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이동통신기기용 전력증폭기 로드풀 측정을 위한 규칙적인 임피던스의 구현이 가능한 임피던스 튜너에 관한 연구

Title
이동통신기기용 전력증폭기 로드풀 측정을 위한 규칙적인 임피던스의 구현이 가능한 임피던스 튜너에 관한 연구
Other Titles
A Study on Programmable Impedance Tuner for Load-pull Measurement of Handset Power Amplifiers
Author
김태완
Alternative Author(s)
Taewan, Kim
Advisor(s)
김정현
Issue Date
2019-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
최근 무선이동통신기기의 기하급수적인 사용량의 증가로 무선통신 기술개발에 대한 수요는 상당히 증가되고 있으며, 고주파 무선 송수신회로의 핵심 소자인 전력증폭기의 향상된 성능확보는 관련 산업계 전반에 주요한 개발이슈로 주목 받고 있다. 특히, 전력증폭기 개발과정에 있어 완성된 증폭기모듈의 출력단에 결합된 안테나의 부정합 상태를 simulating하는 Robustness test는 전력증폭기 및 다양한 주변 회로(스위치 및 LNA 등)와 각종 필터소자들로 구성되는 FEM(Front-End Module)의 복잡성(Complexity)이 증가하는 상황에서 그 중요성이 부각되고 있다. 기존에 Robustness test를 위해 사용되는 상용 기계식 튜너는 상당한 무게 및 부피, 저속, 고가의 단점 때문에 부품 개발기간 및 개발비용의 증가를 야기하는 바 산업계에서는 이를 대체할 수 있는 향상된 임피던스 튜너에 대한 수요가 상당하다. 최근에는 제한된 VSWR coverage 성능에도 불구하고 고속, 저가의 장점을 갖는 전자식 임피던스 튜너가 기존의 기계식 튜너를 대체할 수 있는 대안으로 제안되고 있으나, 대부분의 전자식 임피던스 튜너의 경우 전자소자의 삽입손실과 적용된 회로 토폴로지의 한계로 불규칙한 임피던스 변화를 야기하기 때문에 전력증폭기의 Robustness test를 수행하기에는 적합하지 않다. 따라서 본 연구에서는 전력증폭기의 Robustness test용 전자식 임피던스 튜너의 개발을 목적으로, 기존의 전자식 임피던스 튜너의 장점을 유지하고 규칙적인(Programmable) 임피던스 구현이 가능하며 2≤SWR≤6의 VSWR coverage 성능과 높은 임피던스 해상도를 갖는 전자식 임피던스 튜너를 제안한다. 제안된 전자식 임피던스 튜너는 Coupler/reflected-type 구조를 적용함으로써 튜너의 규칙적인 임피던스 변화를 가능하게 하고 0.18-um CMOS SOI process 기반으로 설계된 FET-스위치 소자를 사용함으로써 임피던스의 크기 및 위상을 변화시킨다. 또한, 광대역 특성을 확보하기 위해 제안된 임피던스 튜너는 각각 Low-Band(700-915 MHz), Mid-Band(1700-2025 MHz) 및 High-Band(2300-2500 MHz)로 구분하여 설계되며, Low-Band용 임피던스 튜너의 경우 실제 튜너 모듈이 제작되어 성능 확인을 위한 측정이 수행되었다. Low-Band용 임피던스 튜너는 700-915 MHz 에서 2~6.5(최대 9)의 VSWR coverage 및 15°의 위상변화를 갖도록 설계되었으며, 측정 결과 700, 820, 915 MHz에서 각각 2~5(최대 9), 2~4(최대 7), 2~3.9(최대 6.5)의 VSWR coverage 및 각각 18°, 20°, 18°의 위상변화를 구현한다. Mid-Band 및 High-Band용 임피던스 튜너는 2~6의 VSWR coverage 및 15°~20°의 위상변화를 갖도록 설계되었다.
Abstract A Study on Programmable Impedance Tuner for Load-pull Measurement of Handset Power Amplifiers Kim, Tae-Wan Department of Electronics Engineering The Graduate School of Hanyang University Due to the recent increase in the exponential use of wireless communication devices, demand for development of wireless communication technologies is increasing greatly. Especially, performance improvement of power amplifier is emerging as a major development issue throughout related industries. Among them, Robustness test, which measures the mismatched condition of an antenna connected to the output stage of a power amplifier in the process of developing a power amplifier, has become more important under the increasing complexity of the FEM. Commercial mechanical tuners, which are traditionally used for Robustness tests, have heavy weight, volume, low speed, and high price, and this shortcoming results in increased component development period and development costs. Therefore, there is a significant demand for advanced impedance tuners that can replace them in the industry. Recently, despite the limited VSWR coverage, electronic impedance tuners with high-speed, low-cost benefits have been proposed as an alternative to conventional mechanical tuners. However, most electric impedance tuners are not suitable for performing Robustness test of power amplifiers because they implement irregular impedance changes due to insertion loss of electronic devices and limitations in circuit topology. Therefore, this paper proposed to develop an electric impedance tuner for Robustness test of a power amplifier. The proposed impedance tuner maintains the advantages of an existing electric impedance tuner and has high impedance resolution and a high VSWR range(2≤SWR≤6). The proposed electronic impedance tuner has a Coupler/reflected-type structure that implements regular impedance changes. It also varies the size and phase of the impedance by using the FET-switch device, which is designed based on the 0.18-um CMOS SOI process. In addition, the proposed impedance tuners are designed in groups of Low-Band (700-915 MHz), Mid-Band (1700-2025 MHz), and High-Band (2300-2500 MHz), respectively, low band impedance tuner was implemented and measured for performance verification. The impedance tuner for low-band is designed with a phase shift of 2 to 6.5 (up to 9) at 700 to 915 MHz and a VSWR cover of 2 to 5 (up to 9), 2 to 4 (up to 7), and 2 to 3.9 (up to 6.5) and 20° and 18°, respectively. Impedance tuners for Mid-Band and High-Band are designed to have a VSWR cover of 2 to 6 and a phase shift of 15° to 20°.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/99678http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000435218
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > DEPARTMENT OF ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING(전자공학과) > Theses (Master)
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