질화갈륨 소자를 이용한 DPD용 고집적 팔렛트형 고출력증폭기 모듈 설계

Abstract

본 논문에서는 고출력 및 고효율 특성을 지니는 질화갈륨(gallium nitride, GaN) 고출력 트랜지스터 소자를 이용하여 WiMAX 및 LTE(long term evolution) 시스템에 사용 가능한 60watt급 고출력증폭기 모듈을 팔렛트(palette) 타입으로 개발한 결과에 대하여 기술한다. 높은 이득을 얻기 위한 라인업(lineup) 구성을 위해 저전력이면서 고이득을 지니는 전치증폭단, 8watt급의 GaN 구동증폭단, 그리고 30watt급 GaN 소자 2개를 도허티(doherty) 구조로 구성한 60watt 고출력증폭단을 사용하였으며, 이로부터 2.5~2.68GHz에서 61.4dB의 이득과 <TEX>${\pm}$</TEX>0.075dB의 우수한 이득 평탄도를 얻었다. 특히 구동단과 고출력증폭단은 고효율 및 고출력 특성의 GaN 소자를 사용하였고, 또한 추가적인 효율 개선을 위해 도허티 구조를 적용함으로써 보다 높은 효율을 가지도록 하였다. 현재 전 세계적으로 널리 사용되고 있는 WiMAX 신호를 사용하여 제작된 팔렛트 타입의 증폭기 모듈의 성능을 측정하였는데, RRH(remote radio head) 타입으로 구성된 사용 예에서 WiMAX 변조 신호 10watt 출력 기준으로 약 37~38%의 효율을 나타내었다. 제작된 증폭기 모듈을 디지털 전치왜곡기(digital predistorter, DPD)와 연동하여 시험한 결과 WiMAX 변조 신호 10watt 출력에서 ACLR은 46dBc 이상의 특성을 지닌다. This paper describes the design of a palette-type 60watt high power amplifier module using gallium nitride(GaN) devices with high power and efficiency performances for WiMAX and LTE systems. The line-up for the high gain amplifier module consists of the pre-amplifier stage with low power and high gain, 8watt GaN driving amplifier stage, and 60watt GaN high power amplifier stage of Doherty structure with two 30watt GaN devices. The obtained gain is 61.4dB with an excellent gain flatness of <TEX>${\pm}$</TEX>0.075dB over 2.5~2.68GHz. GaN devices and the Doherty structure are adopted for the improvement of high efficiency and output power. The measurement for the fabricated high power amplifier module of palette type is performed using the widely known WiMAX signal all over the world. In the example of RRH(remote radio head) application of the fabricated amplifier module, the measured efficiency is 37~38% with the 10watts of modulated output power. It is shown that when the fabricated amplifier module is activated with a digital predistorter(DPD), the measured ACLR is better than 46dBc under the 10watts of modulated output power.