KR100363612B1 - Ｌｐａ용 전력합성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신용 기지국 또는 중계기의 시스템에 사용되는 LPA용 전력합성장치에 관한 것이다. 특히, RF 스위칭부의 입,출력 포트를 각기 다른 비매칭 구조로 구현하여 출력 포트의 임피던스값이 분배수에 의해 결정되도록 하며, RF 출력단에 옵션 스위칭부를 부가하여 RF 신호의 반사파 손실 및 삽입 손실을 최소화하도록 한다.

본 발명은 입력된 RF 신호를 소정 개수로 분리하여 절연시키는 분배수단과; 상기 분배수단으로부터 절연 분리된 RF 신호를 전력 증폭시키는 소정 개수의 LPA로 이루어진 LPA모듈수단, 상기 분배수단으로부터 분배되는 RF 신호의 출력 포트에 따라 RF 신호를 차단하는 RF스위칭수단; 상기 RF스위칭수단으로 부터 출력되는 출력 전력을 합성시키는 합성수단; 상기 RF스위칭수단에 의해 출력 포트의 경로가 변경될 때 출력 전력을 차단하는 옵션스위칭수단; 및 상기 RF스위칭수단 및 상기 옵션스위칭수단으로부터 RF 신호의 불량 및 출력 전력의 손실이 발생될 때 출력 스위칭 신호를 선별적으로 제어함과 더불어 알람/모니터를 통해 경보하도록 제어 신호를 발생하는 알람/모니터제어수단으로 구성되는 LPA용 전력합성장치를 제공한다.

Description

ＬＰＡ용 전력합성장치{Power combiner system for Linear Power Amplifier}

본 발명은 이동통신용 기지국 또는 중계기의 시스템에 사용되는 전력합성장치에 관한 것으로, 특히 LPA용 전력합성장치에서 RF 스위칭부의 입,출력 포트를 각기 다른 비매칭 구조로 형성함과 더불어 옵션 스위칭부를 부가적 형성함으로써 고주파 신호의 반사파 손실(Loss)을 최소화하도록 하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 고주파 시스템에는 고주파 전력을 여러 개의 출력포트로 분배하는 전력분배기(power splitter)와, 여러 포트로 입력되는 고주파 전력을 합성하여하나의 포트로 출력하는 전력합성기(power combiner)가 이용되고 있다.

즉, 전력분배기는 한 개의 신호원으로부터 입력되는 초고주파 신호를 여러 개의 필요 부분으로 일정한 비율로 분배하는데 유용하게 사용되며, 전력합성기는 여러 개의 신호원 또는 증폭기로부터 출력되는 초고주파 신호를 결합하여 한 개의 안테나 혹은 출력의 세기를 높이는데 유용하게 이용된다.

이러한 전력분배기와 전력합성기는 통상 하나의 회로로서 구현되는 것이 일반적이며, 윌킨슨(wilkinson)에 의해 제안된 양방향성 하이브리드형 분배기/합성기인 N-way 윌킨슨 전력분력기/합성기가 사용되고 있다.

도 1은 종래 N-way 방식의 전력분배기/합성기의 회로 구성도로서 그 구성 및 동작에 대하여 간략하게 설명하기로 한다.

고주파 신호 RF가 제 1포트(1)로부터 입력되는 경우 입력된 RF 신호들은 각기 분배되어 전송라인(3a,3b,3c,3d)을 거쳐 공통노드 CN으로 출력된다.

이 때, 전송라인(3a,3b,3c,3d)의 일측에는 제 1노드(N1, N1, N1, N1)가 연결되어 있으며, 그 타측에는 제 2노드(N2, N2, N2, N2)와, 아이솔레이션저항(7a,7b,7c,7d)이 공통노드 CN과 공통 접속되어 있다.

또한, 전송라인(3a,3b,3c,3d)의 타측에는 분배된 신호를 출력시키기 위한 제 2포트(5a,5b,5c,5d)가 각각 연결되어 있다.

