KR100553251B1

KR100553251B1 - 전력 증폭기 및 증폭 방법

Info

Publication number: KR100553251B1
Application number: KR1020007005487A
Authority: KR
Inventors: 박트네스크리스터
Original assignee: 텔레폰악티에볼라겟엘엠에릭슨(펍)
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1998-11-10
Publication date: 2006-02-20
Also published as: WO1999027645A1; JP4149666B2; DE69835831D1; SE9704284L; KR20010032280A; SE9704284D0; AU1266199A; EP1032973B1; CN1279842A; DE69835831T2; US6163213A; CA2311475C; SE510953C2; CA2311475A1; JP2001524769A; EP1032973A1

Abstract

본 발명은 전력 증폭기(400)에 관한 것이며, 또한 적어도 2개의 피변조 반송파를 포함하는 제 1 복합 무선 신호(RF41)를 상기 전력 증폭기(400)에서 증폭하는 방법에 관한 것이다. 제 1 무선 신호(RF41)는 2개의 무선 신호(RF42, RF43)로 분할되는데, 상기 2개의 무선 신호는 제 1 및 제 2 비선형 증폭기(405, 406)에서 증폭된다. 상기 무선 신호를 각각의 증폭기(405, 406)에서 증폭할 때, 상호 변조 기생 신호가 생성된다. 보상 신호(RF45)가 제 2 증폭기(406)의 출력 신호(RF46)로부터 생성되며, 상기 피변조 반송파는, 예컨대 대역 저지 필터(408-409)에서 반송파를 필터 아웃함으로써 선택적으로 억압된다. 전력 증폭기(400)로부터의 출력 신호(RF47)는, 제 1 증폭기(405)로부터의 출력 신호(RF44)에 대해 보상 신호(RF45)를 역 위상에서 가산함으로써 생성된다.

전력 증폭기, 반송파, 무선 신호, 비선형 증폭기, 대역 저지 필터, 상호 변조 기생 신호

Description

전력 증폭기 및 증폭 방법{AN AMPLIFIER AND A METHOD OF POWER AMPLIFICATION}

본 발명은 전력 증폭기 및 전력 증폭 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 2 이상의 피변조 반송파(modulated carrier waves)를 포함하는 복합 무선 신호의 전력 증폭에 관한 것이다.

예컨대, 이동 전화 시스템에서는, 정보가 기지국에서 복수의 이동국으로 전송된다. 이 정보는 상이한 반송파에 실어 전송되며, 비용 문제로 인해, 동일한 전력 증폭기에서 다수의 반송파를 동시에 전력 증폭할 수 있는 것이 바람직하다.

종래의 피드포워드(feedforward) 기술에 기초로 하는 전력 증폭기에서는, 2 이상의 피변조 반송파를 포함하는 무선 신호는 제 1 비선형 증폭기에서 증폭되기 때문에, 이것에 의해 제 1 증폭기의 출력 신호에는 상호 변조 기생 신호(intermodulation products)가 발생한다. 제 1 증폭기로부터의 출력 신호의 작은 부분은, 제 1 증폭기의 입력 신호 중 피드포워드된 부분에 대해 역 위상 또는 반대 위상으로 가산되는데, 여기서, 역 위상의 가산에 의해, 상술한 상호 변조 기생 신호만을 포함하는 신호가 생성된다. 최후에 상술한 이 신호를 선형 증폭기에서 적당한 전력 레벨로 증폭함으로써 보상 신호가 생성된다. 전력 증폭기의 출력 신호는, 제 1 증폭기로부터의 출력 신호에 대해 보상 신호를 역 위상으로 가산하여, 그것에 의해, 전력 증폭기로부터의 출력 신호의 상호 변호 기생 신호를 억압함으로써 생성된다.

종래의 피드포워드 기술에 기초로 하는 전력 증폭기에서의 하나의 문제점은, 전력 손실을 유발시켜, 전력 증폭기의 효율을 손상시키는 다수의 부품을 제 1 증폭기의 출력에 접속함으로써 발생된다.

독일 특허 명세서 제DE 27 18 172호에는, 다수의 주파수를 포함하는 입력 신호를 증폭할 시에, 증폭기의 출력 신호의 상호 변조 기생 신호를 억압하는 증폭기가 개시되어 있다. 이 증폭기는 내부적으로 제 1 및 제 2 신호 경로로 분할된다. 제 1 신호 경로는 제 1 비선형 증폭기를 포함하고, 제 2 신호 경로는 감쇠기와 직렬로 접속되는 제 2 비선형 증폭기를 포함한다. 이 증폭기는 입력 신호를 2개의 신호 경로 상에 분할하고, 그것에 의해, 제 1 및 제 2 증폭기의 양자 모두는 각각의 출력 신호를 발생시키며, 이 출력 신호는 입력 신호에 대응하는 원하는 신호 성분과, 증폭 과정에서 발생하는 상호 변조 기생 신호의 양방을 포함한다. 제 2 증폭기에서의 입력 신호의 증폭도가 크기 때문에, 제 2 증폭기로부터의 출력 신호는 제 1 증폭기로부터의 출력 신호보다 훨씬 더 강한 상호 변조 기생 신호를 포함한다. 제 2 증폭기로부터의 출력 신호는 감쇠기에서 감쇠됨으로써, 감쇠 신호의 상호 변조 기생 신호는 제 1 증폭기로부터의 출력 신호의 상호 변조 기생 신호와 동일한 정도로 크다. 증폭기의 출력 신호는, 제 2 증폭기로부터의 감쇠된 출력 신호에 대해 제 1 증폭기로부터의 출력 신호를 역 위상으로 가산함으로써 생성된다.

제DE 27 18 172호에 개시된 증폭기에서의 하나의 문제점은, 전력 손실이 크다는 것이다. 이러한 전력 손실이 발생하는 한 가지 이유는, 제 1 증폭기에서보다 제 2 증폭기에서 입력 신호가 훨씬 더 강하게 증폭되기 때문에, 제 2 증폭기로부터의 출력 신호가 감쇠되어, 후속의 역 위상에서의 가산 과정에서 제 1 및 제 2 신호 경로에서 발생되는 상호 변조 기생 신호가 서로 기능을 못하게 할 것이다.

