KR100203056B1 - High frequency power amplifier - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고주파 전력 증폭기에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 전력 효율이 높은 고주파 전력 증폭기에 관한 것으로서, 출력정합부를 2차 고조파, 3차 고조파, 그리고 기본주파수에 대한 임피던스를 정합할 수 있도록 정합수단을 구현함으로서 상기 2차 고조파 및 상기 3차 고조파에 의해 전력 효율이 손실되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 고조파에 대한 임피던스 정합을 쉽고 정확하게 수행할 수 있을 뿐만아니라, 고주파 전력 증폭기의 전력 효율을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a high-frequency power amplifier, and more particularly to a high-power power amplifier having a high power efficiency. In the high-frequency power amplifier of the present invention, matching means for matching an impedance to a second harmonic, a third harmonic, It is possible to prevent the power efficiency from being lost due to the second harmonic and the third harmonic. Therefore, it is possible to easily and accurately perform the impedance matching to harmonics, and to improve the power efficiency of the high-frequency power amplifier.
Description
본 발명은 고주파 전력 증폭기에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 전력 효율이 높은 고주파 전력 증폭기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-frequency power amplifier, and more particularly, to a high-power power amplifier with high power efficiency.
고주파 전력 증폭기에서 고려할 중요한 사항으로는 출력 전력, 전력 효율(power added efficiency, PAE), 그리고 대신호 전력이득 등이 있다. B급 증폭기의 경우 전력 효율을 극대화 하기 위해서는 트랜지스터의 출력단에서 부하쪽을 바라볼 때, 홀수 고조파에 대해서는 개방회로로, 짝수 고조파에 대해서는 단락회로로 보여져야 한다. 그러나, 이러한 것은 상기 트랜지스터가 이상적인 경우이고 실질적으로는 부하쪽의 기생 성분들을 고려할 때 각 고조파에 대해서 임의의 임피던스로 바뀌어져 보이게 된다. 비록, 각 고조파에 대해 바뀐 임의의 임피던스를 알고 있다 하더라도 실제 구현되는 회로의 경우 상기 임피던스를 정합하는 것은 매우 어렵다.Important considerations in high-frequency power amplifiers include output power, power added efficiency (PAE), and, in turn, call power gain. For B-class amplifiers, to maximize power efficiency, an open circuit for odd harmonics and a short circuit for even harmonics should be seen when looking at the load side at the output of the transistor. However, this is the case when the transistor is ideal, and substantially considering the parasitic components of the load, it appears to be changed to an arbitrary impedance for each harmonic. Although it is known that any arbitrary impedance is changed for each harmonic, it is very difficult to match the impedance in the case of a circuit actually implemented.
통상적으로 사용되고 있는 고주파 전력 증폭기의 경우, 외부로부터 인가되는 고주파 신호를 입력받아 고주파증폭용 트랜지스터를 통해 상기 고주파 신호가 증폭되어 출력된다. 상기 고주파증폭용 트랜지스터의 증폭 효율을 향상시키기 위해 상기 트랜지스터의 입력단과 출력단에 각각 입력정합회로와 출력정합회로를 연결하여 사용한다. 즉, 상기 입력정합회로는 외부로부터 고주파 신호가 인가되는 입력단과 상기 트랜지스터와의 임피던스를 정합하여 상기 고주파 신호의 전송손실 없이 전달되도록 하기 위한 것이다. 그리고, 상기 출력정합회로는 상기 트랜지스터를 통해 증폭된 고주파 신호가 출력되는 출력단과 상기 트랜지스터와의 임피던스를 정합하여 증폭된 고주파 신호의 전송손실 없이 전달되도록 하기 위한 것이다.In a commonly used high-frequency power amplifier, a high-frequency signal applied from the outside is inputted and the high-frequency signal is amplified and output through a transistor for amplifying a high-frequency signal. An input matching circuit and an output matching circuit are connected to an input terminal and an output terminal of the transistor so as to improve amplification efficiency of the transistor for high frequency amplification. That is, the input matching circuit is adapted to match the impedance between the input terminal to which a high-frequency signal is applied from the outside and the transistor, and to transmit the impedance without transmitting loss of the high-frequency signal. The output matching circuit is adapted to match the impedance between the output terminal through which the high-frequency signal amplified through the transistor is output and the transistor, and to transmit the amplified high-frequency signal without transmission loss.
