KR100253057B1 - 무선기의 송신장치와 그것에 사용하는 고주파 전력증폭 장치 - Google Patents

무선기의 송신장치와 그것에 사용하는 고주파 전력증폭 장치 Download PDF

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모리시타 요이찌
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Abstract

본 발명은, 주로 디지틀휴대무선기 등에 사용하는 무선기의 송신장치와 그것에 사용하는 고주파전력증폭장치에 관한 것으로서, 아이솔레이터를 삭제하고, 휴대무선기의 소형, 고성능, 저코스트를 실현하는 디지틀휴대무선기의 송신장치를 제공하는 것을 목적으로 한 것이며, 그 구성에 있어서, 다지틀변조기의 출력을 전력증폭장치에 입력하여, 전력증폭장치에 있어서 n분배기에 의해 n개로 분배되고, 각각 위상변화량이 다른 n개의 입력위상기를 통과하고, n개의 전력증폭기에 의해 증폭되고, n개의 출력위상기를 통과해서 n개의 신호의 위상이 일치하도록한 다음, n합성기에 의해 합성되고, 출력단자로부터 위상장치(82)에 출력되고, 위상장치(82)의 출력은 송신안테나(81)에 출력된다. 여기서 위상장치(82)의 위상치는, 소정의 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스의 영역을 넓히고, 송신안테나(81)의 임피던스변화범위를 전력증폭장치(83)의 부하임피던스의 출력부하임피던스범위가 포위하도록 결정하는 것에 의해 아이솔레이터를 삭제하고 휴대무선기의 소형, 고성능화, 저코스트를 실현하는 디지틀휴대무선기의 송신장치를 제공하는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

무선기의 송신장치와 그것에 사용하는 고주파전력증폭장치
본 발명은, 주로 디지틀휴대무선기 등에 사용하는 무선기의 송신장치와 그것에 사용하는 고주파전력증폭장치에 관한 것이다.
최근, 휴대전화기의 수요가 높아지고 주파수의 유효이동을 위해서 디지틀화되고 있는 동시에 소형 또한 저코스트화가 강하게 요망되고 있으나, 종래의 특히 디지틀 휴대무선전화기는 그 점에서 해결해야할 문제를 남기고 있다. 이하에 도면을 참조하면서, 상기한 종래예의 디지틀변조의 휴대용도의 무선기의 송신장치의 예에 대해서 설명한다.
도 1은 종래예의 디지틀휴대무선기의 송신장치의 블록도를 표시한 것이다. 도 1에 있어서, 디지틀변조기(204)는 전력증폭기(203)에 접속되고, 아이솔레이터(202)를 통과해서 송신안테나(201)에 접속되어 있다.
이상과 같이 구성된 종래예의 디지틀휴대무선기의 송신장치에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다. 디지틀변조기(204)에 의해 변조된 고주파신호는 전력증폭기(203)에 의해 증폭되어, 아이솔레이터(202)를 통과해서, 안테나(201)로부터 송신된다.
그러나 상기와 같은 종래예의 구성에서는, π/4시프트QPSK 및 CDMA 등의 디지틀변조를 사용한 휴대무선기에 있어서, 그 안테나(201)로부터 송출되는 신호에 포함되는 불필요복사인 인접채널누설전력을 전파법에 정하는 값이하로 하기 위해서는, 전력증폭기(203)의 출력부하임피던스를 일정하게 유지할 필요가 있다. 아이솔레이터(202)는 전자파를 한방향으로는 거의 감쇠없이 전송하고, 반대방향으로의 전력을 흡수하는 것으로서, 결과적으로 안테나(201)의 임피던스의 변화를 전력증폭기(203)에 반영하지 않도록 작용한다. 종래의 디지틀휴대무선기의 송신장치에 있어서는 고주파전력증폭장치의 부하임피던스의 변동에 의한 불필요복사의 증대를 방지하는데는, 고가이고, 형상이 크고, 통과손실이 큰 아이솔레이터를 사용하지 않으면 않된다고하는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 개선하기 위한 것이며, 고가이고, 형상이 크고, 통과손실이 큰 아이솔레이터를 사용하지 않고 불필요복사의 증대를 막는 무선기의 송신장치와 그것에 사용하는 고주파전력증폭장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1도는 종래예의 디지틀휴대무선기의 송신장치의 블록도.
제2도는 본 발명의 제 1실시예에 있어서의 디지틀휴대무선기의 송신장치의 블록도.
제3도는 본 발명의 제 1실시예에 있어서의 디지틀휴대무선기의 송신장치의 각종 사용상태의 안테나임피던스특성도.
제4도는 본 발명의 제 1실시예의 디지틀휴대무선기의 송신장치에 있어서의 고주파 전력증폭장치의 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스특성도.
제5도는 본 발명의 제 2실시예의 무선기의 송신장치에 있어서의 고주파전력증폭장치의 블록도.
제6도는 본 발명의 제 2실시예에 있어서의 고주파전력증폭기의 출력부하임피던스특성도.
제7도는 본 발명의 제 3실시예의 무선기의 송신장치에 있어서의 고주파전력증폭장치의 블록도.
제8도는 본 발명의 제 3실시예의 무선기의 송신장치에 있어서의 고주파전력증폭기의 출력부하임피던스특성도.
