KR100306722B1

KR100306722B1 - 고 효율성의 다단 선형 파워 증폭기 및 신호 증폭 방법

Info

Publication number: KR100306722B1
Application number: KR1019997003362A
Authority: KR
Inventors: 버나드 유진 시그먼
Original assignee: 비센트 비.인그라시아, 알크 엠 아헨; 모토로라 인코포레이티드
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2001-09-29
Also published as: EP0932933B1; DE69729466D1; US5786727A; WO1998016997A1; KR20000049254A; JP2001502493A; TW399362B; JP4027988B2; EP0932933A4; EP0932933A1; DE69729466T2

Abstract

파워 증폭기(10)는 광범위한 파워 레벨에 걸쳐 잡음형 멀티 캐리어 신호의 선형 증폭을 제공한다. 파워 분배기(40)는 입력 신호 레벨에 따라 선택적으로 증폭하는 3개의 증폭기 네트워크(70, 72, 74)로 분산시키기 위해 입력 신호를 분배한다. 각각의 증폭기 네트워크(70, 72, 74)는, 이전 단계의 효율이 저감될 때 응답하도록 바이어스된다. 연속적인 증폭기 네트워크(70, 72, 74) 단계는 파워 증폭기(10)의 유효 대역을 확장시킨다. 결합기(28)는 각각의 연속적인 증폭기 네트워크로부터 출력 신호를 결합하여, 파워 증폭기(10) 부하에 효율이 향상된 출력을 제공한다.

Description

고 효율성의 다단 선형 파워 증폭기 및 신호 증폭 방법{MULTI-STAGE HIGH EFFICIENCY LINEAR POWER AMPLIFIER}

위성 통신 시스템에 있어서, 고효율 방식으로 RF 신호를 선형 증폭하기 위해서는 RF 파워 증폭기가 바람직하다. 그러나, 최대 효율과 높은 선형성은 사로 상반적이다. 효율은 일반적으로 입력 구동 레벨에 비례하며, 고효율은 통상적으로 증폭기가 최대 출력 파워에 도달할때까지는 얻어지지 않으며, 이것은 선형 동작과 일치하지 않는다. 예를 들어, 도허티형 증폭기(Doherty-type amplifier)는 RF 입력 레벨이 변함에 따라 캐리어 증폭기의 부하선(loadline)의 순시적 변조로 인해 피크 파워에 가까운 표준 AB급 및 B급 증폭기의 경우 높은 효율을 부분적으로 달성할 수 있다. 즉, 도허티형 증폭기는, 입력 구동 레벨이 변함에 따라 증폭기의 부하선은 고효율을 유지하도록 연속적으로 변경되므로, 입력 구동 레벨과 효율간에 보다 양호한 관계를 나타낸다. 게다가, 도허티형 증폭기의 바이어스 파워는 표준 AB급 및 B급 증폭기의 경우 매우 저감된다.

고 선형성은, 일반적으로 저 레벨의 비선형적 상호 변조곱(intermodulation product)에 의해 증명된다. 여러 상황에서, 위성 통신 시스템에서 증폭될 필요가 있는 RF 신호는 순시적 광대역(large instantaneous bandwidth) 상에 분산된 멀티 캐리어 주파수를 포함한다. 이러한 멀티 캐리어 신호의 잡음형 특성(noise-like characteristic)으로 인해 그러한 신호를 선형 방식으로 증폭하기가 어렵다.

멀티 캐리어 선형 파워 증폭기의 동작에 있어서 중요한 문제점은 멀티 캐리어 신호의 잡음형 특성이다. 단일 주파수의 선형 파워 증폭기의 경우, 파워 증폭기는 일정한 엔벨로프 또는 거의 일정한 엔벨로프에 대해서만 응답할 필요가 있다. 그러나, 잡음형 멀티 캐리어 신호의 RF 진폭 엔벨로프는 총 점유한 신호 대역에 따라 적시에 변한다. 멀티 캐리어 선형 파워 증폭기는, 고 효율의 선형 동작을 얻기 위해서는 이러한 변하는 엔벨로프에 응답해야 한다. 그러므로, 단일 주파수의 선형 파워 증폭기를 능가하는 멀티 캐리어 선형 파워 증폭기에 대한 부가적인 네트워크 설계가 요구된다.

