5 GHz的U-NII(Unlicensed National Information Infrastructure)頻帶，提供更寬 的頻寬及更佳的調變技術，使得資料傳輸速率大幅增加，此外，對於無線收發器 來說，功率放大器扮演著舉足輕重的角色，再者，由於互補式金氧半導體製程 (CMOS process)有著低成本及系統晶片整合(Systems-on-a-chip, SoC)的優點，故本 論文使用標準的0.18-μm 1P6M互補式金氧半導體製程(Standard 0.18-μm 1P6M CMOS process)提出了三個使用不同功率合成技術的5.2 GHz功率放大器。
第一個電路為直接並聯功率合成技術之5~5.8 GHz功率放大器，採用傳統的 集總元件(Lumped-element)實現匹配網路，為求寬頻之功率特性，在輸出端使用 二階匹配網路，此外，偏壓電路餵進電晶體汲極端的並聯電感不使用彎曲的金屬 線(Meander line)來設計，而改以高品質因素(Quality factor)的功率電感(Power inductor)實現之，以達到較佳的輸出功率及效率。
第二個電路為兩路變壓器功率合成技術之5.2 GHz功率放大器，為了提升輸出 功率，最直接的做法便是將功率放大級架構並聯，但在互補式金氧半導體製程的 限制下，會使得最佳輸出功率阻抗點(Zopt)降低，欲匹配到50 Ω須經過相當大的阻 抗轉換比，使用傳統的集總元件匹配將會面臨到損耗過大的問題，因此我們選擇 本身具有阻抗轉換特性的變壓器來實現輸入與輸出的匹配網路，提出了一個兩路 變壓器功率合成技術之5.2 GHz功率放大器。
第三個電路為串聯結合變壓器功率合成技術之5.2 GHz功率放大器，為了獲得 更高的輸出功率，我們將變壓器的架構進行延伸，提出了一個串聯結合變壓器功 率合成技術之5.2 GHz功率放大器，利用串聯結合變壓器堆疊每一功率元件的電 壓，進而抬高整體的輸出電壓及功率。
綜觀三個電路，為了使互補式金氧半導體功率放大器的功率特性能接近砷化 鎵(GaAs)功率放大器，我們將功率放大級架構並聯，但並聯的同時，會面臨到阻 抗轉換比過大的問題，於是我們改用變壓器來實現匹配網路，而為了更高輸出功 率的應用，我們使用串聯結合變壓器將兩組功率放大器單元的輸出電壓進行疊
加，以期能達到多3 dB的輸出功率，但由於標準的0.18-μm 1P6M互補式金氧半導 體製程上的限制，其只提供一層最厚且位於最上層的金屬層Metal 6，在實現串聯 結合變壓器時勢必會遇到金屬線跨層的問題，以致於會用到較下層的金屬層，甚 者，其副電感常常需要使用較長的金屬線實現之，亦會增加高頻時所產生的寄生 電感及電阻效應，造成品質因素Q及耦合係數k的降低，而使得整體的電路特性無 法像預期的多3 dB。
如欲將電路特性達到比兩路變壓器功率放大器多3 dB，可直接並聯兩路變壓 器功率放大器，再使用額外的匹配網路讓改變的輸入輸出阻抗回到50 Ω，或是先 改變兩路變壓器功率放大器的輸入輸出變壓器圈數比，將輸入輸出阻抗匹配到 100 Ω，再將兩相同電路作並聯的動作，以上兩種使用並聯結合變壓器的方法皆 能降低被動變壓器所帶來的損耗，進而獲得較佳的品質因素，對於實現高功率功 率放大器來說也許是較合適的選擇，但其缺點為所須的電路尺寸與串聯結合變壓 器功率放大器相比較大。
參 考 文 獻
[1] www.cc.ntu.edu.tw/chinese/epaper/0024/20130320_2409.html
[2] Skyworks datasheet SE5003L : 5 GHz, 32 dBm power amplifier with power detector.
[3] T. Sawa, J. Thuret, S. Sawada, and S. Nakajima, “Manufacturable 4W GaAs WLAN amplifier module for 5GHz applications,” in IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., Jun.
2004, pp. 1531-1534.
[4] C.-C. Lin and Y.-C. Hsu, “Single-chip dual-band WLAN power amplifier using InGaP/GaAs HBT,” in IEEE European Microwave Conference (EuMC), Oct. 2005, pp.
