KR0138567B1 - 전력증폭기 및 증폭방법 - Google Patents
전력증폭기 및 증폭방법Info
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Abstract
아날로그 변조 액세스방식으로서 FDMA방식을 디지탈 변조 액세스방식으로서 TDMA방식을 각각 채용한 듀얼모드 방식의 무선전화 송신기에 있어서, 전력증폭회로에 인가하는 직류 바이어스 전압Vdd를 각 변조방식에 따라서 전환하는 것에 의해, 전력증폭회로의 입출력 특성을 제어한다. 그 때문에, 마이크로프로세서는 FDMA방식의 경우에는 4.8V가, TDMA방식의 경우에는 6.0V가 각각 Vdd로서 전력증폭회로에 인가되도록 정전원에 접속된 스위치를 전환한다. 전력증폭회로의 다른 직류 바이어스 전압 Vgg는 고정된다. TDMA방식시의 Vdd를 FDMA방식시에 비하여 높게 설정하는 것에 의해, TDMA방식시의 곡선형성 및 고효율성을 유지하면서, FDMA방식시의 부가효율을 향상시킨다.
Description
제1도는 본 발명의 제1실시예에 관한 전력증폭기의 구성을 도시한 블록도.
제2도는 제1도중의 전력증폭회로의 내부 구성을 도시한 회로도.
제3도는 전력증폭회로의 직류 바이어스 전압(Vdd)을 전한함으로써 제1도의 전력증폭기의 입출력 특성 및 부가효율의 변화를 도시한 그래프.
제4도는 본 발명의 제2실시예에 관한 전력증폭기의 구성을 도시한 블록도.
제5도는 전력증폭회로의 직류 바이어스 전압(Vdd)을 전환함으로써 제4도의 전력증폭기의 입출력 특성 및 부가효율의 변화를 도시한 그래프.
제6도는 종래의 전력증폭기의 입출력 특성 및 부가효율의 변화를 도시한 일례를 나타낸 그래프.
제7도는 종래의 전력증폭기의 입출력 특성 및 부가효율의 다른 예를 도시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:정DC 전원2:스위치
3:마이크로프로세서4:부DC 전원
5:전력증폭회로
[발명의 배경]
본 발명은 아날로그 변조 및 디지털 변조의 양방식으로 동작 가능한 셀룰러 전화기를 포함하는 이동 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
최근, 휴대전화, 자동차 전화 등으로 대표되는 이동 무선 통신의 디지털화가 진전되고 있다. 이 때문에 종래의 아날로그 변조방식은 디지털 변조방식이나 또는 아날로그 변조방식과 디지털 변조방식 모두에서 동작 가능한 듀얼 모드 방식으로 치환되고 있다. 듀얼 모드 방식의 셀룰러 전화기는 디지털 변조방식의 서비스가 특정한 영역에 한정되어 있는 현상에서는 유리하다.
이동 무선 통신을 위한 무선 송신기의 구성요소 중, RF신호 증폭용의 전력증폭기는 안테나로 전력을 공급하기 위해서는 없어서는 안되는 것이다. 듀얼 모드방식의 송신기용 전력증폭기에는 아날로그 변조방식에서는 고효율성이, 디지털 변조방식에서는 이에 더하여 고선형성이 각각 요구된다.
종래의 송신기용 전력증폭기에 있어서, 두개의 전력증폭회로를 변조방식에 따라 스위치로 전환하여 사용하는 기술은 잘 알려져 있다. 가장 단순한 예는 아날로그 변조방식 전용의 전력증폭회로와 디지털 변조방식 전용의 전력증폭회로를 설치해 두고, 양회로를 선택적으로 사용하는 것이다. 일본국 특개평 5-199127호 공보에는 비선형 전력증폭회로와 선형 전력증폭회로 및 스위치를 조합한 송신기용 전력증폭기가 개시(開示)되어 있다. 아날로그 변조방식에서는 고효율성의 실현을 위하여 비선형 전력증폭회로의 비선형 동작범위(포화영역 부근)가, 비교적 저출력의 디지털 변조방식에서는 변조 왜곡의 저감때문에 비선형 전력증폭회로의 선형 동작범위가 각각 이용된다. 또, 비교적 고출력의 디지털 변조방식에서는 고효율성과 고선형성의 양립을 위해, 비선형 전력증폭회로와 선형 전력증폭회로의 2단으로 구성되어 스위치에 의해 전환된다.