이 때, 전송라인(3a,3b,3c,3d)의 파장 길이는 λ/4 갖으며, 제 1포트(1)는 공통 입, 출력 포트로 사용되며, 제 2포트(5a,5b,5c,5d)는 개별적으로 신호를 입,출력하는 포트로 사용된다.

또한, 제 1 및 제 2포트(1,5a,5b,5c,5d) 각각에는 고주파 신호를 출력하는 송신기, 수신기 혹은 고주파 신호를 증폭하는 고주파전력 증폭회로가 접속된다.

즉, 포트(1)에 고주파 신호 RF가 입력되는 경우 입력된 RF의 전력은 동일한 위상 및 진폭을 갖는 신호로 나뉘어져 n개의 포트로 분리되어 출력된다.

이 때, N-way 윌킨슨 전력분배기의 입력과 출력을 바꾸게 되면 고주파 신호의 전력을 합성하는 N-way 윌킨슨 전력합성기로 동작하게 된다.

그러나, 종래 N-way 방식의 전력분배기/합성기 RF스위칭 구조는 입, 출력 포트가 50Ω으로 구현되어 있어서 스트립(strip) 라인 또는 마이크로 스트립 라인과 조합될 때 임피던스의 불균형으로 인해 임피던스의 삽입 손실 및 반사 손실이 증가함에 따라 LPA의 원하는 출력을 얻지 못하게 되었다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 RF 스위칭부의 입,출력 포트를 각기 다른 비매칭 구조로 구현하여 출력 포트의 임피던스값이 분배수에 의해 결정되도록 하는 LPA용 전력합성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 RF 출력단에 옵션 스위칭부를 부가하여 RF 신호의 반사파 손실 및 삽입 손실을 최소화하도록 하는 LPA용 전력합성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명은

입력된 RF 신호를 절연 분리하고, 전력 증폭시킨 후, 각 증폭된 출력 전력을재합성시키는 LPA용 전력 분배/합성장치에 있어서,

입력된 RF 신호를 소정 개수로 분리하여 절연시키는 분배수단과;

상기 분배수단으로부터 절연 분리된 RF 신호를 전력 증폭시키는 소정 개수의 LPA로 이루어진 LPA모듈수단,

상기 분배수단으로부터 분배되는 RF 신호의 출력 포트에 따라 RF 신호를 차단하는 RF스위칭수단;

상기 RF스위칭수단으로 부터 출력되는 출력 전력을 합성시키는 합성수단;

상기 RF스위칭수단에 의해 출력 포트의 경로가 변경될 때 출력 전력을 차단하는 옵션스위칭수단; 및

상기 RF스위칭수단 및 상기 옵션스위칭수단으로부터 RF 신호의 불량 및 출력 전력의 손실이 발생될 때 출력 스위칭 신호를 선별적으로 제어함과 더불어 알람/모니터를 통해 경보하도록 제어 신호를 발생하는 알람/모니터제어수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 LPA용 전력합성장치를 제공한다.

도 1은 종래 N-way 방식의 전력분배기/합성기의 회로 구성도

도 2는 본 발명에 따른 LPA용 전력합성장치의 회로 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 아이솔레이터 20 : 분배기

30 : LPA 모듈부 40 : RF 스위칭부

50 : 합성기 60 : 옵션(OPTION)스위칭부

70 : 알람/모니터 제어부

이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 LPA용 전력합성 장치의 회로구성도이다.

도 2에 도시된 회로 구성도를 살펴 보면, 입력된 RF 신호를 아이솔레이터(10)를 거쳐 N-WAY 방식으로 분리하여 절연시키는 분배기(20)와, 상기 분배기(20)로부터 절연 분리된 RF 신호를 전력 증폭시키는 N-WAY 방식의 LPA로 이루어진 LPA모듈부(30), 상기 분배기(20)로부터 분배되는 RF 신호의 포트를 설정 및 RF 신호를 차단하는 RF스위칭부(40), 상기 RF스위칭부(40)로부터 출력되는 출력 전력을 합성시키는 합성기(50), 상기 RF스위칭부(40)에 의해 출력 포트의 경로가 변경될 때 출력 전력을 차단하는 옵션스위칭부(60); 및 상기 RF스위칭부(40) 및 상기 옵션스위칭부(60)로부터 출력 스위칭신호를 제어함과 더불어 알람/모니터를 통해 경보하도록 제어 신호를 발생하는 알람/모니터제어부(70)로 이루어져 있다.