전력 손실은 또한, 제 2 신호 경로에서 감쇠 후에 획득된 신호가 여전히 원하는 신호 성분의 비교적 큰 부분을 포함하여, 상기 신호의 이러한 부분이 상기 역 위상에의 가산 과정에서 증폭기로부터의 원하는 출력 신호의 전력 감소를 유발하게 되기 때문에 발생된다.

본 발명은, 비선형 증폭기를 이용하여 2 이상의 피변조 반송파를 포함하는 무선 신호를 증폭하고, 동시에, 증폭된 신호에서의 상호 변조 기생 신호의 발생을 억제하는 문제를 다룬다.

이 문제는 주로, 전력 증폭기가 2 이상의 피변조 반송파 신호를 포함하는 무선 신호를 제각기 제 1 및 제 2 비선형 증폭기에서 증폭되는 2 개의 무선 신호로 분할하는 방법을 이용하여 해결된다. 상호 변조 기생 신호는 증폭 과정에서 각각의 증폭기에서 발생한다. 보상 신호는 제 2 증폭기의 출력 신호로부터 생성되며, 그것에 의해, 피변조 반송파의 선택적 억압이 일어난다. 전력 증폭기의 출력 신호는 제 1 증폭기로부터의 출력 신호에 대해 보상 신호를 역 위상에서 가산함으로써 생성된다. 따라서, 본 발명은 상술한 방법 및, 방법을 실행하는데 필요한 수단을 포함하는 전력 증폭기에 관련한다.

특히, 이 문제는, 2 이상의 피변조 반송파를 포함하는 제 1 복합 무선 신호를 전력 증폭기에서 제 2 및 제 3 무선 신호로 분할함으로써 해결된다. 제 2 무선 신호는 제 1 증폭기에서 증폭되어 제 4 무선 신호를 제공하며, 제 4 무선 신호는, 증폭된 피변조 반송파를 포함하는 것에 부가하여, 제 1 증폭기에서 생성된 상호 변조 기생 신호를 포함한다. 증폭된 피변조 반송파를 포함하는 것에 부가하여 제 2 증폭기에서 발생된 상호 변조 기생 신호를 포함하는 제 6 무선 신호를 획득하기 위해 제 2 증폭기에서 제 3 무선 신호를 증폭함으로써 제 5 무선 신호가 생성된다. 제 5 무선 신호는 제 6 무선 신호로부터 생성되며, 그것에 의해, 피변조 반송파의 선택적 억압이 발생한다. 출력 신호는, 제 4 및 제 5 무선 신호를 역 위상에서 가산함으로써 전력 증폭기로부터 생성되며, 그것에 의해, 출력 신호의 상호 변조 기생 신호를 억압한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 피변조 반송파의 선택적 억압은 대역 저지 필터(band-stop filter)에서 피변조 반송파를 필터 아웃(filter-out)함으로써 실행된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 선택적 억압은, 제 2 증폭기로부터의 출력 신호의 일부에 대해 제 3 무선 신호의 일부를 역 위상에서 가산함으로써 실행된다.

본 발명의 목적은, 2 이상의 피변조 반송파를 포함하는 무선 신호를 증폭함과 동시에, 증폭된 신호의 상호 변조 기생 신호를 억압하는 방법 및 전력 증폭기를 제공하는 것이다. 보다 구체적인 목적은, 저 전력 손실을 가진 전력 증폭기를 제공하는 것이다.

본 발명에 의해 실현되는 하나의 이점은, 저 전력 손실을 가진 선형화된 전력 증폭기를 구현할 수 있다는 것이다.

이제, 본 발명을 바람직한 실시예와 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 무선 통신 네트워크의 부분을 도시한 도면이다.

도 2는 종래의 피드포워드 기술에 따른 전력 증폭기를 도시한 개략적 블록도이다.

도 3은 독일 특허 명세서 제DE 27 18 172호에 따른 전력 증폭기를 도시한 개략적 블록도이다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전력 증폭기를 도시한 개략적 블록도이다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전력 증폭기를 도시한 개략적 블록도이다.

도 6a 내지 도 6c는 상이한 무선 신호에 대한 간략화된 주파수 스펙트럼을 도시한 다이어그램이다.

도 7a 내지 도 7b는 도 4 및 도 5에 이용된 증폭기의 내부 구조를 도시한 블록도이다.

도 8은 본 발명의 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 1은 무선 통신 네트워크(100)의 부분을 도시하며, 여기에서는 기지국(101)이 무선 신호를 통해 코드리스 단말기(cordless terminal)(102), 예컨대 이동 전화와 통신한다. 기지국(101)은 일반적으로 복수의 반송파(C1-C2)를 동시에 송신하기 위해 설치된다. 각 반송파(C1-C2)는 통상적으로 개별적인 전력 증폭기를 이용하여 증폭되었다. 기지국 하드웨어의 비용은, 모든 반송파 또는 상기 반송파의 적어도 수개를 동시에 증폭하기 위한 단일 전력 증폭기를 이용함으로써 절감될 수 있다.

종래의 증폭기는 비선형이고, 여러 주파수의 신호를 동시에 증폭할 시에 소위 상호 변조 기생 신호를 발생시킨다. 이들 상호 변조 기생 신호를 저 레벨로 억압할 필요가 있는데, 그 이유는, 그렇지 않으면, 이들이 무선 통신 네트워크(100) 또는 어떤 다른 네트워크/시스템에서 교란(disturbance) 및 간섭을 일으키기 때문이다.

상호 변조 기생 신호 및, 주로 소위 3차 상호 변조 기생 신호는, 통상적으로, 몇 가지 형식의 피드포워드 선형화를 이용하여 전력 증폭기의 출력 신호로부터 제거된다.

