KR20200133437A - 고출력 전력 증폭기 및 그 제어 방법 - Google Patents

고출력 전력 증폭기 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시의 실시 예에 따른 고출력 전력 증폭기는, 고출력 전력 증폭기에 있어서, 제어부에 전력을 공급하는 전력 공급부; 신호 발생부 및 고출력 전력 증폭 모듈에 직접 연결되며, 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 동작을 제어하는 상기 제어부; 및 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 출력 전력을 확인하는 분석부를 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기.

Description

고출력 전력 증폭기 및 그 제어 방법{HIGH POWER AMPLIFIER AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 개시는 고출력 전력 증폭기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
전력 증폭기의 성능은 새로운 기술의 개발로 끊임없이 발전하고 있다. 고출력 전력 증폭기는 과거에는 진공관 형태의 전력 증폭기(마그네트론(Magnetron), 클라이스트론(Klyst-ron) 등)부터 개발이 되었다. 그러나 진공관 형태의 전력 증폭기는 높은 고장률과, 높은 동작 전압을 필요로 하기 때문에 신뢰성과 효율성이 저하되는 문제점이 있다.
본 개시는 고출력이면서 고효율인 고출력 전력 증폭기 및 그 제어 방법을 제공한다.
본 개시는 선형도가 우수하고, 왜곡 현상을 감소하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 실시 예에 따른 고출력 전력 증폭기는, 고출력 전력 증폭기에 있어서, 제어부에 전력을 공급하는 전력 공급부; 신호 발생부 및 고출력 전력 증폭 모듈에 직접 연결되며, 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 동작을 제어하는 상기 제어부; 및 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 출력 전력을 확인하는 분석부를 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기.
본 개시의 다른 실시 예에 따른 고출력 전력 증폭기는, 고출력 전력 증폭기에 있어서, 제어부에 전력을 공급하는 전력 공급부; 신호 발생부 및 고출력 전력 증폭 모듈에 직접 연결되며, 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 동작을 제어하는 상기 제어부; 및 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 출력 전력을 확인하는 분석부를 포함하고, 상기 고출력 전력 증폭 모듈은 고조파 성분을 줄이는 LPF(Low Pass Filter)를 더 포함한다.
본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 고출력 전력 증폭기는, 고출력 전력 증폭기에 있어서, 제어부에 전력을 공급하는 전력 공급부; 신호 발생부 및 고출력 전력 증폭 모듈에 직접 연결되며, 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 동작을 제어하는 상기 제어부; 및 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 출력 전력을 확인하는 분석부를 포함하고, 상기 고출력 전력 증폭 모듈은 고조파 성분을 줄이는 LPF(Low Pass Filter)를 더 포함하고, 상기 고출력 전력 증폭 모듈은 레이터용 X-밴드를 기반으로 한다.
본 개시의 실시 예에 따른 고출력 전력 증폭기의 제어 방법은, 고출력 전력 증폭기의 제어 방법에 있어서, 입력 신호를 수신하여 고출력 전력 증폭 모듈로 전달하는 과정; 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 동작을 제어하는 과정; 및 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 출력 전력을 확인하는 과정을 포함한다.
본 개시의 다른 실시 예에 따른 고출력 전력 증폭기의 제어 방법은, 고출력 전력 증폭기의 제어 방법에 있어서, 입력 신호를 수신하여 고출력 전력 증폭 모듈로 전달하는 과정; 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 동작을 제어하는 과정; 및 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 출력 전력을 확인하는 과정을 포함하고, 상기 고출력 전력 증폭 모듈은 고조파 성분을 줄이는 LPF(Low Pass Filter)를 더 포함한다.
