고조파 제어 회로를 이용한 X-대역 전력 증폭기의 효율 개선에 관한 연구

Abstract

본 논문에서는 간단하면서도 효과적인 능동적인 로드 풀(active load-pull) 방법을 제시하고, 고조파의 임피던스 성분을 제어하는 회로를 사용하여, X-대역 전력 증폭기의 효율을 개선시킬 수 있는 방법에 관하여 연구하였다. 제안된 능동적인 로드 풀 시스템은 크게 방향성 결합기와 위상 변위기, 단락 회로, 그리고 전력 증폭기로 구성되어 있으며, 전통적인 능동적인 로드 풀 방법에 비해 반사 계수가 1인 지점까지 임피던스를 쉽게 가져다 놓을 수 있다. 본 논문에서 사용된 소자는 Mitsubishi사의 GaAs FET인 MGF1801이며, 9 GHz의 동작 주파수에서 class-A일 때, 21.65 dBm의 출력 전력과 24.9 %의 드레인 효율을 얻었고, class-AB일 때, 21.46 dBm의 출력 전력과 53.3%의 드레인 효율을 얻었다. 고조파 제어 회로는 실험에 사용된 초고주파 부품의 주파수 대역폭의 한계로 인해, 2차와 3차 항 성분까지만 고려하여 설계하였으며, class-AB에서, 6.4 %의 효율이 증가된 것을 확인하였다. In this paper, a simple and effective active load-pull method is proposed, and the method to improve the efficiency of X-band power amplifier using harmonic control circuit is presented. The proposed active load-pull system mainly consists of directional coupler, phase shifter, short circuit, and power amplifier, and allows a user to access reflection coefficients near the edge of the Smith chart(<TEX>$\Gamma$</TEX>=1) easily. The device used in this paper is Mitsubishi's GaAs FET MGF1801, and the operating frequency of the power amplifier is 9 GHz, The amplifier had output power of 21.65 dBm and drain efficiency of 24.9 % at class-A, and had output power of 21.46 dBm and drain efficiency of 53.3 % at class-AB. Harmonic control circuit is designed only second and third harmonic components because of the bandwidth limitation of the microwave components. The drain efficiency is improved as much as 6.4 % compared with class-AB power amplifier.