KR100471386B1 - 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기 - Google Patents

전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기에 관한 것으로, 특히, 전기적으로 바이어스와 임피던스 변환을 통해 입력전력의 이득 변화와 방향, 위상 변화와 방향 및 전력 변화 포인트를 전력증폭기의 이득 특성과 위상 특성의 변화에 상관없이 자유롭게 튜닝할 수 있는 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기에 관한 것이다.
종래의 전치왜곡기는 회로 구현이 복잡하고, 전력 변화 포인트의 변화를 주기 위해 감쇠기와 버퍼 증폭기가 필요하며, 전류 소모가 있고 매칭 회로가 별도로 요구된다. 또한, 종래의 전치왜곡기에서는 위상이 떨어지고 이득이 올라가는 것에 국한되어 사용자에게 전력증폭기 이득 특성과 위상 특성의 변화에 따라 자유롭게 튜닝할 수 없으며, 이로 인하여 전력증폭기 모듈이 비선형 특성을 나타내는 문제점이 있었다
따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전류 소모가 작고, 입출력정합이 필요 없으며, 전력증폭기의 이득 특성과 위상 특성의 변화에 상관없이 바이어스와 임피던스 변환을 이용하여 전력증폭기와 반대되는 특성을 갖는 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기를 구현함으로써, 전력증폭기 모듈의 선형성을 향상시켜 선형성을 만족하는 전력의 한계를 늘이고 이에 따라 백오프(Back Off)를 줄일 수 있으며 출력단 셀 크기를 줄일 수 있어 효율의 증대도 같이 기대할 수 있도록 하는데 있다.

Description

전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기{Apparatus For Pre-distorter With Electronic Tuning}
본 발명은 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기에 관한 것으로, 특히, 전기적으로 바이어스와 임피던스 변환을 통해 입력전력의 이득 변화와 방향, 위상 변화와 방향 및 전력 변화 포인트를 전력증폭기의 이득 특성과 위상 특성의 변화에 상관없 이 자유롭게 튜닝할 수 있는 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기에 관한 것이다.
일반적으로, 전력소자의 출력 임피던스(Impedance)를 선택하는데 있어서, 출력 임피던스에 따라 효율, 최대파워, ACPR값 혹은 상호변조(Intermodulation) 특성 값이 많이 변하므로 전력증폭기(Power Amplifier)의 특성에 맞는 출력 임피던스를 선택해야하는데, 전력소자의 가격이 비싸므로 대부분 최대파워를 내는 출력 임피던스를 선택하게 된다.
그리고, 전력증폭기의 출력 임피던스에 따라 입력전력에 따른 위상(Phase)의 방향 및 변화(Deviation) 폭이 달라진다. 또한, 전력증폭기의 이득 변화(Gain Deviation) 폭은 등급(Class)에 따라 다른데, A급(Class A) 증폭의 경우에는 이득이 출력전력에 따라 떨어지는 특성을 가지나, B급(Class B) 증폭의 경우에는 이득 변화의 폭이 크다. 즉, 즉 이득의 요동(Fluctuation)을 갖는데, 이에 의해서 생기는 중간 출력전력의 ACPR의 악화를 전치왜곡기를 통해 1dB의 감소 없이 이득 요동을 줄일 수 있어야 한다.
이는 중간 출력전력의 ACPR의 악화를 완화 시켜주는 것이므로 아이들 전류(Idle Current)를 낮출 수 있는 효과를 얻어내어 낮은 출력에서 효율증대를 기대할 수 있다. 이러한 특성에 부응하여 전력증폭기 특성에 맞게 전치왜곡기를 자유자재로 튜닝할 수 있어야 한다.
한편, 무선 통신 시장의 폭발적인 발전은 수많은 사람들이 휴대용 단말기를 통해서 시간과 장소에 제한되지 않고 원하는 정보를 주고받을 수 있는 세상을 열었다. 그러나, 더욱 많은 사람들이 무선 통신을 이용하면서 기존의 서비스가 갖고있 는 여러 제약들을 인식하게 되었고, 이들의 개선에 대한 요구가 크게 증대되었는데, 그 대표적인 문제가 휴대용 단말기의 짧은 통화 시간과 통화 품질이다.
