에서 39.07 dB, 400 MHz에서 39.90 dB이고 30-500 MHz 대역에서 38-40 dB

의 이득 특성을 얻었다. 43 dBn 이상의 출력 전력에서 42-45.1 % 의 전력 부가 효율(PAE, Power Added Efficiency)을 얻었음을

Fig. 6(b)에서 볼 수 있다. 특히 100 MHz 이하의 낮은 대역에서 평탄화된 이득, 출력 전력 특성뿐만 아니라 우수한 효율 평탄도

특성을 얻을 수 있었다.

(a) Gain characteristic (b) Output power and efficiency characteristics

Fig. 6. Measured results of the 2 stage VHF/UHF power amplifier

Fig. 7은 30-500 MHz 대역에서 1-MHz tone 간격을 가진 2-tone 테스트 신호를 입력 신호로 사용한 디지털 전치왜곡기(DPD,

Digital Pre-Distorter)의 적용 전과 후의 혼변조 왜곡(IMD, Inter-Modulation Distortion) 측정 결과이다. Fig. 7(a)와 Fig. 7(b)는

30 MHz 주파수에서 선형화 전과 후의 혼변조 왜곡 측정 결과를 각각 보여주고 있다. 5 dB 백-오프 출력 전력 38 dBm에서 -40.6

dBc의 혼변조 왜곡 결과를 얻을 수 있었으며 디지털 전치왜곡기 적용 후에 약 -58.2 dBc의 혼변조 왜곡 결과를 얻을 수 있었다.

장동희 / 효율 평탄도 개선을 위한 20 W 고선형 광대역 2단 VHF/UHF 전력 증폭기의 설계와 구현 ∙ 67

Fig. 7(c)은 38 dBm 출력 전력에서 디지털 전치왜곡기 적용 전과 후의 주파수별 혼변조 왜곡 개선 효과를 보여 주고 있다.

30-500 MHz 대역에서 -37.7 dBc 이하의 혼변조 왜곡 특성을 얻었으며 디지털 전치왜곡기를 적용하여 16.2 dB 이상의 혼변조

왜곡 개선 효과를 얻었다. 특히 100 MHz 이하의 낮은 대역에서 우수한 선형성 평탄도 특성을 확인할 수 있었다.

(a) Without DPD (30 MHz) (b) With DPD (30 MHz)

(c) IMD characteristics with and without DPD

Fig. 7. Measured linearization results of the 2 stage VHF/UHF power amplifier

Table 4는 설계된 20 W 2단 VHF/UHF 전력 증폭기의 측정 결과를 기존 발표 자료와 함께 비교하였다. 이득 평탄도와 선형성

평탄도 면에서 좋은 특성을 보였으며, 효율 평탄도에서도 우수한 특성을 살펴볼 수 있었다.

Table 4. Performance comparison of the characteristics of broadband power amplifiers

Ref. [3] [4] [5] This work

Frequency [MHz] 30~512 100~1000 30~512 30~500

Output Power [dBm] 50 (P3dB) 50 (P3dB) 50 (P1dB) Over 43 (P1dB)

Gain Flatness [dB] 1.8 3.1 2.0 2.0

PAE [%] Over 39.9 Over 57.7 Over 48 Over 42

Efficiency Deviation [%p] 18.9 16.9 27.0 3.1

IMD Deviation [dB] - - - 2.9

IMD [dBc] with DPD - - - -58

IMD [dBc] without DPD - - - -37.7

Stage 2 1 1 2

Abbreviation

P1dB : 1 dB Compression Point, P3dB : 3 dB Compression Point

PAE : Power Added Efficiency, IMD : Inter-Modulation Distortion

DPD : Digital Pre-Distorter

68 ∙ The Society of Convergence Knowledge Vol.8, No.3, 2020

4 . 결 론

본 논문에서는 다양한 무선 통신 시스템의 통합을 위해 30-500 MHz의 동작 주파수를 가지는 20 W 2단 VHF/UHF 전력 증폭

기를 설계하고 제작하였다. 공진을 조정할 수 있는 부궤환 회로, 동축 케이블 발룬을 적용한 푸시풀 전력 증폭단, 자가 보상 전치

왜곡 방식으로 동작하는 구동단을 사용하였다. 제안된 2단 전력 증폭기를 검증하기 위해서 2-tone 테스트 신호를 사용하였으며

측정 결과, 광대역 전력 증폭기는 30-500 MHz 대역에서 20 W 이상의 출력 전력과 42-45.1 %의 전력 부가 효율을 얻었으며 5

dB 출력 전력 백-오프에서 -37.7 dBc 이하의 혼변조 왜곡 특성을 얻었다. 평탄화된 이득, 출력 전력, 선형성 특성뿐만 아니라 우

수한 효율 평탄도 특성을 확인할 수 있었다. 또한, 디지털 전치왜곡기를 적용하여 16.2 dB 이상의 혼변조 왜곡 개선 효과를 얻었으

며 제안한 설계 방법을 토대로 구현한 2단 VHF/UHF 전력 증폭기는 디지털 전치왜곡기와 결합되어 높은 선형성을 얻을 수 있었다.

References

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