KR100259442B1

KR100259442B1 - 무선전화송신기용의 전력 증폭기

Info

Publication number: KR100259442B1
Application number: KR1019950048563A
Authority: KR
Inventors: 아키히사 스기무라; 쿠니히코 카나자와
Original assignee: 모리 가즈히로; 마츠시다 덴시 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1995-07-13
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 2000-06-15
Also published as: JPH0927720A; KR970008920A

Abstract

본 발명은, 애널로그변조 및 디지탈변조의 양방식에 의해 동작가능한 셀룰라전화기를 포함한 이동무선통신시스템에 관한 것으로서, 단일의 전력증폭회로를 애널로그변조, 디지탈변조의 양방식으로 겸용하고, 또한 애널로그변조방식의 경우의 높은 부가효율과 디지탈변조방식의 경우의 낮은 인접채널누설전력을 동시에 실현할수 있는 무선전화송신기용 전력증폭기를 제공하는 것을 목적으로 한 것이며, 그 구성에 있어서, 애널로그변조액세스방식으로서 FDMA방식을 채용하고, 디지탈변조액세스방식으로서 CDMA방식을 채용한 듀얼모드방식의 무선전화송신기에 있어서, 전력증폭회로(5)에 인가하는 직류전원전압 Vdd를 각 변조방식에 따라서 2종류의 전압으로 강압변환함으로써, 전력증폭회로(5)의 입출력특성을 제어한다. 이 때문에, 마이크로프로세서(3)는, FDMA방식의 경우에는 Vdd로서 4.6V가 전력증폭회로(5)에 인가되고, CDMA방식의 경우에는 Vdd로서 5.0V가 전력증폭회로(5)에 인가되도록, 정전원(1)에 접속된 레귤레이터(2)의 동작을 제어한다. 전력증폭회로(5)의 직류바이어스전압 Vgg는 -3.5V로 고정되는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

무선전화송신기용의 전력증폭기

제1도는 본 발명에 의한 전력증폭기의 구성을 표시한 블록도.

제2도는 제1도중의 전력증폭회로의 내부구성을 표시한 회로도.

제3도는 전력증폭회로의 직류전원전압 Vdd를 변화시킨 경우 제1도의 전력증폭기의 부가효율 및 인접채널누설전력의 변화를 표시한 도면.

제4도는 전력증폭회로의 직류전원전압 Vdd를 절환함으로써, 제1도의 전력증폭기의 입출력특성, 부가효율 및 인접채널누설전력의 변화를 표시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 정(正)전원(직류전압원) 2 : 레귤레이터

3 : 마이크로프로세서(제어회로) 4 : 부(負)전원

5 : 전력증폭회로 6 : 직류가변전압회로

11,12 : 전계효과형 트랜지스터 13∼18 : 마이크로스트립라인

C1∼C5 : 커패시터 R1∼R4 : 저항기

본 발명은, 애널로그변조 및 디지탈변조의 양방식에 의해 동작가능한 셀룰라전화기를 포함한 이동무선통신시스템에 관한 것이다.

최근, 휴대전화, 자동차전화 등으로 대표되는 이동무선통신의 디지탈화가 진행되고 있다. 이 때문에, 종래의 애널로그변조방식은, 디지탈변조방식, 또는, 애널로그변조모드에서도 디지탈변조모드에서도 동작가능한 듀얼모드방식으로 치환되어가고 있다. 듀얼모드방식의 셀룰라전화기는, 디지탈변조방식의 서비스가 특정한 지역에 한정되어 있는 현상에서는 유리하다.

이동무선통신을 위한 무선통신기구의 구성요소중, RF신호증폭용의 전력증폭기는 안테나에 전력을 공급하기 위해서 생략할 수 없는 것이다. 듀얼모드방식의 송신기용 전력증폭기에는, 애널로그변조방식에서는 고효율성이, 디지탈변조방식에서는 고선형성이 각각 요구된다.

종래의 송신기용전력증폭기에 대해서는, 2개의 전력증폭회로를 변조방식에 따라서 스위치에 의해 절환사용하는 기술은 잘 알려져 있다. 가장 단순한 예는, 애널로그변조방식전용의 전력증폭회로와 디지탈변조방식전용의 전력증폭회로를 형성해놓고, 양회로를 선택적으로 사용하는 것이다. 일본국 특개평 5-199127호 공보에는, 비선형 전력증폭회로와 선형전력증폭회로와 스위치를 조합한 송신기용전력증폭기가 개시되어 있다. 애널로그변조모드에서는 고효율성의 실현을 위하여 비선형전력증폭회로의 비선형동작범위(출력전력의 포화영역부근)가, 비교적 저출력의 디지탈변조모드에서는 변조변형의 저감을 위하여 비선형전력증폭회로의 선형동작범위가 각각 이용된다. 또, 비교적 고출력의 디지탈변조모드에서는, 고효율성과 고선형성과의 양립을 위하여, 비선형전력증폭회로와 선형전력증폭회로와의 2단구성으로 스위치에 의해 절환된다.