그런데, 상기 스위치 기술을 이용한 종래의 전력증폭기에서는 두개의 전력증폭회로가 필요하기 때문에 코스트가 높아지고, 또한 RF신호가 스위치를 통과할 때 전력손실이 발생하는 결점이 있었다. 따라서, 단일의 전력증폭회로를 아날로그 변조방식 및 디지털 변조방식의 양방식으로 겸용하는 듀얼 모드 방식 전력증폭기의 실현이 요구되고 있다.
단일의 전력증폭회로를 아날로그 변조, 디지털 변조의 양방식으로 겸용하려고 하면, 다음의 구체예로 설명하는 바와 같이 부가 효율면에서 문제가 생긴다.
전력증폭기의 부가효율 η는,
η = (교류 출력전력-교류 입력전력)/직류 입력전력
로 정의된다. 여기서, 교류 입력전원은 입력 RF신호의 전력이고, 교류 출력전력은 출력 RF신호의 전력이며, 직류 입력전력은 DC전원으로부터 상기 전력증폭기로 공급되는 전력이다. 즉, 부가효율은 직류전력에서 교류전력으로의 변환효율을 의미하는 것이다. DC전원으로서 전지를 채용한 셀룰러 전화기에서는 전지의 소모를 억제하기 위해 매우 높은 부가효율이 요구된다.
그런데, 일본국내에 있어서는 무선 전화 송신기에 대하여 아날로그 변조방식에 관한 NTT규격과 디지털 변조방식에 관한 RCR(전파시스템 개발센터)규격이 있다. NTT규격에는 주파수 분할 다원 액세스(Frequency Division Multiple Access:FDMA)방식이 규정되고, RCR규격 STD-27B에는 시분할 다원 액세스(Time Divsion Multiple Access:TDMA)방식이 규정디어 있다. FDMA및 TDMA의 양방식 모두 교류 출력전력 1.5W의 전력증폭기를 필요로 한다.
제6도는 종래의 일본 국내용의 듀얼 모드 방식의 송신기용 전력증폭기의 입출력 특성 및 부가효율의 일례를 나타낸 그래프이다. 이 전력증폭기는 단일의 전력 증폭회로에 6V의 직류 바이어스 전압(Vdd)을 공급한 것이다. 1.5W출력시의 부가효율은 제6도에 도시된 바와 같이 FDMA(아날로그 변조), TDMA(디지털 변조)의 양방식 모두 약 40%이다. 즉, 종래에는 TDMA방식의 경우 고선형성 실현을 위해 FDMA방식의 경우의 부가효율을 희생시키지 않을 수 없다는 문제점이 있었다.
한편, 미국에서는 무선전화 송신기의 듀얼 모드 방식에 관한 TIA(미국통신공업회)규격이 있다. TIA규격 IS-95에는 아날로그 변조방식의 액세스 방식으로서 FDMA방식이, 디지털 변조방식의 액세스 방식으로서 부호 분할 다원 액세스(Code Divsion Multiple Access:CDMA)방식이 규정되어 있다. FDMA방식은 교류출력전력 1.5W를, CDMA방식은 교류출력전력 0.5W를 각각 필요로 한다.
제7도는 종래의 미국용 듀얼 모드 방식의 송신기용 전력증폭기의 입출력특성 및 부가효율의 일례를 나타낸 그래프이다. 이 전력증폭기는 단일의 전력증폭회로에 4.8V의 직류 바이어스 전압(Vdd)을 공급한 것이다. FDMA방식의 경우 1.5W출력시의 부가효율은 약 60%이고, CDMA방식의 경우 0.5W출력시의 부가효율은 약 30%이다. 즉, 종래에는 FDMA방식의 경우의 고효율성을 실현하기 위해 CDMA방식의 경우의 부가 효율을 희생시키지 않을 수 없다는 문제점이 있었다.
