KR100210746B1 - 위성통신시스템 전력증폭기의 전원 제어회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 FET로 구현된 전력증폭기의 동작전압을 안정적으로 공급하도록 된 위성통신시스템 전력증폭기의 전원 제어회로에 관한 것으로, 공통 소스 전계효과 트랜지스터로서 구현된 초고주파 증폭기에 있어서; 제1전위레벨의 입력전위를 반전시켜 상기 전계효과 트랜지스터의 게이트 전압으로 공급하는 전위반전수단과, 이 전위반전수단의 게이트전압 출력여부에 따라 온/오프 구동되는 제1전류통로, 제2전위레벨의 입력전위를 소정 저항비로 분압하는 저항분압수단, 이 저항분압회로에 의해 분압된 전위와 상기 전류통로의 온/오프에 따라 변화되는 노드 전위를 비교하여 그 비교결과에 따른 소정 판정신호을 출력하는 비교수단, 이 비교수단에서 출력되는 판정신호의 레벨에 따라 온/오프 구동되는 제2전류통로, 및 이 제2전류통로의 온/오프 구동에 따라 연동되면서 상기 전계효과 트랜지스터의 드레인단측으로 공급되는 제2전위레벨 전압을 단속하는 스위칭수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

위성통신시스템 전력증폭기의 전원 제어회로
본 발명은 위성통신시스템에서 사용되는 전력증폭기의 바이어스 회로에 관한 것으로, 특히 FET로 구현된 전력증폭기의 동작전압을 안정적으로 공급하도록 된 위성통신시스템 전력증폭기의 전원 제어회로에 관한 것이다.
통신위성을 매개로하여 초고주파 대역의 무선신호를 송수신하는 위성통신시스템에서는 일반적으로 전력이득이 높고 잡음지수가 낮은 특성을 가진 전계효과 트랜지스터(FET;field effect transistor)를 사용하여 증폭회로를 구성하게 되는 바, 도1은 예컨대 초고주파대역의 하향링크신호를 수신하여 소정 레벨로 증폭하는 위성통신시스템의 수신단 증폭회로를 나타낸 것이다.
도1에서 참조부호 Pin은 안테나에 의해 수신된 초고주파대역의 RF수신신호가 입력되는 입력포트이고, 참조번호 2와 5는 각각 전계효과 트랜지스터(이하, FET라 칭함)로서 구성한 제1,제2 증폭기, 참조번호 1,3,4,6은 이 제1,제2 증폭기(2,5)의 입출력 임피던스 매칭을 위하여 구성된 임피던스 매칭회로이다.
또한, 참조부호 C1∼C3는 상기 제1,제2 증폭기(2,5)의 입출력단에 각각 설치되어 RF수신신호에 포함되어 있는 DC성분을 차단하는 커플링 캐패시터이고, 참조부호 Pout는 상기 제1,제2 증폭기(2,5)에 의해 증폭된 수신신호를 출력하는 출력포트이다.
즉, 상기한 구성으로 된 종래의 증폭회로는 각각 10dB 증폭이득을 갖는 제1,제2 증폭기(2,5)를 다단으로 접속하여 상기 입력포트(Pin)를 통해 인가되는 12.25∼12.75 GHz 대역의 RF수신신호에 대해 20dB의 높은 전력증폭을 얻도록 되어 있다.
한편, 상기 제1,제2 증폭기(2,5)와 같이 공통 소스(common source) FET를 이용하여 구현한 전력증폭회로에 있어서는 초기 구동시 게이트 전압(VG)에 앞서 드레인 전압(VD)이 먼저 공급되는 일이 없도록 유의하여 바이어스 회로를 구성하여야 하는 바, 만일 게이트 전압(VG)이 인가되기 전에 드레인 전압(VD)이 공급되게 되면 높은 이득특성을 지닌 FET(Q1)가 과도한 증폭특성을 나타내게 되어 결과적으로 회로가 손상되게 되는 문제가 발생되게 된다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, FET로 구현된 전력증폭기의 동작전압을 안정적으로 공급하도록 된 위성통신시스템 전력증폭기의 전원 제어회로를 제공함에 그 목적이 있다.
도1은 종래 위성통신시스템의 RF수신단 증폭회로를 개략적으로 나타낸 회로구성도.