이에, 통화 품질 개선을 위해서, 특히 디지털 신호 변조방식에서는 더욱더 우수한 선형성을 갖는 전력 증폭기가 요구되어진다. 따라서, 선형성 개선을 위해 전치왜곡기(Pre-distorter)를 이용한 여러 가지 방법이 제시되어왔다.
이하, 도면을 참조하여 종래 기술을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 전치왜곡기를 이용하여 선형화된 전력증폭기 모듈의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전치왜곡기를 이용하여 선형화된 전력증폭기 모듈은, 전치왜곡기(1) 및 전력증폭기(2)로 구성된다.
상기 전치왜곡기(1)는 전력증폭기(2)에서 발생하는 왜곡 특성을 보상하는 특성을 가져야 한다. 왜냐하면, 상기 전력증폭기(2)는 어느 범위 이상의 입력전력에서는 이득 특성이 포화(이득 압축)되는 특성을 갖기 때문이다.
이에 따라, 이득 압축 특성은 전력증폭기(2)의 전단에 위치하는 전치왜곡기(1)가 이득을 확장시키는 특성을 갖고 있다면 전력증폭기(2)의 이득 압축 특성을 개선 할 수 있다. 즉, 전력증폭기(2)의 이득 압축 개선은 전력증폭기(2)의 선형성을 개선한 것이 된다.
이하, 도면을 참조하여 전치왜곡기(1)의 종래 기술을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 다이오드를 이용하여 설계된 전치왜곡기(1)는 도 2과 도 3에 도시되어 있다.
도 2는 종래의 병렬(Parallel) 다이오드 전치왜곡기의 회로도이다.
도 2는 Kazuhisa Yamauchi에 의해 제안된 논문("A microwave Miniaturized Linearizer Using a Parallel diode with a Bias Feed Resistance", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 45, pp. 2431~2435, Dec. 1997)에 제시된 것으로, 도 2a와 도2b의 바이어스(Bias) 피드(Feed) 저항(Resistance)(201)을 이용하여 큰 RF(Radio Frequency) 전력 인가할 때. 바이어스 포인트(point) 변화를 이용하여 다이오드(202)의 컨덕턴스(Conductance)가 작아지는 것을 이용하였다. 따라서, 이득은 올라가고 위상은 떨어지는 특성을 얻었다.
그리고, 도 2b의 커패시터(Capacitor)(203) 값은 위상 변화량을 더 크게 하기 위해 만들어졌다. 그러나 변화 포인트(turning point)에 변화를 주기 위해 감쇠기(Attenuator)나 버퍼 증폭기(Buffer Amp)를 사용해야하는 단점이 있고 또한 버퍼 증폭기를 통한 전류 소모가 있을 수 있다. 그리고, 위상이 떨어지고 이득이 올라가는 것에 국한 되어있기 때문에 B급 증폭에서 볼 수 있는 이득 요동을 제거할 수 없었다.
한편, 도 3은 종래의 직렬(Series) 다이오드 전치왜곡기의 회로도이다.
도 3는 Christopher Haskins에 의해 제안된 논문("FET diode linearizer optimization for amplifier predistortion in digital Radios", IEEE Micorwave and Guided wave Letters, vol. 10, pp. 21~23, Jan. 2000)에 제시된 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; 이하,"FET"라함) 직렬 다이오드 선형기(Linearizer)로써, 큰 RF 전력 인가로 인한 다이오드의 컨덕턴스 증가를 이용한 것인데, 도 2에서 제시된 병렬 다이오드 전치왜곡기에서와 같은 단점이 있 다.
그리고, 도 4는 종래의 소스(Source) 인덕터(Inductor)를 이용한 FET 전치왜곡기의 회로도이다.