이 때, 알람/모니터제어부(70)는 RF스위칭부(40) 및 상기 옵션스위칭부(60)로부터 RF 신호의 불량 및 출력 전력의 손실이 발생될 때 출력 스위칭 신호를 선별적으로 제어함과 더불어 알람/모니터를 통해 경보하도록 제어 신호를 발생한다.

이어서, 본 발명에 따른 LPA용 전력합성 장치의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, RF 신호가 LPA용 전력합성장치의 RF 입력단으로부터 입력되는 경우 입력된 RF 신호가 아이솔레이터(20a,20b,20c)가 구비된 분배기(20)를 통해 N-WAY 방식으로 분배하여 절연시킨다.

이 때, 아이솔레이터(20a,20b,20c)는 LPA모듈부(30)에서 반사되는 전력이 역류되는 것을 방지하게 된다.

상기 분배기(20)로부터 절연 분리된 RF 신호는 LPA모듈부(30)를 통해서 전력 증폭시킨 후, RF스위칭부(40)를 통해 출력된다. 물론, LPA모듈부(30)에는 N-WAY 방식이 적용되며, 3개의 LPA(30a,30b,30c)가 구비되어 있다.

이 때, LPA모듈부(30)에서는 사용자 단말기로부터 송출된 RF 신호를 이동통신 기지국 또는 중계기의 안테나를 통해 수신받아 다시 상대방 단말기로 송출하기 전에 RF 신호를 전력 증폭시키게 된다.

한편, RF스위칭부(40)에서는 LPA모듈부(30)로부터 출력되는 RF 신호가 임의적으로 또는 불량이 발생될때 출력되는 RF 신호를 선택적으로 차단시키게 된다.

종래의 LPA용 전력합성기에서 RF스위칭 구조에서는 입,출력 포트의 임피던스값이 50Ω 구현되어 있어서 스트립(strip) 라인과 조합할 때 임피던스의 불균형으로 인해 삽입 손실 및 반사 손실이 증가하여 LPA의 출력이 원하는 출력을 얻지 못했기 때문이다.

따라서, 본 발명에서는 RF스위칭부(40)의 입,출력 포트를 각기 다른 비매칭 구조로 구현하기 위해 다수의 입력측 포트에는 50Ω의 임피던스 값을 갖도록 하고, 출력측 포트에는 분배기(20)의 분배수에 의한 임스던스값을 갖도록 하여 RF 스위칭 신호를 제어한다.

상기와 같은 RF스위칭부(40)의 출력측 포트의 임피던스값은 다음과 같은 수학식에 의해 표현된다.

Ｚ0 : 임피던스 N : 분배수

에 의해 각 출력 포트의 임피던스값을 결정하게 된다.

여기서, RF스위칭부(40)의 출력단(c)와 합성기(50)의 접합점(50d) 사이의 패턴 길이는 λ/2 를 갖는다.

바람직하게, 분배기(20)의 출력 임피던스값은 2 - WAY 방식인 경우 70.7Ω, 3 - WAY 방식인 경우 86.6Ω, 4 - WAY 방식인 경우 100Ω 인 임피던스값을 갖게 된다.

상기 LPA모듈부(30)에서 각 LPA(30a,30b,30c)를 거쳐 소정 전력이 출력되면 합성기(50)에서 이를 합성한다.

이 때, 합성기(50)로부터 출력되는 출력 전력의 손실이 발생될때 즉, RF스위칭부(40)에 의해 출력 포트의 경로가 변경될 때 반사 손실이 발생되는데, 이를 최소화하기 위해 옵션스위칭부(60)에서 이를 동작시켜 삽입손실 또한 최적화한다.

