결함 접지 구조를 이용한 유사 E급 전력 증폭기의 소형화

Abstract

본 논문에서는 접지 결함 구조(Defected Ground Structure: DGS)를 이용하여 기지국용 고효율 E급 전력 증폭기의 성능을 유지하면서 크기를 소형화 할 수 있는 방안을 제안하였다. E급 전력 증폭기에서 요구되는 고조파 임피던스는 아령형 DGS와 나선형 DGS를 사용함으로써 만족시켜 주었다. 제안하는 유사 E급 전력 증폭기의 DGS 부하 회로는 가장 큰 고조파 성분인 2차 고조파 대역에서 개방, 나머지 고차 고조파 임피던스는 단락에 가까운 고조파 임피던스를 갖는다. 제안하는 구조를 통하여 제작된 전력 증폭기는 출력 전력이 43.1 dBm, 포화전력 이득이 12.7 dB일 때 70.2 %의 전력 부가 효율(Power Added Efficiency: PAE)을 가지며, 이는 비교 대상인 E급 증폭기와 거의 유사한 값이다. 회로 크기의 관점에서 보면 각각의 고조파 성분 정합을 위해 여러 개의 스터브가 장착되어 있는 비교 대상인 E급 증폭기에 비해 전체 크기를 50 %로 소형화시킬 수 있었다. In this work, a reduced size 20W quasi class-E Power Amplifier(PA) with defected ground structure load-network is presented for WCDMA base station application. Harmonic impedances required for the class E operation are satisfied by applying the dumbbell and the asymmetric spiral DGS. Open impedance for 2nd harmonic frequency which has the highest power and nearly short impedances for other higher order harmonics are provided by the proposed DGS load-network. The maximum Power Added Efficiency(PAE) of 70.2 % at the output power of 43.1 dBm with the saturated power gain of 12.7 dB is achieved by the proposed quasi class-E PA, which is comparable to the performance of the reference class-E PA. Total size of the proposed class-E PA is only <TEX>$50{\times}50\;mm^2$</TEX> and much smaller than the conventional class-E PA that is loaded with a number of open stubs.