전자 김장헌ㆍ문정환씨, IEEE 저널서 차세대 전력 증폭기 기술 발표
                     지난해 6월‘국제학생고효율전력증폭기 설계대회’에서 최우수상

포스텍 학생들이 휴대폰, 무선인터넷 등의 이동통신 기지국에 사용되는 전력증폭기의 차세대 기술을 발표해 화제를 모으고 있다.

특히 이 기술은 고 주파수 대역에서의 전력증폭기 효율을 높인 것으로서 무선이동통신에서 높은 주파수를 사용하는 유럽이나, 현재 개발 중인 차세대 무선 이동통신 기술에 활용될 것으로 기대된다.

포스텍 전자전기공학과 박사과정에 재학 중인 김장헌(28)ㆍ문정환씨(25ㆍ지도교수 김범만) 팀은 3.2GHz의 동작 주파수에서 6와트(W)의 출력전력으로 72%의 입력전력 대비 효율(PAE: Power Added Efficiency)을 보이는 ‘새로운 형태의 포화 전력 증폭기’ 기술을 개발해, 국제전기전자기술자협회(Institute of Electrical and Electronics Engineersㆍ이하 IEEE)가 발간하는 ‘마이크로웨이브 매거진(Microwave Magazine)’ 최신호를 통해 발표했다.

무선이동통신 기지국에 사용되는 전력증폭기는 그 효율에 따라 무선 통신 시스템의 소모 전력을 좌우하는 핵심부품이다. 그래서 전력을 증폭할 때 발생하는 열로 인해 소모되는 전력을 최소화하기 위한 연구가 현재까지도 끊임없이 진행되고 있다.

전력증폭기의 내부 전력을 줄이기 위해서는 출력 주파수의 배가 되는 고차 고조파(harmonics)를 제어하는 방법을 사용하는데, 주파수가 높은 대역일수록 고효율 전력증폭기의 설계는 어려워진다.

기존의 전력증폭기가 50% 대의 효율을 보이는 것에 반해, 김장헌씨 팀이 개발한 3.2GHz의 고 주파수 대역의 전력 증폭기는 72%의 효율을 보였다.

이처럼 효율이 좋은 전력증폭기를 사용하게 되면, 전력증폭기에서 나오는 열을 식히기 위한 냉각기의 크기를 줄일 수 있어 일반 안테나 위에 설치할 수 있을 정도로 무선통신 기지국의 크기를 줄일 수 있게 된다.

또한 기지국의 크기가 작아지면 기지국을 설치함으로써 지불하는 임대료나, 기지국 생산원가가 낮아지게 돼 이동통신 인프라 확장에도 큰 도움을 준다.  

연구팀은 “높은 주파수 대역의 차세대 이동통신에 활용이 가능할 뿐만 아니라 우리나라에서 사용 중인 무선이동통신(Wibro는 2.3GHz 대역, 3G WCDMA 이동통신은 2.14GHz 대역을 사용한다)에도 바로 적용 가능한 기술”이라고 밝혔다.

이 기술은 지난 해 6월 미국에서 열린 ‘2008 IEEE 국제 초고주파 심포지엄(IEEE International Microwave Symposium)’의 ‘국제학생 고효율 전력 증폭기 설계대회(Student High Efficiency Power Amplifier Design Competition)’에도 출품되어 최우수상(Highest Efficiency Award)을 수상하기도 했다.

한편, 김씨와 문씨의 지도교수인 김범만 교수는 무선통신 송신시스템의 핵심 부품인 전력증폭기 기술 연구의 석학으로, 도허티 증폭기(Doherty amplifier)를 개발해 세계적인 주목을 받고 있으며 지난 2008년에는 이 같은 성과를 인정받아 경암학술상을 수상한 바 있다.