도 2는 종래의 피드포워드 기술에 기초한 전력 증폭기(200)의 구조를 도시한 것이다. 전력 증폭기(200)는, 수신된 입력 신호를 증폭함으로써 출력 신호를 발생시키는 제 1 비선형 증폭기(201)를 포함한다. 제 1 방향성 결합기(directional coupler)(202)는 입력 신호의 일부를, 제 1 지연선(delay line)(203)을 통해, 제 2 방향성 결합기(204)와 직렬로 결합된 제 1 위상 천이기(phase shifter)(210)로 피드포워드한다. 제 3 방향성 결합기(205)는 제 1 비선형 증폭기(201)로부터의 출력신호의 일부를 제 2 방향성 결합기(204)로 향하게 한다. 제 1 위상 천이기(210) 및 제 2 방향성 결합기(204)가 함께 역 위상 가산 수단으로서 기능을 하여, 제 1 증폭기(201)로 피드포워드된 입력 신호를, 동일한 증폭기(201)로부터 획득된 출력 신호에 대해 역 위상에서 가산한다. 제 1 지연선(203) 및 방향성 결합기(202, 204, 205)가 정확히 설정되면, 이 역 위상에서의 가산에 의해 생성된 신호는, 제 1 증폭기(201)의 비선형성에 의해 유발되는 상호 변조 기생 신호만을 포함한다. 이들 상호 변조 기생 신호는 제 2 선형 증폭기(206)에서 증폭된다. 제 1 증폭기(201)로부터의 출력 신호는 제 2 지연선(207)을 통해 제 4 방향성 결합기(208)의 입력에 결합되고, 제 2 증폭기로부터의 출력 신호는 제 2 위상 천이기(209)를 통해 제 4 방향성 결합기(208)의 제 2 입력에 결합된다. 이들 입력 신호는, 무시될 수 있는 3차 상호 변조 기생 신호를 포함하는 전력 증폭기의 출력 신호를 발생시키기 위해, 제 4 방향성 결합기(208)에서 함께 가산된다. 전력 증폭기(200)로부터의 출력 신호의 3차 상호 변조 기생 신호의 기능을 못하기 하기 위해서는, 제 4 방향성 결합기(208)에서 신호를 가산할 시에, 제 2 증폭기(206)로부터의 상호 변조 기생 신호가 제 1 증폭기(201)로부터의 출력 신호 내의 상호 변조 기생 신호와 동일한 전력 레벨이지만 역 위상을 가질 필요가 있다. 전력 레벨은 제 2 증폭기(206)와 방향성 결합기(208)를 조절함으로써 조절되는 반면에, 위상 조절은 제 2 위상 천이기(209)를 조절함으로써 실행된다.

도 6a 내지 도 6c는 도 1과 관련하여 설명한 몇 가지 신호의 주파수 스펙트럼에 대한 원리적인 외형을 도시한 간략화된 주파수 스펙트럼을 도시한 것이다.

도 6a는 도 2의 전력 증폭기(200)에 대한 가상 입력 신호를 도시한 것이다. 이 입력 신호는, 각각의 반송파 주파수(F1 및 F2)를 가진 2개의 반송파(C1 및 C2)를 포함하는 복합 무선 신호로 구성된다. 도 6a는 실제 복합 신호를 간략화한 것인데, 그 이유는, 2개의 피변조 반송파를 포함하는 실제 무선 신호의 주파수 스펙트럼이 단지 2개의 분리된 톤(tone)을 포함하는 것이 아니라, 각각의 반송파 주파수의 주변에 소정 량의 확산(spread)을 가지기 때문이다. 도 6a는 또한 원칙적으로 전력 증폭기(200)로부터의 출력 신호를 도시한 것이다. 그러나, 전력 증폭기(200)로부터의 출력 신호의 전력 레벨은 입력 신호의 전력 레벨보다 상당히 높다는 것을 알 수 있다.

도 6b에는 도 2의 제 1 증폭기(201)로부터의 출력 신호가 도시되어 있다. 이 출력 신호는 증폭된 반송파(C1 및 C2)의 양자 모두를 포함하고, 또한 제 1 증폭기(201)에서 발생된 3차 상호 변조 기생 신호(IM1 및 IM2)를 포함한다.

도 6c는 제 2 증폭기(206)로부터의 출력 신호를 도시한다. 이 신호는 상호 변조 기생 신호(IM1 및 IM2)만을 포함한다.

도 2에 도시된 전력 증폭기(200)에 관한 하나의 문제점은, 제 1 증폭기(201)의 하류(downstream)에 위치된 모든 부품, 즉 제 3 방향성 결합기(205), 제 2 지연선(207) 및 제 4 방향성 결합기(208)가 전력 증폭기(200)로부터 발생된 신호에 상당한 전력 손실을 일으킨다는 것이다.

도 3은 독일 특허 명세서 제DE 27 18 172호에 기술된 증폭기(300)를 도시한 것이다. 증폭기(300)는 제 1 신호 경로(301) 및 제 2 신호 경로(302)를 포함한다. 제 1 신호 경로는 제 1 증폭기(304)와 직렬로 결합된 제 1 감쇠기(303)를 포함한다. 제 2 신호 경로(302)는 제 2 감쇠기(306)와 직렬로 결합된 제 2 증폭기(305)를 포함한다. 증폭기(300)는 또한 분할 수단(307) 및 가산 수단(308)을 포함한다. 분할 수단(307)은 각각 제 1 및 제 2 신호 경로(301 및 302)의 시점에 접속되는 2개의 출력 및 입력을 갖는다. 가산 수단(308)은 제각기 제 1 및 제 2 신호 경로(301 및 302)의 종점에 접속되는 2개의 입력 및 출력을 갖는다.