그리고, 상기 정합회로들은 마이크로스트립 라인을 이용하여 구성할 수 있다. 상기 마이크로스트립 라인(microstrip line)은 평행판 선로의 일종으로 도파관(wave guide)이나 동축선로에 비해 경량, 소형으로 만들 수 있기 때문에 마이크로파 트랜지스터를 비롯한 각종 반도체 소자의 개략과 아울러 마이크로파 집적회로(micro wave intergrated circuit : MIC)의 기본 요소로서 중요시되고 있다. 뿐만아니라, 상기 마이크로스트립 라인은 전송선로로서 만이 아니라 안테나, 공진기, 임피던스 정합, 필터 등 매우 다양하게 응용되고 있다. 이것은 반도체기판상에 유전체판을 놓고 그 위에 도체선로를 부착시킨 것으로 보통 유전체기판에 금속막을 증착시켜 만든다.The matching circuits may be formed using a microstrip line. Since the microstrip line is a type of parallel plate line, it can be made lighter and smaller than a wave guide or a coaxial line. Therefore, in addition to the outline of various semiconductor devices including a microwave transistor and a microwave integrated circuit intergrated circuit (MIC). In addition, the microstrip line has been widely applied not only as a transmission line but also as an antenna, a resonator, an impedance matching, and a filter. This is made by placing a dielectric plate on a semiconductor substrate and attaching a conductor line thereon, usually by depositing a metal film on a dielectric substrate.
도 1에는 종래 고주파 전력 증폭기의 구성을 보여는 블록도가 도시되어 있다.FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a conventional high-frequency power amplifier.
도 1에 도시된 바와같이, 종래의 고주파 전력 증폭기는 입력정합부(10), 증폭부(20), 그리고 출력정합부(30)로 구성되어 있다. 상기 입력정합부(10)는 고주파 신호(RFin)를 입력받아 이를 증폭부(20)로 전달할 때 전송손실이 없도록 입력단(7)과 상기 증폭부(20)와의 임피던스를 정합하기 위한 것이다. 그리고, 상기 증폭부(20)는 상기 입력정합부(10)로부터 출력된 상기 고주파 신호(RFin)를 입력받아 이를 증폭하여 출력한다. 상기 출력정합부(30)는 상기 증폭부(20)로부터 출력된 증폭된 고주파 신호를 출력단(8)으로 출력할 때 전송손실이 없도록 상기 증폭부(20)와 상기 출력단(8)과의 임피던스를 정합하기 위한 것이다.As shown in FIG. 1, the conventional high-frequency power amplifier includes an input matching unit 10, an amplifying unit 20, and an output matching unit 30. The input matching unit 10 is for matching the impedance between the input terminal 7 and the amplifying unit 20 so that there is no transmission loss when the high frequency signal RF in is received and the amplified RF signal RF in is transmitted to the amplifying unit 20. The amplification unit 20 receives the RF signal RF in from the input matching unit 10 and amplifies the RF signal RF in . The output matching unit 30 adjusts the impedance between the amplifying unit 20 and the output terminal 8 so that there is no transmission loss when the amplified high frequency signal outputted from the amplifying unit 20 is outputted to the output terminal 8 To match.
상기 출력정합부(30)는 상기 증폭부(20)의 고주파증폭용 트랜지스터(Q1)의 출력단인 컬렉터에 연결된 마이크로스트립 라인들(1, 2, 3)을 이용하여 구성되어 있다. 상기 컬렉터에 연결된 마이크로스트립 오픈스텁(1, open stub)과 마이크로스트립 라인을 이용한 전송선(2)을 통해 기본주파수(f0)와 홀수 고조파에 대해 임피던스를 정합하게 된다. 그리고, 출력단(8)에 연결된 상기 마이크로스트립 오프스텁(3)은 짝수고조파에 대한 임피던스를 정합하기 위한 것이다. 즉, 기본주파수(f0)에 대해서 │K/4(│K:입력주파수에 대한 파장) 길이의 마이크로스트립 오프스텁(1)을 고주파증폭용 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 연결함으로서 기본주파수(f0)와 홀수 고조파에 대해서는 개방회로로, 그리고 짝수 고조파에 대해서는 단락회로로 보이게 함으로써 정합조건을 만족시킬 수 있다.The output matching unit 30 is configured by using microstrip lines 1, 2, and 3 connected to a collector, which is an output terminal of the high-frequency amplification transistor Q1 of the amplification unit 20. [ The impedance is matched to the fundamental frequency f 0 and the odd harmonic through the microstrip open stub 1 connected to the collector and the transmission line 2 using the microstrip line. And, the microstrip-off stub 3 connected to the output terminal 8 is for matching the impedances of even harmonics. That is, by connecting the microstrip-off stub 1 having a length of? / 4 (K: a wavelength with respect to the input frequency) with respect to the fundamental frequency f 0 to the collector of the transistor Q1 for high frequency amplification, 0 ) and odd harmonics as an open circuit, and for even harmonics as a short circuit, matching conditions can be satisfied.