이상과 같이 종래의 단일의 증폭회로방식의 송신기용 전력증폭기에서는 일본 국내용으로서는 아날로그 변조방식(FDMA방식) 동작시의 부가효율이 나빠지고 또 미국용으로서는 디지털 변조방식(CDMA방식) 동작시의 부가효율이 나빠지는 것과 같이 아날로그 변조, 디지털 변조의 양방식 중 어느 하나의 동작시에 부가효율이 악화되는 문제점이 있었다.
[발명의 개요]
본 발명의 목적은 단일의 전력증폭히로를 아날로그 변조, 디지털 변조의 양방식으로 겸용하고, 또한 양변조방식 모두 높은 부가효율을 실현할 수 있는 송신기용 전력증폭기를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 아날로그 변조방식과 디지털 변조방식의 양쪽에서 동작 가능한 무선 송신기용 전력증폭기에 있어서, 단일의 전력증폭회로에 인가하는 직류전압을 각 변조방식에 따라 전환함으로써 상기 전력증폭회로의 입출력 특성을 제어하도록 구성하였다.
구체적으로는 FDMA/TDMA의 듀얼 모드 방식과 같이 아날로그 변조, 디지털 변조의 양방식에서 같은 교류 출력전력이 요구되는 경우에는, 아날로그 변조(FDMA)방식 동작시에 비해 디지털 변조(TDMA)방식 동작시에 높은 포화출력을 갖는 입출력특성이 실현될 수 있도록, TDMA방식시에 전력증폭회로에 인가되는 직류전압을 FDMA방식시에 비해 높게 설정한다.
또, FDMA/CDMA의 듀얼 모드 방식과 같이 아날로그 변조(FDMA)방식 동작시에 비해 디지털 변조(CDMA)방식 동작시에 낮은 교류출력 전력으로 충분한 경우에는, FDMA방식시에 비해 CDMA방식시에 낮은 포화출력을 갖는 입출력 특성이 실현될 수 있도록, CDMA방식시에 전력증폭회로에 인가되는 직류전압을 FDMA방식시에 비해 낮게 설정한다. 본 발명에 의하면, FDMA/TDMA의 듀얼모드 방식에서는, 전력증폭회로의 입출력 특성(교류 입력전력 대 교류 출력전력)에 있어서 TDMA방식의 경우의 포화출력 전력이 FDMA방식의 경우에 비해 높게 설정된다. 따라서, TDMA방식의 경우 고선형성 및 고효율성을 실현하면서 FDMA방식의 경우의 고효율성을 실현할 수 있다. 또, FDMA/CDMA의 듀얼 모드 방식에서는 전력증폭회로의 입출력 특성에 있어서, CDMA방식의 경우의 포화출력 전력이 FDMA방식의 경우에 비하여 낮게 설정된다. 따라서, FDMA방식의 경우의 고효율성을 실현하면서 CDMA방식의 경우의 고선형성 및 고효율성을 실현할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 단일의 전력증폭회로에 인가하는 직류전압을 아날로그 변조, 디지털 변조의 각 방식의 구별에 따라 전환함으로써 상기 전력증폭회로의 입출력 특성을 제어하는 구성을 채용하였으므로, 양변조방식 모두 높은 부가효율을 실현할 수 있는 우수한 송신기용 전력증폭기를 제공할 수 있다.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
[실시예 1]
제1도는 본 발명의 제1실시예에 관한 FDMA/TDMA의 듀얼 모드 방식의 무선 전화 송신기용의 전력증폭기의 구성을 도시한 블록도이다. 제1도에 있어서, 은 정DC전원, 2는 스위치, 3은 마이크로프로세서, 4는 부DC 전원, 5는 전력증폭회로이다.