도2는 본 발명의 1실시예에 따른 위성통신시스템 전력증폭기의 전원 제어회로를 나타낸 회로구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,3,4,6 : 임피던스 매칭회로 2 : 제1증폭기
5 : 제2증폭기 10 : 인버터IC
20 : 저항분압회로 30 : 비교기
40 : 스위칭부 C1,C2 : 캐패시터
ZD1,ZD2 : 제너다이오드 Q1,Q2 : 트랜지스터
D1∼D5 : 다이오드 R1∼R7 : 저항
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 위성통신시스템 전력증폭기의 전원 제어회로는 공통 소스 전계효과 트랜지스터로서 구현된 초고주파 증폭기에 있어서; 제1전위레벨의 입력전위를 반전시켜 상기 전계효과 트랜지스터의 게이트 전압으로 공급하는 전위반전수단과, 이 전위반전수단의 게이트전압 출력여부에 따라 온/오프 구동되는 제1전류통로, 제2전위레벨의 입력전위를 소정 저항비로 분압하는 저항분압수단, 이 저항분압회로에 의해 분압된 전위와 상기 전류통로의 온/오프에 따라 변화되는 노드 전위를 비교하여 그 비교결과에 따른 소정 판정신호을 출력하는 비교수단, 이 비교수단에서 출력되는 판정신호의 레벨에 따라 온/오프 구동되는 제2전류통로, 및 이 제2전류통로의 온/오프 구동에 따라 연동되면서 상기 전계효과 트랜지스터의 드레인단측으로 공급되는 제2전위레벨 전압을 단속하는 스위칭수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
즉, 상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면 전력증폭을 실행하는 FET에 대해 보다 안정적으로 바이어스 전압을 공급할 수 있게 됨으로써 바이어스 이상에 의해 과도한 전력증폭이 실행되게 되는 요인을 제거할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
도2는 본 발명의 1실시예에 따른 위성통신시스템 전력증폭기의 전원 제어회로를 나타낸 회로구성도로, 도2에서 참조번호 10은 DC +5[V]의 제1바이어스 전압(B1 +) 전위를 반전시켜 전력증폭 FET(Q1,Q2)의 게이트단측으로 -5[V]의 부전압(VG1,VG2)을 출력하는 전위반전기로서의 인버터IC이고, 참조부호 C5는 이 인버터IC(10)에서 출력되는 -5[V]의 게이트전압(VG1,VG2)에 대하여 AC성분의 리플(ripple)을 제거하기 위한 바이패스 캐패시터, ZD1은 상기 부전압의 입력여부에 따라 애노드단의 전위가 변화됨으로써 온/오프 구동되는 제너다이오드이다.
또한, 참조번호 20은 DC +10[V]의 제2바이어스 전압(B2 +)을 소정 저항비(R2,R3)로 분압하는 저항분압회로이고, 30은 이 저항분압회로(20)에 의해 분압된 전위와 상기 제너다이오드(ZD1)의 캐소우드단 전위를 비교하여 그 비교결과에 따른 소정 판정신호을 출력하는 비교기, 참조부호 ZD2는 이 비교기(30)에서 출력되는 판정신호의 레벨에 따라 온/오프 구동되는 제너다이오드, 참조번호 40은 상기 제너다이오드(ZD2)의 온/오프 구동에 따라 연동되면서 전력증폭 FET(Q1,Q2)의 드레인단측으로 공급되는 DC 10[V]의 제2바이어스 전압(B2 +)을 단속하는 스위칭부인 바, 이 스위칭부(40)는 상기 전력증폭 FET(Q1,Q2)의 드레인단측으로 공급되는 바이어스 전압을 단속하는 제1트랜지스터(Q3)와 상기 제너다이오드(ZD2)의 온/오프 구동에 따라 연동되어 제1트랜지스터(Q3)를 스위칭구동하는 제2트랜지스터(Q4)로 구성된 것이다.
그리고, 참조부호 D1,D2는 각각 운용자에 의한 송신전력 차단명령(PWR) 및 국부발진회로(도시되지 않음)로부터 인가되는 로우레벨(GND전위)의 알람신호에 의해 턴온되어 상기 비교기(30)의 기준전압신호로서 제공되는 비반전 입력단자(+)의 전위레벨을 소정치 이하로 설정되도록 하는 다이오드이고, D3∼D5는 상기 스위칭부(40)를 통해 인가되는 DC 10[V]의 제2바이어스 전압을 상기 전력증폭 FET(Q1,Q2)의 드레인전압(VD)인 8[V]로 강하시키기 위한 전압강하용 다이오드이다.
이어, 상기한 구성으로 된 장치의 동작을 설명한다.
제1바이어스 전압(B1 +)이 공급되기에 앞서 제2바이어스 전압(B2 +)이 공급되는 경우, 상기 비교기(30)의 반전단자(-)를 통해 인가되는 전위가 상기 저항분압회로(20)에 의해 분압된 비반전단자(+) 입력전위보다 높게 설정되므로 비교기(30)의 출력전압은 로우레벨(GND전위)상태로 출력되게 된다.
그 결과, 상기 제너다이오드(ZD2) 및 스위칭부(40) 내부의 제1,제2 트랜지스터(Q3,Q4)가 오프 상태로 유지되게 되므로 드레인전압(VD1,VD2)은 공급되지 않게 된다.