그러나, 이상적인 트랜지스터인 경우에만 기본주파수(f0)와 홀수 고조파에 대해서는 개방회로로, 짝수 고조파에 대해서는 단락회로로 보이게 함으로써 정합조건을 만족시킬 수 있다. 전력 효율에 영향을 주는 고조파는 주로 2차 고조파(2f0) 및 3차고조파(3f0)에 의해 영향을 받게되지만, 도 1에 도시된 고주파 전력 증폭기에 의하면, 단지 마이크로스트립 오픈스텁(1)과 전송선(2)을 이용하여 기본주파수(f0)에 대해서 그리고, 마이크로스트립 오픈스텁(3)을 이용하여 짝수고조파에 대한 임피던스만을 개락적으로 정합시킬 수 있다. 실제로 고주파에서 동작하는 트랜지스터의 경우 상기 트랜지스지터의 출력단에 기생 성분들이 존재하게 되며, 출력정합부(30)를 통해 단지 기본주파수(f0)와 위상을 고려하지 않은 짝수 고조파에 대해서만 임피던스를 정합하게 된다. 따라서, 실질적으로 전력 효율에 영향을 미치는 2차 고조파(2f0) 및 3차 고조파(3f0)에 대한 임피던스 정합이 이루어지지 않기 때문에 고주파 전력 증폭기의 전력 효율(PAE)이 저하되는 문제점도 생겼다.However, the matching condition can be satisfied by making the fundamental frequency (f 0 ) and the odd harmonic appear as an open circuit and the even harmonic as a short circuit only in the ideal transistor. Harmonic affecting the power efficiency is mainly, but will be affected by the second harmonic (2f 0) and the third harmonic (3f 0), according to the high-frequency power amplifier shown in Figure 1, only the microstrip open stub (1) Only the impedances of even harmonics can be adaptively matched with respect to the fundamental frequency f 0 using the transmission line 2 and the microstrip open stub 3. [ In the case of a transistor operating at a high frequency, parasitic components are present at the output terminal of the transistor jitter, and only the fundamental frequency (f 0 ) and the impedance of the even harmonics . Therefore, since the impedance matching of the substantially two-order harmonic affect the power efficiency (2f 0) and the third harmonic (3f 0) does not occur occurred also a problem that the power efficiency (PAE) of the high-frequency power amplifier decreases.
따라서 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 기본주파수와 2차 고조파와 3차 고조파에 대한 임피던스 정합조건을 독립적으로 만족시킴으로서 전력 효율이 높은 고주파 전력 증폭기의 정합회로를 제공하는데 있다.Therefore, an object of the present invention is to provide a matching circuit of a high-frequency power amplifier having high power efficiency by independently satisfying the impedance matching condition for the fundamental frequency, the second harmonic and the third harmonic .
