KR100278293B1 - 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기 및 그 레이아웃방법 - Google Patents

전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기 및 그 레이아웃방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기 및 그 레이아웃방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하고자 하는 과제
무선전화용 RF송신부의 전력증폭기가 구성소자의 체적이 크고 출력증폭율과 증폭부가이득효율이 낮은 종래기술의 단점을 개선함.
3. 발명의 해결방법의 요지
전력증폭기의 출력전력을 외부에서 결합하고, 전송선 및 럼프트 소자인 저항만을 사용하여 소자의 수량을 최소화하며, 출력전력신호를 결합하는 구조를 채용하여 입력신호인 출력전력이 고출력이고 출력부가이득 효율이 고효율화될 수 있도록 하는 한편, 각각의 증폭회로에서 증폭된 출력전력을 전력증폭기의 외부에서 접속하여 결합하는 구조를 이용하므로써, 출력전력이 고출력이면서 출력부가이득 효율이 매우 높은 증폭효율을 제공하도록 함.
4. 발명의 중요한 용도
IMT-2000용 단말기의 RF송수신부 전력증폭기로 활용할 수 있으며, 무선 근거리통신망(WLL)용 단말기 RF송수신부의 핵심소자로 활용할 수 있음.

Description

전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기 및 그 레이아웃방법
본 발명은 차세대 이동통신시스템(International Mobile Telecommunication - 2000 ; 이하 "IMT-2000"이라 함) 또는 미래공중육상이동통신시스템(Future Public Land Mobile Telecommunication System ; 이하 "FPLMTS" 이라 함)용 이동통신 단말기의 무선(RF)송신부 출력단인 전력증폭기에 관한 것으로, 특히 고출력인 출력전력과 출력부가이득 효율을 극대화 시킬 수 있도록 전력증폭기 외부에서 결합기를 접속하는 구조로서 구성소자의 수량을 최소화시킨 전송선 결합기 외부접속구조를 가지는 전력증폭기 및 그 레이아웃방법에 관한 것이다.
일반적으로 휴대통신용 단말기 RF 송신부의 전력증폭기는 단말기의 배터리(battery) 소모를 적게 하고 입력된 RF신호에 대해 높은 증폭부가이득 효율과 출력전력으로 증폭시킬 수 있는 특성을 가져야 한다. 또한 휴대전화에 적용하기 위해서는 기본적으로 소형/경량화/저비용인 특성을 보유하여야 한다. 한편 송신되는 RF신호를 증폭할 경우에 적용되는 RF 송신부의 전력증폭기는, 회로를 고밀도 고집적화(MMIC: Monolithic Microwave Integrated Circuits)시키는 방법으로 소형, 경량화로 1칩화 제작할 수 있으며, 출력 RF신호를 결합하는 회로도 MMIC 1칩화된 전력증폭기내에 접속시키거나 혹은 외부에서 접속시킬 수 있도록 구현하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 전력증폭기는 단말기의 RF송수신부를 구성하는 부품중 가장 높은 전력을 소모하는 부품이므로 전력증폭기의 증폭효율은 한번 충전으로 단말기를 사용할 수 있는 시간에 직접적인 영향을 미친다. 그런데 출력전력과 증폭부가이득 효율은 서로 상이한 특성이 있으므로 이 두가지 파라메터(parameter) 특성이 모두 만족될 수 있도록 출력단을 최적화하여 설계되어야 하며, 고출력전력 및 고 출력부가이득 효율 특성인 출력신호를 얻기 위한 방법으로 다단(병렬구조)으로 결합할 수 있는 결합기가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 병렬구조로 구성된 전력증폭기의 증폭된 출력신호가 고출력이득 및 고 출력부가이득 효율을 갖도록 하는 전력증폭기를 제공함을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적은 병렬구조로 구성된 전력증폭기의 증폭된 출력신호를 외부에서 결합하는 접속구조의 결합기를 전송선과 럼프트 소자인 저항으로 설계하여 고 출력이득 및 고 출력부가이득 효율을 갖는 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기 및 그 레이아웃방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기의 일실시예 구성도.