본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 고출력 전력 증폭기의 제어 방법은, 고출력 전력 증폭기의 제어 방법에 있어서, 입력 신호를 수신하여 고출력 전력 증폭 모듈로 전달하는 과정; 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 동작을 제어하는 과정; 및 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 출력 전력을 확인하는 과정을 포함하고, 상기 고출력 전력 증폭 모듈은 고조파 성분을 줄이는 LPF(Low Pass Filter)를 더 포함하고, 상기 고출력 전력 증폭 모듈은 레이터용 X-밴드를 기반으로 한다.
본 개시는 GaN 소자를 이용하여 고출력이면서 고효율을 제공할 수 있다.
본 개시는 선형도가 우수하도록 하고, 왜곡 현상을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 X-대역 전력 증폭 모듈(PAM)의 블록도 및 PAM 버짓(budget) 시뮬레이션을 나타낸 도면;
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 입출력 전력 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프;
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 PAM의 형상을 나타낸 도면;
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 PAM의 블록도;
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 PAM Isolation을 나타낸 그래프;
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 PAM의 출력 전력을 나타낸 그래프;
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 PAM의 불요파를 나타낸 그래프;
도 8은 본 개시의 실시 예에 따른 PAM의 고조파를 나타낸 그래프;
도 9는 본 개시의 실시 예에 따른 PAM의 정재파비를 나타낸 그래프; 및
도 10은 본 개시의 실시 예에 따른 시험 측정 구성도.
이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 개시에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 개시에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 개시에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 개시에서 사용된 "제 1", "제 2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상술한 어떤 구성요소가 상술한 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소와 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 개시에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)", "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)", "~하도록 설계된(designed to)", "~하도록 변경된(adapted to)", "~하도록 만들어진(made to)", 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 AP(application processor))를 의미할 수 있다.
본 개시에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 고출력 증폭 장치는 예를 들면, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 영상 전화기, 전자책 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 워크스테이션(workstation), 서버, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device) 중 적어도 하나에 포함될 수 있다.
전력 증폭기의 성능은 새로운 기술의 개발로 끊임없이 발전하고 있다. 과거 진공관 형태로 시작한 전력 증폭 모듈은 현대로 오면서 고집적화된 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)의 형태로 발전하였다. 그리고, 최근에는 GaN(Gallium Nitride) 소자를 활용에 전력 증폭기이 효율을 올리고자 하는 방안들이 연구되고 있다. GaN는 3.4eV의 넓은 에너지 갭으로 인하여 고전압에서 동작이 가능하고, 분극전하를 이용한 캐리어 농도가 높아 높은 전류 밀도와 전력 밀도를 얻을 수 있으며, 높은 전자 이동도와 포화 속도로부터 고속 동작이 가능하여 고주파, 고출력, 고효율, 소형의 전력 증폭기 소자의 재료로 적합하다.
특히 레이더는 X-대역을 많이 사용하게 되는데, 본 개시의 실시 예에서 사용되는 전력 증폭 모듈(Power Amplifier Module)은 높은 출력을 요구한다. 레이더의 출력에 따라 레이더 탐지 거리에 밀접한 영향을 주기 때문에, 보다 먼 거리까지 목표를 탐지하기 위해 높은 출력의 성능을 가지는 증폭 모듈이 요구된다. 본 개시의 실시 예에서는 X-대역에서 사용되는 고출력 전력 증폭 모듈에 대해서 기재할 것이다. 대역 내 전력 최고치는 25W가 출력되고, 불요파(spurious)는 약 -65dBc이고, 2nd 고조파(harmonic)는 -50dBc이고, 3rd 고조파는 -70dBc가 측정됨을 가정한다.
X-대역은 주파수 대역이 약 8~12GHz임을 가정한다.