도 4는 Masatoshi Nakayama에 의해 제안된 논문("A novel amplitude and phase linearizing technique for microwave power amplifier", IEEE MTT-S Dig., San Francisco, CA, pp. 831~834, Jun. 1996.)에 제시된 것으로써, FET(401)의 소스에 연결된 인덕터(404)와 FET(401)의 게이트(Gate)에 연결된 입력정합부(input matching)(402)와 FET(410)의 드레인(Drain)에 연결된 출력정합부(output matching)(403)로 구성되어 있으며, 소스 인덕터(404)의 값에 따라 이득과 위상을 변화시킬 수 있으나, 이 또한 병렬 다이오드 선형기 및 직렬 다이오드 선형기와 마찬가지로 이득은 올라가고 위상은 떨어지는 것에 국한이 되어있어 B급 증폭에 적용이 불가능하다. 또한 전류 소모가 있을 수 있다.
그리고, 도 5는 종래의 공통 게이트 FET와 공진 회로를 이용한 전치왜곡기의 회로도이다.
도 5는 Gary Hau에 의해 제안된 미국 특허 제 6307436호(US 6307436 10/ 2001 Gary Hau)에 제시된 것으로써, 인덕터(501)의 값에 의해 위상 특성만의 변화를 얻을 수 있고 FET(502)의 게이트 바이어스(Vc)(503)에 의해 위상의 변화 없이 이득의 확장(Expansion) 특성만을 바꿀 수 있게 하였다. 즉 이득과 위상을 독립적으로 조절할 수 있는 장점을 가지고 있으나 도 2, 도 3 및 도 4와 마찬가지로 B급 증폭에서 갖는 이득 요동을 제거할 수 없었다.
한편, 도 6은 종래의 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기의 회로도이다.
도 6은 Thomas William Arell에 의해 제안된 미국 특허 제 6016076호(US 6016076 1/2000 Thomas William Arell)에 제시된 것으로써, 전기적 튜닝(Electronic Tuning)으로써, 이득 변화와 위상 변화 및 방향을 조절할 수 있다. 그러나 도 6에서 알 수 있듯이 회로 구현이 복잡하고 변화 포인트에 대한 언급이 되어있지 않다.
도 2~도 6의 모든 전치왜곡기는 실제로 전력증폭기가 출력 임피던스에 따라서 위상이 떨어지거나 올라갈 수 있다는 것을 배제하여 설계되었다.
따라서, 종래의 전치왜곡기는 회로 구현이 복잡하고, 전력 변화 포인트의 변화를 주기 위해 감쇠기와 버퍼 증폭기가 필요하며, 전류 소모가 있고 매칭 회로가 별도로 요구된다. 또한, 종래의 전치왜곡기에서는 위상이 떨어지고 이득이 올라가는 것에 국한되어 사용자에게 전력증폭기 이득 특성과 위상 특성의 변화에 따라 자유롭게 튜닝할 수 없으며, 이로 인하여 전력증폭기 모듈이 비선형 특성을 나타내는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전류 소모가 작고, 입출력정합이 필요 없으며, 전력증폭기의 이득 특성과 위상 특성의 변화에 상관없이 바이어스와 임피던스 변환을 이용하여 전력증폭기와 반대되는 특성을 갖는 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기를 구현함으로써, 전력증폭기 모듈의 선형성을 향상시켜 선형성을 만족하는 전력의 한계를 늘이고 이에 따라 백오프(Back Off)를 줄일 수 있으며 출력단 셀 크기를 줄일 수 있어 효율의 증대도 같이 기대할 수 있도록 하는데, 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기는 접지에 캐소드가 연결되어 전력증폭기와 반대되는 비선형 특성을 갖는 다이오드와; 상기 다이오드를 바이어스 하기 위한 바이어스 전압과; 상기 다이오드의 애노드와 연결되어 전기적인 바이어스를 통해 임피던스를 변환하기 위한 임피던스 변환부와; 상기 임피던스 변환부와 상기 바이어스 전압의 사이에 연결되어 있는 제 1 인덕터와; 입력단자와 상기 임피던스 변환부의 사이에 연결되어 있는 제 1 커패시터와; 출력단자와 상기 임피던스 변환부의 사이에 연결되어 있는 제 2 커패시터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 다이오드는, HBT의 PN 접합 다이오드이거나 HEMT의 쇼트키 다이오드인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 임피던스 변환부는, 상기 다이오드의 애노드와 연결되어 있는 마이크로파 전송 선로인 마이크로스트립 선로와; 상기 마이크로스트립 선로와 상기 제 1 인덕터의 사이에 연결되어 있는 제 2 인덕터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다이오드의 비선형 특성은, 상기 바이어스 전압에 의한 바이어스 와 상기 임피던스 변환부에 의한 임피던스 변환을 통해 전력증폭기 입력전력의 이득 변화와 방향, 위상 변화와 방향 및 전력 변화 포인트를 변화시킬 수 있음을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전치왜곡기의 회로도이다.