도 2는 도 1의 외부 결합기에 전송선과 저항을 이용하여 출력전력을 결합하는 회로의 일실시예 레이아웃.
도 3a는 도 1의 외부 결합기에 최적화된 럼프트 소자로 결합한 증폭기의 입출력 특성도.
도 3b는 도 1의 외부 결합기에 이상적인 전송선과 저항으로 결합한 증폭기의 입출력 특성도.
도 4는 도 1의 외부 결합기에 럼프트소자를 이용하여 출력전력 결합을 위한 회로의 일실시예 레이아웃.
도 5는 도 1의 외부 결합기에 이상적인 전송선과 저항을 이용하여 출력전력을 결합하기 위한 회로의 일실시예 레이아웃.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 외부결합기
2, 3, 4, 5 : 분배된 입력전력에 대한 증폭기
1-10, 1-20, 1-30 : 각 입력전력 결합기
V12 내지 V18 : 비아홀(Via hole) 접지
40 : DC 입력전압 접속패드
C11 내지 C13 : 캐패시터
L11 : 인덕터
L12 : 인덕터
R11, R12, R13, RL: 저항
ST11, ST12, ST23 : 전송선
TML12 ; 설계된 격자""자형 전송선
TML13 ; 설계된자형 전송선
TML11 ; 설계된 ""자형 전송선
TML11 내지 TML23 ; 설계된 전송선
WTML11 내지 WTML23 : 설계된 전송선 및 저항 구조의 결합기용 전송선
SLTL11 내지 SLTL23 : 이상적인 전송선 및 저항 구조의 결합기용 전송선
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기는, 분배된 다수의 입력신호들을 병렬적으로 각각 증폭하므로써 원하는 전력을 분산해서 증폭시키는 다수의 증폭 수단; 및 상기 다수의 증폭 수단에서 증폭된 다수의 신호들을 각각 대응적으로 결합하는 다수의 입력단 결합수단과, 상기 다수의 입력단 결합수단으로부터 출력되는 각 결합신호를 다시 모두 결합하여 출력하는 출력단 결합수단을 포함하여 구성되는 출력전력 결합수단;을 구비함을 특징으로 한다.
상기 구성에서 상기 출력전력 결합 수단은, 상기 다수의 입력단으로 입력되는 증폭된 신호를 결합하는 제 1 및 제 2 입력단 결합수단과, 상기 제 1 및 제 2 입력단 결합수단으로부터 출력되는 두 결합신호를 다시 결합하여 출력하는 출력단 결합수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 입력단 결합수단은 각각, 제 1 입력포트 및 제 2 입력포트 간에 연결된 제 1 저항; 상기 제 1 입력포트에 대하여 상기 저항과 병렬로 연결된 제 1 전송선; 상기 제 2 입력포트에 대하여 상기 저항과 병렬로 연결된 제 2 전송선; 및 상기 제 1 및 제 2 전송선 출력측 공통접점에 연결된 제 3 전송선을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 출력단 결합수단은, 상기 제 1 입력포트 및 제 2 입력포트의 출력측 간에 연결된 제 2 저항; 상기 제 1 입력포트의 출력측에 대하여 상기 제 2 저항과 병렬로 연결된 제 4 전송선; 상기 제 2 입력포트의 출력측에 대하여 상기 제 2 저항과 병렬로 연결된 제 5 전송선; 및 상기 제 4 및 제 5 전송선 출력측 공통접점에 그 입력측이 연결된 제 6 전송선을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제 1 및 제 2 입력단 결합수단은 각각, 제 1 입력포트와 접지간에 연결된 제 1 캐패시터; 제 2 입력포트와 접지간에 연결된 제 2 캐패시터; 상기 제 1 입력포트 및 제 1 입력포트 간에 연결된 제 1 저항; 및 상기 제 2 입력포트에 대해 상기 제 1 저항과 병렬로 연결된 제 2 인덕터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한 상기 출력단 결합수단은, 상기 제 1 및 제 2 입력단 결합수단 각각의 제 