따라서, 다른 증폭기 구성에서 가능한 것보다 광범위한 다이나믹 레인지에 걸쳐 효율을 향상시키는 다단 증폭기가 필요하다. 또한, 위성과 같은 어플리케이션에 적합한 증폭기 회로 및 적절한 개선된 통신을 위한 효율적인 파워 소비 기술에 의지하는 휴대용 송수신기가 필요하다. 또한, 선형적이고 효율적이며 바이어스 파워 레벨이 낮고 제조가능한 증폭기 회로가 필요하다.

본 발명은 선형 파워 증폭기 분야에 관한 것으로, 특히 멀티 캐리어 주파수(multiple carrier frequencies)를 갖는 신호에 대한 마이크로파 파워 증폭기에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 파워 증폭기의 블럭도이다.

도 2는 본 발명에 따른 다단 파워 증폭기의 효율 비교 그래프이다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 신호 증폭 방법을 도시한 흐름도이다.

<도면의 상세한 설명>

본 발명은 무엇보다도 광범위한 파워 레벨에 걸쳐 잡음형 멀티 캐리어 신호를 선형적으로 증폭하는 파워 증폭기를 제공한다. 본 발명은 저 손실(즉, 양호한 DC대 RF 효율) 증폭기 및 광범위한 입력 구동 신호 레벨에 걸쳐 높은 DC대 RF 변환 효율을 달성하는 증폭 방법을 제공한다. 종래 기술의 증폭기는, 그 증폭기가 포화될 때 고 효율점(efficiency point)이 발생되고 파워 포화된 동작에 고유한 제한 처리가 중요한 상호 변조 왜곡 곱을 발생시키기 때문에, 고 효율 및 양호한 선형성을 동시에 달성할 수는 없다.

본 발명에서는, 일체형 부품에 반해, 분산된 위상으로 평면형 마이크로스트립을 사용함으로써, 더 적은 부품, 더 적은 배선 접합 및 보다 제조가능하게 반복가능한 회로로 인해 제조 비용이 절감되고 신뢰성이 향상된다.

도 1은 본 발명에 따른 파워 증폭기의 블럭도를 도시한다. 증폭기(10)는 진폭 또는 주파수가 변조될 수 있거나 4 위상 편이 변조 신호(quadrature phase shift keyed signal)와 같이 보(bauded)되거나 멀티 캐리어 입력 신호를 포함하는 이들 신호의 임의의 조합일 수 있는 RF 입력 신호를 수신하기 위한 입력 포트(12)를 포함한다. 입력 포트(12)에 결합되어 있는 파워 분배기(40)는, 양호한 실시예에서는 3 방향 동 진폭 파워 스플리터(three-way equal amplitude power splitter)이다. 입력 신호를 균일하게 분배하면 3개의 파워 분배기 출력 포트 각각의 출력에서 -5dB 신호 레벨이 된다. 양호한 실시예에 있어서, 파워 분배기(40)는 입력 포트와 동상인 2개의 출력 포트, 즉 제1 캐리어 증폭기 네트워크 포트 및 제2 캐리어 증폭기 네트워크 포트, 및 위상 시프터(19)로 인해 입력 포트를 1/4 파장만큼 지연시키는 제3 출력 포트인 피크 증폭기 네트워크 포트를 포함한다. 3개의 파워 분배기 출력 포트 각각은 입력 신호를 제1 캐리어 증폭기 네트워크(70), 제2 캐리어 증폭기 네트워크(74) 및 피크 증폭기 네트워크(72)로 분산시킨다.

제1 캐리어 증폭기 네트워크(70)는 제1 캐리어 증폭기의 출력 포트로부터의 신호를 부가적 1/4 파장만큼 시프트시키는 위상 시프터(42)를 포함한다. 위상 시프터(42)는 양호하게는 동작 주파수에서 길이의 1/4 파장의 전송 라인을 포함한다.