최근 방위 산업이 발달함에 따라서 국방력을 강화하기 위한 어려 기술들이 개발되고 있다. 그 중 레이더는 목표를 감지하고 위치를 찾기 위한 장비이다. 레이더의 탐지 거리가 멀수록 상대 전투기를 먼저 탐지하여 포격을 할 수 있기 때문에 레이더 성능 중 탐지거리는 가장 중요한 성능이다. 레이더의 원리는 목표를 향해 RF(Radio Frequency) 신호를 방사하고, 목표(target)에 맞고 되돌아오는 신호를 분석하여 물체의 위치와 속도 정보를 알아낸다. 즉, 더 높은 출력을 가진 레이더 일수록 더 멀리 있는 목표를 식별 할 수 있다. 높은 출력을 가지기 위한 고출력 증폭기는 과거 진공관 전력 증폭기(마그네트론, 클라이스트론 등)부터 개발이 되었다. 진공관 형태의 전력 증폭기는 높은 고장률과, 높은 동작 전압을 필요로 했기에 신뢰성과 효율성에 있어 불리하다. 이를 개선한 것이 반도체 소자를 이용한 전력 증폭기이다. 상대적으로 낮은 전원 전압과 작은 면적에 설계 및 제작 할 수 있어 큰 장점을 가지고 있다. 또한 반도체 소자는 진공관 전력 증폭기보다 선형도가 뛰어나고, 이와 관련된 고조파 성분 및 상호 변호로 인한 왜곡현상이 적어 효과적인 설계를 할 수 있다. 반도체 소자 중 GaN(Gallium Nitride)는 실리콘(Silicon) 소자보다 높은 밴드 갭(Band Gap) 특성을 가지고 있어 고효율의 높은 출력을 가질 수 있다.
본 개시의 실시 예에서는 GaN 소자를 이용하여 증폭기를 구성하였다. 총 3단의 증폭기를 사용하고, 최종 출력에서 나오는 비선형성을 줄이기 위해 LPF(Low Pass Filter)를 사용하여 고조파 성분을 줄였다.
또한 본 개시의 실시 예의 증폭 모듈을 제어하기 위한 제어 보드를 제작하여 RS-232 통신을 통해 PRI(Pulse Repetition Interval), PW(Pulse Width)를 생성하고, 모듈의 BIT(Built in Test) 정보를 주고 받는 역할을 수행한다. 설계 과정에서 목표 사양을 만족시키기 위한 여러 기능을 포함한 모듈 형태로 설계할 수 있다. 상기 목표 사항의 일 예는 하기 <표 1>에 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여러 대역의 증폭기가 개발되고 있지만, 본 개시의 실시 예에서는 레이더 X-대역 고출력 증폭 모듈(PAM)에 대해 기재할 것이다. 다양한 검증을 통해서 설계에 반영할 부분을 도출하였다. 본 개시의 실시 예에서는 레이더용 X-대역 PAM에 적용할 전체 시뮬레이션을 수행하고, 그에 따른 제작 및 시험을 실시했으며, 최종으로 결과를 분석하고 최종 고려사항들을 제시하였다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 X-대역 전력 증폭 모듈(PAM)의 블록도 및 PAM 버짓(budget) 시뮬레이션을 나타낸 도면이다. 목표 사양을 만족시키기 위한 시뮬레이션 결과를 하기 <수학식 1>을 근거로 필요한 전력 증폭 출력은 약 44dBm 으로 계산 될 수 있다.