1 및 제 2 인덕터 출력측의 공통접점과 출력포트간에 접지된 제 2 캐패시터 및 제 2 저항을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기 레이아웃방법은, 분배된 다수의 입력신호들을 다수의 증폭수단이 병렬적으로 각각 증폭하므로써 원하는 전력을 분산해서 증폭시키고, 상기 다수의 증폭 수단에서 증폭된 다수의 신호들을 각각 대응적으로 다수의 입력단 결합수단이 결합하며, 상기 다수의 입력단 결합수단으로부터 출력되는 각 결합신호를 다시 출력단 결합수단이 모두 결합하여 출력하도록 구현되것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면에서 종래기술과 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 도면 부호를 인용하였다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 IMT-2000용 단말기 출력을 만족 시키기 위하여 4개의 전계효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)를 병렬(parallel)로 연결한 증폭기(amplifier)를 구성하고, 이것들의 출력전력을 외부에서 접속하는 결합기 구조인 전송선과 럼프트(lumped) 소자(저항)를 이용하여 설계한 전송선 결합기를 전력증폭기의 출력단에 접속하여 고 출력전력과 고 출력부가이득 효율을 얻도록 설계 한다.
예컨대, 본 발명의 바람직한 일예로서 게이트 폭(gate width)이 900 μm 인 FET(영국 GEC-Marconi 사의 라이브러리 소자)를 사용할 수 있는 데, 이와같은 FET를 이용한 전력증폭기의 출력전력포트에 본 발명에서 착안한 전송선 결합기를 외부에서 접속하여, 출력전력 및 출력부가이득 효율을 측정한 결과 약 570 mW 의 출력과 약 41 %의 효율을 갖는 전력 증폭기를 얻을 수 있었다. 이것은 이상적인 전송선 결합기 및 럼프트 소자 결합기를 사용하여 출력단을 결합한 것에 비하여 출력전력과 증폭부가이득 효율에서 각각 약 31, 87 mW, 약 3.1, 9.3 %가 개선된 결과이다.(후술되는 <표 1.> 참조)
한편 위와 같은 전력증폭기는 IMT-2000 용 단말기에 적용 되어야 하므로 그 설계 제작 비용과 부피를 최소화 하여야 한다. 이에따라, 본 발명에서는 전력증폭기의 출력단까지는 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuits)로 구현 할 수 있으나, 병렬구조인 출력포트의 출력신호를 결합하기 위한 회로는 크기가 일반적인 칩소자보다 매우 크고, MMIC 칩으로 구현하기에는 적합하지 않으므로, 전송선과 럼프트 소자를 이용하여 외부접속 구조의 결합기를 구성하였다.
도 1은 본 발명에 따른 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기의 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 결합기 접속구조를 가지는 전력증폭기는, 전단인 구동증폭기(도시되지 않음 : 이는 단말기 내에서 전력증폭기의 앞단에 접속됨)의 출력신호를 입력받아 능동소자(예컨대, 게이트폭이 900 μm인 FET)를 이용하여 최적화된 증폭신호를 제공하는 제 1 및 제 2 증폭기(2, 3)와, 제3 및 제 4 증폭기(4, 5)와, 상기 제1 내지 제4 증폭기(2, 3, 4, 5)의 출력단의 외부에서 접속되는 결합기의 입력단을 각각 연결하여, 상기 각각의 증폭기에서 증폭된 출력신호를 결합하는 출력전력 전송선 결합기(1)를 구비하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 결합기 외부접속구조인 전체 전력증폭기의 구성은 전단의 전력증폭기(2, 3, 4, 5)로 부터의 출력신호를 입력받는 구조를 갖는다.