제9도는 본 발명의 제 4실시예의 무선기의 송신장치에 있어서의 고주파전력증폭장치의 블록도.
제10도는 본 발명의 제 5실시예의 무선기의 송신장치에 있어서의 고주파전력증폭장치의 블록도.
제11도는 본 발명의 제 6실시예의 무선기의 송신장치에 있어서의 고주파전력증폭장치의 블록도.
제12도는 본 발명의 제 6실시예의 무선기의 송신장치에 있어서의 앞단계(front staye)트랜지스터 및 끝단계(end stage)트랜지스터의 입출력특성도.
제13도는 본 발명의 제 6실시예에 있어서의 증폭장치의 출력부하임피던스특성도.
제14도는 본 발명의 제 7실시예의 무선기의 송신장치에 있어서의 고주파전력증폭장치의 블록도.
제15도는 본 발명의 제 8실시예의 무선기의 송신장치에 있어서의 고주파전력증폭장치의 블록도.
제16도는 본 발명의 제 9내지 제 15실시예에 있어서의 디지틀휴대무선기의 송신장치의 블록도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1, 81 : 송신안테나 2, 82 : 위상장치(위상기)
3, 17, 27, 37, 47, 83 : 전력증폭기 4, 84 : 디지틀변조기
11, 21, 31, 41, 51, 61, 71 : 입력단자
12, 22, 32, 42, 52, 62, 72 : 출력단자
13 : n분배기 14 : n합성기
15, 25, 35, 45 : 입력위상기 16, 26, 36, 46 : 출력위상기
23 : 2분배기 24 : 2합성기
33 : 입력3dB하이브리드 34 : 출력3dB하이브리드
38, 39 : 말단저항 43 : 4분배기
44 : 4합성기 53, 63, 73 : 앞단계트랜지스터
54, 64, 74 : 끝단계트랜지스터 55, 65, 75 : 입력정합회로(입력 M.N.)
56, 66, 76 : 단계사이정합회로(단계사이M.N.)
57, 67, 77 : 출력정합회로(출력M.N.)
68, 78 : 모놀리식마이크로파집적회로(MMIC)
이 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 무선기의 송신장치의 기본구성은, 안테나 임피던스를 포함한 전력증폭장치의 출력부하임피던스가, 그 전력증폭장치로서 가장 적합하게되고, 그 결과 변형이 최소가 되도록 송신안테나와의 사이에 위상장치를 삽입한 구성을 구비한 것이다.
이 위상장치의 위상치를 조정하므로서 전력증폭장치의 송신안테나를 포함하는 부하임피던스를 최적화하고, 동작시의 변형을 작게하여, 불필요복사를 작게할 수 있다.
이 구성은 또한 출력부하임피던스의 위상이 각각 다른 복수의 전력증폭기의 출력을 합성하는 전력증폭장치를 구비한 구성으로 발전한다.
본 발명은 상기한 구성에 의해서, 출력부하임피던스의 위상이 각각 다르게한 복수의 전력증폭기를 합성하므로서, 소정의 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스의 영역을 확대할 수 있다.
또 상기 목적을 달성하기 위한 다른수단으로서, 앞단계트랜지스터의 출력전력이득 1dB압축시의 출력전력에, 끝단계트랜지스터의 출력전력이득1dB압축시의 이득Gp를 추가한 값이, 끝단계종단트랜지스터의 출력전력이득1dB압축시의 출력전력보다 작은 트랜지스터를 사용한 전력증폭장치를 구비한 구성으로 할 수 있다.
이 구성에 의해서도 전력증폭장치의 변형을 작게하여 불필요복사를 작게하는 효과를 가져온다.
그리고 이 구성에 있어서도 상기한, 안테나임피던스를 포함한 전력증폭장치의 출력부하임피던스가, 그 전력증폭장치로서 최적이 되도록 송신안테나와의 사이에 위상장치를 삽입한 구성을 병용할 수 있고, 소기의 효과는 더욱 높여진다.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 전력증폭장치의 변형을 작게하고, 아이솔레이터를 삭제해도 소정의 불필요복사치를 만족시키는 출력부하 임피던스의 영역을 확보할 수 있다.
이하의 본 발명의 실시예의 설명에는 디지틀변조를 사용하는 휴대무선기의 경우를 예시한다. 이하 본 발명의 제 1실시예의 디지틀휴대무선기의 송신장치에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 2는 본 발명의 제 1실시예를 표시하는 디지틀휴대무선기의 송신장치의 블록도이다. 도 2에 있어서, 디지틀변조기(4)는 전력증폭장치(3)에 접속되고, 위상장치(2)를 통과해서 송신안테나(1)에 접속된다.
이상과 같이 구성된 디지틀휴대무선기의 송신장치에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다. 먼저 안테나(1)의 임피던스는 휴대무선기의 사용상태에 의해 변화된다. 예를들면 자유공간에 있을 때, 손으로 가지고 통화하고 있을 때, 책상위에 놓았을때 등에 의해 안테나(1)의 임피던스는 변화한다. 휴대무선기의 사용상태를 변화시켰을 경우의 안테나(1)의 임피던스의 변화범위를 도 3의 사선으로 표시한다. 도 3으로부터, 안테나의 임피던스는 어떤 위상방향으로 치우쳐있는 것을 알 수 있다.