제2 캐리어 증폭기 네트워크(74)는 제2 캐리어 증폭기의 출력 포트로부터의 신호를 부가적 1/4 파장만큼 시프트시키는 위상 시프터(44)를 포함한다. 위상 시프터(44)는 양호하게는 동작 주파수에서 길이의 1/4 파장의 전송 라인을 포함한다.

피크 증폭기 네트워크(72)는 피크 증폭기의 출력 포트로부터의 신호를 부가적 1/4 파장만큼 시프트시키는 위상 시프터(20)를 포함한다. 양호한 실시예에 있어서, 위상 시프터(20)는 또한 파워 분배기(40)의 피크 증폭기의 출력 포트로부터의 위상 시프트된 신호의 균일한 분배 파워를 제공하는 파워 스플리터를 포함한다. 파워 분배기는 윌큰슨 파워 분배기와 같은 공지된 종류의 파워 분배기들 중 하나일 수도 있다. 파워 분배기/위상 시프터(20)로부터의 양 출력들은 위상이 동일하며, 입력 포트(12)에서의 신호 레벨에 비해 총 -8dB의 신호 레벨의 경우 부가적 신호 레벨이 -3dB 강하된다. 입력 매칭 네트워크(46, 48, 50 및 52)는 대응하는 증폭기의 입력 임피던스와 전송 라인의 임피던스를 매칭시킨다.

다시, 제1 캐리어 증폭기 네트워크(70)를 보면, 양호한 실시예에서는 입력 신호가 존재할 때, 제1 캐리어 증폭기(14)가 AB급으로서 바이어스되며, 증폭한다. 제1 캐리어 증폭기(14)는 다른 증폭기가 바이어스 해제될때에도 '로우' 신호 레벨이 존재하는 데에서 증폭한다.

제2 캐리어 증폭기 네트워크(74)를 참조하면, 제1 캐리어 증폭기(14)에 필요한 최소한보다 높은 신호가 존재할 때, 입력 제2 캐리어 증폭기(15)가 C급으로서 바이어스되며 증폭한다. 제2 캐리어 증폭기(15)는 제1 캐리어 증폭기(14)가 포화에 도달중이거나 도달했을 때 발생되는 레벨에서와 같은 '중간' 신호 레벨이 존재하는 데에서 증폭한다.

피크 증폭기 네트워크(72)에 있어서, 피크 증폭기(22)는 제2 캐리어 증폭기(15)가 증폭되었을 때, 및 포화에 도달중이거나 도달했을 때 발생되는 것과 같은 '하이' 파워 레벨 신호를 증폭하도록 바이어스된다. 양호한 실시예에 있어서, 피크 증폭기(23)는 부가적 신호 파워를 제공하도록 피크 증폭기(22)와 병렬로 구성될 수도 있다.

양호한 실시예에 있어서, 증폭기(14, 15, 22 및 23)는 전계 효과 트랜지스터(FET)이다. 입력 신호가 존재하는 데에서 제1 캐리어 증폭기(14)가 증폭을 시작하는 경우 제2 캐리어 증폭기(15) 및 피크 증폭기(22 및 23)가 바이어스 해제되고 높은 임피던스를 나타내도록 게이트 바이어싱이 설정된다. 출력 매칭 네트워크(60, 62 및 64)는 증폭기의 출력과 전송 라인을 매칭시킨다.

제1 캐리어 증폭기 네트워크(70)에 있어서, 제1 캐리어 증폭기(14)로부터의 출력 매칭 네트워크(60)는 1/4 파장 위상 시프트 및 임피던스 인버터 또는 변성 네트워크(transforming network)를 제공하는 위상 시프터(16)에 결합된다. 양호한 실시예에 있어서, 위상 시프터(16)는 동작 주파수에서 1/4 파장 길이이며 증폭기의 성능을 향상시키기 위한 특성 임피던스의 전송 라인을 포함한다. 위상 시프팅에 의해, 다양한 모든 출력들을 결합시키기 전에 위상이 정렬된다.

