본 논문에서는 셀룰러와 ISM 대역에서 동작하는 이중 대역 고효율 F급 전력증폭기를 제안하였으며, 이를 위해 우선적으로 E-pHEMT FET를 사용하여 두 (840MHz, 2.4GHz) 대역에서 동작하는 각각의 단일 F급 PA를 설계하여 효율을 확인였다. 그 결과, 840MHz에서 동작하는 PA의 경우 출력 전력 24.4dBm에서 81.2%의 효율을 얻었고, 2.4GHz에서 동작하는 PA는 출력 전력 22.4dBm에서 93.5%의 효율을 얻었다. 이후 두 대역에서의 성능을 이중 대역 F급 전력증폭기에서 구현하기 위하여 이상적인 SPDT 스위치의 개념을 적용한 이중 대역 고조파 제어 회로를 설계하였다. 실제 SPDT 스위치를 적용하기 이전 단계로써 전송선로의 길이를 조절하여 이중 대역에서 동작하는 F급 증폭기를 개발하였다. 실험 결과, 840MHz 모드의 경우에 23.5dBm에서 60.5%의 효율을, 2.4GHz 모드는 19.62dBm에서 50.9%의 효율을 얻을 수 있었다. 이는 저가의 2GHz 이하에서 사용되는 FR-4기판에서도 그 이상의 고조파 제어가 가능하고 고효율의 F급 전력 증폭기 제작이 가능함을 보여준다.
In this paper, highly efficient dual-band class-F power amplifiers(PAs) for cellular and WLAN bands are suggested and implemented. For the first step, single-band class-F amplifiers at 840MHz, 2.4GHz are designed using commercial E-pHEMT FETs. The performance of two single band PAs are as much as 81.2% of efficiency with the output power of 24.4dBm with 840MHz PA and 93.5% of efficiency with 22.4dBm from the 2.4GHz. For the dual-band class-F PA, the harmonic controlling circuit with ideal SPDT switch was suggested. The length of transmission line is variable by a SPDT switch. As a results, the operation in 840MHz showed the peak efficiency of 60.5% with 23.5dBm, while in 2.4GHz mode the efficiency was 50.9% with the output power of 19.62dBm. Besides, it is shown that the harmonic controller of class-F above 2Ghz could be implemented on the low cost FR-4 substrate.