한편, 제1바이어스 전압(B1 +)이 인가되어 -5[V]의 게이트전압(VG)이 공급되게 되면, 상기 제너다이오드(ZD1)의 애노드단 전위가 -5[V]로 강하되게 되므로 제너다이오드(ZD1)는 턴온 되게 된다. 그 결과, 상기 비교기(30)의 반전단자(-)에 인가되는 전위가 상기 저항분압회로(20)에 의해 분압된 전위레벨보다 낮아지게 되고, 따라서 비교기(30)로부터는 +10[V]의 판정신호가 출력되게 된다.
비교기(30)로부터 출력된 전압신호에 의해 상기 제너다이오드(ZD2)가 턴온 되면서 스위칭부(40) 내부의 제2트랜지스터(Q4)를 온(ON) 구동하게 되는 바, 그 결과 상기 제1트랜지스터(Q3)의 베이스단 전위가 로우레벨로 설정되면서 제1트랜지스터(Q3)가 온(ON) 되게 됨으로써 드레인 전압(VD)이 공급되게 된다.
이때, 상기 제1트랜지스터(Q3)의 콜렉터단에 직렬로 다단 접속된 다이오드(D3∼D5)는 전류값에 관계없이 항상 일정한 전압강하가 일어나도록 하기 위한 전압강하수단으로서 사용된 것인 바, 이 다단 접속된 다이오드(D3∼D5)들에 의해 8[V]의 안정된 전압이 드레인 전압(VD)으로 공급되게 된다.
한편, 위성통신시스템 운용자는 필요한 경우 전원스위치(도시되지 않음)를 조작하여 로우레벨의 전원제어신호(PWR)를 입력함으로써 상기 다이오드(D2)를 턴온 시키도록 되어 있는 바, 상기 다이오드(D2)가 온 되게 되면 상기 비교기(30)의 기준전압레벨이 소정치 이하로 낮아지게 된다. 이 경우 비교기(30)의 출력신호가 로우레벨로 변화되면서 제너다이오드(ZD2) 및 스위칭부(40)의 제1,제2 트랜지스터(Q3,Q4)가 오프 되게 되며, 그 결과 전력증폭 FET(Q1,Q2)의 드레인 전압(VD)이 차단되게 되므로 증폭회로의 동작을 빠르게 제어할 수 있게 된다.
한편, 국부발진회로(도시되지 않음)로부터 인가되는 로우레벨의 알람신호(LO ALM)에 의해서는 상기 다이오드(D1)가 온(ON) 구동되면서 상기 비교기(30)의 기준전압레벨을 변화시키게 되는 바, 상기한 전원제어 동작과 동일한 방법으로 증폭회로의 동작을 정지시킬 수 있도록 되어 있다.
즉, 상기 실시예에 의하면 FET로 구현된 전력증폭기의 바이어스 전압을 인가함에 있어서 드레인 전압(VD)이 게이트 전압(VG)에 우선하여 공급되는 일이 없도록 자동으로 제어하도록 된 위성통신시스템 전력증폭기의 전원 제어회로를 실현할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형실시할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 전력증폭을 실행하는 FET에 대해 보다 안정적으로 바이어스 전압을 공급할 수 있게 됨으로써 바이어스 이상에 의해 과도한 전력증폭이 실행되게 되는 요인을 제거할 수 있게 된다.

Claims (3)

  1. 공통 소스 전계효과 트랜지스터로서 구현된 초고주파 증폭기에 있어서;
    제1전위레벨의 입력전위를 반전시켜 상기 전계효과 트랜지스터의 게이트 전압으로 공급하는 전위반전수단과, 이 전위반전수단의 게이트전압 출력여부에 따라 온/오프 구동되는 제1전류통로, 제2전위레벨의 입력전위를 소정 저항비로 분압하는 저항분압수단,
    이 저항분압회로에 의해 분압된 전위와 상기 전류통로의 온/오프에 따라 변화되는 노드 전위를 비교하여 그 비교결과에 따른 소정 판정신호을 출력하는 비교수단,
    이 비교수단에서 출력되는 판정신호의 레벨에 따라 온/오프 구동되는 제2전류통로, 및
    이 제2전류통로의 온/오프 구동에 따라 연동되면서 상기 전계효과 트랜지스터의 드레인단측으로 공급되는 제2전위레벨 전압을 단속하는 스위칭수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 위성통신시스템 전력증폭기의 전원 제어회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 운용자에 의한 송신전력 차단명령 및 국부발진회로로부터 인가되는 로우레벨의 알람신호에 의해 턴온되어 상기 비교수단의 기준전압신호로서 제공되는 비반전 입력단자의 전위레벨을 소정치 이하로 설정되도록 하는 제3전류통로를 추가로 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 위성통신시스템 전력증폭기의 전원 제어회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭수단은 상기 전계효과 트랜지스터의 드레인단측으로 공급되는 바이어스 전압을 단속하는 스위치와 상기 제2전류통로의 온/오프 구동에 따라 연동되어 상기 제1스위치를 스위칭구동하는 스위칭구동부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 위성통신시스템 전력증폭기의 전원 제어회로.
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