도 1은 종래의 고주파 전력 증폭기의 구성을 보여주는 블록도;1 is a block diagram showing a configuration of a conventional high-frequency power amplifier;
도 2는 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기의 구성을 보여주는 블록도;2 is a block diagram showing a configuration of a high-frequency power amplifier according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 부하 반사계수의 변화를 보여주는 스미스챠트;3 is a Smith chart showing changes in load reflection coefficient according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기의 회로를 보여주는 회로도;4 is a circuit diagram showing a circuit of a high-frequency power amplifier according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기의 전력 스펙트럼을 보여주는 도면;5 is a graph showing a power spectrum of a high-frequency power amplifier according to the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기의 전력효율, 출력전력, 전력이득을 보여주는 도면,FIG. 6 is a graph showing power efficiency, output power, and power gain of a high-frequency power amplifier according to the present invention,
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
10:입력정합부 20:증폭부10: input matching section 20: amplification section
30:출력정합부30: Output matching portion
상술한 바와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일특징에 의하면, 고주파 신호를 입력받아 이를 다음단으로 전달할 때 전송손실이 없도록 입력단과 상기 다음단과의 임피던스 정합을 위한 입력정합부와, 상기 입력정합부로부터 출력된 상기 고주파 신호를 입력받아 이를 증폭하여 출력하는 증폭부와, 상기 증폭부로부터 출력된 증폭된 고주파 신호를 출력단으로 출력할 때 전송손실이 없도록 상기 증폭부와 상기 출력단과의 임피던스 정합을 위한 출력정합부로 구비된 고주파 전력 증폭기에 있어서, 상기 출력정합부는, 상기 증폭부로부터 출력된 상기 증폭된 고주파 신호 중 2차 고조파에 대한 임피던스를 정합하기 위한 제 1 정합수단과; 상기 제 1 정합수단을 통해 전달된 상기 증폭된 고주파 신호 중 3차 고조파에 대한 임피던스를 정합하기 위한 제 2 정합수단과; 상기 제 2 정합수단을 통해 전달된 상기 증폭된 고주파 신호 중 기본주파수에 대한 임피던스를 정합하기 위한 제 3 정합수단을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an input matching apparatus, comprising: an input matching unit for impedance matching between an input terminal and a next stage so as to eliminate transmission loss when a high frequency signal is received and transmitted to a next stage; And an amplifier unit for receiving the high frequency signal outputted from the amplifying unit and outputting the amplified high frequency signal and outputting the amplified high frequency signal to the output terminal, Wherein the output matching unit includes first matching means for matching an impedance of a second harmonic among the amplified high frequency signals output from the amplifying unit; Second matching means for matching an impedance of a third harmonic among the amplified high frequency signals transmitted through the first matching means; And third matching means for matching an impedance of the amplified high-frequency signal transmitted through the second matching means with respect to a fundamental frequency.
이 장치의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1 정합수단은 마이크로스트립 라인을 이용한 전송선과 상기 2차 고조파에 대해 │K/4 길이의 마이크로스트립 오픈스텁으로 구비되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the present invention, the first matching means is provided as a microstrip open stub having a length of K / 4 with respect to a transmission line using a microstrip line and the second harmonic.
이 장치의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 2 정합수단은 상기 마이크로스트립 라인을 이용한 전송선과 상기 3차 고조파에 대해 │K/4 길이의 마이크로스트립 오픈스텁으로 구비되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the present invention, the second matching means is provided as a microstrip open stub having a length of K / 4 with respect to the transmission line using the microstrip line and the third harmonic.
이 장치의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 3 정합수단은 상기 마이크로스트립 라인을 이용한 전송선과 상기 기본주파수에 대해 │K/4 길이의 마이크로스트립 오픈스텁으로 구비되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the present invention, the third matching means is provided with a transmission line using the microstrip line and a microstrip open stub having a length of K / 4 with respect to the fundamental frequency.
이와같은 장치에 의해서, 전력 효율에 가장 큰 영향을 주는 기본주파수와 2차 고조파와 3차 고조파에 대해서 독립적으로 임피던스를 쉽고 정확하게 정합함으로써 고주파 전력 증폭기의 전력 효율을 높일 수 있다.With such a device, the power efficiency of the high-frequency power amplifier can be improved by easily and accurately matching the impedance independently with respect to the fundamental frequency, the second harmonic and the third harmonic which have the greatest influence on the power efficiency.