Figure pat00002
상기 <수학식 1>에서 Pt는 전송 전력, Pr은 반송 전력, Gt은 안테나 전송이득, Gr은 안테나 반송 이득, σ은 RCS(radar cross section), 구하고자 하는 R은 목표와의 거리이다. 여기서, RCS는 레이더가 전자기파를 이용하여 목표물을 탐지할 때, 전자기파가 목표물에 반사되는 순간의 반사량을 규정된 평면 면적의 단위로 나타낸다. RCS는 해당 목표물의 모양, 크기, 재질, 관측 방향, 레이더 운용 주파수 등에 따라 바뀌며, 레이더 수신 신호의 세기 및 탐지 확률에 영향을 미친다. 따라서 레이더에서 각 목표물의 RCS 값이 최대가 되는 최적 주파수를 이용해 운용한다면 목표물에 대한 레이더 탐지 확률을 높일 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 고출력 전력 증폭기는 최종 안테나 채널에서 출력되는 전송 전력을 만들어 주는 T/R(Transmit/Receive) 모듈에 인가된다. 이를 위해 본 개시의 실시 예에 따른 고출력 전력 증폭기의 출력인 44dBm에 안테나 채널 수를 나뉜값이 안테나 T/R 모듈의 입력으로 들어가고, 최종 Pt(전송 전력)에 영향을 준다. 고출력 전력 증폭기의 출력이 44dBm를 만족시키기 위해서 전체 3 stage를 사용할 수 있다. 앞쪽의 2 stage는 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 증폭기를 사용할 수 있고, 마지막 증폭기는 GaN 소자를 이용한 고출력 증폭기를 사용할 수 있다. 송신 단자와 수신 단자는 서로 반대 방향에 위치하여 물리적으로 격리도를 확보하였다. PAM이 사용하는 대역 외에 대한 주파수 성분을 줄이기 위해 필터를 사용하여 제거하였다. 회로의 입출력 모니터링을 위해 커플러를 추가하였을 경우, 출력 손실을 0.5dB 정도로 예상 할 수 있다. 회로 시뮬레이션을 통해 전력 포화 영역에서 동작하도록 구성하고, Sweep 후, 입출력값을 확인하며, 최종 출력 전력값과 입력에 따른 출력 사용 범위를 확인 할 수 있으며, 도 2에 결과로 나타낼 수 있다. 도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 입출력 전력 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
P1dB의 입력 값은 약 8dBm 정도로 확인되고, 입력을 -20dBm부터 15dBm까지 Sweep을 하였을 때, 출력의 값은 약 44dBm 출력을 얻을 수 있다. 도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 PAM의 형상을 나타내고, 도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 PAM의 블록도이다.
PAM 회로 블록은 커플러 1(401), AMP 1(403), 감쇄부(405), AMP 2(407), HPA(high-power amplifier)(409), BPF(411), 커플러 2(413) 등을 포함한다.
커플러 1(401)는 송신 입력의 신호 레벨을 감시하기 위한 용도로 사용되며, 외부에서 입력되는 RF 신호와 전력 증폭기의 상태를 점검하여 고장 BIT로 모듈의 고장 유무를 판발할 수 있다.
PAM 회로 블록은 증폭기를 AMP 1(403), AMP 2(407), HPA(409)와 같이 3개 사용한다. 여기서, AMP 1(403), AMP 2(407)는 예컨대, CMOS 증폭기를 사용할 수 있고, HPA(409)는 GaN 소자를 이용한 고출렬 증폭기를 사용할 수 있다.
BPF(411)는 비선형성을 줄이고, 고조파 성분을 줄이기 위해 필터링을 수행한다.
커플러 2(413)는 HPA(409)의 출력을 감시하기 위한 용도로 사용될 수 있다. 예컨대, 커플러 2(413)는 HPA(409)의 불량으로 인해 송신 출력이 떨어졌을 때 고장 BIT를 발생시켜 고장 유무를 판별할 수 있다.
시뮬레이션 블록도와 동일하게 회로를 구현하여 측정하였다. 도 5 내지 도 9까지는 측정한 파형의 일 예를 나타낸다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 PAM Isolation을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 PAM의 출력 전력을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 PAM의 불요파를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 개시의 실시 예에 따른 PAM의 고조파를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 개시의 실시 예에 따른 PAM의 정재파비를 나타낸 그래프이다.
도 5 내지 도 9에서 측정한 파형은 <표 2>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00003
대부분의 결과가 시뮬레이션 단계에서 예상한 결과와 유사하게 나온 것으로 확인할 수 있다.
도 10은 본 개시의 실시 예에 따른 시험 측정 구성도이다.