489-492.
[5] J. H. Kim, J. H. Kim, Y. S. Noh, and C. S. Park, “A low quiescent current 3.3V operation linear MMIC power amplifier for 5GHz WLAN applications,” in IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., Jun. 2003, pp. 867-870.
[6] J. P. Fraysse, J. P. Viaud, M. Campovecchio, P. Auxemery, and R. Quere, “A 2W high efficiency 2-8GHz cascode HBT MMIC power distributed amplifier,” in IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., Jun. 2000, pp. 529-532.
[7] W. Zhang, E.-S. Khoo, and T. Tear, “A low voltage fully-integrated 0.18μm CMOS power amplifier for 5GHz WLAN,” Proceedings of the European Solid-State Circuits Conference (ESSCIRC), Florence, Italy, Sept. 2002, pp. 215-218.
[8] Y.-S. Eo and K.-D. Lee, “A fully integrated 24-dBm CMOS power amplifier for 802.11a WLAN applications,” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol. 14, no. 11, pp. 504-506, Nov. 2004.
[9] Y.-S. Eo and K.-D. Lee, “High efficiency 5GHz CMOS power amplifier with adaptive bias control circuit,” IEEE Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC) Symposium, Jun. 2004, pp. 575-578.
[10] W. Wang and Y. P. Zhang, “0.18-μm CMOS push-pull power amplifier with antenna in IC package,” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol. 14, no. 1, pp. 13-15, Jan.
2004.
[11] H. Solar, R. Berenguer, I. Adin, U. Alvarado, and I. Cendoya, “A fully integrated 26.5 dBm CMOS power amplifier for IEEE 802.11a WLAN standard with on-chip power inductors,” in IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., Jun. 2006, pp. 1875-1878.
[12] P. Haldi, D. Chowdhury, P. Reynaert, G. Liu, and A. M. Niknejad, “A 5.8GHz 1V linear power amplifier using a novel on-chip transformer power combiner in standard 90 nm CMOS,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 43, no. 5, pp. 1054-1063, May 2008.
[13] 簡榮宏、廖冠雄，無線區域網路，全華科技圖書，2007
[14] 唐政，802.11 無線區域網路通訊協定及應用，文魁資訊，2003
[15] S. C. Cripps, RF Power Amplifiers for Wireless Communications, 2nd ed., Artech House, 1999.
[16] Guillermo Gonzalez, Microwave Transistor Amplifiers – Analysis and Design, 2nd ed., Prentice Hall, 1996.
[17] David M. Pozar, Microwave Engineering, 3rd ed., Wiley, 2005.
[18] I. Aoki, S. D. Kee, D. B. Rutledge, and A. Hajimiri, “Distributed active transformer─A new power-combining and impedance-transformation technique,” IEEE Trans. Microw.
Theory Tech., vol. 50, no. 1, pp. 316-331, Jan. 2002.
[19] I. Aoki, S. D. Kee, D. B. Rutledge, and A. Hajimiri, “Fully integrated CMOS power amplifier design using the distributed active-transformer architecture,” IEEE J.
Solid-State Circuits, vol. 37, no. 3, pp. 371-383, Mar. 2002.
[20] W.-H. Lin, Y.-N. Jen, J.-H. Tsai, H.-C. Lu, and T.-W. Huang, “V-band fully-integrated CMOS LNA and DAT PA for 60GHz WPAN applications,” in IEEE European Microwave Conference (EuMC), Sept. 2010, pp. 284-287.
[21] Y.-N. Jen, J.-H. Tsai, T.-W. Huang, and H. Wang, “Design and analysis of a 55-71GHz compact and broadband distributed active transformer power amplifier in 90-nm CMOS process,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 57, no. 7, pp. 1637-1646, Jul. 2009.
[22] 葉景富，24-GHz CMOS 射頻前端晶片及毫米波電路之研究設計，國立成功大學電 腦與通信工程研究所碩士論文，民國 98 年 7 月
[23] C.-C. Kuo, Y.-H. Lin, H.-C. Lu, and H. Wang, “A K-band compact fully integrated transformer power amplifier in 0.18-μm CMOS,” in IEEE Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), Nov. 2013, pp. 597-599.