도 7에 도시된 전치왜곡기는 접지에 캐소드가 연결되어 전력증폭기와 반대되는 비선형 특성을 갖는 다이오드(710)와, 상기 다이오드(710)를 바이어스 하기 위한 바이어스 전압(Vdiode)(760)과, 상기 다이오드(710)의 애노드와 연결되어 전기적인 바이어스를 통해 임피던스를 변환하기 위한 임피던스 변환부(720)와, 상기 임피던스 변환부(720)와 상기 바이어스 전압(760)의 사이에 연결되어 있는 제 1 인덕터(750)와, 입력단자(IN)와 상기 임피던스 변환부(720)의 사이에 연결되어 있는 제 1 커패시터(730)와, 출력단자(OUT)와 상기 임피던스 변환부(720)의 사이에 연결되어 있는 제 2 커패시터(740)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 임피던스 변환부(720)는 상기 다이오드(710)의 애노드와 연결되어 있는 마이크로파 전송 선로인 마이크로스트립 선로(Microstrip Line)(722)와, 상기 마이크로스트립 선로(722)와 상기 제 1 인덕터(750)의 사이에 연결되어 있는 제 2 인덕터(721)를 구비하여 이루어진다. 여기서 상기 마이크로스트립 선로(722) 는 전기적인 바이어스를 통한 유전율 변화에 의해 특성 임피던스(Z 0 )와 길이(L)가 변하고, 상기 제 2 인덕터(721)는 능동 인덕터로서 전기적인 바이어스를 통해 인덕턴스 값이 변한다.
그리고, 도 8는 도 7에 있어, 다이오드(710)만을 이용한 전치왜곡기의 회로도이고, 도 9는 도 7에 있어, Vdiode가 접지되어 있는 전치왜곡기의 회로도이고, 도10은 도 7~9에 있어, 다이오드(710)를 나타낸 도이고, 도 11은 도 7~9에 있어, 다이오드(710)의 등가 회로도이다.
도 8에 도시된 전치왜곡기는 도 7의 전치왜곡기와 달리 임피던스 변환부(720)를 구비하지 않고 도 9에 도시된 전치왜곡기는 도 7의 전치왜곡기와 달리 바이어스 전압(Vdiode)가 접지되어 있다.
여기서, 상기 다이오드(710)는 도 10a에 도시된 헤테로바이폴러 트랜지스터(Hetero-Bipolar Transistor;이하, HBT라함)의 PN 접합(Junction) 다이오드나 도 10b에 도시된 헴트(High Electron Mobility Transistor;이하, HEMT라 함)의 쇼트키(Schottky) 다이오드가 적용될 수 있다. 상기 HBT의 PN 접합 다이오드와 HEMT의 쇼트키 다이오드 모두 고속 동작에 적합하다.
그리고, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 다이오드(710)의 등가 회로는 컨덕턴스(Gd)와 커패시턴스(Cd)로 구성되는데 상기 컨덕턴스(Gd)는 가변 될 수 있다.