제2 캐리어 증폭기 네트워크(74)에 있어서, 제2 캐리어 증폭기(15)로부터의 출력 매칭 네트워크(64)는 1/4 파장 위상 시프트 및 임피던스 인버터 또는 변성 네트워크를 제공하는 위상 시프터(24)에 결합된다. 위상 시프터(16)와 같이, 위상 시프터(24)는 동작 주파수에서 1/4 파장 길이이며 증폭기의 성능을 근사시키는데 필요한 특성 임피던스의 전송 라인을 포함한다. 위상 시프팅에 의해, 모든 다양한 출력들을 결합시키기 전에 위상이 정렬된다.

피크 증폭기 네트워크(72)에 있어서, 출력 매칭 네트워크(62)는 피크 증폭기(22 및 23)로부터의 출력을 결합시키며 위상 시프터(16 및 24)로부터의 출력과 결합시키는 공통 결합점 또는 결합기(combiner;28)에 결합 신호를 제공한다. 결합기(28)의 모든 신호들은 서로 동상이며, 임피던스 변성기(68)에 공급되어 출력(30)에서의 부하와 매칭된다. 양호한 실시예에서, 제1 캐리어 증폭기 네트워크(70), 제2 캐리어 네트워크(74) 및 피크 증폭기 네트워크(72)는 병렬 방식으로 결합된다. 병렬의 다단 구성으로 인해, 각 단의 디바이스가 반복될 수도 있고 동일한 사이즈의 디바이스와 유사할 수도 있으므로, 보다 대형의 디바이스에 의해 과구동되기가 쉽지 않다. 다비이스를 유사한 사이즈로 하여 마이크로스트립과 같은 기판에 레이아웃으로서 디바이스를 매칭시키고 반복시킨다.

임피던스 변성기(68)는 부하를 병렬로 효율적으로 결합되어 있는 4개의 디바이스의 등가 임피던스로 변성하는 기능을 수행한다. 예를 들어, RF 부하의 임피던스가 R이면, 출력 임피던스 변성기는 부하 R를 R/N으로 변성하는데, 여기서 N은 결합되어 있는 등가 임피던스의 수이다.

증폭기(10)의 동작 시퀀스는 다음과 같다. 제1 캐리어 증폭기(14)는, 제2 캐리어 증폭기(15) 및 피크 증폭기(22 및 23)가 바이어스 오프되고 결합기(28)에 고 임피던스를 이상적으로 제공하면서 입력 RF 신호가 존재하는 데에서 증폭하도록 바이어스됨으로써, 결합기(28)에서의 회로를 과도하게 로딩시키지 않는다. 제2 캐리어 증폭기(15)는, 제1 캐리어 증폭기(14)가 포화되면, 높은 입력 신호 구동 레벨로 인해 제2 캐리어 증폭기(15)가 턴온되도록 바이어스된다. 동작시에, 제2 캐리어 증폭기(15)는 출력(30)에 도시된 바와 같이 제1 캐리어 증폭기(14)의 출력 구동 레벨을 증가시킨다. 동작되는 제2 캐리어 증폭기(15)에 의해 발생된 높은 출력 전압이 결합기(28)에서의 임피던스 상승으로서 나타난다.

이러한 임피던스 변성 특징을 갖는 위상 시프터(16)는 1/4 파장 전송 라인의 임피던스 반전 특징으로 인해 제1 캐리어 증폭기(14)에 제공된 부하를 저감시킨다. 부하를 저감시킴으로써, 제1 캐리어 증폭기(14)와 매칭되는 고 파워가 얻어진다. 제1 캐리어 증폭기(14)는 엄격한 한계보다 RF 입력 파워를 계속하여 증폭한다.