2개의 피변조 반송파를 포함하는 복합 무선 신호로 이루어질 수 있는 제 1 신호(RF31)는 증폭기(300)에 입력되어, 분할 수단의 입력에 수신되며, 분할 수단은 수신된 신호(RF31)를 제 2 신호(RF32)와 제 3 신호(RF33)로 분할한 다음, 이들 2개의 신호를 제각기 제 1 신호 경로(301)와 제 2 신호 경로(302)로 분배하는 기능을 한다. 제 2 신호(RF32)는, 제 1 증폭기(304)에서 증폭되기 전에, 제 1 신호 경로(301) 내의 제 1 감쇠기(303)에서 감쇠된다. 증폭된 피변조 반송파에 부가하여, 제 1 증폭기(304)로부터의 출력 신호(RF34)는 또한, 제 1 증폭기(304)의 비선형성의 결과로서 발생된 상호 변조 기생 신호를 포함한다. 후자의 출력 신호(RF34)는 피변조 반송파와, 신호에 포함된 상호 변조 기생 신호의 레벨 간에 제 1 관계를 갖는다. 제 3 신호(RF33)는 제 2 신호 경로 내의 제 2 증폭기(305)에서 증폭됨으로써, 제 2 증폭기로부터의 출력 신호(RF36)의 증폭된 피변조 반송파가 제 1 증폭기(304)로부터의 출력 신호(RF34)의 피변조 반송파보다 더 강하게 된다. 상호 변조 기생 신호는 비선형 증폭기로부터의 출력 전압의 상승에 따라 지수 함수적으로(exponentially) 증대한다. 이것은, 제 2 증폭기(305)로부터의 출력 신호(RF36)에서 발생하는 상호 변조 기생 신호가, 제 1 증폭기(304)로부터의 출력 신호(RF34)의 증폭된 피변조 반송파 및 상호 변조 기생 신호의 경우보다, 동일한 신호(RF36)의 증폭된 피변조 반송파에 대해 상당히 더 강하다는 것을 의미한다.

제 2 증폭기(305)로부터의 출력 신호(RF36)는 제 2 감쇠기(306)에서 감쇠되어 신호(RF35)를 획득하며, 여기서, 제 1 증폭기(304)로부터의 출력 신호(RF34) 및 감쇠된 신호(RF35)의 상호 변조 기생 신호의 레벨은 제각기 서로 대응한다. 상술한 신호(RF35 및 RF34)는 가산 수단(308)에서 역위상으로 서로에 가산되고, 상호 변조 기생 신호는 서로 기능을 못하게 하여, 생성된 신호(RF37)가 가산 수단(308) 및 증폭기(300)로부터 출력된다.

도 3에 도시된 증폭기(300)는, 제 1 증폭기(304)의 하류에 접속되고, 매우 적은 손실을 일으키는 부품을 갖는다. 그러나, 전체적으로 보면, 이 증폭기(300)는 결과적으로 큰 전력 손실을 유발시켜, 전력 증폭기로서 이용하기에는 오히려 부적합하다. 이것은, 부분적으로, 제 2 신호 경로(302)에서 발생하는, 후에 감쇠를 수반하는 고 증폭도로 인한 것이다. 그것은 또한, 제 2 감쇠기(306)로부터 출력되는 신호(RF35) 내에 잔존하는 피변조 반송파를 무시할 수 없기 때문이며, 이것은 역 위상 가산 과정에서 제 1 증폭기(304)로부터의 출력 신호(RF34) 내의 피변조 반송파의 대응하는 부분을 소멸(extinguish)시켜, 결과적으로 증폭기(300)로부터의 출력 신호(RF37)의 전력을 감소시킨다.

본 발명은 도 2 및 도 3에 도시된 기존의 증폭기보다 더욱 효율적인 전력 증폭기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전력 증폭기(400)를 도시한 것이다. 전력 증폭기(400)는, 적어도 2개의 피변조 반송파를 포함하는 제 1 복합 무선 신호(RF41)를 증폭하기 위한 것이다. 전력 증폭기(400)는 제 1 신호 경로(402) 및 제 2 신호 경로(403)를 포함한다. 제 1 신호 경로(402)는 제 1 증폭기(405)와 직렬로 결합된 지연선(410)을 포함한다. 제 2 신호 경로(403)는 제 1 대역 저지 필터(408) 및 제 2 대역 저지 필터(409)와 직렬로 결합된 제 2 증폭기(406)를 포함하며, 그 후에는 제 3 선형 증폭기(407) 및 위상 천이기(411)가 후행한다. 전력 증폭기(400)는 또한 제 1 방향성 결합기(401) 및 제 2 방향성 결합기(404)를 포함한다. 제 1 방향성 결합기(401)는 하나의 입력 및 2개의 출력을 가지며, 여기서, 이들 출력은 제 1 신호 경로(402)의 지연선(410)의 입력 및, 제 2 신호 경로(403)의 제 2 증폭기(406)의 입력에 접속된다. 제 2 방향성 결합기(404)는 2개의 입력 및 하나의 출력을 가지며, 여기서, 이들 입력은 제 1 신호 경로(402)의 제 1 증폭기(405)로부터의 출력 및, 또한 제 2 신호 경로(403)의 위상 천이기(411)로부터의 출력에 접속된다.

전력 증폭기(400)로의 입력 신호를 구성하는 제 1 복합 무선 신호(RF41)는 제 1 방향성 결합기(401)의 입력에 수신된다. 제 1 방향성 결합기(401)는 분할 수단으로서 기능을 하여, 제 1 무선 신호(RF41)를 제 2 무선 신호(RF42)와 제 3 무선 신호(RF43)로 분할하며, 이들 무선 신호는 제각기 신호 경로(402, 403)에 분배된다. 도 6a는 무선 신호(RF41-RF43)의 각각의 주파수 스펙트럼의 원리적인 외형을 도시한 것이다. 이들 무선 신호는 모두 2개의 피변조 반송파(C1 및 C2)를 포함한다. 그러나, 제 1 무선 신호(RF41)를 분할한 결과로서, 다른 2개의 신호(RF42 및 RF43)의 전력이 더 낮다는 것을 알아야 한다. 제 1 무선 신호(RF41)는, 제 2 무선 신호(RF42) 및 제 3 무선 신호(RF43)의 전력이 같은 크기를 가져, 제각기 제 1 무선 신호(RF41) 전력의 거의 절반이 되도록 편리하게 분할된다.