이하 본 발명의 실시예에 따른 참조도면 도 2 내지 도 6에 의거하여 상세히 설명한다.Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention with reference to FIGS. 2 to 6. FIG.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기의 구성을 보여주는 블록도가 도시되어 있다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a high-frequency power amplifier according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기는 입력정합부(10), 증폭부(20), 그리고 출력정합부(30)로 이루어졌다. 상기 입력정합부(10)는 고주파 신호(RFin)를 입력받아 이를 상기 증폭부(20)로 전달할 때 전송손실이 없도록 입력단(7)과 상기 증폭부(20)와의 임피던스 정합을 위한 것이다. 상기 증폭부(20)는 상기 입력정합부(10)로부터 출력된 상기 고주파 신호(RFin)를 입력받아 이를 증폭하여 출력하며, 고주파증폭용 트랜지스터(Q1)로 구비되어 있다. 그리고, 상기 출력정합부(30)는 상기 증폭부(20)로부터 출력된 증폭된 고주파 신호를 출력단(8)으로 출력할 때 전송손실이 없도록 상기 증폭부(20)와 상기 출력단(8)과의 임피던스 정합을 위한 것이며, 상기 출력정합부(30)는 제 1 내지 제 3 정합수단(32 - 36)으로 이루어졌다. 상기 제 1 정합수단(32)은 상기 증폭부(20)로부터 출력된 상기 증폭된 고주파 신호 중 2차 고조파(2f0)에 대한 임피던스를 정합하기 위한 것이다. 상기 제 2 정합수단(34)은 상기 제 1 정합수단(32)을 통해 전달된 상기 증폭된 고주파 신호 중 3차 고조파(3f0)에 대한 임피던스를 정합하기 위한 것이다. 그리고, 상기 제 3 정합수단(36)은 상기 제 2 정합수단(34)을 통해 전달된 상기 증폭된 고주파 신호 중 기본주파수(f0)에 대한 임피던스를 정합하기 위한 것이다.Referring to FIG. 2, the high-frequency power amplifier according to the present invention includes an input matching unit 10, an amplifying unit 20, and an output matching unit 30. The input matching unit 10 is for impedance matching between the input terminal 7 and the amplifying unit 20 so that there is no transmission loss when the RF matching unit 10 receives the RF signal RF in and transmits the RF in signal to the amplifying unit 20. The amplifying unit 20 receives the RF signal RF in from the input matching unit 10, amplifies the RF signal, and outputs the amplified RF signal as a high-frequency amplifying transistor Q1. The output matching unit 30 receives the amplified high frequency signal from the amplifying unit 20 and outputs the amplified high frequency signal to the output stage 8, And the output matching unit 30 is composed of first to third matching means 32 to 36. The first matching unit 32 is for matching the impedance of the amplified high frequency signal outputted from the amplifying unit 20 with respect to the second harmonic 2f 0 . The second matching means 34 is for matching the impedance of the amplified high frequency signal transmitted through the first matching means 32 with respect to the third harmonic 3f 0 . The third matching unit 36 is for matching the impedance of the amplified high frequency signal transmitted through the second matching unit 34 with respect to the fundamental frequency f 0 .
여기서, 상기 제 1 정합수단(32)은 마이크로스트립 라인을 이용한 전송선(L1)과 상기 2차 고조파(2f0)에 대해 │K/4 길이의 마이크로스트립 오픈스텁(4)으로 구성된다. 상기 전송선(L1)의 길이를 조절하여 상기 2차 고조파(2f0)의 위상을 변화시켜 전력효율을 높일 수 있다. 상기 제 2 정합수단(34)은 마이크로스트립 라인을 이용한 전송선(L2)과 상기 3차 고조파(3f0)에 대해 │K/4 길이의 마이크로스트립 오픈스텁(5)으로 구성된다. 마찬가지로, 상기 전송선(L2)의 길이를 상기 전송선(L1)과 같이 조절함으로서 최대의 효율을 얻을 수 있다. 마지막으로, 상기 제 3 정합수단(36)은 마이크로스트립 라인을 이용한 전송선(L3)과 상기 기본주파수(f0)에 대해 │K/4 길이의 마이크로스트립 오픈스텁(6)으로 구성되어 있으며, 동일한 방법으로 상기 전송선(L3)을 조절하여 최대 효율을 얻을 수 있도록 할 수 있다.Here, the first one is the matching means 32 is composed of a transmission line (L1) and the second harmonic (2f 0) microstrip open stub 4 of the │K / 4 length for using a microstrip line. The phase of the second harmonic wave (2f 0 ) may be changed by adjusting the length of the transmission line (L 1) to increase the power efficiency. The second is two matching means 34 is composed of a transmission line (L2) and the third harmonic (3f 0) microstrip open stub 5 of the │K / 4 length for using a microstrip line. Similarly, the maximum efficiency can be obtained by controlling the length of the transmission line L2 to be equal to that of the transmission line L1. Finally, the third matching means 36 is composed of │K / 4 microstrip open stub (6) of length for the base frequency (f 0) and the signal transmission line (L3) with the microstrip line, the same The transmission line L3 may be adjusted to obtain the maximum efficiency.