제2 캐리어 증폭기(15)가 포화되면, 피크 증폭기(22 및 23)는 도통 상태가얻어지도록 바이어스된다. 양호한 실시예에 있어서, 피크 증폭기(22 및 23)의 게이트 바이어스는, 지정된 입력 구동 레벨에서 이들 증폭기에 의해 파워가 부가되도록 설정된다. 연산 피크 증폭기(22 및 23)에 의해 발생된 출력 전압은, 결합기(28)에서 상승되며, 출력(30)을 발생하는 임피던스 변성기(68)에 의한 부하와 매칭되는 임피던스이다.

도 2는 본 발명에 따른 다단 파워 증폭기의 효율 비교 그래프를 도시한다. 이 그래프는 입력 RF 파워 함수로서 RF 출력 파워 및 효율의 도면을 도시한다. F급 증폭기가 85의 효율에 도달할 수 있기 때문에, F급 증폭기가 분석되고, 도식화되었다. 본 기술 분야의 숙련자는, F급 증폭기가 우수 조파(even harmonics)를 단락시키고, 기수 조파(odd harmonics)를 개방시킨다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 조건은 능동 소자의 드레인에서 구형 전압 파형을 발생한다. E급, B급, C급 및 본 기술 분야의 숙련자에 공지되어 있는 것과 같은 다른 급의 증폭기들이 채용될 수 있다.

B급 곡선(210)은 대략 선형 효율을 나타내는 이상적인 B급 증폭기를 도시한다. 작은 Vo/Vomax 비율인 경우, 효율 레벨은 매우 낮으며 포화점으로 선형적으로 증가된다는 것을 주지해야 한다. 그러나, 적절한 바이어싱을 통해, 더 빠른 포화를 제공하기 위해 이득의 기울기가 조정되어, 작은 신호의 경우 효율을 향상시킨다.

부가적 단계를 부가함으로써, 증폭기 곡선은 광범위한 입력 신호 레벨 이상의 향상된 효율로 조정될 수도 있다. 2단 도허티 곡선(220)은 Vo가 증가하는 경우예상된 효율 저감이 이루어지는 포화점(221)에서의 제1 단 포화를 도시한다. Vo가 증가함에 따라, 제2 단은 턴온되도록 바이어스되고, 그 효율은 포화점(211)에 대응하여 도시된 제2 포화점까지 다시 증가되기 시작한다. 광범위한 신호에 대한 전체 효율은 향상되지만, 저 레벨의 입력 신호는 낮은 Vo 신호에 걸쳐 저 효율이 된다.

멀티 캐리어 입력 신호에 대한 증폭기(10)의 전체 효율을 향상시키기 위해, 다단 곡선(230)은 저 Vo/Vomax 비율의 증폭 효율을 향상시킴으로써 개선됨을 나타낸다. 제1 단은 강하되는 효율로 포화점(231)에서 포화된다. Vo 레벨이 증가함에 따라, 제2 단은 턴온되며, 아직 포화되지 않았기 때문에, 전체 다단 증폭기의 효율은 도시된 바와 같이 향상되기 시작한다. 제2 단은 포화점(221)에서 포화되기 때문에, 다단 증폭기의 전체 효율이 악화되며, 후속의 제3 단이 턴온되어 효율이 복구되기 시작한다. 본 발명에서, 증폭기(10)의 효율 향상은 2단 도허티 곡선(220)과 다단 곡선(230) 사이의 영역에서 증가하는 것으로 나타난다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른, 신호를 증폭하는 방법의 흐름도이다. 증폭 신호 처리는, 증폭기의 전체 성능의 효율을 향상시키기 위해 저 파워 레벨, 중간 파워 레벨 및 고 파워 레벨을 갖는 신호를 증폭한다.

단계(305)에서는, 입력 신호를 제1 캐리어 증폭기, 제2 캐리어 증폭기 및 피크 증폭기로 3개의 분리된 분산 경로로 파워분배한다. 이것은, 양호하게는 파워 분배기(40;도 1 참조)와 같은 파워 분배기 회로에 의해 수행된다.