신호 생성부(1001)는 본 개시의 실시 예에 따른 X-대역의 신호를 생성할 수 있다.
전력 공급부(1003)는 PAM 포트 제어부(1005)로 전력을 공급할 수 있다.
PAM 포트 제어부(1005)는 PAM의 측정을 위해 냉각판이 포함된 치구를 제작 후, 사용자 인터페이스 컴퓨터, 예컨대, 노트북(1011)의 GUI(Graphical User Interface)를 통해 PAM을 제어할 수 있다. PAM의 입력은 X-대역의 신호를 발생시킬 수 있는 넓은 대역(100kHz ~ 40GHz)에 신호 생성부(1001)를 통해 8dBm의 입력 전력을 인가하며, 네트워크 및 스펙트럼 분석부(1009)에서 출력을 확인할 수 있다. 출력 확인 시, VSWR(Voltage Standing Wave Ratio) 및 시험 환경 케이블(Cable) 손실은 예컨대, 네트워크 분석부를 이용하며, 출력, 고조파, 불요파, 평탄도는 예컨대, 스펙트럼 분석부를 이용할 수 있다. 출력 확인 시 PAM의 출력 전력이 높기 때문에 계측기를 보호하기 위해 감쇄부(1007)를 통하여 계측기로 인가할 수 있다. 또한 네트워크 및 스펙트럼 분석부(1009)는 도 5 내지 도 9의 결과값을 참조하여 출력을 확인할 수 있다.
상기 신호 생성부(1001)는 입력 신호를 수신하거나 자체 생성하여 PAM 포트 제어부(1005)로 전달할 수 있다. PAM 포트 제어부(1005)는 상기 고출력 전력 증폭 모듈(PAM)의 동작을 제어할 수 있다. 상기 고출력 전력 증폭 모듈(PAM)의 동작은 도 4의 설명을 참고하기로 한다. 네트워크 및 스펙트럼 분석부(1009)는 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 출력 전력을 확인할 수 있다.
상기 고출력 전력 증폭 모듈은 고조파 성분을 줄이는 LPF를 더 포함할 수 있다. 상기 고출력 전력 증폭 모듈은 2개의 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 증폭기와 1개의, 반도체 소자(GaN)를 이용한 고출력 증폭기를 포함할 수 있다.
대부분의 결과가 시뮬레이션 결과와 유사하게 나옴을 확인할 수 있다. 제작 시 선로 손실 등이 있지만 버짓 시뮬레이션 단계에서 반영되었기 때문에 출력이 거의 동일하게 측정될 수 있다. 동작 구간 중 출력을 유지하기 위한 커패시터를 삽입하여 출력 Droop을 확보하고, 사용된 전원 스위칭 회로로 불요파가 생성되었지만 목표 성능 내로 측정될 수 있다. 이 부분은 회로의 튜닝으로 충분히 값을 더 확보 할 수 있다. 입력의 변화에 안정된 출력을 얻기 위해 포화 영역에서 동작하도록 설계되었다. 출력에 X-대역의 2nd 제거비 -30dBc 필터를 사용하여 고조파 성능을 확보하였다. 하기 <표 3>과 같이, 목표 대비 성능과 유사 제품과 비교하여 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
입/출력을 기준으로 회로들이 대칭되게 설계되는 것이 전기적 특성에 유리하다. 뿐만 아니라 증폭 모듈의 출력이 다음 단의 입력으로 들어갈 때 선로 손실을 고려해야 한다. 전기적 관점에서 보면 PAM 내부에 쓰인 능동 소자들을 선형 구간에서 사용을 해야 한다. 포화 영역에서 사용을 하게 되면 고조파 성분이 높게 나타나기 때문에, 설계 시 목표 성능에 대한 명확한 선택이 필요하다. 성능 시험을 할 때 시, 노트북 GUI(Graphical User Interface)를 통해 스위치 제어 및 동작을 확인을 할 수 있어야 한다. GUI를 통해 확인이 불가능하다면 TP(Test Point)를 PCB( Printed Circuit Board)에 삽입하여 각 구간별로 동작을 확인하는 것이 유리할 수 있다. PAM 내에 여러 능동소자 및 스위치가 쓰이기 때문에 디버깅하기 위해 이러한 부분은 필수적이다. RF/아날로그 BIT를 구현하여 제어 보드로 신호 처리 후 확인하는 것도 방법도 가능함은 물론이다.