도 7의 본 발명의 전치왜곡기는 도2에 도시된 종래의 병렬 다이오드 전치왜곡기와 달리 바이어스 피드 저항(201)이 없는 구조로서 도 2의 병렬 다이오드 전치왜곡기처럼 RF 입력전력에 따라 컨덕턴스가 작아지는 것을 이용하지 않고, 도 3의 직렬 다이오드 전치왜곡기처럼 RF 입력전력에 따라 컨덕턴스가 커지는 것을 이용한다.
여기서, 다이오드(710) 등가 회로의 컨덕턴스(Gd)가 커지는 원리를 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 12는 도 7~8에 있어, 다이오드의 직류 전류전압 곡선으로써 입력전압에 따른 출력전류를 나타낸 그래프이다.
작은 바이어스 전압(Vdiode)(801)이 걸리는 경우에 작은 입력전압(811)에 대해서 다이오드(710)의 출력전류(814)를 얻을 수 있다. 즉 컨덕턴스(Gd)가 0에서 커지는 것을 의미한다. 또한, 음의 큰 바이어스 전압(Vdiode)(803)이 걸리는 경우에 작은 입력전압(811)이 아닌 큰 입력전압(813)에 대해서 출력전류(814)를 얻을 수 있다. 이는 바이어스에 따라 컨덕턴스(Gd)값의 변화 포인트를 바꿀 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 13은 도 7~8에 있어, 다이오드의 RF 전력에 따른 컨덕턴스의 변화를 나타낸다.
도 13의 그래프는 바이어스 전압(Vdiode)(760)이 -1V(824), 0V(825), 1V(826), 1.2V(827)일 때의 컨덕턴스(Gd) 값을 보여주는데, 실제로 바이어스 전압(Vdiode)(760)이 -1V(824), 0V(825), 1V(826)일 경우에는 컨덕턴스(Gd)가 증가하는 것을 볼 수 있으나, 바이어스 전압(Vdiode)(760)이 1.2V(827)일 경우에는, 즉 다이오드 턴 온 전압 이상에서는 컨덕턴스(Gd)가 작아지는 것을 볼 수 있다.
이와 같은 입력전력에 따른 컨덕턴스(Gd)와 서셉턴스(Bd(wCd)) 값을 알면 하기 수학식 1과 수학식 2를 통해서 이득과 위상을 구할 수 있다.
도 14는 도 8에 있어, 전치왜곡기의 RF 전력에 따른 이득 변화와 위상 변화를 나타낸 그래프이다.
상기 수학식 1과 수학식 2로부터 이득과 위상을 구해보면 도 14a의 이득(837)이 올라가고 도 14b의 위상(847)이 떨어지는 것을 얻을 수 있으나, 삽입손실이 -10dB로써 그 값이 상당히 크며 위상의 변화량도 2도(deg) 이내인 것을 알 수 있다. 따라서, RF 입력전력에 따라 컨덕턴스(Gd)가 감소하면 임피던스 변환(Impedance Transform)을 통해서도 큰 폭의 위상 변화와 이득 변화를 얻을 수 없다. 이는 스미스 차트(Smith Chart)를 통해서도 확인할 수 있다.
이에 따라, 다이오드(710)를 턴 온 전압 이하에서 동작시키며 컨덕턴스가 작아지는 것을 이용하면 된다. 상기 수학식 1과 수학식2에서 알 수 있듯이 Gd와 (Bd(wCd)) 즉, 컨덕턴스와 서셉턴스 값을 조절한다면 충분히 원하는 이득 변화와 위상 변화를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 7의 본 발명에서는 입력전력이 작을 때는 마이크로스트립 선로(722)를 통해 다이오드(710)의 서셉턴스(Bd(wCd)) 값을 크게 해준다. 즉, 다이오드(710) 자체의 입력전력이 작을 때 임피던스값이 크기 때문에, 적당한 마이크로스트립 선로(722)를 통해 임피던스를 작게 해준 다음, 마이크로스트립 선로(722)와 인덕터(721) 값을 조절하여 서셉턴스(Bd)값을 음 또는 양으로 변환시킨다.