도 3에는 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기의 출력정합부(30)의 전송선들(L1, L2, L3)로 사용된 마이크로스트립 라인을 가변시킬 경우 부하 반사계수(│#)의 변화를 보여주는 스미스챠트가 도시되어 있다. 그리고, 도 4에는 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기를 시뮬레이션하기 위해 리부라(libra) 소자를 이용하여 구성된 회로도가 도시되어 있다. 도 5에는 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기의 전력 스펙트럼을 보여주는 도면이, 그리고 도 6에는 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기의 전력효율, 출력전력, 전력이득을 보여주는 도면이 각각 도시되어 있다. 도 2 내지 도 6을 참조하면서, 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기의 정합회로에 대해 설명하면 다음과 같다.3 shows a Smith chart showing the change of the load reflection coefficient (#) when the microstrip line used as the transmission lines (L1, L2, L3) of the output matching unit 30 of the high frequency power amplifier according to the present invention is varied. Are shown. FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a high-frequency power amplifier using a libra element for simulating the high-frequency power amplifier according to the present invention. FIG. 5 is a graph showing a power spectrum of the high-frequency power amplifier according to the present invention, and FIG. 6 is a graph showing power efficiency, output power, and power gain of the high-frequency power amplifier according to the present invention. The matching circuit of the high-frequency power amplifier according to the present invention will now be described with reference to FIGS. 2 to 6. FIG.
도 2에 도시된 출력정합부(30)의 제 1 정합수단(32)을 구성하고 있는 마이크로스트립 오픈스텁(4)은 증폭부(20)를 통해 증폭된 고주파 신호중 2차 고조파(2f0)에 대하여 │K/4 길이로 구성되었기 때문에 상기 2차 고조파(2f0)에 대해 단락회로로 보이게 되어 상기 오픈스텁(4) 이후의 회로는 없는 것처럼 보이게 된다. 마찬가지로, 제 2 정합수단(34)을 구성하고 있는 마이크로스트립 오프스텁(5)은 상기 증폭부(20)를 통해 증폭된 고주파 신호중 3차 고조파(3f0)에 대하여 │K/4 길이로 구성되었다. 따라서, 상기 3차 고조파(3f0)에 대해 단락회로로 보이게 됨으로서 이후의 회로는 없는 것처럼 보이게 된다. 이때, 상기 제 1 정합수단(32)의 마이크로스트립 오픈스텁(4)과 전송선(L1)은 상기 3차 고조파(3f0)에 대해서 부하 반하계수(│#)의 크기는 변화시키지 않고 단지 위상만 변화시키게 된다.The microstrip open stub 4 constituting the first matching means 32 of the output matching unit 30 shown in FIG. 2 is connected to the second harmonic 2f 0 of the high frequency signal amplified through the amplifying unit 20 Since it is constituted by K / 4 lengths, it looks like a short circuit to the second harmonic wave 2f 0 , so that there appears to be no circuit after the open stub 4. Likewise, the microstrip-off stub 5 constituting the second matching means 34 has a length of K / 4 with respect to the third harmonic 3f 0 of the high-frequency signals amplified through the amplifying unit 20 . Therefore, since it looks like a short circuit to the third harmonic (3f 0 ), there appears to be no subsequent circuit. At this time, the microstrip open stub 4 and the transmission line L1 of the first matching means 32 do not change the magnitude of the load inversion coefficient (#) with respect to the third harmonic wave 3f 0 , .