제 2 무선 신호(RF42)는, 제 1 증폭기(405)에서 증폭되기 전에, 제 1 신호 경로(402)의 지연선(410)에서 지연되어, 제 4 무선 신호(RF44)를 획득한다. 제 1 증폭기(405)의 비선형성으로 인해, 제 4 무선 신호(RF44)에 상호 변조 기생 신호가 나타난다. 도 6b는 제 4 무선 신호(RF44)의 주파수 스펙트럼의 원리적인 외형을 도시한 것이다.

제 3 무선 신호(RF43)는 제 2 신호 경로(403)의 제 2 증폭기(406)에서 증폭되어, 제 6 무선 신호(RF46)를 획득한다. 제 2 증폭기(406)의 비선형성으로 인해, 제 6 무선 신호(RF46)에서 상호 변조 기생 신호가 나타난다. 도 6b는 제 6 무선 신호(RF46)의 주파수 스펙트럼의 원리적인 외형을 도시한 것이다.

제 2 신호 경로(403)는 제 6 무선 신호(RF46)로부터 제 5 무선 신호(RF45)를 형성하는 기능을 한다. 이것은, 피변조 반송파를 각각의 대역 저지 필터(408 및 409)에서 필터 아웃한 후, 필터 아웃된 신호를 제 3 증폭기(407)에서 증폭함으로써 행해진다. 도 6c는 제 5 무선 신호(RF45)의 주파수 스펙트럼의 원리적인 외형을 도시한 것이다.

제 4 무선 신호(RF44) 및 제 5 무선 신호(RF45)의 역 위상에서의 가산에 의해, 제 2 방향성 결합기(404)의 출력 상에 전력 증폭기(400)로부터의 출력 신호(RF47)가 생성되며, 이것에 의해, 출력 신호(RF47) 내의 상호 변조 기생 신호가 억압된다. 도 6a는, 이상적인 상태에서, 즉 상호 변조 기생 신호가 완전히 소거되었을 시에, 전력 증폭기(400)로부터의 출력 신호(RF47)의 주파수 스펙트럼의 원리적인 외형을 도시한 것이다. 출력 신호(RF47)의 주파수 스펙트럼은 제 1 무선 신호(RF41)와 동일한 주파수 성분, 즉 피변조 반송파(C1 및 C2)를 포함하지만, 제 1 무선 신호(RF41)보다 훨씬 더 높은 전력을 갖는다.

역 위상에서의 가산은, 위상 천이기(411)에서 제 5 무선 신호(RF45)를 위상 천이시켜, 제 5 무선 신호(RF45)의 위상이 제 4 무선 신호(RF44)의 위상과 역 또는 반대가 되도록 한 후, 위상 천이된 제 5 무선 신호(RF45) 및 제 4 무선 신호(RF44)를 함께 제 2 방향성 결합기(404)에 가산함으로써 실행된다.

위상 천이기(411) 및 제 2 방향성 결합기(404)는 함께, 제 4 무선 신호(RF44) 및 제 5 무선 신호(RF45)의 역 위상 가산을 위한 가산 수단을 형성하는 것으로 고려될 수 있다. 지연선(410)은, 제 4 무선 신호(RF44) 및 제 5 무선 신호(RF45)가 상기 역 위상 가산 시에 동일한 시간 위치를 갖도록, 즉 제 1 방향성 결합기(401)에서 제 2 방향성 결합기(404)까지 신호가 이동하는데 걸리는 시간이 제각기 신호 경로(402 및 403)의 양방에 대해 동일하도록 하는 크기로 된다.

제 3 증폭기(407)는, 제 5 무선 신호(RF45)의 상호 변조 기생 신호의 전력 및 전압 레벨을 조절 또는 적응시켜, 이들 값이 제 4 무선 신호(RF44)의 레벨 값에 대응하도록 하는 수단으로 고려될 수 있다.

2개의 대역 저지 필터(408-409)는 함께, 제 6 무선 신호(RF46) 내의 피변조 반송파를 선택적으로 억압하는 수단으로 고려될 수 있다. 전력 증폭기(400)는, 저지 대역의 중심 주파수가 필터 아웃될 피변조 반송파의 반송파 주파수(F1 및 F2)(도 6b 참조)와 전기적으로 일치시키도록 설정될 수 있는 대역 저지 필터를 적절히 이용하여, 상이한 반송파 주파수에 적합하게 될 수 있다. 이용된 대역 저지 필터(408-409)는, 제 1 대역 저지 필터(408) 및 제 2 대역 저지 필터(409)의 저지 대역의 중심 주파수가 각각의 주파수(F1 및 F2)에 설정되도록 전기적으로 설정될 수 있다. 예컨대, 대역 저지 필터(408-409)는, 기지국을 동작시키기 전에 제어 유닛으로 다운로드된(downloaded) 구성 파라미터에 기초하여 기지국의 제어 유닛(412)으로부터 설정될 수 있다. 그러나, 반송파 주파수를 변경할 필요가 없는 경우에는 영구적으로 설정된 대역 저지 필터를 이용할 수 있음을 알 수 있다.