이에, 입력전력이 큰, 즉 Gd가 큰 부분의 경우에는 스미스 차트에서 중앙근처이므로 마이크로스트립 선로(722)의 영향은 크게 받지 않고 인덕터(721) 값에 상관없이 Bd가 스미스 차트의 1사분면 존재하게 된다.
따라서, 입력전력이 큰 부분에서는 마이크로스트립 선로(722)와 인덕터(721)를 통한 임피던스 변환에 의한 컨덕턴스(Gd)와 서셉턴스(Bd)의 변화가 작으므로 일정한 값의 이득 값과 위상 값을 유지하게 된다. 즉 입력전력이 큰부분은 일정한 값으로 정해져있고 입력전력이 작은 부분에서 임피던스 변환을 통해 서셉턴스(Bd)의 값을 음과 양으로 조절하고 또한 그 변화양도 조절하게 되면 사용자가 자유자재로 이득과 위상을 조절할 수 있게 된다.
예를 들면, 50옴(ohm)이며 남다(lamda)/40으로 마이크로스트립 선로(722)를 구성할 때 인덕터(721)의 값에 따른 컨덕턴스(Gd)와 서셉턴스(Bd)변화를 도 15에 도시한다.
도 15는 도 7에 있어, 전치왜곡기의 RF 전력에 따른 컨덕턴스 변화와 서셉턴스 변화를 나타낸 그래프이다.
도 15a는 인덕터(721)의 값이 15nH(815), 19nH(819), 22nH(822)일 때의 컨덕 턴스(Gd) 값을 보여주며, 도 15b는 인덕터(721)값이 15nH(815)일때의 서셉턴스(Bd(wCd))(855) 값, 인덕터(721)값이 19nH(819)일 때의 서셉턴스(859) 값, 인덕터(721)값이 22nH(822)일 때의 서셉턴스(852) 값을 보여주고 있다.
도 15a와 도 15b에서 보는 바와 같이 인덕터(721)의 값이 증가함에 따라 서셉턴스(Bd)의 값이 양의 값에서 음의 값으로 변하는 것을 알 수 있고 서셉턴스(Bd)의 변화량도 달라지는 것을 알 수 있다. 도 12의 컨덕턴스(Gd)와 서셉턴스(Bd)의 값을 상기 수학식 1에 대입하여 보면 도 16a의 이득 곡선을 얻을 수 있다. 여기서, 도 16은 도 7에 있어, 전치왜곡기의 RF 전력에 따른 이득 변화와 위상 변화를 나타내는 그래프이다.
상기 수학식 1에서 알 수 있듯이, 이득(｜S 21 ｜)은 컨덕턴스(Gd)와 서셉턴스(Bd)의 값의 영향을 동시에 받는 것을 알 수 있다. 도 16a에서 도시된 바와 같이, 변화 포인트는 서셉턴스(Bd) 곡선을 따라가며, 이득의 크기는 컨덕턴스(Gd) 와 서셉턴스(Bd) 값의 조합임을 알 수 있다.
또한, 입력전력에 따른 위상(∠S 21 )을 구하기 위해 상기 수학식 2에 컨덕턴스(Gd) 와 서셉턴스(Bd) 값을 대입하여 보면 도 16b의 위상 곡선을 얻을 수 있는데, 도 16b는 인덕터(721)가 15nH일 때의 위상 곡선(865), 인덕터(721)가 19nH일 때의 위상 곡선(869), 인덕터(721)가 22nH일 때의 위상 곡선(862)를 보여주고 있다. 도 15b의 서셉턴스 곡선(855,859,852)과 수학식 1을 연관시켜보면 쉽게 이해 할 수 있을 것이다.