정DC전원(1)은 4.8V와 6.0V의 두 종류의 직류전압을 출력하는 것이다. 4.8V는 니켈카드뮴 전지 4개 셀의 직렬접속에 의해, 6.0V는 니켈카드뮴 전지 5개 셀의 직렬접속에 의해 각각 생성된다. 이들 두 종류의 직류전압을 출력하는 정DC전원(1)은 전압 레귤레이터 회로로 구성하는 것도 가능하다.
스위치(2)는 정DC전원(1)에서 출력된 두 종류의 직류전압 중 어느 하나를 선택하는 것이다.
마이크로프로세서(3)는 프로그램에 따라서 각 변조방식에 따라 스위치(2)의 선택을 결정하는 것이다. 구체적으로는 마이크로프로세서(3)는 아날로그 변조(FDMA)방식의 경우에는 4.8V를, 디지털변조(TDMA)방식의 경우에는 6.0V를 각각 선택하도록 스위치(2)를 전환한다.
부DC전원(4)은 -3.6V의 직류 바이어스 전압을 출력하는 것이다.
전력증폭회로(5)는 무선주파수 신호를 증폭하는 것이다. RFin은 전력증폭회로(5)의 RF신호 입력단자, RFOUT는 상기 전력증폭회로(5)의 RF신호 출력단자이다. 또, 상기 전력증폭회로(5)의 Vdd단자에는 스위치(2)를 통한 직류전압(4.8V 또는 6.0V)이, Vgg단자에는 부DC전원(4)으로부터의 직류 바이어스 전압(-3.6V)이 각각 인가된다.
제2도는 제1도 중의 전력증폭회로(5)의 내부구성을 도시한 회로도이다. 제2도에 있어서, 11,12는 전계효과형 트랜지스터, 13~18은 마이크로 스트립라인(인덕터), C1~C5는 커패시터, R1~R4는 저항기이다. Vdd단자에 인가되는 직류전압은 마이크로 스트립라인(14,17)을 통하여 전계효과형 트랜지스터(11, 12)의 드레인 전극에 공급된다. Vgg단자에 인가되는 직류 바이어스 전압은 전계효과형 트랜지스터(11,12)의 게이트 전극의 바이어스를 결정하는 것이다. 이들 전계효과형 트랜지스터(11,12)로서는 1GHZ정도의 RF신호를 취급할 수 있도록 GaAs-MESFET가 채용된다. 이것에 대신하여 바이폴러 트랜지스터, MOSFET또는 GaAs와 AlGaAs와 같은 다른 재료의 접합을 이용한 헤테로바이폴러 트랜지스터(HBT)를 사용할 수도 있다.
제3도는 전력증폭회로(5)의 직류 바이어스 전압(Vdd)을 전환함으로써 제1도의 전력증폭기의 입출력 특성 및 부가효율의 변화를 나타낸 그래프이다. 아날로그 변조(FDMA)방식 동작시의 입출력 특성(제3도 중의 점선)에 있어서 포화출력전력은 1.5W이고, 디지털 변조(TDMA)방식 동작시의 입출력 특성(제3도 중의 실선)에 있어 포화출력 전력은 2.8W이다. 전력증폭회로(5)로 공급 전압을 전환함으로써 1.5W출력시의 부가효율은 FDMA방식의 경우에는 약 60%, TDMA방식의 경우에는 약 40%로 된다.
이상과 같이, 본 실시예에 의하면 제6도의 경우에 비하여 FDMA방식 동작시의 부가효율을 20% 향상할 수 있어서 그 효과는 매우 크다.
[실시예 2]
제4도는 본 발명의 제2실시예에 관한 FDMA/CDMA의 듀얼 모드 방식의 무선전화 송신기용의 전력증폭기의 구성을 도시한 블록도이다.
상기 제1실시예와 다른 점의 하나는 정DC전원(1)에서 출력되는 직류전압이 3.6V와 4.8V인 점이다. 마이크로프로세서(3)는 아날로그 변조(FDMA)방식의 경우에는 4.8V를, 디지털 변조(CDMA)방식의 경우에는 3.6V를 각각 선택하도록 스위치(2)를 전환한다. 부DC전원(4)이나 전력증폭회로(5)의 구성은 상기 제1실시예와 같다.