그런데, 상기 스위치기술을 사용한 종래의 전력증폭기에서는, 2개의 전력증폭회로가 필요하기 때문에 코스트가 높아지고, 이에 대하여 RF신호가 스위치를 통과할 때에 전력손실이 발생하는 결점이 있었다. 따라서, 단일의 전력증폭회로를 애널로그변조, 디지탈변조의 양방식으로 겸용하는 듀얼모드방식 전력증폭기의 실현이 요망되고 있다.

단일의 전력증폭회로를 애널로그변조, 디지탈변조의 양방식으로 겸용하려고하면, 부가효율 및 인접채널누설전력의 면에서 문제가 발생한다.

전력증폭기의 부가효율 n는,

η= (교류출력 전력-교류입력전력 )/직류입력전력

으로 정의된다. 여기서, 교류입력전력은 입력RF신호의 전력이고, 교류출력전력은 출력RF신호의 전력이고, 직류입력전력은 직류전원으로부터 상기 전력증폭기에 공급된 전력이다. 즉, 부가효율이란, 직류전력으로부터 교류전력으로의 변환효율을 의미하는 것이다. 직류전원으로서 전지를 채용한 셀룰라전화기에서는, 전지의 소모를 억제하기 위하여 특히 높은 부가효율이 요망된다.

한편, 전력증폭기의 인접채널누설전력은, 디지탈변조방식에 특유한 것으로서, 반송파의 채널주파수에 인접한 채널주파수대역에서 복사되는 전력의 반송파평균송신출력전력에 대한 비에 의해 정의된다. 디지탈변조방식에서는, 송신잡음을 억제하기 위하여, 특히 낮은 인접채널누설전력이 요망된다.

그런데, 미국에 있어서는 무선전화송신기의 듀얼모드방식에 관한 TIA(미국통신공업회)규격이 있다. TIA규격IS-95에는, 애널로그변조방식의 액세스방식으로서 주파수분할다원액세스(Frequency Division Multiple Access: FDMA)방식이, 디지탈변조방식의 액세스방식으로서 부호분할다원액세스(Code Division Multiple Access : CDMA)방식이 규정되어 있다. FDMA방식 및 CDMA방식에 있어서의 교류출력전력은, 클라스 I의 경우 각각 10W와 3.2W, 클라스 II의 경우 각각 4W와 1.25W, 클라스 III의 경우 각각 1.5W와 0.5W이다.

상기 FDMA방식 및 CDMA방식의 양쪽에서 동일한 직류전원전압을 단일의 전력증폭회로에 인가하는 전력증폭기의 구성에서는, FDMA방식의 경우의 고효율성을 실현하려고 하면 CDMA방식의 인접채널누설전력을 회생시키지 않을 수 없고, CDMA방식의 경우의 저인접채널누설전력을 실현하려고 하면 FDMA방식의 부가효율을 회생시키지 않으면 안된다고 하는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 단일의 전력증폭회로를 애널로그변조, 디지탈변조의 양방식으로 겸용하고, 또한 애널로그변조방식의 경우의 높은 부가효율과 디지탈변조방식의 경우의 낮은 인접채널누설전력을 동시에 실현할 수 있는 무선전화송신기용 전력증폭기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 애널로그변조방식과 디지탈변조방식과의 양쪽으로 동작가능한 무선송신기를 위한 전력증폭기에 있어서, 단일의 전력증폭회로에 인가하는 직류전원전압을 각 변조방식에 따라서 2종류의 전압으로 강압(降壓)변환함으로써 상기 전력증폭회로의 입출력특성을 제어하는 것으로 한 것이다.

구체적으로는, FDMA/CDMA의 듀얼모드방식에 있어서, 디지탈변조방식인 CDMA방식때에 전력증폭회로에 인가되는 직류전원전압을 애널로그변조방식인 FDMA방식때에 비해서 높게 설정한다.

