KR100561612B1 - 이중 경로 전력증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 이중 경로 전력증폭기는 임피던스 변환기에 의해서 두 경로의 전력증폭기가 연결된다. 임피던스 변환기는 (λ/4 ) 위상 변환기이며, 어느 한 경로의 전력증폭기가 작동할 때, 다른 전력증폭기의 출력단이 영향을 미치지 않게 된다.

이중 대역, 이중 경로, 전력증폭기, 임피던스, 정합

Description

이중 경로 전력증폭기{DUAL PATH POWER AMPLIFIER}

도 1은 통상적인 이중 경로 전력증폭기를 개략적으로 도시하는 회로도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 경로 전력증폭기를 개략적으로 도시하는 회도로이다.

도 3 및 도 4는 각각 도 2의 이중 경로 전력증폭기에서 출력정합수단(203)을 바라보는 출력임피던스 값 Zout1의 허수부에 해당하는 값이 0 보다 작아 커패시티브하게 보이는 경우와 0 보다 커서 인덕티브하게 보이는 경우의 회로 구성의 일 예를 나타내는 등가회로도이다.

도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 경로 전력증폭기를 개략적으로 도시하는 회로도이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중 경로 전력증폭기를 개략적으로 도시하는 회로도이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 한 실시예에 따른 이중 경로 전력증폭기를 개략적으로 도시하는 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

201, 501, 601, 701 : 고전력용 증폭기

202, 502, 602, 702 : 저전력용 증폭기

203, 503, 603, 703 : 고전력용 증폭기에 대한 출력정합수단

204, 504, 604, 704 : 저전력용 증폭기에 대한 출력정합수단

220, 520, 620, 720 : 임피던스 변환회로

본 발명의 전력 증폭기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이중 경로 전력증폭기에 과한 것이다.

전형적인 단일 대역 RF 전송기 회로는 전력 증폭기, 대역 통과 필터, 임피던스 정합 회로, 및 안테나를 포함한다. 전력증폭기는 원하는 통신 규약에 따라 통신 신호를 증폭시킨다. 임피던스 정합 회로는 전력증폭기에서 안테나로 신호가 전달 될 때 RF 손실을 최소화시킨다. 필터는 원하는 주파수 대역의 RF 통신 신호가 안테나를 통과하여 공중 인터페이스로 전송되도록 허용한다. 대역 통과 필터 및 임피던스 정합 회로는 일반적으로 소정의 주파수 대역에서 동작하도록 특정하게 설계된다.

잘 알려진 바와 같이, 기존의 전력증폭기의 효율은 최대출력(약 28dBm)을 기준으로 하고 있다. 하지만 실제 단말기는 최대출력에서의 사용빈도 보다는 저출력(약 -5 ~ 0 dBm 정도)에서의 사용이 훨씬 많은 것으로 조사되고 있다. 따라서, 이와 같은 통상적인 단일 주파수 대역의 전력증폭기에서 입력신호의 크기가 작을 때, 높은 효율의 증폭기를 설계하기 위해서는 단일 증폭기의 일부분을 동작시키기 않고 단락을 시키거나 이중 경로 증폭기에서 신호의 경로를 바꾸어 입력 신호의 크기에 맞는 높은 효율의 증폭기를 이용하여 전체적으로 높은 효율의 증폭기 성능을 얻고 있다.

또한, 최근 통신시장의 확대되고 단말기의 보편화가 이루어짐에 따라 단말기에 대한 수요가 상당량에 이르고 있으며, 점차 소형 및 경량 고성능의 단말기가 요구되고 있다. 더 작은 크기, 더 가벼운 무게, 그리고 더 적은 부품수와 같은 전통적인 기술적 경향에 더하여, 설계자들은 이제 전자기파 스펙트럼의 둘 이상의 서로 다른 주파수대에서 기능할 수 있는 능력과 같은 더 큰 능력을 이동 전화기에 포함시킬 것도 요청받고 있다.