상기 출력신호는 병렬구조를 갖는 증폭기(2, 3, 4, 5)에서 증폭되며, MMIC 온 칩(on-chip)에 포함되어 있으므로, 각각의 입력포트를 통해 입력되는 RF(Radio Frequency)신호는 각 증폭기(2, 3, 4, 5)의 출력단에서 병렬구조를 갖는 출력포트로 증폭된 전력이 출력되도록 한다.
도 2는 도 1의 외부 결합기에 전송선과 저항을 이용하여 출력전력을 결합하는 회로의 레이아웃이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 외부로부터 인가되는 증폭기(2, 3, 4, 5)의 출력신호를 입력받기 위해 입력패드(Input pad, RF input port)를 통해 연결된 신호입력단(Input port2 내지 Input port5)의 결합기는, 각각 두 입력단(Input port2, Input port3, Input port4, Input port5)으로 입력되는 증폭된 신호를 결합하는 제1 및 제2 입력단 결합부(1-10, 1-20) 및 이로부터 출력되는 두 결합신호를 다시 결합하여 출력하는 출력단 결합부(1-30)를 구비하고 있다. 여기서 결합부라는 용어는 결합수단이라는 용어와 혼용되어 사용되어질 것이다.
상기 제1입력단 결합부(1-10)는 입력포트 1 및 입력포트 2 간에 연결된 저항(R12)과, 상기 저항(R12)과 병렬로 연결된 전송선(WTML11, WTML12)과, 상기 전송선(WTML11, WTML12)에 대하여 상기 저항(R12)과 병렬로 연결된 전송선(WTML13, WTML14)과, 상기 두 전송선(WTML13, WTML14)과 동일한 전송선(WTML15)으로 구성된 두 전송선 출력측 공통접점에 그 입력측이 연결된 전송선(WTML16)과, 상기 전송선(WTML16)과 직렬로 접속된 전송선(WTML17)으로 이루어진다.
그리고 상기 제2입력단 결합부(1-20)는 상기 제1입력단 결합부(1-10)에 구성된 연결과 동일한 구조로 이루어진다.
상기 출력단 결합부(1-30)는 제1입력단(1-10)의 종단인 전송선(WTML17)의 출력단과 제2입력단(1-20)의 종단인 전송선(WTML17)의 출력단을 병렬로 연결한 저항(R13)과, 상기 저항(R13)과 병렬로 연결된 2개의 전송선(WTML18)과, 상기 두 전송선(WTML18)의 종단에 직렬로 연결된 전송선(WTML19) 및 전송선(WTML20)으로 이루어지며, 상기 두 전송선(WTML19, WTML20)과 동일한 전송선(WTML21)으로 구성된 두 전송선 출력측 공통접점에 그 입력측이 연결된 전송선(WTML22), 상기 전송선(WTML22)과 직렬로 접속된 전송선(WTML23)으로 이루어지고, 전송선(WTML23)의 종단을 부하저항(RL= 50ohms)에 정합시키고 출력포트(Output port)로 한다.
본 실시예에 따른 전송선과 저항으로 구성된 결합기는 최적 부하 임피던스에 맞도록 최적화시킨 것이며, 도 1에 도시된 네 개의 증폭기(2, 3, 4, 5) 출력전력을 결합시키는 역할을 한다.
한편, 전송선과 저항으로 구성한 윌킨슨(Wilkinson) 결합기 구조의 출력단 결합기는, 각각의 증폭기에서 나오는 출력을 최소한의 손실(약 3 dB)로 결합시키면서 출력단 임피던스 정합을 시켜주는 기능을 한다. 이러한 구조 및 회로소자들의 값에 의하여 전체 전력증폭기의 출력전력 및 출력부가이득 효율을 향상시키는데, 출력단 외부접속 결합기를 접속시킴에 따른 손실은 있으나, 전체적인 출력전력 및 출력부가이득 효율을 향상시킨 효과와 비교하였을 경우에는 무시할 수 있는 손실이라고 할 수 있다.