전력증폭회로의 입출력특성에 있어서, CDMA방식에 의해 최소인접채널누설전력을 부여하는 직류전원전압은, FDMA방식에 의해 최대부가효율을 부여하는 직류전원전압에 비해서 높다. 이점에 비추어, 본 발명에 의하면, CDMA방식의 경우의 포화출력전력이 FDMA방식의 경우에 비해서 높게 설정된다. 따라서, FDMA방식의 경우의 고효율성을 실현하면서, CDMA방식의 경우의 저인접채널누설전력을 실현할수 있다.

제1도는, 본 발명에 관한 FDMA/CDMA의 듀얼모드방식(클라스III)의 무선전화송신기용의 전력증폭기의 구성을 표시한 블록도이다. 제1도에 있어서, (1)은 정전원, (2)는 레귤레이터, (3)은 마이크로프로세서, (4)는 부전원, (5)는 전력증폭회로이다. 정전원(1)과 레귤레이터(2)는, 하나의 직류가변전압회로(6)를 구성하고 있다.

정전원(1)은, 6.0∼7.2V의 직류전원전압을 출력하는 것이다. 6.0∼7.2V의 직류전원전압은, 니켈수소전지 5셀, 니켈카드뮴전지 5셀 또는 리튬이온전지 2셀의 직렬접속에 의해 생성된다.

레귤레이터(2)는, 정전원(1)으로부터 출력된 직류전원전압을 4.6V 또는 5.0V로 강압변환해서 출력하는 것이다.

마이크로프로세서(3)는, 프로그램에 따라, 각 변조방식에 응답하여 레귤레이터(2)의 출력전압을 결정하는 것이다. 구체적으로는, 마이크로프로세서(3)는, 애널로그변조방식인 FDMA방식의 경우에는 4.6V를 선택하고, 디지탈변조방식인 CDMA방식의 경우에는 5.0V를 선택하도록, 레귤레이터(2)의 동작을 절환한다.

부전원(4)은, -3.5V의 직류바이어스전압을 출력하는 것이다.

전력증폭회로(5)는, 무선주파수신호를 증폭하는 것 이다. RF_IN은 전력증폭회로(5)의 RF신호입력단자, RF_OUT는 상기 전력증폭회로(5)의 RF신호출력단자이다. 또, 상기 전력증폭회로(5)의 Vdd단자에는 레귤레이터(2)로부터의 직류전원전압(4.6V 또는 5.0V)이, Vgg단자에는 부전원(4)으로부터의 직류바이어스전압(-3.5V)이 각각 인가된다.

제2도는, 제1도중의 전력증폭회로(5)의 내부구성을 표시한 회로도이다. 제2도에 있어서, (11),(12)는 전계효과형 트랜지스터, (13)∼(18)은 마이크로스트립라인(인덕터), C1∼C5는 커패시터, R1∼R4는 저항기이다. Vdd단자에 인가된 직류전원전압은, 마이크로스트립라인(14),(17)을 통해서 전계효과형 트랜지스터(11),(12)의 드레인전극에 공급된다. Vgg단자에 인가된 직류바이어스전압은, 전계효과형 트랜지스터(11),(12)의 게이트전극의 바이어스를 결정하는 것이다. 이들 전계효과형 트랜지스터(11),(12)로서는, 800MHz정도의 RF신호를 취급할 수 있도록, GaAs-MESFET가 채용된다. 이것에 대신해서, 바이폴라트랜지스터, 또는, GaAs와 AlGaAs와 같은 상이한 재료의 접합을 이용한 헤테로 바이폴라트랜지스터(HBT)를 사용할 수도 있다.

제3도는, 전력증폭회로(5)의 직류전원전압 Vdd을 변화시켰을 경우의 제1도의 전력증폭기의 부가효율 및 인접채널누설전력의 변화를 표시한 도면이다. FDMA방식의 경우 1.5W출력시의 부가효율(제3도중의 실선)은, 직류전원전압 Vdd가 4.6V일 때에 최대가 되고 그 값은 60%이다. 일반적으로 전력증폭기의 부가효율은, 교류출력전력이 포화하는 점에서 최대로 된다. 한편, CDMA방식의 경우의 0.5W출력시의 인접채널누설전력(제3도중의 파선)은, 직류전원전압 Vdd가 5.0V이상일 때에 최소로 되고 그 값은 -45dBc이다.