다중대역 전송 기능을 이루는 한가지 방법은 2개 이상의 개별적인 전력증폭 장치를 사용하는 것이다. 이는 장치가 동작되도록 설계된 각 모드 또는 주파수 대역에 대해 1개의 전력증폭기를 요구한다. 이는 또한 각 전력증폭기와 필터링 및 임피던스 정합을 위한 관련 회로에 대해 한 개씩 대응하는 수의 전기적 경로를 제공하도록 요구한다. 제1전력증폭기 및 관련 회로는 아날로그 또는 디지털 표준 중 임의의 것에 따라 제1주파수 대역에서 동작하도록 최적화된다. 제2전력증폭기 및 관련 회로는 원하는 표준에 따라 제2 주파수 대역에서 동작하도록 최적화된다.

도 1은 이와 같은 통상적인 이중 경로 증폭기 (또는 이중 대역) 전력증폭기(100)를 개략적으로 도시하는 회로도이다. 도 1을 참조하면, 통상적인 이중 경로 전력증폭기(100)는 RF 입력단(RFin)에 연결된 서로 다른 입력신호( 또는 서로 다른 대역의 신호)에서 최적으로 동작하는 두 증폭기들(101, 102), 각 증폭기 에 연결된 출력 정합 회로들(103, 104) 및 상기 출력 정합 수단들에 연결된 RF 출력단(RFout)을 포함한다.

상기와 같이 구성되는 통상기술에 따른 전력증폭기(100)의 동작을 설명하면, 단말기 외부에서 RF 입력단(RFin)을 통해 입력된 신호는 그 신호의 크기 (또는 주파수)에 따라 서로 다른 증폭기를 통해서 증폭된다. 고전력 신호( 또는 제1주파수대역의 신호)일 경우, 증폭기 A1(101)를 통해서 증폭되어 출력 정합 회로(103)에서 정합되어 최대전력으로 신호를 RF 출력단(RFout)으로 전송된다. 한편 저전력 신호(또는 제2주파수대역의 신호)일 경우, 증폭기 A2(102)를 통해서 증폭되어 출력 정합 회로(104)에서 정합되어 최대전력으로 신호를 RF 출력단(RFout)으로 전송된다.

이 같은 통상적인 이중 경로 전력증폭기(100)는 스위치가 없이 수동소자만을 이용하여 출력 정합 회로를 구성하였기 때문에 증폭기 A1(101)이 동작할 때에는 증폭기 A1(101)의 출력 정합 회로(103)에 증폭기 A2의 출력 정합 회로(104)의 임피던스가 그대로 더해지게 된다. 이 때 증폭기 A2(102)의 출력 정합 회로(104)는 바꿀 수 없으므로 증폭기 A1의 출력 정합 회로(103)를 바꾸어야 한다. 이 과정이 완료된 후, 증폭기 A2(102)를 동작 시키고 이에 대한 정합 회로 설계 과정을 보면 앞의 과정과 동일한 경우가 발생하여 증폭기 A2(102)의 출력 정합 회로(104)를 바꿔야 한다. 이는 애초에 설계한 증폭기 A(101)1의 출력 정합 회로(103)에 더해진 임피던스가 바뀐 것이므로 출력 정합을 다시 설계해야 하므로 출력 정합 회로의 설계 시 반복하는 과정이 길어지는 단점이 있다.

즉, 도 1에 보여진 통상적인 이중 경로 전력증폭기(100)의 경우, 동작하지 않고 꺼져 있는 일부 증폭기의 출력 임피던스 때문에 동작하는 또 하나의 증폭기 출력 정합 회로가 복잡해 질 뿐만 아니라 설계도 시간이 많이 소요된다. 특히 동작하지 않고 꺼져 있는 증폭기의 출력 임피던스가 현저히 낮은 경우에는 동작하고 있는 증폭기의 출력 정합 상태가 적절한 수준에서 벗어나게 됨으로서 원하는 RF 출력 특성을 얻기가 어렵게 된다. 그러므로 이중 대역 증폭기 출력을 설계할 때에는 각 증폭기가 동작할 때의 출력 정합에 동시에 부합하는 전체 출력 정합 회로를 새로 설계하거나 각 증폭기가 동작할 때에 맞추어 각 증폭기의 출력 정합 회로를 다시 설계해야 한다. 이러한 정합 회로 설계 방법은 두 개의 증폭기 출력 정합을 동시에 만족시키는 회로를 설계해야 하기 때문에 많은 반복적인 과정을 거쳐야 할 뿐만 아니라, 출력 정합 회로에 사용된 수동소자 한 개의 특성 변화에 따라서 두 개의 증폭기 출력 특성에 동시에 영향을 주게 된다.

