A GaN MMIC asymmetric Doherty power amplifier (PA) for LTE small-cell base station is proposed. In this proposed architecture, a quadrature coupler with asymmetric port impedance (AIQC) is matched to the inter-stage of the power amplifier and integrated with lumped element components. This makes the architecture simplified by eliminating impedance matching networks. An adaptive bias circuit is driven by re-using signal of coupler`s isolated-port.
The MMIC is designed using a 0.25um TriQuint GaN on SiC process which makes possible to Watt-level output power with 27V supply voltage. The MMIC with 2.30mm×2.23mm includes driver stage, inter-stage matching network with AIQC and power stage. Output matching networks are implemented on PCB of RO4350B to support dual-band operation of 1.8 GHz and 2.1 GHz.
The designed Asymmetric Doherty PA is simulated at 1.86 GHz and 2.14 GHz. The simulation results show that a gain of about 25.0 dB, 58.4 % power-added efficiency at the average power of 40.1 dBm and about 42.0 % of PAE the 7.4 dB power back-off. The third-order inter-modulation distortion of -25 dBc with 20 MHz 2-tone spacing.
In appendix, a CMOS power amplifier with CG-CS splitting and parallel combining is proposed. In this architecture, the size of input splitting is drastically reduced and the efficiency is increased by the load modulation.
이 논문에서는 LTE 스몰셀 기지국에 사용되는 GaN MMIC 비대칭 도허티 전력증폭기에 대해 제안하였다. 이 제안된 구조는 비대칭 임피던스를 갖는 직교 커플러를 집적화된 집중 소자를 이용하여 구현하였으며 전력증폭기의 중간 정합을 위해 사용하였다. 이 구조는 임피던스 정합 회로를 제거하여 전체 구조를 간단히 만든다. 그리고, 커플러의 분리단의 신호를 재사용하여 적응영 바이어스 회로를 구동하였다.
TriQuint사의 SiC 기판위에 0.25um GaN 공정을 사용하여 집적회로를 구현하였으며, 27V 전원을 사용하여 고출력을 낸다. 집적회로의 크기는 비대칭 임피던스를 갖는 중간단을 포함하여 2.30mm x 2.23 mm 이다. 출력 정합은 RO4350B 기판의 PCB를 사용하여 이중 대역을 지원할 수 있도록 제작하였다.
설계된 비대칭 도허티 전력증폭기는는 1.86 GHz 대역과 2.14 GHz 대역에서 시뮬레이션 하였다. 40.1 dBm 의 출력에서 25.0 dB 의 이득과 58.4 %의 효율을 나타내며, 7.4 dB 백 오프 지점에서 42.0 % 를 나타낸다. 3차 하모닉 왜곡은 20 Mhz 의 이격 신호를 사용했을 때 -25 dBc를 나타낸다.
부록에서는 CG-CS 분리와 병렬 결합 회로를 사용한 CMOS 전력증폭기에 대해 제안하였다. 이 제안된 구조에서는 입력 신호를 작게 하여 분리하였고, 부하 변조현상을 이용하여 효율을 상승시켰다.
