RF 파워앰프

RF 파워 앰프

트랜지스터 MRF317 기반 C 등급 VHF 파워앰프

무선주파수파워앰프(RF파워앰프)는 저전력 무선주파수신호를 고출력신호로 변환하는 전자증폭기의 일종이다.^[1] 일반적으로 RF 전력 증폭기는 송신기의 안테나를 구동한다. 설계 목표에는 게인, 전력 출력, 대역폭, 전력 효율성, 선형성(정격 출력에서 낮은 신호 압축), 입력 및 출력 임피던스 일치, 열 소산 등이 포함된다.

앰프 클래스

많은 최신 RF 앰프는 "클래스"라고 불리는 다양한 모드에서 작동하여 다양한 설계 목표를 달성하도록 돕는다. 일부 등급은 A등급, AB등급, B등급, C등급으로 선형 증폭기 등급으로 간주된다. 이러한 클래스에서 활성 장치는 제어된 전류 소스로 사용된다. 입력의 바이어스가 앰프의 클래스를 결정한다.

파워앰프 설계의 일반적인 절충은 효율성과 선형성 사이의 절충이다. 이전에 명명된 클래스는 나열되는 순서대로 효율성이 높아지지만 선형성은 낮아진다. 활성 장치를 스위치로 작동시키면 이론적으로는 최대 100%까지 효율성이 높아지지만 선형성은 낮아진다.^[2] 스위치 모드 클래스 중에는 클래스 D, 클래스 F, 클래스 E가 있다.^[3] 등급 D 앰프는 활성 장치의 유한한 스위칭 속도와 포화상태에서 가능한 충전 저장이 대형 I-V 제품으로 이어져 ^[2]효율이 저하될 수 있기 때문에 RF 애플리케이션에서 자주 사용되지 않는다.

솔리드 스테이트 vs 진공관 앰프

현대의 RF 파워 앰프는 주로 MOSFET(금속-산화물-반도체-전계효과 트랜지스터)를 사용하는 솔리드 스테이트 장치를 사용한다.^[4]^[5]^[6] 초기 MOSFET 기반 RF 증폭기는 1960년대 중반으로 거슬러 올라간다.^[7] 과거에는 양극성 접합 트랜지스터도 LDMOS 트랜지스터의 우수한 RF 성능으로 인해 1990년대까지 RF 파워앰프의 표준 기술로 파워 MOSFET, 특히 LDMOS 트랜지스터로 대체되기 전까지 흔히 사용되었다.^[4]^[6]^[6]

MOSFET 트랜지스터와 기타 현대적인 솔리드 스테이트 장치는 대부분의 전자 소자에서 진공 튜브를 교체했지만, 튜브는 여전히 일부 고출력 송신기에 사용된다(밸브 RF 앰프 참조). 기계적으로 튼튼하지만 트랜지스터는 전기적으로 취약하다. 즉, 과도한 전압이나 전류에 의해 쉽게 손상된다. 튜브는 기계적으로 취약하지만 전기적으로 견고하다 – 눈에 띄게 높은 전기적 과부하를 손상 없이 처리할 수 있다.

적용들

RF 파워앰프의 기본 적용 분야에는 다른 고출력 구동, 송신 안테나 구동 및 신나는 마이크로파 캐비티 공명기가 포함된다. 이 응용 프로그램들 중에서, 주행 송신기 안테나가 가장 잘 알려져 있다. 송신기-수신기는 음성 및 데이터 통신뿐만 아니라 날씨 감지(레이더 형태)에도 사용된다.^{[citation needed]}

LDMOS를 사용하는 RF 파워 앰프는 무선 통신 네트워크, 특히 모바일 네트워크에서 가장 널리 사용되는 전력 반도체 소자다.^[4]^[8]^[6] 2G, 3G,^[4]^[6] 4G 등 디지털 모바일 네트워크에서는 LDMOS 기반 RF 파워앰프가 널리 사용되고 있다.^[8]

광대역 앰프 설계

큰 대역폭에 대한 임피던스 변환은 실현하기 어렵기 때문에, 관례적으로 대부분의 광대역 증폭기는 50Ω의 출력 로드를 공급하도록 설계된다. 그러면 트랜지스터 출력 전력이 다음으로 제한됨

P_{\text{out}}\leq {\frac {\;\left(V_{\text{br}-V_{\text{k}\right)^{2}\}{8\,Z_{\text{}}}}}}}~

어디에

V_{\text{br}}\;

V_{\text{br}}\;

displaystyle V_{\text{br}\;}

은

V_{\text{br}}\;

(는) 고장 전압으로 정의되며,

V_{\text{k}}\;

V_{\text{k}}\;

displaystyle V_{\text{k}\;}

은

V_{\text{k}}\;

(는) 무릎 전압으로 정의되며,

\;Z_{\text{o}}\;

\;Z_{\text{o}}\;

displaystyle \;Z_{\text{o}\;}

을(를) 선택하여

\;Z_{\text{o}}\;

정격 전력을 충족시킬 수 있다.