즉, RF스위칭부(40)에 의해 경로 포트가 변경될 경우에는 반사 손실 또한 증가되는데 이를 보완하기 위해 최종 출력단에 옵션스위칭부(60)를 부가함으로서 반사손실 및 삽입손실을 최소화할 수 있다.

이상에서와 같이, RF스위칭부(40) 및 상기 옵션스위칭부(60)로부터 RF 신호의 불량 및 출력 전력의 손실이 발생될 경우 이를 보상하기 위해 알람/모니터제어부(70)에서는 RF스위칭부(40) 및 상기 옵션스위칭부(60)의 출력 스위칭 신호를 선별적으로 제어한다.

또한, 알람/모니터 제어부(70)에서는 알람을 스피커를 통해 경보하도록 함과 더불어 모니터를 통해 디스플레이될 수 있도록 제어 신호를 발생한다.

이상에서와 같이 본 발명에 의한 LPA용 전력합성 장치에 따르면 다음과 같은 이점이 있다.

첫째, 종래 RF스위칭 구조에서 스트립(strip) 라인과 조합할 때 임피던스의 불균형으로 인해 삽입 손실 및 반사 손실이 증가하여 LPA의 단독시험 보다 합성기의 로스(LOSS) 증가로 원하는 출력을 얻지 못하였으나, 본 발명에서와 같이 RF 스위칭부의 입,출력 포트를 각기 다른 비매칭 구조로 구현함으로써 고주파 신호의 삽입손실 및 반사 손실(Loss)을 최소화할 수 있다.

둘째, 종래 RF스위칭부에 의해 경로 포트가 변경될 경우에는 반사 손실 또한 증가 되었으나, 이를 보완하기 위해 본 발명에서는 최종 출력단에 옵션스위칭부를 부가함으로서 반사손실 및 삽입손실을 최소화 할 수 있다.

Claims (5)

1. 입력된 RF 신호를 절연 분리하고, 전력 증폭시킨 후, 각 증폭된 출력 전력을 재합성시키는 LPA용 전력 분배/합성장치에 있어서,

   입력된 RF 신호를 소정 개수로 분리하여 절연시키는 분배수단과;

   N - WAY 방식이 적용되며, 상기 분배수단으로부터 절연 분리된 RF 신호를 전력 증폭시키는 소정 개수의 LPA로 이루어진 LPA모듈수단,

   상기 분배수단으로부터 분배되는 RF 신호의 출력 포트에 따라 RF 신호를 차단하는 RF스위칭수단;

   상기 RF스위칭수단으로 부터 출력되는 출력 전력을 합성시키는 합성수단;

   상기 RF스위칭수단에 의해 출력 포트의 경로가 변경될 때 반사 손실 및 삽입손실을 최소화하기 위해 출력 전력을 차단하는 옵션스위칭수단; 및

   상기 RF스위칭수단 및 상기 옵션스위칭수단으로부터 RF 신호의 불량 및 출력 전력의 손실이 발생될 때 상기 전력 손실을 보상하기 위하여 출력 스위칭 신호를 선별적으로 제어함과 더불어 알람/모니터를 통해 경보하도록 제어 신호를 발생하는 알람/모니터제어수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 LPA용 전력합성장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 분배수단의 분배선로(a) 및 분배접합부(b)와 출력단(c) 사이의 패턴 길이는 λ/2를 갖는 것을 특징으로 하는 LPA용 전력합성장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 분배수단의 분배 선로(a)의 임피던스값과 분배 접합부(b) 및 출력단(c) 사이의 전송선로에 대한 임피던스 특정식은

   Ｚ₀: 임피던스 N : 분배수

   에 의해 상기 RF스위칭수단의 입,출력 포트를 각기 다른 비매칭 구조를 구현하여 출력포트 임피던스값이 분배수에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 LPA용 전력합성장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 분배수단의 임피던스값은 2 - WAY 방식인 경우 70.7Ω, 3 - WAY 방식인 경우 86.6Ω, 4 - WAY 방식인 경우 100Ω 인 임피던스값을 갖는 것을 특징으로 하는 LPA용 전력합성장치.