단계(310)에서는, 입력 신호가 저파워 레벨을 가질 때, 제1 캐리어 증폭기를 바이어스시켜 제1 캐리어 증폭기의 출력 신호를 생성한다. 제1 캐리어 증폭기의경우 증폭 임계값을 설정하기 위한 바이어스 회로는, 본 기술 분야의 숙련자에게는 공지되어 있다.

단계(315)에서는, 저 파워 레벨을 갖는 신호를 1/4 파장만큼 위상 시프트시켜 제1 캐리어 증폭기의 입력 신호를 생성한다. 위상 시프터는 본 기술 분야의 숙련자에 의해 공지된 1/4 파장 전송 라인일 수도 있다.

단계(320)에서는, 제1 캐리어 증폭기에서 제1 캐리어 증폭기의 입력 신호를 증폭하여, 제1 캐리어 증폭기의 출력 신호를 생성한다. 단계(325)에서, 제1 캐리어 증폭기가 포화될때를 판정한다. 아직 포화되지 않았으면, 유효 레벨에서 증폭이 계속된다.

포화가 발생되거나 곧 발생할 때는, 단계(330)에서는 제2 캐리어 증폭기를 바이어스시켜, 신호가 상기 중간 레벨을 가질 때 제2 캐리어 증폭기의 출력 신호를 생성한다. 단계(335)에서는, 중간 파워 레벨을 갖는 신호를 1/4 파장 위상 시프트시켜, 제2 캐리어 증폭기의 입력 신호를 생성한다.

단계(340)에서는, 제2 캐리어 증폭기에서 제2 캐리어 증폭기의 입력 신호를 증폭하여, 제2 캐리어 증폭기의 출력 신호를 생성한다. 단계(345)에서는, 제2 캐리어 증폭기가 포화되는지를 판정한다. 제2 캐리어 증폭기가 포화되지 않으면, 신호가 계속적으로 위상 시프트되고 효율적으로 증폭되는 단계(335)로 처리가 복귀된다.

제2 캐리어 증폭기가 포화되거나 거의 포화되면, 단계(350)에서는 피크 증폭기를 바이어스시켜, 신호가 고 파워 레벨을 가질 때 피크 증폭기의 출력 신호를 생성한다. 각각의 증폭기의 바이어싱은 병렬 하드웨어 구현으로 수행될 수도 있으며, 증폭기의 바이어싱은 회로에 파워를 인가할 때 시작된다는 것을 주지해야 한다.

단계(355)에서는 입력 신호가 고 파워 레벨인 신호를 1/2 파장만큼 위상 시프트시켜 피크 증폭기의 입력 신호를 생성한다. 단계(360)에서는, 피크 증폭기에서 입력 신호를 증폭하여, 피크 증폭기의 출력 신호를 생성한다.

단계(365)에서는, 제1 캐리어 증폭기의 출력 신호 및 제2 캐리어 증폭기의 출력 신호를 1/4 파장만큼 위상 시프트시켜, 시프트된 제1 캐리어 증폭기의 출력 신호 및 시프트된 제2 캐리어 증폭기의 출력 신호를 생성한다. 단계(370)에서는, 시프트된 제1 캐리어 증폭기의 출력 신호, 시프트된 제2 캐리어 증폭기의 출력 신호 및 피크 증폭기의 출력 신호를 결합시켜 출력 신호를 생성한다. 단계(375)에서는, 제1 캐리어 증폭기, 제2 캐리어 증폭기 및 피크 증폭기에 대해 소정의 출력 임피던스 매칭을 생성하여, 이 출력 신호를 부하에 제공한다.

상술된 실시예에서는, 양호하게는 갈륨 비화물로 제조되었지만, 일체형 소자를 사용하여 임의의 성분 또는 모든 성분이 제조될 수도 있다.

따라서, 잡음형 멀티 캐리어 신호를 처리할 수 있고 광범위한 신호 파워 레벨에 걸쳐 효율적으로 동작될 수 있는 파워 증폭기가 기술된다. 이러한 파워 증폭기는 성능 연장에 필요한 효율을 요구하는 휴대용 소자에서 사용하기에 적합하다. 그러한 사용예로는 셀룰러 전화와 같은 휴대용 통신 및 순시적 광대역에 걸쳐 분산된 다중 캐리어 주파수를 사용하는 위성 통신이 포함된다.