따라서 서로 다른 주파수 대역을 동시에 지원하는 전력증폭기의 효율적인 출력정합을 구현할 수 있는 새로운 기술이 필요하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 효율적인 출력정합을 구현할 수 있는 이중 경로 전력증폭기를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 특징은 위상 변환 회로를 사용하여 이중 대역 전력증폭기의 정합 회로 설계 시 각각의 증폭기는 단일 증폭기 출력 정합 회로를 그대로 사용할 수 있게 함으로써 정합 회로 의 설계를 단순화 시키는 것이다. 이에 따라, 하나의 증폭기가 동작을 할 때 동작하지 않는 증폭기의 출력 임피던스의 허수부에 대한 조건에 상관없이 출력 정합 회로를 설계 할 수 있어 모든 경우의 이중 경로 증폭기의 정합 회로에 적용할 수 있다.

구체적으로 본 발명의 전력증폭기는 고주파신호 입력단 및 출력단 사이에 연결되고 각각 증폭기 및 상기 증폭기에 연결된 출력 정합 수단으로 구성된 제1전력증폭부 및 제2전력증폭부와, 상기 제1전력증폭부 및 상기 제2전력증폭부에 연결된 임피던스 변환회로를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 변환회로는 상기 제1전력증폭부의 출력 정합 수단의 출력단과 상기 제2전력증폭부의 출력 정합 수단의 출력단에 연결된다.

일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 변환회로는 상기 제1전력증폭부의 증폭기 출력단과 상기 제2전력증폭부의 출력 정합 수단의 출력단에 연결된다.

상기 임피던스 변환회로는 동작 주파수의 위상을 90도 변이시키는 (λ/4) 위상 변환회로인 것이 바람직하다. 이때, 상기 (λ/4) 위상 변환회로는 상기 제1전력증폭부의 출력 정합 수단의 출력단 또는 증폭기의 출력단에 직렬로 연결된 제1임피던스 및 제2임피던스와, 상기 제1임피던스 및 제2임피던스 사이의 노드와 상기 제2전력증폭부의 출력 정합 수단의 출력단을 결합시키는 제1스위칭 수단과, 상기 제2임피던스와 접지를 결합시키는 제2스위칭 수단을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1전력증폭부 및 제2전력증폭부는 상기 고주파신호 입력단에 병렬로 연결된다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1전력증폭부 및 제2전력증폭부는 상기 고주파신호 입력단에 직렬로 연결되며, 상기 제2전전력증폭부의 증폭기 입력단이 상기 고주파신호 입력단에 연결되고, 상기 제1전력증폭부의 출력정합수단의 출력단이 상기 고주파신호 출력단에 연결된다.

이와 같은 본 발명의 전력증폭기에 따르면, 상기 제1전력증폭부가 동작할 경우(예컨대, 고전력 모드 또는 제1주파수 대역 모드로 동작할 경우), 상기 스위칭 소자들은 모두 열리고 상기 제2전력증폭부의 증폭기는 동작하지 않는다. 따라서, 상기 제1전력증폭부의 출력정합수단은 상기 제2전력증폭부의 출력정합수단에 의한 영향을 받지 않는다.

반면, 상기 제2전력증폭기가 동작할 경우(예컨대, 저전력 모드 또는 제2주파수 대역 모드로 동작할 경우), 상기 스위칭 소자들은 모두 닫히고 상기 제1전력증폭부의 증폭기는 동작을 하지 않는다. 이때, 상기 임피던스 변환회로의 출력임피던스가 매우크기 때문에 동작하지 않는 상기 제1전력증폭부의 출력정합수단의 영향은 거의 없게 된다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.

(실시예1)

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력증폭기(200)에 대한 개략적인 회로도이다. 본 실시예에 따른 전력증폭기(200)는 특정 전력대의 신호 (또는 특정 주파수 대역의 신호)에서 최적의 특성을 나타내는 두 개의 전력증폭기 A1(201), A2(202), 이들 전력증폭기들의 출력을 각각 정합하는 출력정합수단 1(203), 출력정합수단 2(204) 및 임피던스 변환기(220)를 포함한다. 전력증폭기들 A1(201), A2(202)는 고주파신호 입력단(RFin)에 입력정합수단(207)을 통해서 병렬로 연결된다.