도 4의 전력 증폭기(400)는, 제 2 신호 경로(403)에 다른 대역 저지 필터를 추가함으로써 2개 이상의 피변조 반송파를 포함하는 복합 무선 신호의 증폭에 적합하게 될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전력 증폭기(500)를 도시한 것이다. 전력 증폭기(500)는 적어도 2개의 피변조 반송파를 포함하는 제 1 복합 무선 신호(RF51)를 증폭하기 위한 것이다. 상기 전력 증폭기(500)는 제 1 방향성 결합기(501), 제 2 방향성 결합기(502), 제 1 신호 경로(503) 및 제 2 신호 경로(504)를 포함한다. 제 1 신호 경로(503)는 제 1 증폭기(506)와 직렬로 결합되는 제 1 지연선(505)을 포함한다. 제 2 신호 경로(504)는 하나의 입력과 2개의 출력을 가진 제 3 방향성 결합기(507)를 포함한다. 제 3 방향성 결합기(507)로부터의 제 1 출력은 제 2 증폭기(508)의 입력에 접속된다. 제 3 방향성 결합기(507)로부터의 제 2 출력은 제 2 지연선(509)에 접속되며, 그리고 나서, 제 2 지연선(509)은 제 2 위상 천이기(510)에 직렬로 결합된다. 제 4 방향성 결합기(511)는 2개의 입력 및 하나의 출력을 가지며, 상기 입력 중 하나는 제 2 증폭기(508)의 출력에 접속되고, 다른 입력은 제 2 위상 천이기(510)의 출력에 접속된다. 제 4 방향성 결합기(511)로부터의 출력은 제 3 선형 증폭기(512)에 접속되며, 그리고 나서, 제 3 선형 증폭기(512)는 제 1 위상 천이기(513)에 직렬로 접속된다. 제 1 방향성 결합기(501)는 하나의 입력 및 2개의 출력을 가지며, 여기서, 상기 출력은, 제각기, 제 1 신호 경로(503)의 제 1 지연선(505)의 입력 및, 제 2 신호 경로(504)의 제 3 방향성 결합기(507)의 입력에 접속된다. 제 2 방향성 결합기(502)는 2개의 입력 및 하나의 출력을 가지며, 여기서, 상기 입력은, 제각기, 제 1 신호 경로(502)의 제 1 증폭기(506)로부터의 출력 및, 제 2 신호 경로(504)의 제 1 위상 천이기(513)로부터의 출력에 접속된다.

제 1 복합 무선 신호(RF51)는 전력 증폭기(500)로의 입력 신호를 구성하여, 제 1 방향성 결합기(501)의 입력에 수신된다. 제 1 방향성 결합기(501)는 제 1 무선 신호(RF51)를 제 2 무선 신호(RF52)와 제 3 무선 신호(RF53)로 분할하는 수단으로서 기능을 하는데, 이들 무선 신호는 각각의 신호 경로(503, 504)에 분배된다.

제 2 무선 신호(RF52)는, 제 1 증폭기(506)에서 증폭되기 전에, 제 1 신호 경로(503)의 제 1 지연선(505)에서 지연되어, 제 4 무선 신호(RF54)를 형성한다. 제 4 무선 신호(RF54)는 제 1 증폭기(506)의 비선형성으로 인해 상호 변조 기생 신호를 포함한다.

제 3 무선 신호(RF53)는 제 2 신호 경로(504)의 제 2 증폭기(508)에서 증폭되어, 제 6 무선 신호(RF56)를 형성한다. 제 2 증폭기(508)의 비선형성으로 인해, 제 6 무선 신호(RF56)에 상호 변조 기생 신호가 나타날 것이다.

제 2 신호 경로(504)는 제 6 무선 신호(RF56)로부터 제 5 무선 신호(RF55)를 형성하는데 적합하다. 본 발명의 이 실시예의 경우에, 신호 발생은, 제 3 무선 신호(RF53)의 일부를 제 2 위상 천이기(510)로 피드포워드시키는 수단으로서 함께 기능하는 제 3 방향성 결합기(507) 및 제 2 지연선(509)에 의해 실행된다. 제 2 위상 천이기(510) 및 제 4 방향성 결합기(511)는 함께, 제 6 무선 신호(RF56) 및 제 3 무선 신호(RF53)의 피드포워드된 부분을 역 위상에서 가산하는 제 2 수단으로서 기능을 한다. 이것에 관하여, 제 2 지연선(509)은 제 2 증폭기(508)에서 발생하는 시간 지연을 보상하도록 설정되고, 제 2 위상 천이기(510)는 상술한 신호 가산이 역 위상에서 행해지도록 설정되며, 제 3 방향성 결합기(507) 및 제 4 방향성 결합기(511)는, 제각기, 피변조 반송파가 상기 신호 가산 시에 기능을 하지 못하게 되도록 설정된다. 마지막으로, 제 4 방향성 결합기(511)로부터의 출력 신호를 제 3 증폭기(512)에서 증폭함으로써, 제 5 무선 신호(RF55)가 생성된다.

제 4 무선 신호(RF54) 및 제 5 무선 신호(RF55)를 역 위상에서 가산함으로써, 제 2 방향성 결합기(502)의 출력에 전력 증폭기(500)로부터의 출력 신호(RF57)가 생성된다. 이 역 위상 가산 과정은, 위성 천이기(513)에서 제 5 무선 신호(RF55)를 위상 천이시켜, 제 5 신호를 제 4 무선 신호(RF54)에 대해 역 또는 반대 위상이 되도록 한 후, 위상 천이된 제 5 무선 신호(RF55) 및 제 4 무선 신호(RF54)를 제 2 방향성 결합기(502)에 함께 가산함으로써 실행된다.

위상 천이기(513) 및 제 2 방향성 결합기(502)는 함께, 제 4 무선 신호(RF54)를 제 5 무선 신호(RF55)에 역 위상에서 가산하는 가산 수단을 형성하는 것으로 고려될 수 있다. 제 1 지연선은, 제 4 무선 신호(RF54) 및 제 5 무선 신호(RF55)가 역 위상 가산 시에 상호 동일한 시간 위치를 갖도록, 즉 제 1 방향성 결합기(501)에서 제 2 방향성 결합기(502)까지 신호가 이동하는데 걸린 시간이 신호 경로(503 및 504)의 양방에 대해 동일하도록 하는 크기로 된다.

제 3 증폭기(512)는, 제 5 무선 신호(RF55) 내의 상호 변조 기생 신호의 전력 및 전압 레벨을 조절하여, 이들 레벨이 제 4 무선 신호(RF54)의 레벨에 대응하도록 하는 수단으로서 고려될 수 있다.