또, π/4시프트QPSK 및 CDMA 등의 디지틀변조를 사용한 무선기의 전력증폭장치는 출력부하임피던스를 가변시켰을 경우에 증폭장치의 변형이 변화하고, 그 변화에 의거하여, 전파법에 의해 규정되는 불필요복사(특히 인접채널누설전력)의 값이 변화한다. 도 4에 전력증폭장치의 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키기 위한 출력부하임피던스범위를 표시한다. 도 4로부터, 전력증폭장치의 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스는 어떤 위상방향으로 치우쳐있는 것을 알 수 있다.
이상의 결과를, 도 2의 디지틀휴대무선기의 송신장치에 적용한다. 즉 디지틀변조기(4)에 의해 변조된 고주파신호가 전력증폭장치(3)에 의해 증폭되고, 위상장치(2)를 통과해서, 송신안테나(1)로부터 송신될 때, 위상장치(2)의 위상치를 조정해서, 상술한 도 3과 같은 송신안테나(1)의 임피던스변화가 전력증폭장치(3)로서 불필요복사치를 만족시키기위한 출력부하임피던스범위내에서 변환되도록 위상장치(2)의 위상치를 설정한다.
또 위상장치(2)의 위상치의 설정만으로는 도 3에 표시한 안테나의 임피던스변화범위를 도 4에 표시한 전력증폭장치의 출력부하임피던스범위내에 충분히 적합시키지 못하는 일이 있다. 이 경우, 전력증폭장치로서 전파법에 의해 규정되는 불필요 복사치를 만족시키는 출력부하임피던스범위가 넓은 것을 사용할 필요가 있다. 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스범위를 넓게하자면, 전력증폭장치의 전력증폭기에, 보다 출력전력이 큰 것을 사용하면, 사용할 때의 변형을 작게할 수 있고, 그 만큼 불필요복사를 작게할 수 있고, 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스범위를 넓게할 수 있다.
이상과 같이 본 실시예에 의하면, 전력증폭장치와 송신안테나사이에 삽입된 위상장치의 위상치를 최적화하므로서, 아이솔레이터를 삭제할 수 있고, 휴대무선기의 소형화, 고성능화 및 저코스트를 실현할 수 있다.
이하 본 발명의 제 2실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 5는 본 발명의 제 2실시예의 디지틀휴대무선기의 송신장치의 고주파전력증폭장치의 블록도이다. 도 5에 있어서, 입력단자(11)를 1개의 입력을 대해서 n개의 동일한 위상변화량의 출력을 가진 n분배기(13)의 1개의 입력에 접속하고, n분배기(13)의 n개의 출력에는 각각 위상변화량이 다른 n개의 입력위상기(15-1)내지 (15-n)이 접속된다. 또, n개의 입력위상기(15-1)내지 (15-n)의 출력에는 각각 동일특성을 가진 n개의 전력증폭기(17-1)내지 (17-n)를 통과해서, 출력위상기(16-1)내지 (16-n)이 접속된다. n개의 출력위상기(16-1)내지 (16-n)의 출력은 n개의 입력에 대해서 1개의 동일한 위상변화량의 출력을 가진 n합성기(14)의 n개의 입력에 각각 접속되고, n합성기의 1개의 출력은 출력단자(12)에 접속된다.
여기서 n개의 출력위상기(16-1)내지 (16-n)은, n개의 입력위상기(15-1)내지 (15-n)의 위상변화량을 각각1,2…n으로 하고, 고정위상량을0으로 하였을 경우, 위상변화량이 각각(180°-1+0), (180°-2+0)……(180°-n+0)이 되도록 설정되어 있다.
이상과 같이 구성된 제 2실시예의 디지틀휴대무선기의 송신장치의 고주파전력증폭장치에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다. 먼저 입력단자(11)에 입력된 고주파 신호는, n분배기(13)에 의해 n개로 분배되고, 각각 위상변화량이 다른 n개의 입력위상기(15-1)내지 (15-n)를 통과하고, n개의 전력증폭기(17-1)내지 (17-n)에 의해 증폭된다. 또, n합성기(14)의 입력으로 n개의 신호의 위상이 일치하는 n개의 출력위상기(16-1)내지 (16-n)를 통과해서, n합성기(14)에 의해 합성되고, 출력단자(12)로부터 출력된다.
다음에 도 4에 표시한 바와 같이, 전력증폭기(17-1)내지 (17-n)의 각각은 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스는, 어떤 임피던스방향으로 치우쳐있다. 따라서, 각전력증폭기(17-1)내지 (17-n)의 출력부하임피던스의 위상을 각각 다르게하므로서, 그들을 합성하면 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스의 영역을 도 6a, 도 6b와 같이 확대할 수 있다.
이상과 같이 본 실시예에 의하면, 출력부하임피던스의 위상이 각각 다른 출력위상기를 가진 복수의 전력증폭기의 출력을 합성하므로서, 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스의 영역을 확대하는 고주파전력증폭장치를 제공할 수 있다.
이와 같은 구성에 있어서, 복수의 전력증폭기중에서, 모든 전력증폭기의 부하임피던스가 불필요복사치를 만족시키는 상태가 되는 것이 바람직하나, 적어도 1개의 전력증폭기의 부하상태가 바람직한 상태가 됨으로써, 종합한 전체의 출력 속의 변형을 저하시킬 수 있다.