본 개시의 실시 예에서는 레이더용 X-대역 고출력 증폭 모듈에 대한 M&S에서부터 실제 제작 및 측정 결과까지 내용을 기재하였다. 항공에 사용될 시 실제 항공에 탑재 되었을 때 발생하는 주위 환경에 대해서 고려할 수 있다.
따라서 MIL-STD-461F, MIL-STD-810G 규격을 만족하는 EMI 차폐 기능이나 온도보상 기능을 갖는 모듈을 설계하기 위해서는 회로의 크기가 커지게 될 수 있다. 그에 따라 물리적인 커넥터 및 기구적으로 고려해야 할 사항이 증가하게 될 수 있다. 따라서 환경 요소와 성능에 대한 부분도 동기에 소려한 설계가 필요하다. 본 PAM 설계 과정을 통해 발생된 보완 사항을 정리해서 추후 개발될 증폭 모듈은 조금 더 최적화되고 강건한 설계를 진행할 예정이다.
본 개시의 실시 예의 결과를 요약하면 다음과 같다. 본 개시의 실시 예에서는 회로 설계 프로그램을 통해 PAM의 전체 버짓 설계 및 회로 단위의 입출력 전력 및 특성 확인을 수행하였다. 제작 후 측정결과로 목표 성능 출력 레벨 44dBm 이상, 출력 평탄도 1dB 이하, 불요파 -60dBc 이하, 고조파 2nd, 3rd -40dBc 이하, 정재파비 1.5:1을 모두 만족하고, 실제 측정값은 출력 레벨 44.69dBm 이상, 출력 평탄도 0.65, 불요파 -65.54dBc, 고조파 2nd -54dBc, 3rd -73dBc, 정재파비 1.3:1이 측정될 수 있다.
본 개시의 실시 예에서 레이더용 X-밴드 고출력 증폭기는 레이더용으로 RF 신호를 증폭시키기 위한 모듈로 널리 이용될 수 있다.
전술된 내용은 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 개시의 실시 예들은 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 고출력 전력 증폭기에 있어서,
    제어부에 전력을 공급하는 전력 공급부;
    신호 발생부 및 고출력 전력 증폭 모듈에 직접 연결되며, 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 동작을 제어하는 상기 제어부; 및
    상기 고출력 전력 증폭 모듈의 출력 전력을 확인하는 분석부를 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 2개의 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 증폭기와 1개의, 반도체 소자를 이용한 고출력 증폭기를 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 입력 및 출력의 모니터하는 커플러를 더 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기.
  4. 고출력 전력 증폭기에 있어서,
    제어부에 전력을 공급하는 전력 공급부;
    신호 발생부 및 고출력 전력 증폭 모듈에 직접 연결되며, 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 동작을 제어하는 상기 제어부; 및
    상기 고출력 전력 증폭 모듈의 출력 전력을 확인하는 분석부를 포함하고,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 고조파 성분을 줄이는 LPF(Low Pass Filter)를 더 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 2개의 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 증폭기와 1개의, 반도체 소자를 이용한 고출력 증폭기를 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 입력 및 출력의 모니터링하는 커플러를 더 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기.