그리고, 제 3 정합수단(36)의 전송선(L3)과 마이크로스트립 오픈스텁(6)을 이용하여 기본주파수(f0)의 부하 임피던스를 정합시키게 된다. 도 3에 도시된 바와같이, 상기 제 1 정합수단(32)의 전송선(L1)의 길이를 고정하고 상기 제 2 정합수단(34)의 전송선(L2)의 길이를 변화시킬 경우 2차 고조파(2f0)의 부하 반사계수[│#L(2f0)]의 값은 변화가 없지만 3차 고조파(3f0)의 부하 반사계수[│#L(3f0)]의 값만이 변화하고 있음을 알 수 있다. 마찬가지로, 상기 제 1 및 제 2 정합수단(32, 34)의 전송선들(L1, L2)의 길이를 고정한 후 상기 제 3 정합수단(36)의 전송선(L3)과 마이크로스트립 오픈스텁(6)을 조정하여 2차 및 3차 고조파(2f0, 3f0)에 대한 반사계수(│#)의 값을 변화시키지 않고 기본주파수(f0)에 대한 임피던스 값으로 정합할 수 있다. 상기한 정합 방법은 전력 효율(PAE)을 실질적으로 높일 수 있으며 3가지 임피던스 조건 즉, 기본주파수(f0), 2차 고조파(2f0), 3차 고조파(3f0)에 대해 각각 독립적으로 만족시킬 수 있다.The load impedance of the fundamental frequency f 0 is matched using the transmission line L 3 of the third matching means 36 and the microstrip open stub 6. 3, when the length of the transmission line L1 of the first matching means 32 is fixed and the length of the transmission line L2 of the second matching means 34 is changed, the second harmonic wave 2f load reflection coefficient of 0) [│ # L (2f 0)] of the value of variation is not known that the change value of the load reflection coefficient [│ # L (3f 0) ] of the third harmonic (3f 0) have. Similarly, after the lengths of the transmission lines L1 and L2 of the first and second matching means 32 and 34 are fixed, the transmission line L3 of the third matching means 36 and the microstrip open stub 6 Can be adjusted to match the impedance value for the fundamental frequency (f 0 ) without changing the value of the reflection coefficient (| #) for the second- and third-order harmonics (2f 0 , 3f 0 ). The above matching method can substantially increase the power efficiency PAE and independently satisfy three impedance conditions, i.e., the fundamental frequency f 0 , the second harmonic wave 2f 0 , and the third harmonic wave 3f 0 , .
도 4에 도시된 바와같이, 상기의 방법을 가지고 실제회로를 구성하여 실험하였으며, 여기에 사용된 능동소자(Q1)는 Philips Semiconductors의 BFG541 BJT를 사용하하였다. 도 5 내지 도 6에 실험결과를 나타내었으며 도 5에서는 고주파 전력 증폭기의 전력스펙트럼을 나타내었다. 즉, 기본주파수(f0)에 대해서는 23..2dBm, 2차 고조파(2f0)에 대해서는 -37dBc, 3차 고조파(3f0)에 대해서는 -49dBc, 4차 고조파(4f0)에 대해서는 -38dBc가 나왔다. 그리고, 도 6에서는 주파수에 따른 전력 효율(PAE)과 출력전력, 전력 이득에 대한 값들이 도시되어 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와같이, 전력 효율(PAE)이 825MHz - 845MHz 주파수대역에서 74% 이상임을 알 수 있다. 이상의 실험 결과를 통해 3가지 임피던스 조건을 만족하는 출력정합부(30)를 이용하였을 때 높은 전력 효율(PAE)을 얻을 수 있음을 알 수 있으며 3차 고조파(3f0)까지의 최적의 임피던스 값을 정확히 알고 있으면 정확하고 쉽게 정합할 수 있다.As shown in FIG. 4, an actual circuit was constructed and tested using the above method. The active element (Q1) used here was a BFG541 BJT of Philips Semiconductors. FIGS. 5 to 6 show experimental results, and FIG. 5 shows a power spectrum of a high-frequency power amplifier. That is, the fundamental frequency f 0 is set to 23.2 dBm, the second harmonic 2f 0 to -37 dBc, the third harmonic 3f 0 to -49 dBc, and the fourth harmonic 4f 0 to -38 dBc . In FIG. 6, values for power efficiency (PAE), output power, and power gain according to frequency are shown. That is, as shown in FIG. 6, it can be seen that the power efficiency (PAE) is 74% or more in the frequency band of 825 MHz - 845 MHz. From the above experimental results, it can be seen that a high power efficiency (PAE) can be obtained when the output matching unit 30 satisfying the three impedance conditions is used, and the optimum impedance value up to the third harmonic (3f 0 ) Knowing precisely can be accurate and easy to match.
상기한 바와같이, 출력정합부를 2차 고조파와 3차 고조파와 기본주파수에 대한 임피던스를 정합할 수 있도록 정합수단들을 구현함으로서 상기 2차 고조파 및 상기 3차 고조파에 의해 전력 효율이 손실되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 2차 및 3차 고조파에 대한 임피던스 정합을 쉽고 정확하게 수행할 수 있을 뿐만아니라, 고주파 전력 증폭기의 전력 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, matching means are implemented to match the impedance of the output matching unit with respect to the second harmonic, the third harmonic, and the fundamental frequency, thereby preventing the power efficiency from being lost due to the second harmonic and the third harmonic . Accordingly, impedance matching for the second and third harmonics can be easily and accurately performed, and power efficiency of the high-frequency power amplifier can be improved.
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