이러한 제 2 실시예의 경우에, 제 2 위상 천이기(510) 및 제 4 방향성 결합기(511)를 포함하는 제 2 가산 수단과 함께, 제 3 방향성 결합기(507) 및 제 2 지연선(509)을 포함하는 피드포워드 수단은, 제 6 무선 신호(RF56)의 피변조 반송파를 선택적으로 억압하는 수단을 구성하는 것으로 고려될 수 있다.

제 2 실시예에서, 무선 신호(RF51-RF57)는 제 1 실시예에서의 무선 신호(RF41-RF47)와 직접적인 대응 관계를 갖는다. 제 2 실시예에서의 각각의 무선 신호(RF51-RF57)에 대한 주파수 스펙트럼의 원리적인 외형은, 제 1 실시예에서의 대응하는 무선 신호(RF41-RF47)의 주파수 스펙트럼과 동일하므로, 이는 도 6a-6c로부터 명백해진다.

이들 2개의 실시예는 피변조 반송파의 선택적인 억압이 이루어지는 방법이 상이하다. 도 5의 실시예가 가진 이점은, 증폭되는 복합 무선 신호 내의 반송파의 수를 증가함에 따라 전력 증폭기(500)의 복잡성이 증가하지 않는다는 것이다.

상호 변조 기생 신호가 발생하는 제 1 및 제 2 증폭기는 유사한 비선형 특성을 갖는 것이 바람직하다. 유익하게도, 이들 2개의 증폭기는, 제 2 증폭기가, 주어진 입력 신호에 대해, 제 1 증폭기로부터의 대응하는 출력 신호의 전력보다 훨씬 더 낮은 전력의 출력 신호를 생성시키도록 선택될 것이다. 따라서, 제 5 무선 신호(RF45 및 RF55)는, 제각기, 피변조 반송파를 선택적으로 억압한 다음에, 먼저 제각기 제 3 선형 증폭기(407 및 512)에서 증폭되는 저 전력 레벨에서 상호 변조 기생 신호를 발생시켜, 상기 제 5 무선 신호가 정확한 전력 레벨을 획득하도록 함으로써 생성된다. 이와 같이 달성된 효율은 도 3에 도시된 증폭기에 의해 달성된 효율보다 훨씬 더 높다. 또한, 도 4의 제 2 증폭기(406)로부터의 전력의 출력 레벨을 보다 낮게 사용함으로써, 제 2 증폭기(406) 및 대역 저지 필터(408-409)가 저 전력을 위한 크기로 되게 할 수 있어, 이것에 의해, 이들 부품을 더 작게 하고, 보다 저렴하게 할 수 있다.

도 7a 및 7b는 도 4에 도시된 제 1 증폭기(405) 및 제 2 증폭기(406)를 구현하는 적절한 방식을 도시한 것이다.

도 7a에 명백히 나타나 있는 바와 같이, 도 4의 제 1 증폭기(405)는, 증폭기(405)가 필요한 전력을 공급할 수 있도록 병렬로 접속되는 제1의 다수의 증폭 소자(71)를 포함한다.

도 7b에 명백히 나타나 있는 바와 같이, 도 4의 제 2 증폭기(406)는 제 1 증폭기(405)에서와 동일한 유형의 하나의 증폭 소자(71)만을 포함한다.

예컨대, GSM 기지국에서, 제 1 증폭기(405)는 에릭슨사의 전력용 제품(Erisson Inc. Power Products)의 모델명 PTB 20219를 가진 소위 RF 파워 트랜지스터(power transistor)에서 출발점으로 구성될 수 있다. 제 2 증폭기(406)는 전력에 관하여 축소된 PTB 20219에서 출발점으로, 즉 도 7a 및 7b에 대해 설명된 것에 따라 구성될 수 있다.

제 2 증폭기가 제 1 증폭기에서와 동일한 유형의 보다 적은 병렬 접속된 증폭기 소자를 포함하기 때문에, 제 2 증폭기(406) 및 제 1 증폭기(405)는 양자 모두 유사한 비선형 특성을 갖는 반면에, 동시에, 제 2 증폭기(46)는 제 1 증폭기(45)보다 저 전력 레벨에서 동작할 것이다.

본 발명에 따른 전력 증폭기는 하나의 단일 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)에서 유리하게 실현될 수 있다. 본 발명의 전력 증폭기를 단일 MMIC에서 구현될 시에 획득되는 부가적인 이점은, 제 1 증폭기 및 제 2 증폭기가 양자 모두 동일한 칩 상에 위치한다는 사실로 인해, 반도체 재료 및, 칩 제조 시에 이용되는 프로세스의 차로 인한 증폭기 특성의 변동이 최소화된다는 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 방법을 도시한 흐름도이다. 이하, 도 8, 도 4 및, 도 6a-6c를 동시에 참조하여 상기 방법을 설명한다. 단계(801)에서, 제 1 복합 무선 신호(RF41)는 제 2 무선 신호(RF42)와 제 3 무선 신호(RF43)로 분할된다.

단계(801) 후에, 상기 흐름도는 단계(802)를 포함하는 브랜치(branch) 및, 단계(803-805)를 포함하는 브랜치로 분리하며, 여기서, 각각의 브랜치는 제각기 제 1 신호 경로(402) 및 제 2 신호 경로(403)에서 병렬로 실행되는 신호 처리를 나타낸다.

단계(802)에서는, 제 2 무선 신호(RF42)가 제 1 증폭기(405)에서 증폭되어, 제 4 무선 신호(RF44)를 제공하며, 그것에 의해, 제 4 무선 신호(RF44)에서 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)가 발생한다.

단계(803-805)에서, 제 3 무선 신호(RF43)를 처리함으로써 제 5 무선 신호(RF45)가 발생된다. 단계(803)에서는, 제 3 무선 신호(RF43)가 제 2 증폭기(406)에서 증폭되어, 제 6 무선 신호(RF46)를 제공하며, 그것에 의해, 제 6 무선 신호(RF46)에서 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)가 발생한다. 단계(804)에서, 제 6 무선 신호(RF46) 내의 피변조 반송파(C1, C2)의 선택적 억압에 의해, 제 6 무선 신호(RF46)로부터 제 5 무선 신호(RF45)가 형성된 후, 단계(804)로부터 생성된 신호의 전력은, 단계(805)에서, 제 5 무선 신호(RF45) 내의 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)의 전력 레벨이 제 4 무선 신호(RF44) 내의 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)의 전력 레벨에 대응하도록 조절된다.