본 발명은 4개의 능동 소자로부터 가능한 결합 출력 파워를 효율적으로 달성하는 위상을 구현한다. 4개의 소자들을 함께 결합시키는 기존의 2단 도허티 증폭기는, 2개의 개별 도허티 증폭기의 입력 및 출력에 대해 균일한 분배 파워 결합기를 갖는 파워 결합기가 요구될 것이다. 본 발명은, 2개의 개별 도허티 증폭기를 함께 결합시키는데 파워 증폭기를 사용하지 않고 4개의 능동 소자를 성공적으로 파워 결합시켜, 수동 파워 결합기와 연관된 회로 손실을 없앤다.

또한, 본 발명은 종래 기술과 비교할 때 능동 소자로부터 달성될 수 있는 고 효율의 동작 범위에 대해 최적화시키고 향상시키는 방식으로 각각의 개별 파워 결합 동작의 초기화를 시퀀스시킨다.

따라서, 제1 및 제2 캐리어 증폭기 및 피크 증폭기를 포함하며, 신호를 증폭하는 파워 증폭기 회로가 개시되었다. 또한, 파워 증폭기의 전체 효율을 향상시키며, 입력 신호의 스펙트럼을 갖는 신호를 증폭하는 방법이 개시되었다.

상술된 특정 실시예의 설명은, 기존의 지식을 적용하여 일반 개념에서 벗어나지 않고 그러한 특정 실시예를 쉽게 변형하고/또는 다양한 응용에 적용할 수 있다는 본 발명의 일반적인 특징을 완전히 밝히므로, 이러한 적용 및 변형은 개시된 실시예의 등가물의 의미 및 범위내에서 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 사용된 표현 및 용어는 설명을 위한 것이며 한정하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허 청구 범위의 사상 및 범위내에 속하는 모든 변경, 변형, 등가물 및 변동을 포함한다.

Claims

파워 증폭기에 있어서,

1/4 파장만큼 위상 시프트된 입력 신호의 낮은 신호 레벨을 증폭하도록 구성되어 있는 제1 캐리어 증폭기;

상기 제1 캐리어 증폭기의 출력에 결합되어 있는 제1 1/4 파장 전송 라인;

상기 1/4 파장만큼 위상 시프트된 입력 신호의 중간 신호 레벨을 증폭하도록 구성되어 있는 제2 캐리어 증폭기;

상기 제2 캐리어 증폭기의 출력에 결합되어 있는 제2 1/4 파장 전송 라인;

1/2 파장만큼 위상 시프트된 입력 신호의 높은 신호 레벨을 증폭하도록 구성되어 있는 피크 증폭기; 및

상기 제1 및 제2 1/4 파장 전송 라인 및 상기 피크 증폭기의 출력 신호들을 동상으로 결합하는 결합기

를 포함하는 파워 증폭기.
제1항에 있어서,

상기 제1 캐리어 증폭기가 상기 낮은 신호 레벨로부터 제1 캐리어 증폭기의 출력 신호를 생성하게 하는 제1 바이어싱 수단;

상기 제2 캐리어 증폭기가 상기 중간 신호 레벨로부터 제2 캐리어 증폭기의 출력 신호를 생성하게 하는 제2 바이어싱 수단; 및

상기 피크 증폭기가 상기 높은 신호 레벨로부터 피크 증폭기의 출력 신호를 생성하게 하는 피크 바이어싱 수단

을 포함하는 파워 증폭기.
제1항에 있어서, 입력 신호를 상기 제1 캐리어 증폭기, 상기 제2 캐리어 증폭기 및 상기 피크 증폭기로의 3개의 개별 분산 경로로 분배하는 파워 분배기를 더 포함하는 파워 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 제1 캐리어 증폭기, 상기 제2 캐리어 증폭기, 상기 피크 증폭기 및 상기 결합기의 출력들 사이에 결합되어, 상기 제1 캐리어 증폭기의 출력 신호, 상기 제2 캐리어 증폭기의 출력 신호 및 상기 피크 증폭기의 출력 신호의 임피던스를 매칭시키는 출력 임피던스 매칭 수단을 더 포함하는 파워 증폭기.
낮은 파워 레벨, 중간 파워 레벨 및 높은 파워 레벨의 신호를 증폭하는 방법에 있어서,