아울러 상기 각 증폭기에서 출력된 RF신호는 외부에서 연결하는 전송선 결합기(1)에 입력되어 최종적으로 결합된 출력전력이 되도록 한다.
도 1의 입력전력 증폭기(2, 3, 4, 5)의 출력포트에 외부에서 접속하는 전송선 결합기(1)의 일 실시예 회로구성 및 그 레이아웃방법을 확인할 수 있다.
즉, 도면에 도시한 바와 같이, 상기 입력전력 증폭기는, 무선주파수(RF)의 대역폭을 광대역화하기 위한 저항(R11)과, 원하는 출력을 내기 위한 RF신호의 전력을 증폭시키는 전계효과트랜지스터(FET900)와, 상기 전계효과 트랜지스터의 게이트-소오스간에 전압을 인가하기 위해 직류전원을 피딩하여 공급하는 인덕터(L11)와, 입력포트 및 상기 각 소자들을 연결하기 위한 십자()형의 마이크로스트립라인(TML11)과, 상기 전계효과 트랜지스터의 드레인-소오스간에 전압을 인가하기 위해 직류전원을 피딩하여 공급하는 인덕터(L12)와, 상기 각 소자들의 입출력단들간에 각각 구비되는 다수의 으()자형 및 일()자형 마이크로스트립 라인(ST11)(ST12)을 구비하고 있다.
상기 도 1의 입력전력 증폭기(2, 3, 4, 5)는 병렬로 연결된 FET 증폭블럭인 한 개의 FET가 낼 수 있는 전력은 증폭소자의 1 dB 구동점(compression point)에 의해 최대 출력레벨이 제한되어 있으므로, 원하는 고 출력을 내기 위하여 동일한 전력증폭소자를 이용할 경우에는 전력을 분산해서 증폭시켜야 한다. 또한 상기 도4에서 각각의 증폭기는 동일한 특성을 갖는다.
도 1의 RF 입력신호 포트는 일자형 전송선을 통하여 십자형인 마이크로스트립라인(TML21)에서 3개 방향으로 분지된다. 게이트 폭이 900 μm인 증폭용 FET의 게이트에 인가되는 전압(Vgs)은 MMIC칩내에 직류전원을 공급할 때 사용하는 접속패드(F20DCAP)를 통하여 직류전원 피딩 및 입력단 정합용인 인덕터(L11)를 경유하여 공급된다. 그리고, 저항(R11)은 증폭되는 RF주파수의 대역폭을 광대역화 하는 역할을 한다.
한편, FET의 드레인에 공급되는 Vds는 직류전원 피딩 및 출력단 정합용인 인덕터(L12)를 경유하여 공급된다.
도 3a는 도 1의 외부 결합기에 최적화된 럼프트 소자로 결합한 증폭기의 입출력 특성도이다.
도 3b는 도 1의 외부 결합기에 이상적인 전송선과 저항으로 결합한 증폭기의 입출력 특성도이다.
도 4는 도 1의 외부 결합기에 럼프트소자를 이용하여 출력전력 결합을 위한 회로의 일실시예 레이아웃로서, 도 1의 전력증폭기의 출력전력 결합기를 럼프트 소자인 저항(R11, R13, RL), 캐패시터(C11 내지 C13), 인덕터(L11,L12)를 이용하여 구성한 레이아웃이다.
도면에 도시한 바와 같이, 럼프트(Lumped)소자를 이용한 출력전력 결합기의 경우도, 각각 두 입력단으로 입력되는 전력증폭기에서 증폭된 신호를 결합하는 제 1 및 제 2 입력단 결합부(1-10, 1-20) 및 이로부터 출력되는 두 결합신호를 다시 결합하여 출력하는 출력단 결합부(1-30)를 구비하고 있다.
