KR100346080B1 - 광대역선형증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 WLL, IMT-2000 등 RF 앰프의 구현에 필요한 수천 MHz 대역의 주파수를 증폭할 수 있도록 한 광대역 선형 증폭기에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 신호원에서 제공되는 입력 신호의 주파수 특성을 입력 정합 및 출력 정합을 쉽게 실현할 수 있도록 보상해 주고, 증폭 블록의 출력을 궤환시켜 평탄화 특성을 보상해 주며, 또한 동작 온도와 바이어스 전압의 변동에 작은 영향을 받으면서 잡음지수가 작은 출력 이득을 얻을 수 있도록 보상해 줌으로써, WLL, IMT-2000 등 RF 앰프의 구현에 필요한 수천 MHz 대역의 주파수 신호를 생성할 수 있는 것이다.

Description

광대역 선형 증폭기{BROAD BAND LINEAR AMPLIFIER}

본 발명은 선형 증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위성을 이용하여 멀티 미디어 서비스를 제공하는 WLL, IMT-2000(일명, FPLMTS) 등 RF 앰프를 실현하는 데 적합한 광대역 선형 증폭기에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, CDMA 방식을 이용하는 무선 통신(예를 들면, 셀룰러폰, PCS 등)은 수천 MHz 대역의 주파수를 이용하는데, 이와 같이 동작 대역 수천 MHz의 주파수를 생성하는 종래의 전형적인 협대역 증폭기가 도 3에 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 전형적인 종래의 선형 증폭기는 협대역 입력 정합 회로(302), 증폭 블록(304) 및 협대역 출력 정합 블록(306)을 포함한다.

먼저, 협대역 입력 정합 회로(302)는 신호원에서 최대 전력을 꺼낼 수 있도록 신호원의 내부 저항과 부하 저항을 맞추어 리액턴스 특성을 맞춤으로써, 신호원과 증폭 블록(304)내 증폭기간의 임피던스 매칭(반사파를 제거하는 입력 정합)을 수행하는 것으로, 임피던스 정합된 신호는 증폭 블록(304)내 트랜지스터로 제공되며, 여기에서의 주파수 특성 G_S는, 도 4a에 도시된 바와 같다.

다음에, 증폭 블록(304)은 증폭용의 트랜지스터 소자를 포함하여 임피던스 매칭된 입력신호를 적절한 이득 범위로 증폭하는 것으로, 여기에서 적절한 이득 레벨로 증폭된 주파수 신호, 즉 수천 MHz 대역의 주파수 신호는 다음 단의 협대역 출력 정합 블록(306)으로 전달된다. 이때, 증폭 블록(304)에서는 LPF의 특성을 갖는 능동 소자의 특성을 나타내는데, 주파수 특성 G_D는 도 4b에 도시된 바와 같다.

또한, 협대역 출력 정합 블록(306)은 증폭 블록(304)에서의 출력과 도시 생략된 부하간의 임피던스를 매칭시키는 것으로, 이러한 출력 정합을 통해 부하 효율이 최대로 되는 전력을 부하로 제공한다. 여기에서의 주파수 특성 G_L은 도 4c에 도시된 바와 같다.

따라서, 상술한 바와 같은 종래의 협대역 선형 증폭기에서는 도 4d에 도시된바와 같은 이득 G, 즉 G_S·G_D·G_L로 되는 이득(G)을 갖는 수천 MHz의 주파수 대역의 신호를 생성한다.

한편, WLL, IMT-2000 RF 등을 구현하는 데 있어서는, 기존의 수천 MHz의 주파수 대역을 이용하는 무선 통신(예를 들면, 셀룰러폰, PCS 등)과는 달리, 수천 MHz(예를 들면, 2300 - 2500MHz)의 주파수 대역을 필요로 한다.

그러나, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 종래 선형 증폭기에서는 WLL, IMT-2000 등의 구현에 필요한 수천 MHz의 주파수 대역을 생성할 수 없기 때문에, 이의 실현을 위한 새로운 광대역 선형 증폭기의 대두가 절실한 실정이다.