  7. 고출력 전력 증폭기에 있어서,
    제어부에 전력을 공급하는 전력 공급부;
    신호 발생부 및 고출력 전력 증폭 모듈에 직접 연결되며, 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 동작을 제어하는 상기 제어부; 및
    상기 고출력 전력 증폭 모듈의 출력 전력을 확인하는 분석부를 포함하고,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 고조파 성분을 줄이는 LPF(Low Pass Filter)를 더 포함하고,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 레이터용 X-밴드를 기반으로 함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 2개의 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 증폭기와 1개의, 반도체 소자를 이용한 고출력 증폭기를 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 입력 및 출력의 모니터링하는 커플러를 더 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기.
  10. 고출력 전력 증폭기의 제어 방법에 있어서,
    입력 신호를 수신하여 고출력 전력 증폭 모듈로 전달하는 과정;
    상기 고출력 전력 증폭 모듈의 동작을 제어하는 과정; 및
    상기 고출력 전력 증폭 모듈의 출력 전력을 확인하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기의 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 2개의 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 증폭기와 1개의, 반도체 소자를 이용한 고출력 증폭기를 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기의 제어 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 입력 및 출력의 모니터하는 커플러를 더 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기의 제어 방법.
  13. 고출력 전력 증폭기의 제어 방법에 있어서,
    입력 신호를 수신하여 고출력 전력 증폭 모듈로 전달하는 과정;
    상기 고출력 전력 증폭 모듈의 동작을 제어하는 과정; 및
    상기 고출력 전력 증폭 모듈의 출력 전력을 확인하는 과정을 포함하고,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 고조파 성분을 줄이는 LPF(Low Pass Filter)를 더 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 2개의 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 증폭기와 1개의, 반도체 소자를 이용한 고출력 증폭기를 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기의 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 입력 및 출력의 모니터링하는 커플러를 더 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기의 제어 방법.
  16. 고출력 전력 증폭기의 제어 방법에 있어서,
    입력 신호를 수신하여 고출력 전력 증폭 모듈로 전달하는 과정;
    상기 고출력 전력 증폭 모듈의 동작을 제어하는 과정; 및
    상기 고출력 전력 증폭 모듈의 출력 전력을 확인하는 과정을 포함하고,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 고조파 성분을 줄이는 LPF(Low Pass Filter)를 더 포함하고,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 레이터용 X-밴드를 기반으로 함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기의 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 2개의 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 증폭기와 1개의, 반도체 소자를 이용한 고출력 증폭기를 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기의 제어 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 고출력 전력 증폭 모듈은 상기 고출력 전력 증폭 모듈의 입력 및 출력의 모니터링하는 커플러를 더 포함함을 특징으로 하는 고출력 전력 증폭기의 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113054926A (zh) * 2021-03-26 2021-06-29 中科长城海洋信息系统有限公司 一种水下功率放大设备
WO2022191536A1 (ko) * 2021-03-08 2022-09-15 삼성전자 주식회사 전력 증폭기로부터의 불요 신호를 감소시키기 위한 회로 및 이를 포함하는 전자 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080053231A (ko) * 2006-12-08 2008-06-12 가부시끼가이샤 르네사스 테크놀로지 전자 장치 및 ｒｆ 모듈
KR20110012975A (ko) * 2009-07-31 2011-02-09 엘아이지넥스원 주식회사 증폭 장치 및 증폭 장치의 전력 교정 장치와 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080053231A (ko) * 2006-12-08 2008-06-12 가부시끼가이샤 르네사스 테크놀로지 전자 장치 및 ｒｆ 모듈
KR20110012975A (ko) * 2009-07-31 2011-02-09 엘아이지넥스원 주식회사 증폭 장치 및 증폭 장치의 전력 교정 장치와 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022191536A1 (ko) * 2021-03-08 2022-09-15 삼성전자 주식회사 전력 증폭기로부터의 불요 신호를 감소시키기 위한 회로 및 이를 포함하는 전자 장치
CN113054926A (zh) * 2021-03-26 2021-06-29 中科长城海洋信息系统有限公司 一种水下功率放大设备

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