상기 제 1 입력단 결합부(1-10)는 입력포트 2 및 접지(V13)간에 연결된 캐패시터(C11), 입력포트 3과 접지(V14)간에 연결된 캐패시터(C12), 상기 입력포트 2 및 입력포트 3간에 연결된 저항(R11)과 병렬로 연결된 인덕터(L11), 및 상기 입력포트 3에 대해 상기 저항(R11)과 병렬로 연결된 인덕터(L12로 이루어진다.
상기 제 2 입력단 결합부(1-20)는 입력포트 4 및 입력포트 5에 인가되는 증폭된 입력신호를 결합하기 위한 구조로서, 상기 제 1 입력단 결합부(1-10)와 동일한 구조로 이루어져 있다.
상기 출력단 결합부(1-30)는 상기 제1 및 제2 입력단 결합부(1-10, 1-20)의 인덕터(L11 내지 L12) 출력측의 공통접점과 출력포트간에 접지(V15)된 캐패시터(C11) 및 저항(R11)을 구비하고 있다.
도 5는 도 1의 외부 결합기에 이상적인 전송선과 저항을 이용하여 출력전력을 결합하기 위한 회로의 일실시예 레이아웃으로서, 도 2에서와 마찬가지로 입력단 결합부가 대칭적으로 배치되어 있으며, 대응되는 각 기능부가 동일한 기능을 한다.
도 5는 상기 도1의 출력전력 결합기를, 이상적인 전송선과 럼프트 소자인 저항을 이용하여 구성한 일 실시예 및 그 설계방법 레이아웃 회로도이다.
도면에 도시한 바와 같이, 전송선(SLTL11 내지 SLTL23, 저항 R12, R13, RL)을 이용하여 구성한 이상적인 전송선 결합기로, 각각 두 입력단으로 입력되는 증폭된 신호를 결합하는 제 1 및 제 2 입력단 결합부(1-10, 1-20)와, 상기 제 1 및 제 2 입력단 결합부(1-10, 1-20)로부터 출력되는 두 결합신호를 다시 결합하여 출력하는 출력단 결합부(1-30)를 구비하고 있다.
상기 제 1 입력단 결합부(1-10)는 입력포트 2 및 입력포트 3간에 연결된 저항(R12)과 병렬로 연결된 으()자형 전송선(SLTL11), 상기 으자형 전송선(SLTL11)과 병렬로 연결된 으()자형 전송선(SLTL12), 상기 으()자형 전송선(SLTL11, SLTL12) 출력단과 직렬로 연결된 으()자형 전송선(SLTL13)으로 이루어져 있다.
상기 제 2 입력단 결합부(1-20)는 입력포트 4 및 입력포트 5에 인가되는 증폭된 입력신호를 결합하기 위한 구조로서, 상기 제 1 입력단 결합부(1-10)와 동일한 구조로 이루어져 있다.
또한, 상기 제 1 입력단 결합부(1-30)는 상기 제 1 입력단 결합부(1-10)의 출력단 및 상기 제 2 입력단 결합부(1-20)의 출력단에 대하여 상기 저항(R13), 상기 제 1 입력단 결합부(1-10)의 출력단에 대하여 상기 저항(R12)과 병렬로 연결된 으()자형 전송선(SLTL14), 상기 두 으()자형 전송선(SLTL14)의 출력단 접면과 직렬로 연결된 으()자형 전송선(SLTL23), 그리고 상기 으()자형 전송선(SLTL14)의 출력측 및 접지간에 연결된 저항(RL)으로 이루어져 있다.
상기 도 5는 전술한 도 2 및 도 4에서와 마찬가지로 입력단 결합부가 대칭적으로 배치되어 있으며, 대응되는 각 기능부도 동일한 기능을 한다.