본 발명은 상기한 점에 착안하여 안출한 것으로, IMT-2000의 구현에 필요한 수천 MHz 대역의 주파수를 생성할 수 있는 광대역 선형 증폭기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 신호원에서 발생된 입력 신호를 수천 MHz의 주파수 대역을 갖는 신호로 증폭하는 광대역 선형 증폭기에 있어서, 신호원 발생기로부터 제공되는 입력신호의 주파수 특성을 평탄하게 변경하는 주파수 특성 보상 수단; 상기 특성 보상된 입력신호와 부하간의 임피던스를 정합시키는 광대역 입력 정합 수단; 상기 임피던스 정합된 입력신호를 기 설정된 이득 범위 내에서 소정 레벨로 증폭함으로써, 목표 이득을 갖는 수천 MHz의 주파수 대역을 갖는 출력신호를 발생하는 증폭 수단; 상기 증폭 수단의 출력신호에서 평탄화 특성을 보상한다음 상기 증폭 수단의 입력 측으로 궤환시키는 제 1 보상 수단; 상기 증폭 수단의 출력신호에서 온도 변화에 따른 잡음지수 및 이득 보상을 수행한 다음 상기 증폭 수단의 입력 측으로 궤환시키는 제 2 보상 수단; 및 부하 임피던스의 부하 효율 증진을 위해 상기 증폭 수단의 출력신호와 부하간의 임피던스를 정합시키는 광대역 출력 정합 수단으로 이루어진 광대역 선형 증폭기를 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광대역 선형 증폭기의 블록구성도,

도 2는 본 발명에 따른 광대역 선형 증폭기의 각 단에서의 주파수 특성도,

도 3은 전형적인 종래 협대역 선형 증폭기의 블록구성도,

도 4는 종래의 협대역 선형 증폭기의 각 단에서의 주파수 특성도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

102 : 주파수 특성 보상 블록 104 : 광대역 입력 정합 블록

106 : 증폭 블록 108 : 제 1 보상 블록

110 : 제 2 보상 블록 112 : 광대역 출력 정합 블록

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광대역 선형 증폭기의 블록구성도로써, 주파수 특성 보상 블록(102), 광대역 입력 정합 블록(104), 증폭 블록(106), 제 1 보상 블록(108), 제 2 보상 블록(110) 및 광대역 출력 정합 블록(112)을 포함한다.

도 1을 참조하면, 주파수 특성 보상 블록(102)은, 도시 생략된 신호원 발생기로부터 제공되는 신호원의 특성을 변경하여 증폭기의 주파수 특성을 보상, 즉 광대역 입력 정합 블록(104)에서의 주파수 특성 G_S와 광대역 출력 정합 블록(112)에서의 주파수 특성 G_L을 쉽게 실현할 수 있도록 주파수 특성을 보상하는 것으로, 이러한 주파수 특성 보상을 통해 플랫(flat)한 특성을 갖는 주파수를 얻을 수 있다. 이러한 주파수 특성 보상 블록(102)에서의 주파수 특성 G_C는, 일 예로서 도 2a에 도시된 바와 같다.

또한, 광대역 입력 정합 블록(104)은 주파수 특성이 보상된 신호에서 최대 전력을 꺼낼 수 있도록 입력 신호의 내부 저항과 부하 저항을 맞추어 리액턴스 특성을 맞춤으로써, 입력 신호와 증폭 블록(106)내 FET간의 광대역 임피던스 매칭(반사파를 제거하는 입력 정합)을 수행하는 것으로, 예를 들면 수천 MHz에 대응할 수 있도록 임피던스를 정합시켜 증폭 블록(106)의 FET 게이트로 제공한다. 여기에서의 주파수 특성 G_S는, 도 2b에 도시된 바와 같다.

즉, 정합하는 주파수에서 멀어지면 부정합으로 인해 증폭기의 주파수 대역이 좁아지기 때문에 손실에 의한 잡음지수(NF : Noise Figure)의 악화가 문제되지 않는 범위에서 정합 소자에 저항 성분을 포함하여 정합회로에 의한 협대역화를 방지할 수 있으며, 흩어짐이나 온도 특성에 의한 주파수 특성의 안정화를 도모할 수 있다.