[24] B. Jin, J. Moon, C. Zhao, and B. Kim, “A 30.8-dBm wideband CMOS power amplifier with minimized supply fluctuation,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 60, no. 6, pp. 1658-1666, Jun. 2012.
[25] K. H. An, Y. Kim, O. Lee, K. S. Yang, H. Kim, W. Woo, J. J. Chang, C.-H. Lee, H.
Kim, and J. Laskar, “A monolithic voltage-boosting parallel-primary transformer structures for fully integrated CMOS power amplifier design,” IEEE Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC) Symposium, Jun. 2007, pp. 419-422.
[26] G. Liu, P. Haldi, T.-J. K. Liu, A. M. Niknejad, “Fully integrated CMOS power amplifier with efficiency enhancement at power back-off,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 43, no. 3, pp. 600-609, Mar. 2008.
[27] D. Chowdhury, C. D. Hull, O. B. Degani, Y. Wang, and A. M. Niknejad, “A fully integrated dual-mode highly linear 2.4GHz CMOS power amplifier for 4G WiMax applications,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 44, no. 12, pp. 3393-3402, Dec. 2009.
[28] E. Kaymaksut and P. Reynaert, “A 2.4GHz fully integrated doherty power amplifier using series combining transformer,” Proceedings of the European Solid-State Circuits Conference (ESSCIRC), Seville, Sept. 2010, pp. 302-305.
[29] J.-F. Yeh, J.-H. Tsai, and T.-W. Huang, “A multi-mode 60-GHz power amplifier with a novel power combination technique,” IEEE Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC) Symposium, Jun. 2012, pp. 61-64.
[30] O. Lee, K. S. Yang, K. H. An, Y. Kim, H. Kim, J. J. Chang, W. Woo, C.-H. Lee, and J.
Laskar, “A 1.8-GHz 2-Watt fully integrated CMOS push-pull parallel-combined power amplifier design,” IEEE Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC) Symposium, Jun.
2007, pp. 435-438.
[31] J. Kim, W. Kim, H. Jeon, Y.-Y. Huang, Y. Yoon, H. Kim, C.-H. Lee, and K. T.
Kornegay, “A fully-integrated high-power linear CMOS power amplifier with a parallel-series combining transformer,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 47, no. 3, pp.
599-614, Mar. 2012.
自 傳
學生歐陽弘文，畢業於國立臺灣師範大學應用電子科技研究所，大學期間曾 擔任班代，負責班上相關事務，並擔任師長與同學間溝通的橋樑，大三時課程偏 向實作研討階段，投入射頻積體電路的研究，在專題製作的過程中，遇到問題時，
我與組員會互相討論並進行除錯，從錯誤中學習，運用耐心、細心以及分工合作 的默契，共同完成一個專案。課業之餘，為了拓展視野、加強待人接物的態度，
大一開始，便參加離島同鄉校友會，並於暑期以活動股股員的身分前往金門進行 返鄉服務，大二時，擔任離島同鄉校友會公關股股長，藉由這個機會，讓我學習 與人交際，大二下，參加行政院青年輔導委員會舉辦的區域和平志工研習營，在 社團幹部的支持下，接下暑期澎湖返鄉服務的總籌一職，這段社團經驗不僅幫助 我學習如何領導一個團體，也訓練溝通協調的技巧、統整規劃活動、人脈運用及 危機處理的能力，更深知責任感的重要性，另外，也體會到如何幫助偏遠地區的 孩子，利用同理心去關懷並鼓勵他們，更珍惜自己現有的資源。
研究所主要從事功率放大器的設計，亦有多次的下線經驗，從研究所的訓 練，使我在除錯時更有技巧、對電路的佈局考量也更為詳細，且設計電路的過程 中亦激發了自己的創造力及獨立思考的能力，此外，透過投稿國際會議的經驗，
培養國際觀及外語能力，在未來亦能對我有所幫助。
人的一生是一連串的人事物交織而成的過程，唯有充分了解自己、認識自 己，才能做出最適合自己的決定，日後我也會繼續保持旺盛的求知慾以及對各項 事物的好奇心，期許自己能不斷成長、不斷學習，以樂觀積極的態度，迎接每一 個挑戰。
學 術 成 就
J.-H. Tsai and H.-W. Ou Yang, “A 5-5.8 GHz fully-integrated CMOS PA for WLAN applications,” IEEE Radio and Wireless Symposium (RWS), Jan. 2014, pp. 130-132.