여기서 고주파전력증폭장치란 입력위상기, 전력증폭기, 출력위상기를 비롯하여 분배기로부터 합성기까지를 포함한 것으로 정의한다.
이하 본 발명의 제 3실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 7은 본 발명의 제 3실시예를 표시하는 고주파전력증폭장치의 블록도이다. 도 7에 있어서, 입력단자(21)를 1개의 입력에 대해서 2개의 동일한 위상변화량의 출력을 가진 2분배기(23)의 입력에 접속하고, 2분배기(23)의 2개의 출력에는, 각각의 위상변화량을1,2로 하였을 경우, 위상변화량의 차가 (45°≤(1-2)≤45°)인 입력위상기(25-1)가 접속된다. 또, 2개의 입력위상기(25-1),(25-2)에는 각각 동일한 특성을 가진 전력증폭기(27-1),(27-2)를 통과해서, 고정위상량을0으로 하였을 경우, 위상변화량이 각각 (180°-1+0), (180°-2+0)이 되는 2개의 출력위상기(26-1),(26-2)가 접속된다. 2개의 출력위상기(26-1),(26-2)는, 2개의 입력에 대해서 1개의 동일한 위상변화량의 출력을 가진 2합성기(24)의 2개의 입력에 각각 접속되고, 2합성기(24)의 1개의 출력은 출력단자(22)에 접속된다.
이상과 같이 구성된 제 3실시예의 고주파전력증폭장치에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다. 먼저 입력단자(21)에 입력된 고주파신호는, 2분배기(23)에 의해 2개로 분배되어, 각각 위상변화량이 다른 입력위상기(25-1),(25-2)를 통과하여, 전력증폭기(27-1),(27-2)에 의해 증폭된다. 또, 2합성기(24)의 입력에 의해 2개의 신호의 위상이 일치하는 출력위상기(26-1),(26-2)를 통과해서, 2합성기(24)에 의해 합성되어, 출력단자(22)로부터 출력된다.
상기한 바와같이 전력증폭기(27-1),(27-2)는 도 4에 표시한 바와 같이 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스는, 어떤 임피던스방향으로 치우쳐있으므로, 2개의 전력증폭기(27-1),(27-2)의 출력부하임피던스의 위상을 각각(-45°≤(1-2)≤45°)다르게하므로서, 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스의 영역을 도 8의 사선과 같이 확대할 수 있다.
이상과 같이 본 실시예에 의하면, 2개의 전력증폭기의 출력부하임피던스의 위상이(-45°≤(1-2)≤45°)가 되도록해서 전력합성으로서, 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스의 영역을 확대할 수 있다.
이하 본 발명의 제 4실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 9는 본 발명의 제 4실시예를 표시하는 고주파전력증폭장치의 블록도이다. 도 9에 있어서, 입력 3dB하이브리드(33)의 한쪽단자를 말단(tailing end)저항(38)에 의해 말단으로 하고, 다른쪽 단자를 입력단자(31)에 접속한다. 입력 3dB하이브리드(33)의 2개의 출력단자는 입력단자에 대한 위상변화량이 90°다르기 때문에, 90°위상변화가 있는 출력단자를 입력위상기(1)(35-1)에 접속하고, 다른쪽을 입력위상기(2)(35-2)에 접속한다.
또, 2개의 입력위상기(35-1),(35-2)의 출력은, 각각 동일한 특성을 가진 2개의 전력증폭기(37)를 통과해서, 고정위상량을0으로 하였을 경우, 위상변화량이 각각 (180°-1+0), (180°-2+0)이 되는 2개의 출력위상기(36-1),(36-2)가 접속된다. 출력 3dB하이브리드(34)의 한쪽단자를 말단저항(39)에 의해 말단으로하고, 다른쪽단자를 출력단자(32)에 접속한다. 출력 3dB하이브리드(34)의 2개의 입력단자는 출력단자에 대한 위상변화량이 90°다르기 때문에, 90°위상변화가 있는 입력단자를 출력위상기(180°-2+0)(36-2)에 접속하고, 다른쪽을 출력위상기(180°-1+0)(36-1)에 접속한다. 여기서 2개의 입력위상기(35-1),(35-2)는 각각의 위상변화량을1,2로 하였을 경우, 위상변화량의 차가(-135°≤(1-2)≤-45°)가 되어있다.
이상과 같이 구성된 고주파전력증폭장치에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다.
먼저 입력단자(31)에 입력된 고주파신호는, 입력 3dB하이브리드(33)에 의해 2개로 분배되어, 각각 위상변화량이 다른 입력위상기(35-1),(35-1)를 통과하여, 전력증폭기(37-1),(37-2)에 의해 증폭된다. 또, 출력3dB하이브리드(34)의 입력에 있어서 2개의 신호의 위상이 일치하도록 설정된 출력위상기(36-1),(36-2)를 통과해서, 출력3dB하이브리드(34)에 의해 합성되어, 출력단자(32)로부터 출력된다.
여기서 상기한 바와 같이 전력증폭기(37-1),(37-2)는 도 4에 표시한 바와 같이 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스, 어떤 임피던스방향으로 치우쳐있으므로, 출력3d하이브리드(34)의 위상변화량과 출력위상기의 위상을 고려하면 2개의 전력증폭기(37-1),(37-2)의 출력부하임피던스의 위상은 각각 (-45°≤(1-2)≤45°)달라지게 되고, 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스의 영역을 도 8의 사선과 같이 확대할 수 있다. 또 3dB하이브리드를 사용하므로서, 입력단자(31) 및 출력단자(32)로부터 고주파증폭장치내부를 본 임피던스의 정합(整合)이 좋아진다.