다음에, 증폭 블록(106)은 입력신호를 적절한 이득 범위에서 증폭하는 FET 소자를 이용할 수 있는 데, 이러한 FET는 그 특성상 최저 잡음 지수와 최대 가용 이득을 동시에 만족시키는 것이 어렵다. 즉, 입력 신호를 최적 입력 단 반사계수에 정합시키면 최대 가용 이득을 얻을 수 있으나 증폭기의 잡음지수 값이 증가하게 된다는 문제가 있으며, 반대로 입력 신호를 최저 잡음지수에 정합시키면 최대 가용이득이 저하된다는 문제가 있다. 따라서, 상반되는 잡음과 이득의 관계를 고려하여 스미스 차트 상에서 잡음지수 원과 이득 원이 교차하는 점을 선택하여 입력 소스 임피던스 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 증폭 블록(106)에서의 출력은 FET의 주파수 특성에 의해 대역내의 주파수에서 이득이 평탄하지 않게 되는 데, 제 1 보상 블록(108)은 FET의 출력을 증폭 블록(106)의 입력 측(즉, 게이트)으로 궤환시켜 평탄화 특성을 보상한다. 즉, 중심 주파수를 증폭 블록의 주파수 대역 외의 높은 주파수로 선택하여 주파수 특성이 양의 기울기인 곳을 이용함으로써 평탄화를 도모한다.

이를 위하여, 전 대역에 걸쳐서 입, 출력 임피던스가 순 저항이 되어 있는 것, 즉 각 정수의 선택에 따라서 대역폭을 바꿀 수 있는 특징을 갖는 T형 밴드패스 필터를 평탄화 보상 수단으로 이용할 수 있다. 따라서, FET에서의 출력 주파수는 일정 레벨의 평탄도를 유지하게 된다. 이러한 증폭 블록(106)에서의 주파수 특성 G_D는, 일 예로서 도 2c에 도시된 바와 같다.

다른 한편, 제 2 보상 블록(110)은, 광대역의 잡음 특성, 즉 온도의 변화에 기인하는 증폭기의 이득 변화를 보상, 즉 증폭기의 동작 온도와 바이어스 전압의 변동에 작은 영향을 받으면서 잡음지수가 작은 출력 이득을 얻을 수 있도록 FET의 출력을 증폭 블록(106)의 입력 측(즉, 게이트)으로 궤환시켜 온도 변화에 따른 잡음지수 및 이득 보상을 수행한다.

마지막으로, 광대역 출력 정합 블록(112)은, FET가 고역 통과형의 LC회로로구성될 때 부하 임피던스의 부하 효율이 최대가 되도록 증폭 블록의 출력과 도시 생략된 부하간의 임피던스를 매칭시키는 것으로, 여기에서의 주파수 특성 G_L은 도 2d에 도시된 바와 같다. 도 2e는 본 발명에 따른 광대역 선형 증폭기에서 얻어지는 이득 G를 나타낸다.

따라서, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 광대역 선형 증폭기에서는 WLL, IMT-2000 등 RF 앰프의 구현에 필요한 수천 MHz(예를 들면, 2000 - 2200MHz)의 주파수 대역 신호를 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 신호원에서 제공되는 입력 신호의 주파수 특성을 입력 정합 및 출력 정합을 쉽게 실현할 수 있도록 보상해 주고, 증폭 블록의 출력을 궤환시켜 평탄화 특성을 보상줌으로서 선형성을 개선하며, 또한 동작 온도와 바이어스 전압의 변동에 작은 영향을 받으면서 잡음지수가 작은 출력 이득을 얻을 수 있도록 보상해 줌으로써, WLL, IMT-2000 등 RF 앰프의 구현에 필요한 수천 MHz 대역의 주파수 신호를 생성할 수 있다.

Claims (1)

1. 신호원에서 발생된 입력 신호를 수천 MHz의 주파수 대역을 갖는 신호로 증폭하는 광대역 선형 증폭기에 있어서,

   신호원 발생기로부터 제공되는 입력신호의 주파수 특성을 평탄하게 변경하는 주파수 특성 보상 수단;

   상기 특성 보상된 입력신호와 부하간의 임피던스를 정합시키는 광대역 입력 정합 수단;

   상기 임피던스 정합된 입력신호를 기 설정된 이득 범위 내에서 소정 레벨로 증폭함으로써, 목표 이득을 갖는 수천 MHz의 주파수 대역을 갖는 출력신호를 발생하는 증폭 수단;

   상기 증폭 수단의 출력신호에서 평탄화 특성을 보상한 다음 상기 증폭 수단의 입력 측으로 궤환시키는 제 1 보상 수단;

   상기 증폭 수단의 출력신호에서 온도 변화에 따른 잡음지수 및 이득 보상을 수행한 다음 상기 증폭 수단의 입력 측으로 궤환시키는 제 2 보상 수단; 및

   부하 임피던스의 부하 효율 증진을 위해 상기 증폭 수단의 출력신호와 부하간의 임피던스를 정합시키는 광대역 출력 정합 수단으로 이루어진 광대역 선형 증폭기.