마지막으로, 제 4 무선 신호(RF44) 및 제 5 무선 신호(RF45)의 역 위상 가산에 의해, 단계(806)에서 전력 증폭기로부터의 출력 신호(RF47)가 생성된다.

Claims

2 이상의 피변조 반송파를 포함하는 제 1 복합 무선 신호를 전력 증폭기에서 증폭하는 방법으로서,

a) 상기 제 1 복합 무선 신호를 제 2 무선 신호 및 제 3 무선 신호로 분할하는 단계,

b) 제 4 무선 신호를 생성시키도록, 제 1 신호 경로에 속하는 제 1 증폭기에서 제 2 무선 신호를 증폭하는 단계로서, 상기 제 4 무선 신호에서 상호 변조 기생 신호가 발생하는 증폭 단계,

c) 제 5 무선 신호를 생성시키도록, 제 2 신호 경로에서 제 3 무선 신호를 신호 처리하는 단계 및,

d) 제 5 무선 신호에 대해 제 4 무선 신호를 역 위상에서 가산함으로써, 전력 증폭기로부터 출력 신호를 생성시키는 단계를 포함하는데, 상기 신호 처리 단계 c)는,

e) 제 6 무선 신호를 생성시키도록, 제 2 증폭기에서 제 3 무선 신호를 증폭하는 단계로서, 상기 제 6 무선 신호에서 상호 변조 기생 신호가 발생하는 증폭 단계 및,

f) 제 6 무선 신호로부터 제 5 무선 신호를 생성시키는 단계를 포함하며, 상기 단계 f)는,

g) 제 6 무선 신호 내의 피변조 반송파를 선택적으로 억압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단계 f)는,

h) 제 5 무선 신호 내의 상호 변조 기생 신호의 전력을 조절하여, 상기 전력 레벨이 제 4 신호 내의 상호 변조 기생 신호의 전력 레벨에 대응하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 제 1 증폭기 및 상기 제 2 증폭기는 유사한 비선형 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 증폭 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

주어진 입력 신호에 대해, 상기 제 1 증폭기로부터의 대응하는 출력 신호보다 저 전력을 갖는 출력 신호를 상기 제 2 증폭기로부터 생성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 단계 g)에서 피변조 반송파의 상기 선택적인 억압은 상기 피변조 반송파를 필터 아웃함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 증폭 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 단계 g)에서 피변조 반송파의 상기 선택적인 억압은 제 3 무선 신호의 피드포워드된 부분에 대해 제 6 무선 신호를 역 위상에서 가산함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 증폭 방법.
2개의 피변조 반송파를 포함하는 제 1 복합 무선 신호를 증폭하는 전력 증폭기로서,

상기 제 1 복합 무선 신호를 제 2 무선 신호 및 제 3 무선 신호로 분할하는 수단,

제 4 무선 신호를 생성시키도록 조절되는 제 1 신호 경로,

제 5 무선 신호를 생성시키도록 조절되는 제 2 신호 경로 및,

제 5 무선 신호에 대해 제 4 무선 신호를 역 위상에서 가산함으로써, 전력 증폭기로부터 출력 신호를 생성시키는 제 1 가산 수단을 포함하는데,

상기 분할 수단은 제 1 신호 경로 및 제 2 신호 경로의 양방에 접속되어, 제 2 무선 신호 및 제 3 무선 신호를 각각의 신호 경로에 분배하도록 조절되고,

상기 제 1 신호 경로는 제 1 증폭기에서 제 2 무선 신호를 증폭함으로써 제 4 무선 신호를 생성시키도록 조절되어, 제 4 무선 신호에서 상호 변조 기생 신호가 발생하며,

상기 제 2 신호 경로는 제 2 증폭기에서 제 3 무선 신호를 증폭함으로써 제 6 무선 신호를 생성시키도록 조절되어, 제 6 무선 신호에서 상호 변조 기생 신호가 발생하며,

상기 제 2 신호 경로는 또한 제 6 무선 신호로부터 제 5 무선 신호를 생성시키도록 조절되는데, 상기 제 2 신호 경로는 제 6 무선 신호 내의 피변조 반송파를 선택적으로 억압하도록 조절되는 억압 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제 7 항에 있어서,

상기 제 2 신호 경로는 제 5 무선 신호 내의 상호 변조 기생 신호의 전력 레벨을 제 4 무선 신호 내의 상호 변조 기생 신호의 레벨에 대응하도록 하는 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

상기 제 1 증폭기 및 상기 제 2 증폭기는 유사한 비선형 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

상기 제 2 증폭기는, 주어진 입력 신호에 대해, 제 1 증폭기로부터의 대응하는 출력 신호의 전력보다 훨씬 저 전력을 가진 출력 신호를 생성시키도록 조절되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제 10 항에 있어서,

상기 제 1 증폭기는 소정의 유형의 병렬 접속된 제1의 다수의 증폭 소자를 포함하고, 상기 제 2 증폭기는 상기 제 1 증폭기의 증폭 소자와 동일한 유형의 보다 적은 제2의 다수의 증폭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

상기 억압 수단은 상기 피변조 반송파를 필터 아웃하도록 조절되는 대역 저지 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

상기 억압 수단은,

제 2 신호 경로에서 제 2 증폭기의 상류(upstream)에 접속되어, 제 3 무선 신호의 일부를 피드포워드시키는 피드포워드 수단 및,

상기 제 2 증폭기 및 상기 피드포워드 수단에 접속되어, 상기 제 3 무선 신호의 피드포워드된 부분에 대해 제 6 무선 신호를 역 위상에서 가산하도록 조절되는 제 2 가산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.