이상과 같이 본 실시예에 의하면, 2개의 전력증폭기의 출력부하임피던스의 위상이 (-45°≤(1-2)≤45°)가 되도록해서 전력합성하므로서, 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스의 영역을 확대할 수 있고, 또한 전력증폭장치전체의 입출력임피던스를 개선할 수 있다.
이하 본 발명의 제 5실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 10은 본 발명의 제 5실시예를 표시하는 고주파증폭장치의 블록도이다. 도 10에 있어서, 입력단자(41)를, 1개의 입력에 대해서 4개의 동일한 위상변화량의 출력을 가진 4분배기(43)의 1개의 입력에 접속하고, 4분배기(43)의 4개의 출력에는 각각 입력위상기(45-1)내지 (45-4)가 접속된다. 또, 4개의 입력위상기(45-1)내지 (45-4)의 출력에는, 각각 동일한 특성을 가진 4개의 전력증폭기(47-1)내지 (47-4)를 통과해서, 출력위상기(46-1)내지 (46-4)가 접속된다. 4개의 출력위상기(46-1)내지 (46-4)의 출력은, 4개의 입력에 대해서 1개의 동일한 위상변화량의 출력을 가진 4합성기(44)의 4개의 입력에 각각 접속되어, 4합성기의 1개의 출력은 출력단자(42)에 접속된다. 여기서 4개의 입력위상기(45-1)내지 (45-4)는 각각의 위상변화량을1,2,3,4로 하였을 경우, 위상변화량의 차가 각각 22.5°이다. 4개의 출력위상기(46-1)내지 (46-4)는 고정위상량을0으로 하였을 경우, 위상변화량이 각각 (180°-1+0), (180°-2+0), (180°-3+0), (180°-4+0)이 되고 있다.
이상과 같이 구성된 고주파전력증폭장치에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다. 먼저 입력단자(41)에 입력된 고주파신호는, 4분배기(43)에 의해 4개로 분배되어, 각각 위상변화량이 다른 입력위상기(45-1)내지 (45-4)를 통과하여, 전력증폭기(47-1)내지 (47-4)에 의해 증폭된다. 또, 4합성기(44)의 입력에 의해 4개의 신호의 위상이 일치하도록 설정된 출력위상기(46-1)내지 (46-4)를 통과해서, 4합성기(44)에 의해 합성되어, 출력단자(42)로부터 출력된다.
여기서 상기한 바와 같이, 전력증폭기(47-1)내지 (47-4)의 각각은 도 4에 표시한 바와 같이 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스는, 어떤 임피던스방향으로 치우쳐있으므로, 4개의 전력증폭기의 출력부하임피던스의 위상을 각각 22.5°다르게하므로서, 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스의 영역을 도 6(b)와 같이 전체위상방향으로 확대할 수 있다.
이상과 같이 본 실시예에 의하면, 4개의 전력증폭기의 출력부하임피던스의 위상차가 각각 22.5°가 되도록 해서 전력합성하므로서, 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스의 영역을 확대할 수 있다.
이하 본 발명의 제 6실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 11은 본 발명의 제 6실시예를 표시한 고주파전력증폭장치의 블록도이다. 도 11에 있어서, 입력단자(51)는 입력정합회로(55)의 입력에 접속되고, 입력정합회로(55)의 출력은 앞단계(front stage)트랜지스터(53)의 입력에 접속되고, 앞단계트랜지스터(53)의 출력은 단계사이(inter stage)정합회로(56)를 통과해서 끝단계(end stage)트랜지스터(54)의 입력에 접속되고, 끝단계트랜지스터(54)의 출력은 출력정합회로(57)의 입력에 접속되고, 출력정합회로(57)의 출력은 출력단자(52)에 접속되어 있다.
이상과 같이 구성된 고주파전력증폭장치에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다. 먼저 입력단자(51)에 입력된 고주파신호는, 입력정합회로(55)를 통과하고, 앞단계트랜지스터(53)에 의해 증폭되어, 단계사이정합회로(56)를 통과하고, 끝단계트랜지스터(54)에 의해 증폭되어 출력정합회로(57)를 통과하여, 출력단자(52)로부터 출력된다.
다음에, 앞단계트랜지스터(53)와 끝단계트랜지스터(54)의 입출력특성을 도 12에 표시한다. 도 12로부터, 끝단계트랜지스터(54)의 이용주파수대의 출력전력이득 1dB압축시(입출력특성의 만곡(彎曲)에 따라 입력전력에 대해서 출력전력이 1dB압축되는 점)의 이득을 Gp로 하였을 경우, 앞단계트랜지스터(53)의 이용주파수대의 출력전력이득 1dB압축시의 출력전력(p1dB)에 Gp를 가한값이 끝단계트랜지스터(54)의 이용주파수대에서의 출력전력이득 1dB압축시의 출력전력보다 작아지도록 트랜지스터를 선택한다.