상기 낮은 파워 레벨을 갖는 상기 신호를 1/4 파장만큼 위상 시프트시켜, 제1 캐리어 증폭기의 입력 신호를 생성하는 단계;

제1 캐리어 증폭기에서 상기 제1 캐리어 증폭기의 입력 신호를 증폭하여 제1 캐리어 증폭기의 출력 신호를 생성하는 단계;

상기 중간 파워 레벨을 갖는 상기 신호를 1/4 파장만큼 위상 시프트시켜, 제2 캐리어 증폭기의 입력 신호를 생성하는 단계;

제2 캐리어 증폭기에서 상기 제2 캐리어 증폭기의 입력 신호를 증폭하여 제2캐리어 증폭기의 출력 신호를 생성하는 단계;

상기 높은 파워 레벨을 갖는 상기 신호를 1/2 파장만큼 위상 시프트시켜, 피크 증폭기의 입력 신호를 생성하는 단계;

피크 증폭기에서 상기 피크 증폭기의 입력 신호를 증폭하여 피크 증폭기의 출력 신호를 생성하는 단계;

상기 제1 캐리어 증폭기의 출력 신호 및 상기 제2 캐리어 증폭기의 출력 신호를 1/4 파장만큼 위상 시프트시켜, 시프트된 제1 캐리어 증폭기의 출력 신호 및 시프트된 제2 캐리어 증폭기의 출력 신호를 생성하는 단계; 및

상기 시프트된 제1 및 제2 캐리어 증폭기의 출력 신호와 상기 피크 증폭기의 출력 신호를 결합시켜, 출력 신호를 생성하는 단계

를 포함하는 신호 증폭 방법.
제5항에 있어서,

상기 제1 캐리어 증폭기를 바이어싱하여, 상기 낮은 파워 레벨에 대한 상기 제1 캐리어 증폭기의 출력 신호를 생성하는 단계;

상기 제2 캐리어 증폭기를 바이어싱하여, 상기 중간 파워 레벨에 대한 상기 제2 캐리어 증폭기의 출력 신호를 생성하는 단계; 및

상기 피크 증폭기를 바이어싱하여, 상기 높은 파워 레벨에 대한 상기 피크 증폭기의 출력 신호를 생성하는 단계

를 포함하는 신호 증폭 방법.
제6항에 있어서,

상기 제2 캐리어 증폭기의 입력 신호를 증폭하는 단계 이전에, 상기 제1 캐리어 증폭기를 포화시키는 단계; 및

상기 피크 증폭기의 입력 신호를 증폭하는 단계 이전에, 상기 제2 캐리어 증폭기를 포화시키는 단계

를 포함하는 신호 증폭 방법.
제7항에 있어서, 상기 신호를 상기 제1 캐리어 증폭기, 상기 제2 캐리어 증폭기 및 상기 피크 증폭기로의 3개의 개별 분산 경로로 파워 분배하는 단계를 더 포함하는 신호 증폭 방법.
제5항에 있어서, 상기 제1 캐리어 증폭기, 상기 제2 캐리어 증폭기 및 상기 피크 증폭기에 대해 소정의 출력 임피던스 매칭을 생성하는 단계를 더 포함하는 신호 증폭 방법.
제5항에 있어서, 상기 피크 증폭기의 입력 신호를 증폭하는 단계는 상기 피크 증폭기의 출력 신호를 증폭하는 제2 피크 증폭기를 제공하는 단계를 더 포함하는 신호 증폭 방법.