제5도는 전력증폭회로(5)의 직류 바이어스 전압(Vdd)을 전환하는 것에 의한 제4도 전력증폭기의 입출력 특성 및 부가효율의 변화를 나타낸 그래프이다. 아날로그 변조(FDMA)방식 동작시의 입출력 특성(제5도 중의 점섬)에 있어 포화출력 전력은 디지털 변조(CDMA)방식 동작시의 입출력 특성(제5도 중의 실선)에 있어 포화출력 전력에 비하여 높게 되어 있다. 전력증폭회로(5)에 공급되는 공급전압을 전환함으로써, FDMA방식의 경우 1.5W출력시의 부가효율은 약 60%로 되고, CDMA방식의 경우의 0.5W출력시의 부가효율은 약 40%로 된다.
이상과 같이 본 실시예에 의하면, 제7도의 경우에 비하여 CDMA방식 동작시의 부가효율을 10% 향상할 수 있어 그 효과는 매우 크다.
또한, 상기 각 실시예에 있어서 채용한 Vdd 및 Vgg의 값은 전력증폭회로(5)의 내부구성에 따라 변경 가능하다. 또 본 발명은 음성전송을 위한 무선전화 송신기 이외에 예를 들면, 데이터 전송을 위한 무선 송신기의 전력증폭기에도 적용 가능하다.
상술한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 사상과 범위를 통해 각종 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이다.
Claims (8)
- 아날로그 변조방식과 디지털 변조방식의 양쪽에서 동작 가능한 무선 송신기를 위한 전력증폭기에 있어서. 두 종류의 직류전압을 출력하기 위한 전원회로와, 상기 전원회로에서 출력된 두 종류의 직류전압 중의 어느 하나를 선택하기 위한 스위치회로와, 상기 각 방식에 따라서 상기 스위치 회로의 선택을 결정하기 위한 제어회로와, 상기 스위치 회로에서의 직류전압을 전원전압으로서 이용하여 무선주파수 신호를 증폭하기 위한 단일의 전력증폭회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력증폭기.
- 제1항에 있어서, 상기 전력증폭회로는 무선전화 송신기용인 것을 특징으로 하는 전력증폭기.
- 제1항에 있어서, 디지털 변조방식 동작시에 상기 전력증폭회로에 전원전압으로서 인가되는 직류전압이 아날로그 변조방식 동작시에 비하여 높은 것은 특징으로 하는 전력증폭기.
- 제3항에 있어서, 아날로그 방식에 사용하는 액세스 방식으로서 주파수 분할 다원 액세스방식(FDMA)을, 디지털 변조방식에 사용하는 액세스 방식으로서 시분할 다원 액세스방식(TDMA)을 각각 채용한 것을 특징으로 하는 전력증폭기.
- 제1항에 있어서, 디지털 변조방식 동작시에 상기 전력증폭회로에 전원전압으로서 인가되는 직류전압이 아날로그 변조방식 동작시에 비하여 낮은 것을 특징으로 하는 전력증폭기.
- 제5항에 있어서, 아날로그 변조방식에 사용하는 액세스방식으로 주파수 분할 다원 액세스방식(FDMA)을, 디지털 변조방식에 사용하는 액세스 방식으로 부호 분할 다원 액세스방식(CDMA)을 각각 채용한 것을 특징으로 하는 전력증폭기.
- 아날로그 변조방식과 디지털 변조방식의 양쪽에서 동작 가능한 무선 송신기를 위한 전력증폭회로에서의 무선 주파수 신호의 증폭방법에 있어서, 상기 전력증폭회로에 전원전압으로서 인가하여야 할 직류전압으로서 두 종류의 직류전압을 생성하는 스텝과, 상기 두 종류의 직류전압중의 어느 하나를 상기 각 방식에 따라 선택하는 것에 의해 상기 전력증폭회로의 입출력 특성을 제어하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 증폭방법.
- 제7항에 있어서, 무선 전화 송신기용의 전력증폭회로에 적용되는 것을 특징으로 하는 증폭방법.
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