이 구성에 의해 끝단계트랜지스터는 종래의 증폭기구성의 끝단계트랜지스터보다 출력전력이 큰 트랜지스터를 사용하는 것으로 된다. 또 트랜지스터의 최대출력과 사용출력의 차가 클수록, 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스의 범위를 도 13과 같이 확대할 수 있다. 그러나 출력전력이 큰 트랜지스터는 일반적으로 직류전력효력이 나빠지므로 끝단계이전의 트랜지스터는 종래의 트랜지스터구성으로 하고 있다.
이상과 같이 본 실시예에 의하면, 끝단계트랜지스터의 이용주파수대의 출력전력이득 1dB압축시의 이득을 Gp로 하였을 경우, 앞단계트랜지스터(53)의 이용주파수대의 출력전력이득 1dB압축시의 출력전력에 Gp를 가한값이 끝단계트랜지스터의 이용 주파수대에서의 출력전력이득 1dB압축시의 출력전력보다 작아지도록 트랜지스터의 입출력특성을 선택하므로서, 즉 앞단계트랜지스터가 포화하기전에 끝단계트랜지스터가 포화하는 일이 없도록 하므로서, 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스의 영역을 확대할 수 있다.
이하 본 발명의 제 7실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 14는 본 발명의 제 7실시예를 표시한 고주파전력증폭장치의 블록도이다. 도 14에 있어서, 입력단자(61)는 입력정합회로(65)의 입력에 접속되고, 입력정합회로(65)의 출력은 앞단계트랜지스터(63)의 입력에 접속되고, 앞단계트랜지스터(63)의 출력은 단계사이정합회로(66)를 통과해서 끝단계트랜지스터(64)의 입력에 접속되고, 끝단계트랜지스터(64)의 출력은 출력정합회로(67)의 입력에 접속되고, 출력정합회로(67)의 출력은 출력단자(62)에 접속되어 있다. 블록도면상에서의 구성은 제 6실시예의 도 11과 동일하나 파선(68)에 의해 둘러싸인 범위를 모놀리식마이크로(monolithic micro)파 집적회로(MMIC)로 구성한다.
본 실시예의 동작은 도 11의 제 6실시예와 동일하다. 본 실시예에 의하면, 끝단계트랜지스터의 이용주파수대의 출력전력이득 1dB압축시의 이득을 Gp로 하였을 경우, 앞단계트랜지스터의 이용주파수대의 출력전력이득 1dB압축시의 출력전력에 Gp를 가한값이 끝단계트랜지스터의 이용주파수대에서의 출력전력이득 1dB압축시의 출력전력보다 작아지도록 트랜지스터의 입출력특성을 선택하므로서, 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스의 영역은 확대할 수 있고, 또한 고주파모놀리식IC로 하므로서 소형화 할 수 있다.
이하 본 발명의 제 8실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 15는 본 발명의 제 8실시예를 표시한 고주파전력증폭장치의 블록도이다. 도 15에 있어서, 입력단자(71)는 입력정합회로(75)의 입력에 접속되고, 입력정합회로(75)의 출력은 앞단계트랜지스터(73)의 입력에 접속되고, 앞단계트랜지스터(73)의 출력은 단계사이정합회로(76)를 통과해서 끝단계트랜지스터(74)의 입력에 접속되고, 끝단계트랜지스터(74)의 출력은 출력정합회로(77)의 입력에 접속되고, 출력정합회로(77)의 출력은 출력단자(72)에 접속되어 있다. 블록도상에서의 구성은 제 6실시예의 도 11과 동일하나 파선(78)에 의해 둘러싸인 범위를 모놀리식마이크로파 집적회로(MMIC)로 구성한다.
본 실시예의 동작은 도 11의 실시예 6과 동일한다. 본 실시예에 의하면, 끝단계트랜지스터의 이용주파수대의 출력전력이득 1dB압축시의 이득을 Gp로 하였을 경우, 앞단계트랜지스터의 이용주파수대의 출력전력이득 1dB압축시의 출력전력에 Gp를 가한값이 끝단계트랜지스터의 이용주파수대에서의 출력전력이득 1dB압축시의 출력전압보다 작아지도록 트랜지스터의 입출력특성을 선택하므로서, 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스의 영역은 확대할 수 있고, 또한 고주파모놀리식IC로 하므로서 소형화 할 수 있고, 또 출력정합회로를 바깥장착정합회로로하므로서 고주파모놀리식IC보다 출력정합회로손실이 감소되고, 전력증폭장치의 고효율을 도모할 수 있다. 왜냐하면 고주파모놀리식IC상에 정합회로를 형성하면 소형화는 실현되나, 인덕턴스나 전송선로의 선폭이 가늘게되므로서 손실이 크게 되기 때문이다.
이하 본 발명의 제 9내지 제 15실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 16은 본 발명의 제 9내지 제 15실시예를 표시한 디지틀휴대무선기의 송신장치의 블록도이다. 도 16에 있어서, 디지틀 변조기(84)의 출력은 전력증폭장치(83)에 접속된다. 전력증폭장치(83)의 출력은 위상기(82)를 통과해서 송신안테나(81)에 접속된다. 전력증폭기(83)는 여기서는 도 5의 전력증폭장치와 동일한 내용을 예시하고 있으나, 실시예 2내지 실시예 8의 도 5, 도 7, 도 9, 도 10, 도 11, 도 14 및 도 15에 표시한 바와 같은 수단으로 전파법에 의해 규정되는 불필요복사치를 만족시키는 출력부하임피던스의 영역이 확대된 전력증폭장치이다. 이 구성은 실시예 1과 동일하다.