제3도에 의하면, 전력증폭회로(5)의 직류전원전압 Vdd가 고정되어 있는 것으로 가정하면, FDMA방식의 경우에 60%의 고부가효율을 실현하기 위해 직류전원전압 Vdd를 4.6V로 설정하면, CDMA방식의 경우의 인접채널누설전력이 -45dBc보다 높아진다. 한편, CDMA방식의 경우에 -45dBc의 저인접채널누설전력을 실현하기 위해 직류전원전압 Vdd를 5.0V로 설정하면, FDMA방식의 경우의 부가효율이 60%보다 낮아진다. 그러나, 제1도의 전력증폭기에서는 전력증폭회로(5)의 직류전원전압Vdd가 변조방식에 따라서 절환되므로, FDMA방식의 경우의 60%의 고부가효율과 CDMA방식의 경우의 -45dBc의 저인접채널누설전력을 동시에 실현할 수 있다.

제4도는, 전력증폭회로(5)의 직류전원전압 Vdd를 절환함으로써 제1도의 전력증폭기의 입출력특성, 부가효율 및 인접채널누설전력의 변화를 표시한 도면이다. FDMA방식때의 입출력특성(제4도중의 실선)에 있어서의 포화출력전력은 1.5W이고, CDMA방식때의 입출력특성(제4도중의 점선)에 있어서의 포화전력은 2W이다. CDMA방식의 경우, 평균출력전력은 0.5W이나, 피크출력전력은 1W를 초과하기 때문에, 전력증폭기가 충분히 낮은 인접채널누설전력을 가지기 위해서는 2W정도의 포화출력전력이 필요하게 되는 것이다. 전력증폭회로(5)에의 공급전압의 절환에 의해, FDMA방식의 1.5W출력시의 부가효율은 130%, CDMA방식의 0.5W출력시의 인접채널누설전력은 -45dBc가 된다.

여기서, CDMA방식 동작시의 직류전원전압을 강압변환시키지 않고, 정전원(1)의 전압을 그대로 전력증폭회로(5)에 인가해도, 0.5W출력시의 최소인접채널누설전력은 유지할 수 있으나, 효율은 낮아진다. 따라서, CDMA방식동작시의 직류전원전압은 0.5W출력시의 최소인접채널누설전력을 유지할 수 있는 최소의 값으로서 5.0V로 설정하고 있다. 이와 같이, CDMA방식의 동작시에 있어서도, 전원전압을 강압변환함으로써, 최소인접채널누설전력을 유지하면서 높은 효율을 얻을 수 있다.

이상과 같이, 제1도의 전력증폭기에 의하면, 애널로그변조방식인 FDMA방식의 경우의 고부가효율과 디지탈변조방식인 CDMA방식의 경우의 저인접채널누설전력을 동시에 실현할 수 있어, 그 효과는 절대적이다.

또한, 상기 실시예에서 채용한 Vdd 및 Vgg의 값은, 전력증폭회로(5)의 내부구성에 따라서 변경가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 단일의 전력증폭회로에 인가하는 직류전원전압을 애널로그변조, 디지탈변조의 각 방식의 구별에 응답하여 2종류의 전압으로 강압변환함으로써 상기 전력증폭회로의 입출력특성을 제어하는 구성을 채용하였으므로, 애널로그변조방식인 FDMA방식의 경우의 고부가효율과 디지탈변조방식인 CDMA방식의 경우의 저인접채널누설전력을 동시에 실현할 수 있는 우수한 무선전화송신기용 전력증폭기를 제공할 수 있다.

Claims

(정정) 애널로그변조방식과 디지탈변조방식과의 양쪽에 의해 동작가능한 무선전화송신기를 위한 전력증폭기로서, 직류정전압원과 상기 직류정전압원의 전압을 강압해서 고저2종류의 전압변환을 행하기 위한 레귤레이터를 가지는 직류가변전압회로와, 상기 각 방식에 응답하여 상기 직류가변전압회로의 직류전원전압을 결정하기위한 제어회로와, 드레인이 상기 직류가변전압회로에 접속된, 무선주파수신호를 증폭하기 위한 단일의 전력증폭회로와, 상기 전력증폭회로의 게이트에 접속된 직류부전압원을 구비하고, 상기 디지탈변조방식의 동각시에 상기 전력증폭회로에 인가되는 직류전원전압이 애널로그변조방식의 동작시에 비해서 높은 것을 특징으로 하는 무선전화송신기용의 전력증폭기.
(정정) 제1항에 있어서, 애널로그변조방식에 사용히는 액세스방식으로서 주파수분할다원액세스방식(FDMA)을 채용하고, 디지탈변조방식에 사용하는 액세스방식으로서 부호분할다원액세스방식(CDMA)을 각각 채용한 것을 특징으로 하는 무선전화송신기용의 전력증폭기.