그리고, 다이오드 바이어스 전압( Vdiode)(760)에 따라 도 13의 컨덕턴스(Gd) 곡선(824, 825, 826)이 입력전력에 따라 변화포인트가 변화하므로, 같은 인덕터(721) 값과 마이크로스트립 선로(722)의 고정된 값에서 적당한 임피던스 변환을 한 후에도 바이어스 전압(760)에 따라 변화포인트가 변한다는 것을 알 수 있다.
도 16b에서 알 수 있듯이, 도 9와 같이 다이오드 바이어스 전압(Vdiode)(760)을 접지를 시켜놓은 상태에서 인덕터(721)값의 변화와 마이크로스트립 선로(722)의 길이 및 임피던스(Z 0 )를 변화시켜주면 바이어스 전압(760)을 바꿔주는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 임피던스 변환을 위한 인덕터(721)값과 마이크로스트립 선로(722)의 조절과 다이오드의 바이어스 전압(760)을 통해 사용영역이 입력전력의 크고 작음에 상관없이 또한 위상 변화량과 이득의 변화량과 위상의 방향을 전력증폭기와 반대되는 특성을 사용자가 자유자재로 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 전치왜곡기의 실제 유용성을 도 17과 도 18을 참조하여 설명한다.
도 17~18은 본 발명의 실시예에 따른 전치왜곡기의 실제 유용성을 보이기 위한 이득 변화와 위상 변화를 나타낸 그래프이다.
도 17a의 이득 곡선(875)의 변화가 크고, 도 17b의 위상(885)이 떨어지는 B급 증폭을 할 때, 본 발명은 도 16a의 이득 곡선(864)과 도 16b의 위상 곡선(865)을 이용하여 도 17a의 이득 곡선(870)과 도 17b의 위상 곡선(871)과 같은 선형의 이득과 위상 곡선을 얻을 수 있다.
또한, 도 18a의 이득 곡선(879)과 같이 이득의 변화가 없지만 입력전력에 따라 이득이 계속 감소하고, 도 18b의 위상 곡선(882)과 같이 위상이 올라갈 때, 본 발명은 도 16a의 이득 곡선(868)과 도 16b의 위상 곡선(869)를 이용하여 도 18a의 이득 곡선(872)과 도 18b의 위상 곡선(873)과 같은 선형의 이득과 위상 곡선을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 바이어스 전압과 임피던스 변환을 통해 이득 변화와 방향, 위상 변화와 방향 및 전력 변화 포인트를 자유롭게 변화시킬 수 있는 전기적으로 튜닝 가능한 전치왜곡기를 구현함으로써 전력증폭기의 어떠한 이득 및 위상 특성에도 상관없이 반대의 이득 및 위상 특성을 얻어내어 전력증폭기 모듈의 선형성을 향상시켜 선형성을 만족하는 전력의 정도를 높이고 이에 따라 백오프를 줄일 수 있으며 출력단 셀 크기를 줄일 수 있고 효율의 증대도 같이 기대할 수 있다.
도 1은 전치왜곡기를 이용하여 선형화된 전력증폭기 모듈의 블록도.
도 2는 종래의 병렬 다이오드 전치왜곡기의 회로도.
도 3은 종래의 직렬 다이오드 전치왜곡기의 회로도.
도 4는 종래의 소스 인덕터를 이용한 FET 전치왜곡기의 회로도.
도 5는 종래의 공통 게이트 FET와 공진 회로를 이용한 전치왜곡기의 회로도.
도 6은 종래의 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기의 회로도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전치왜곡기의 회로도.
도 8은 도 7에 있어, 다이오드만을 이용한 전치왜곡기의 회로도.
도 9는 도 7에 있어, Vdiode이 접지되어 있는 전치왜곡기의 회로도.
도 10은 도 7~9에 있어, 다이오드를 나타낸 도.
도 11은 도 7~9에 있어, 다이오드의 등가 회로도.
도 12는 도 7~8에 있어, 다이오드의 직류 전류전압 곡선으로써 입력전압에 따른 출력전류를 나타낸 그래프.
도 13은 도 7~8에 있어, 다이오드의 RF 전력에 따른 컨덕턴스 변화를 나타낸 그래프.