이상과 같이 구성된 디지틀휴대무선기의 송신장치의 동작은 실시예 1과 동일하다. 이상과 같이 본 실시예에 의하면, 전력증폭기와 안테나사이에 삽입된 위상장치의 위상치를 최적화하므로서, 아이솔레이터를 삭제할 수 있고, 휴대무선기의 소형, 고성능, 저코스트를 실현할 수 있다.
또한 실시예 6, 실시예 7 및 실시예 8에서는 2단계증폭기에 의해 설명했으나, 입력단자쪽에 트랜지스터를 증가한 다단계구성으로 해도된다.
또, 실시예 6, 실시예 7 및 실시예 8의 압력정합회로는 없어도 된다.
또 실시예 2에서는, n개의 증폭기의 입출력부에 위상이 다른 위상기를 삽입했으나, 위상기에 대신해서 n분배기 및 n합성기에 위상기의 기능를 가지게해서 출력단자와 증폭기와의 위상을 바꾸는 구성으로 해도 된다.
또 실시예 2에서는, n분배기 및 n합성기의 각 입력과 출력의 위상변화량을 일정하게 했으나, 각 입력과 출력의 위상변화량이 다른 n분배기 또는 n합성기를 사용해서, 각 위상기의 위상변화량을 보충하는 구성으로 해도 된다.
또, 실시예 2의 n분배기 및 합성기에는 윌킨슨분배기 및 3dB하이브리드 등을 사용해도 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전력증폭기와 안테나 사이에 삽입된 위상장치의 위상치를 조정해서 출력의 변형을 최소로한다. 출력부하임피던스의 위상이 각각 다른 복수의 전력증폭기의 출력을 합성한 전력증폭장치를 사용한다. 또는 제일끝단계디바이스에, 그 앞단계보다 출력전력이 큰 반도체디바이스를 사용한 전력증폭장치를 사용하고, 송신안테나와의 사이에 안테나임피던스를 포함한 전력증폭장치의 출력부하임피던스를 최적이 되도록 설정한 위치장치를 삽입하는 등에 의해, 아이솔레이터를 삭제해도 소정의 불필요복사의 값을 만족시키는 출력부하임피던스의 영역을 확대하는 휴대무선기의 송신장치를 제공할 수 있고, 휴대무선기의 소형화, 고성능화 및 저코스트화를 실현할 수 있다.
본 발명의 실시예의 설명에는 디지틀의 휴대전화기의 경우를 예시했으나, 변조방식이 다른것에 대해서도 적용은 가능하며, 또 휴대하는 무선기가 이와같은 기술의 적용을 가장 필요로하나 휴대하지 않는 무선기에 적용해도 지장이 없다.
실시중의 숫자나 세부구성은 일예이며 이들은 발명의 범위내에서 변경해서 사용할 수 있다.
본 발명은, 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 상기한 실시예는 모든점에서의 단순한 예시에 불과하며, 한정적으로 해석해서는 않된다. 본 발명의 범위는, 특허청구의 범위에 의해서 표시되는 것으로서, 명세서 본문세어는 하등 구속되지 않는다. 또, 특허청구의 균등범위에 속하는 변형이나 변경은 모두 본 발명의 범위내의 것이다.

Claims (8)

1개의 입력에 대해서 동일한 위상 변화량인 n개의 출력을 가진 n분배기와, 상기 n분배기의 출력을 입력하여 위상변화량이 각각1,2…n인 n개의 입력위상기와, 상기 n개의 입력위상기의 출력을 각각 입력하는 동일한 특성을 가진 n개의 전력증폭기와, 상기 입력위상기에 대응하는 상기 n개의 전력증폭기의 각각의 대응하는 출력을 입력으로 하고, 고정위상량을0으로 하였을 경우, 위상변화량이 각각(180°-1+0), (180°-2+0)……(180°-n+0)이 되는 n개의 출력위상기와, 상기 n개의 출력위상기로부터의 n개의 입력에 대해서 동일한 위상변화량을 가지고 n개의 입력을 합성한 1개의 출력을 가진 n합성기를 가지는 병렬구성을 구비한 것을 특징으로 하는 무선기의 송신장치의 고주파전력증폭장치.
제1항에 있어서, n은 2이고, 입력위상기의 위상변화량은1과2로 하였을 경우, (-45°≤(1-2)≤45°)의 조건을 충족하는 것을 특징으로 하는 무선기의 송신장치의 고주파전력증폭장치.
제1항에 있어서, n은 4로 하고, 입력위상기의 각각의 위상변화량을 22.5°로 한 병렬접속구성을 구비한 것을 특징으로 하는 무선기의 송신장치의 고주파전력 증폭장치.
