최적 전송 선로를 이용한 고효율 분산형 증폭기의 설계

Abstract

본 논문에서는 전송 선로 이론을 기반으로 분산형 증폭기의 역방향 전류 성분을 수식적으로 분석하고, 역방향 전류 성분을 상쇄시켜 최소화하기 위한 최적의 전송 선로의 길이를 구하는 방법을 제시하였다. 기존의 설계방법에서는 역방향 전류 성분을 종단 부하를 통해 단순히 소모시키는 형태이므로 게이트와 드레인 전송 선로의 길이 결정 기준이 설계상에서 뚜렷하게 주어져 있지 않았지만, 제안하는 방법에서는 역방향 전류 성분들이 서로 상쇄가 일어나도록 하는 전송 선로의 길이를 결정하는 이론적 바탕을 제시함으로써 좀 더 체계적인 설계 방법을 제시하고 있다. 제안하는 이론의 검증을 위하여 회로 시뮬레이션을 수행하였고, pHEMT 트랜지스터를 이용하여 차단 주파수가 3.6 GHz인 최적 전송 선로를 이용한 분산형 증폭기를 제작하였다. 측정을 통해 얻은 결과로서 동작 주파수 범위 내에서 최대 이득은 14.5 dB, 최소 이득은 12.8 dB로 측정되었다. 또한, 제안하는 분산형 증폭기의 측정된 효율은 3 GHz에서 25.6 %로 기존의 일반적인 분산형 증폭기에 비해 약 7.6 % 개선되었다. 출력 전력은 일반적인 분산형 증폭기에 비해 약 1.7dB 개선된 10.9 dBm을 얻었다. 이러한 성능 개선은 역방향 전류의 상쇄로 인한 것으로 분석된다. In this paper, we propose a numerical analysis on reversed current of distributed amplifier based on transmission line theory and proposed a theory to obtain optimum transmission line length to minimize the reversed currents by cancelling those components. The reversed current is analyzed as being simply absorbed into the terminal resistance in the conventional analysis. In the proposed analysis, however, they are designed to be cancelled by each other with opposite phase by the optimal length of the transmission lint Circuit simulation and implementation using pHEMT transistor were performed to validate the proposed theory with the cutoff frequency of 3.6 GHz. From the measurement, maximum gain of 14.5dB and minimum gain of 12.3dB were achieved In the operation band. Moreover, measured efficiency of the proposed distributed amplifier is 25.6% at 3 GHz, which is 7.6%, higher than the conventional distributed amplifier. Measured output power Is about 10.9dBm, achieving 1.7dB higher output power than the conventional one. Those improvement is thought to be based on the cancellation of refersed current.