상기 전력증폭기 A1(201)에 연결된 출력정합수단 1(203)은 노드 N1(225)을 통해서 고주파신호 출력단(RFout)에 연결된다. 이에 반해 상기 전력증폭기 A2(202)에 연결된 출력정합수단 2(204)는 상기 임피던스 변환기(220)을 통해서 상기 출력정합수단 1(203)에, 즉, 노드 N1(225)에 연결된다.

상기 임피던스 변환기(220)는 전력증폭기 A1(201)의 출력정합수단(203)에, 즉 노드 N1(225)에 연결되고 제1스위칭 소자 S1(223)을 통해서 상기 전력증폭기 A2(202)의 출력정합수단 2(204)에 연결된다. 구체적으로, 임피던스 변환기(220)는 상기 노드 N1(225)에 직렬로 연결된 두 개의 임피던스들(221, 222)를 포함한다. 상기 두 개의 임피던스들 사이의 노드N2(227)는 제1스위칭 소자 S1(223)을 통해서 상기 전력증폭기 A2(202)의 출력정합수단 2(204)에 연결되고, 임피던스 Z1(221)은 전력증폭기 A1(201)의 출력정합수단(203)에 연결되고, 임피던스 Z2(222)는 제2스위칭 소자 S2(224)를 통해서 접지에 연결된다.

이와 같은 본 발명의 이중 경로 증폭기에서 상기 스위칭 소자들 S1(223), S2(224)는 동시에 닫히거나 열린다. 또, 상기 증폭기 A1(201) 및 증폭기 A2(202) 중 어느 하나가 동작할 때 다른 하나는 동작을 하지 않는다. 바람직하게 상기 스위칭 소자들 S1(223), S2(224)이 닫히면, 즉 상기 임피던스 변환기(220)가 동작을 할 때, 상기 증폭기 A1(201)은 동작하지 않고, 상기 스위칭 소자들 S1(223), S2(224)이 열리면, 즉 상기 임피던스 변환기(220)가 동작을 하지 않을 때, 상기 증폭기 A1(201)은 동작을 한다.

바람직하게 상기 임피던스 변환기(220)는 동작 주파수의 위상을 90도 변이시키는 (λ/4) 위상 변환기로서, 그 임피던스들 Z1(221) 및 Z2(222)의 임피던스 값을 적절히 조절하여 용이하게 구현할 수 있다.

예컨대, 상기 출력정합수단 2(204)의 출력임피던스를 Zo2라 하고 상기 출력정합수단 1((203)의 출력임피던스를 Zo1 이라 할때, 상기 임피던스 변환기(220)의 등가임피던스를 Zm이라 하면, 등가임피던스 Zm 은 아래 수식 1에 의해 결정된다.

(Zm)² = Zo1 * Zo2 (수식 1)

이에 따르면, 상기 고주파신호 출력단(RFout)에서 바라보는 임피던스 변환기(220)의 출력임피던스는 매우 크게 나타난다.

상기 스위칭 수단들 S1(223), S2(224)는 동시에 닫히거나 열리거나 하여 임피던스 변환기(220)를 활성화 또는 불활성화 시킨다. 또, 스위칭 수단 S1(223)과 S2(224)는 다이오드(Diode), n형 바이폴라 트랜지스터(n-type BJT), p형 바이폴라 트랜지스터(p-type BJT), n형 모스 트랜지스터(n-type MOSFET, NMOS) 및 p형 모스 트랜지스터(p-type MOSFET, PMOS) 등으로 구현이 가능하다.

이제 이와 같은 본 발명의 전력증폭기의 동작에 관하여 설명을 한다. 먼저 고전력 모드 ( 제1주파수 대역 모드) 동작에 대해서 설명을 한다. 고전력 신호 (또는 제1주파수 대역의 신호)가 RFin을 통해서 입력되면 전력증폭기 A1(201)이 동작을 한다. 이 경우, 전력증폭기 A2(202)는 동작하지 않으며, 또한 임피던스 변환기(220)의 스위칭 수단들 S1(223)과 S2(224)는 열린다. 따라서, 전력증폭기 A2(202)는 전력증폭기 A1(201)의 동작에 영향을 전혀 미치지 않게되고 따라서 고전력 신호가 전력증폭기 A1(201)을 통해서 최적으로 증폭되고 또한 거기에 연결된 출력정합수단 1(203)을 통해서 정합되어 고주파신호 출력단(RFout)으로 전달된다.