2개의 입력과 2개의 출력을 가지고, 2개의 출력의 한쪽에 대해서 다른쪽이 90°다른 위상변화량인 입력 3dB하이브리드와, 상기 입력 3dB하이브리드의 출력을 입력하여 위상 변화량을1과2로 하였을 경우, (-45°≤(1-2)≤45°)의 조건을 충족하는 2개의 입력위상기와, 상기 2개의 입력위상기의 출력을 각각 입력하는 동일한 특성을 가진 2개의 전력증폭기와, 상기 2개의 입력위상기에 대응하는 상기 2개의 전력증폭기의 각각의 대응하는 출력을 입력으로 하고, 고정위상량을0으로 하였을 경우, 위상변화량이 각각(180°-1+0), (180°-2+0)이 되는 2개의 출력위상기와, 2개의 입력과 2개의 출력을 가지고 2개의 입력의 한쪽에 대해서 다른쪽이 90°다른 위상변화량인 출력 3dB하이브리드를 구비하고, 상기 입력 3dB하이브리드의 2개의 입력중 한쪽을 입력단자에 접속하고 다른쪽을 말단저항에 의해 말단으로 하고 2개의 출력중 90°위상변화가 있는 출력을 입력위상기(1)에 접속하고, 다른쪽을 입력위상기(2)에 접속하고, 2개의 상기 입력위상기에는 각각 전력증폭기를 통해서, 90°위상변화가 있는 입력쪽을 출력위상기(180°-1+0)의 입력에 접속하고, 다른쪽을 상기 출력위상기(180°-2+0)의 입력에 접속하고, 상기 출력 3dB하이브리드의 한쪽의 출력을 말단저항에 의해 말단으로 하고, 다른쪽의 출력을 출력단자에 접속하고, 상기 출력 3dB하이브리드의 90°위상변화가 있는 입력에 상기 출력위상기(180°-2+0)의 출력을 접속하고, 상기 출력 3dB하이브리드의 다른쪽의 입력에는 상기 출력위상기(180°-1+0)의 출력을 접속해서 (-135≤(1-2)≤-45°)의 조건을 충족시키는 병렬접속구멍을 구비한 것을 특징으로 하는 무선기의 송신장치의 고주파전력증폭장치.
입력신호를 디지틀변조하는 디지틀변조기와, 제 1부하임피던스영역을 가지며 상기 디지틀변조기의 출력을 입력해서 증폭하는 전력증폭장치와, 상기 전력증폭장치의 증폭된 출력을 입력하는 위상장치와, 제 2부하임피던스영역을 가지며 상기 위상장치의 출력을 방사하는 송신안테나를 구비하고, 상기 제 1부하임피던스영역은 상기 제 2부하임피던스영역과 보다 밀접하게 정합되도록 시프트되고, 상기 전력증폭장치로 청구범위 제2항 기재의 병렬접속의 전력증폭장치를 사용한 것을 특징으로 하는 무선기의 송신장치.
입력신호를 디지틀변조하는 디지틀변조기와, 제 1부하임피던스영역을 가지며 다시 디지틀변조기의 출력을 입력해서 증폭하는 전력증폭장치와, 상기 전력증폭장치의 증폭된 출력을 입력하는 위상장치와, 제 2부하임피던스영역을 가지며 상기 위상장치의 출력을 방사하는 송신안테나를 구비하고, 상기 제 1부하임피던스영역은 상기 제 2부하임피던스영역과 보다 밀접하게 정합되도록 시프트되고, 상기 전력증폭장치로 청구범위 제3항 기재의 병렬접속의 전력증폭장치를 사용한 것을 특징으로 하는 무선기의 송신장치.
입력신호를 디지틀변조하는 디지틀변조기와, 제 1부하임피던스영역을 가지며 상기 디지틀변조기의 출력을 입력해서 증폭하는 전력증폭장치와, 상기 전력증폭장치의 증폭된 출력을 입력하는 위상장치와, 제 2부하임피던스영역을 가지며 상기 위상장치의 출력을 방사하는 송신안테나를 구비하고, 상기 제 1부하임피던스영역은 상기 제 2부하임피던스영역과 보다 밀접하게 정합되도록 시프트되고, 상기 전력증폭장치로 청구범위 제4항 기재의 병렬접속의 전력증폭장치를 사용한 것을 특징으로 하는 무선기의 송신장치.
입력신호를 디지틀변조하는 디지틀 변조기와, 제 1부하임피던스영역을 가지며 상기 디지틀변조기의 출력을 입력해서 증폭하는 전력증폭장치와, 상기 전력증폭장치의 증폭된 출력을 입력하는 위상장치와, 제 2부하임피던스영역을 가지며 상기 위상장치의 출력을 방사하는 송신안테나를 구비하고, 상기 제 1부하임피던스영역은 상기 제 2부하임피던스영역과 보다 밀접하게 정합되도록 시프트되고, 상기 전력증폭장치로 청구범위 제4항 기재의 병렬접속의 전력증폭장치를 사용한 것을 특징으로 하는 무선기의 송신장치.
입력신호를 디지틀변조하는 디지틀변조기와, 제 1부하임피던스영역을 가지며 상기 디지틀변조기의 출력을 입력해서 증폭하는 전력증폭장치와, 상기 전력증폭장치의 증폭된 출력을 입력하는 위상장치와, 제 2부하임피던스영역을 가지며 상기 위상장치의 출력을 방사하는 송신안테나를 구비하고, 상기 제 1부하임피던스영역은 상기 제 2부하임피던스영역과 보다 밀접하게 정합되도록 시프트되고, 상기 전력증폭장치로 청구범위 제5항 기재의 병렬접속의 전력증폭장치를 사용한 것을 특징으로 하는 무선기의 송신장치.
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