상기 도 5에서는 출력단 결합기를 럼프트 소자를 이용하여 구성하고, 소자값들을 최적화하여 원하는 출력 및 효율을 얻을 수 있도록 구현한 예를 나타내었는 데, 그 결과 출력특성은 전송선을 이용하여 구현한 것과 비슷한 값을 얻을 수 있었다. 한편 상기 도 1은 이상적인 전송선을 이용하여 구성하고 예시한 것인데, 이는 다른 경우에 비하여 열악한 특성을 나타내었다.
이상에서 비교한 3가지 출력특성, 즉 i)전송선과 저항으로 구성하여 최적화시킨 결합기(도4 참조), ii)럼프트(lumped) 소자로 구성하여 최적화시킨 결합기(도3c 참조), iii)이상적인 전송선(도5 참조)을 써서 결합한 전체 전력증폭기중 본 발명에서 착안된 전송선과 저항으로 결합한 증폭기의 특성을 <표 1>에 나타내었다.
상기한 바와 같이, 외부접속 구조로 구성을 갖는 무손실 결합기를 연결한 본 발명의 결합기 회로는 IMT-2000 단말기용 RF송신부 전력증폭기로 활용할 수 있으며, 무선 근거리통신망(WLL)용 단말기의 RF송신부의 전력증폭기 출력단 핵심소자로도 널리 활용할 수 있다.
상술한 내용은 본 발명의 실시예에 관하여 설명이 이루어졌지만, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 아울러 당 업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, MMIC 로 구현한 전력증폭기의 출력을 종래의 상용 부품보다 현저하게 크게 할 수 있으며, 출력증폭부가 이득 효율을 향상시킬 뿐만아니라, 전력증폭기 증폭단을 병렬구조로 설계하여 분산시킨 전력을 각 증폭기에서 최대로 증폭하고, 출력단에는 전송선과 저항만으로 구성된 외부 접속구조를 갖는 전송선 결합기를 전력증폭기의 출력단에 연결하므로서, 고출력전력 및 고출력부가이득 효율을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 전력증폭기에 있어서,
    분배된 다수의 입력신호들을 병렬적으로 각각 증폭하므로써 원하는 전력을 분산해서 증폭시키는 다수의 증폭 수단; 및
    상기 다수의 증폭 수단에서 증폭된 다수의 신호들을 각각 대응적으로 결합하는 다수의 입력단 결합수단과, 상기 다수의 입력단 결합수단으로부터 출력되는 각 결합신호를 다시 모두 결합하여 출력하는 출력단 결합수단을 포함하여 구성되는 출력전력 결합수단
    을 포함하여 이루어진 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력전력 결합 수단은,
    상기 다수의 입력단으로 입력되는 증폭된 신호를 결합하는 제 1 및 제 2 입력단 결합수단; 및
    상기 제 1 및 제 2 입력단 결합수단으로부터 출력되는 두 결합신호를 다시 결합하여 출력하는 출력단 결합수단
    을 포함하여 이루어진 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 입력단 결합수단은 각각,
    제 1 입력포트 및 제 2 입력포트 간에 연결된 제 1 저항;
    상기 제 1 입력포트에 대하여 상기 저항과 병렬로 연결된 제 1 전송선;
    상기 제 2 입력포트에 대하여 상기 저항과 병렬로 연결된 제 2 전송선; 및
    상기 제 1 및 제 2 전송선 출력측 공통접점에 연결된 제 3 전송선
    을 포함하여 이루어진 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 출력단 결합수단은,
    상기 제 1 입력포트 및 제 2 입력포트의 출력측 간에 연결된 제 2 저항;
    상기 제 1 입력포트의 출력측에 대하여 상기 제 2 저항과 병렬로 연결된 제 4 전송선;
    상기 제 2 입력포트의 출력측에 대하여 상기 제 2 저항과 병렬로 연결된 제 5 전송선; 및
    상기 제 4 및 제 5 전송선 출력측 공통접점에 그 입력측이 연결된 제 6 전송선
    을 포함하여 이루어진 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 입력단 결합수단은 각각,