외부 부하는 관례상 $\;Z_{\text{L}}=50\,\Omega \;.$ $\;Z_{\text{L}}=50\,\Omega \;.$ = $\;Z_{\text{L}}=50\,\Omega \;.$ . ${\displaystyle \;Z_{\text{$ $L}}=50\,\Oomega \;.}$ 따라서 $\;Z_{\text{L}}=50\,\Omega \;.$ $\;Z_{\text{o}}\;$ $\;Z_{\text{o}}\;$ $displaystyle \;Z_{\text{o}\};}$ 에서 $\;Z_{\text{o}}\;$ $\;Z_{\text{L}}=50\,\Omega \;.$ L $\;Z_{\text{L}}=50\,\Omega \;.$ = $\;Z_{\text{L}}=50\,\Omega \;.$ ${\displaystyle \;Z_{\text$ }}로 변환하는 일종의 임피던스 매칭이 있어야 한다 $.$ $L}}=50\,\오메가 \;$ $}$

로드라인 방법은 RF 파워앰프 설계에 자주 사용된다.^[9]

참고 항목

참조

^ APITech. "RF Amplifiers". info.apitech.com. Retrieved 18 May 2021.CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)
^ ^a ^b Lee, Thomas (2003). The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits. Cambridge, UK: Cambridge University Press. pp. 494–503.
^ Cloutier, Stephen R. (WA1QIX). "Class E, AM transmitter descriptions, circuits, etc". www.classeradio.com. WA1QIX. Retrieved 6 June 2015 – via qrz.com.
^ ^a ^b ^c ^d Baliga, B. Jayant (2005). Silicon RF Power MOSFETs. World Scientific. p. 1. ISBN 9789812561213.
^ "Ameritron ALS-1300: 1200 Watt no-tune TMOS-FET amplifier". product information downloads. MFJ Enterprises. Archived from the original on 23 April 2014. Retrieved 6 June 2015.
^ ^a ^b ^c ^d ^e Perugupalli, Prasanth; Leighton, Larry; Johansson, Jan; Chen, Qiang (2001). "LDMOS RF power transistors and their applications" (PDF). In Dye, Norman; Granberg, Helge (eds.). Radio Frequency Transistors: Principles and practical applications. Elsevier. pp. 259–92. ISBN 9780080497945.
^ Austin, W.M.; Dean, J.A.; Griswold, D.M.; Hart, O.P. (November 1966). "TV Applications of MOS Transistors". IEEE Transactions on Broadcast and Television Receivers. 12 (4): 68–76. doi:10.1109/TBTR1.1966.4320029.
^ ^a ^b Asif, Saad (2018). 5G Mobile Communications: Concepts and Technologies. CRC Press. p. 134. ISBN 9780429881343.
^ Ozalas, Matthew (14 January 2015). How to design an RF power amplifier – the basics (short how-to video). Retrieved 10 February 2015 – via youtube.com.

외부 링크

Fuentes, Carlos (October 2008). Microwave Power Amplifier Fundamentals (PDF) (Report). Bern, Switzerland: European Centre for Nuclear Research. Retrieved 5 March 2013.

Khanifar, Ahmad (1 December 2014). "Wideband RF Power Amplifier Design Guidelines / RF Power Amplifier Design for Digital Predistortion". linamptech.com. Technical support. Laguna Hills, CA: Linamp Technologies, Inc. Retrieved 1 December 2014.

[APITech-RF-Amps-1] APITech. "RF Amplifiers". info.apitech.com. Retrieved 18 May 2021.CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)

[Lee-2003-CMOS-2] Lee, Thomas (2003). The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits. Cambridge, UK: Cambridge University Press. pp. 494–503.

[Cloutier-ClassE-amps-3] Cloutier, Stephen R. (WA1QIX). "Class E, AM transmitter descriptions, circuits, etc". www.classeradio.com. WA1QIX. Retrieved 6 June 2015 – via qrz.com.

[Balinga-2005-SiRF-MOSFETs-4] Baliga, B. Jayant (2005). Silicon RF Power MOSFETs. World Scientific. p. 1. ISBN 9789812561213.

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[Perugupalli-Leighton-etal-2001-6] Perugupalli, Prasanth; Leighton, Larry; Johansson, Jan; Chen, Qiang (2001). "LDMOS RF power transistors and their applications" (PDF). In Dye, Norman; Granberg, Helge (eds.). Radio Frequency Transistors: Principles and practical applications. Elsevier. pp. 259–92. ISBN 9780080497945.

[Austin-Dean-etal-1966-11-7] Austin, W.M.; Dean, J.A.; Griswold, D.M.; Hart, O.P. (November 1966). "TV Applications of MOS Transistors". IEEE Transactions on Broadcast and Television Receivers. 12 (4): 68–76. doi:10.1109/TBTR1.1966.4320029.

[Asif-2018-SGMob-8] Asif, Saad (2018). 5G Mobile Communications: Concepts and Technologies. CRC Press. p. 134. ISBN 9780429881343.

[Ozalas-2015-01-14-HowTo-9] Ozalas, Matthew (14 January 2015). How to design an RF power amplifier – the basics (short how-to video). Retrieved 10 February 2015 – via youtube.com.

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