도 14는 도 8에 있어, 전치왜곡기의 RF 전력에 따른 이득 변화와 위상 변화를 나타낸 그래프.
도 15는 도 7에 있어, 전치왜곡기의 RF 전력에 따른 컨덕턴스 변화와 서셉턴스 변화를 나타낸 그래프.
도 16은 도 7에 있어, 전치왜곡기의 RF 전력에 따른 이득 변화와 위상 변화를 나타낸 그래프.
도 17~18은 본 발명의 실시예에 따른 전치왜곡기의 실제 유용성을 보이기 위한 이득 변화와 위상 변화를 나타낸 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
710 : 다이오드 720 : 임피던스 변환부
721,750 : 인덕터 722 : 마이크로스트립 선로

Claims (15)

  1. 접지에 캐소드가 연결되어 전력증폭기와 반대되는 비선형 특성을 가지며, 컨덕턴스와 서셉턴스가 병렬로 연결된 등가회로를 갖는 다이오드와;
    상기 다이오드를 바이어스 하기 위한 바이어스 전압과;
    상기 다이오드의 애노드와 연결되어 전기적인 바이어스를 통해 임피던스를 변환하기 위한 임피던스 변환부와;
    상기 임피던스 변환부와 상기 바이어스 전압의 사이에 연결되어 있는 제 1 인덕터와;
    입력단자와 상기 임피던스 변환부의 사이에 연결되어 있는 제 1 커패시터와;
    출력단자와 상기 임피던스 변환부의 사이에 연결되어 있는 제 2 커패시터를 포함하되,
    상기 컨덕턴스는 입력전력에 따라서 커지는 것을 특징으로 하는 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 임피던스 변환부는,
    상기 다이오드의 애노드와 연결되어 있는 마이크로파 전송 선로인 마이크로스트립 선로와;
    상기 마이크로스트립 선로와 상기 제 1 인덕터의 사이에 연결되어 있는 제 2 인덕터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 다이오드의 비선형 특성은,
    상기 바이어스 전압에 의한 바이어스와 상기 임피던스 변환부에 의한 임피던스 변환을 통해 전력증폭기 입력전력의 이득 변화와 방향, 위상 변화와 방향 및 전력 변화 포인트를 변화시킬 수 있음을 특징으로 하는 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 입력전력의 이득 변화와 방향은,
    상기 컨덕턴스와 상기 서셉턴스의 조합에 따라 결정됨을 특징으로 하는 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 입력전력의 위상 변화와 방향은,
    상기 컨덕턴스와 상기 서셉턴스의 조합에 따라 결정됨을 특징으로 하는 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 전력 변화 포인트는,
    상기 서셉턴스의 곡선을 따라 변화함을 특징으로 하는 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기.
  10. 삭제
  11. 제 5항에 있어서,
    상기 마이크로스트립 선로는,
    전기적인 바이어스를 통해 유전율 변화에 의해 특성 임피던스와 길이가 조절됨을 특징으로 하는 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기.
  12. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 인덕터는,
    능동 인덕터로서 전기적인 바이어스를 통해 인덕턴스 값이 변화됨을 특징으로 하는 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기.
  13. 제 5항에 있어서,
    상기 이득과 위상은,
    입력전력이 큰 부분에서는 일정한 값으로 정해지고, 입력전력이 작은 부분에서는 임피던스 변환을 통해 서셉턴스의 값을 음과 양으로 조절하고 또한 그 변화양도 조절하여 사용자에 의해 자유자재로 조절될 수 있음을 특징으로 하는 전기적 튜닝이 가능한 전치 왜곡기.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 임피던스 변환은,
    입력전력이 작으면 마이크로스트립 선로를 이용해서 다이오드의 서셉턴스를 크게해 줌을 특징으로 하는 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 마이크로스트립 선로는,
    특성 임피던스와 길이를 이용하여 서셉턴스의 값을 음이나 양으로 변화시킴을 특징으로 하는 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기.
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