    제 1 입력포트와 접지간에 연결된 제 1 캐패시터;
    제 2 입력포트와 접지간에 연결된 제 2 캐패시터;
    상기 제 1 입력포트 및 제 1 입력포트 간에 연결된 제 1 저항; 및
    상기 제 2 입력포트에 대해 상기 제 1 저항과 병렬로 연결된 제1 및 제 2 인덕터
    를 포함하여 이루어진 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 출력단 결합수단은,
    상기 제 1 및 제 2 입력단 결합수단 각각의 제 1 및 제 2 인덕터 출력측의 공통접점과 출력포트간에 접지된 제 3 캐패시터 및 제 2 저항
    을 포함하여 이루어진 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 입력단 결합수단은 각각,
    제 1 입력포트 및 제 2 입력포트 간에 연결된 제 1 저항;
    상기 제 1 입력포트에 대하여 상기 제 1 저항과 병렬로 연결된 제 1 으자(─)형 전송선;
    상기 제 2 입력포트에 대하여 상기 제 1 저항과 병렬로 연결된 제 2 으자(─)형 전송선;
    상기 제 1 으자형 전송선과 직렬로 연결된 제 1 기억자()형 전송선;
    상기 제 2 으자형 전송선과 직렬로 연결된 제 2 기억자()형 전송선;
    상기 제 1 기억자형 전송선과 직렬로 연결된 제 1 일자()형 전송선;
    상기 제 2 기억자형 전송선과 직렬로 연결된 제 2 일자()형 전송선; 및
    상기 제 1 및 제 2 일자형 전송선의 접면 부위에 결합되는 제 3 으자()형 전송선을 포함하여 구성되고,
    상기 출력단 결합수단은,
    상기 제 1 입력단 결합수단의 출력단 및 상기 제 2 입력단 결합수단의 출력단 간에 연결된 제 2 저항;
    상기 제 1 단 결합수단의 출력단에 대하여 상기 제 2 저항과 병렬로 연결된 제 4 으자() 형 전송선;
    상기 제 2 단 결합수단의 출력단에 대하여 상기 제 2 저항과 병렬로 연결된 제 5 으자() 형 전송선;
    상기 제 4 으자형 전송선과 직렬로 연결된 제 3 기억자()형 전송선;
    상기 제 5 으자형 전송선과 직렬로 연결된 제 4 기억자()형 전송선;
    상기 제 3 기억자형 전송선과 직렬로 연결된 제 3 일자()형 전송선;
    상기 제 4 기억자형 전송선과 직렬로 연결된 제 4 일자()형 전송선; 및
    상기 제 3 및 제 4 일자형 전송선의 접면 부위에 결합되는 제 5 으자()형 전송선; 및
    상기 제 5 으자()형 전송선의 출력측 및 접지간에 연결된 제 3 저항
    을 포함하여 이루어진 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기.
  8. 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기 레이아웃방법에 있어서,
    분배된 다수의 입력신호들을 다수의 증폭수단이 병렬적으로 각각 증폭하므로써 원하는 전력을 분산해서 증폭시키고,
    상기 다수의 증폭 수단에서 증폭된 다수의 신호들을 각각 대응적으로 다수의 입력단 결합수단이 결합하며,
    상기 다수의 입력단 결합수단으로부터 출력되는 각 결합신호를 다시 출력단 결합수단이 모두 결합하여 출력하도록 구현됨을 특징으로 하는 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기 레이아웃방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 출력전력 결합 수단은,
    상기 다수의 입력단으로 입력되는 증폭된 신호를 결합하는 제 1 및 제 2 입력단 결합수단; 및
    상기 제 1 및 제 2 입력단 결합수단으로부터 출력되는 두 결합신호를 다시 결합하여 출력하는 출력단 결합수단
    으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전송선 결합기 외부접속 구조를 가지는 전력증폭기 레이아웃방법.
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