이제 저전력 모드 (또는 제2주파수 대역 모드) 동작에 대하여 설명을 한다. 저전력 신호 ( 또는 제2주파수 대역의 신호)가 고주파신호 입력단(RFin) 을 통해서 입력되는 경우를 생각해 보자. 이 경우, 전력증폭기 A1(201)은 동작하지 않는다. 반면, 저전력 신호에 최적의 동작 특성을 가지는 전력증폭기 A2(202)가 동작하며, 임피던스 변환기(220)의 스위칭 소자들은 모두 닫혀진다. 여기서, 전력증폭기 A1(201)이 동작하고 있지 않을 때, 고수파신호 출력단(RFout)에서 바라보는 출력정합수단 1(203)의 출력임피던스 Zout1은 아주 작다. 한편, 임피던스 변환기(220)의 임피던스 Z1(221)과 임피던스 Z2(222)의 임피던스 값을 상기 (수식 1)에 의하여 그 특성임피던스 값을 출력임피던스 Zout1의 등가임피던스 값과 동일한 값으로 하여 구성하면 임피던스 변환기(220)는 동작 주파수의 위상을 90도 변화시킨다. 따라서 임피던스 변환기(220)의 출력임피던스 값은 매우 크게된다. 이에 따라, 아주 작은 값을 갖는 출력정합수단 1(203)의 출력임피던스 값에 대하여 임피던스 변환기(220)의 출력임피던스가 매우 큰 값으로 보이게 되고, 고주파신호 출력단(RFout)은 임피던스 변환기(220)의 특성에 의해 좌우되고 출력정합수단 1(203)의 출력임피던스는 전력증폭기 A2(202)의 출력정합수단 2(204)의 특성에 거의 영향을 미치지 않게 된다.

도 3 및 도 4는 각각 도 2의 이중 대역 전력증폭기에서 출력정합수단 1(203)을 바라보는 출력임피던스의 허수부에 해당하는 값이 0 보다 작아 커패시티브하게 보이는 경우와 0 보다 커서 인덕티브하게 보이는 경우의 회로 구성의 일 예를 나타내는 등가회로도이다. 도 3 및 도 4에서 소자 A(301)와 소자 B(401)는 각각 도 2의 출력정합수단 1(203)을 바라보는 출력임피던의 허수부에 따른 등가적인 임피던스를 나타내는 값이다. 그리고 출력정합수단 (302) 및 출력정합수단(402)은 동작하는 증폭기(예컨대, 전력증폭기 A2(202))의 출력단에 연결된 출력정합수단이다.

도 3에서 임피던스 변환기(220)는 소자 Z1(221)과 소자 Z2(222)로 구현되어 있으며 각각의 임피던스는 출력임피던스 Zout1의 등가적인 임피던스 X를 허수부로 갖는 소자를 사용한다. 이와 마찬가지로 도 4에서 임피던스 변환환기(220)는 소자 Z1(221)과 소자 Z2(222)로 구현되어 있으며 각각의 임피던스는 출력임피던스 Zout1의 등가적인 임피던스 X를 허수부로 갖는 소자를 사용한다.

도 3과 도 4는 각각 파이(pi) 형태의 회로이며 이는 테브난 노턴 등가 회로에 의하여 각각 티(T) 형태의 회로로도 구현이 가능함은 당업자에 있어서 자명할 것이다.

(실시예2)

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 경로 전력증폭기(500)를 개략적으로 도시하는 회로도이다. 도 2의 전력증폭기와 달리 증폭기 A1(501) 및 증폭기 A2(502)가 직렬로 연결되어 2단 증폭단을 구성한다. 즉, 고주파신호 입력단(RFin)에 입력정합수단(507)이 연결되고, 상기 입력정합수단(507)에 증폭기 A2(502), 출력정합수단 2(504)(인터스테이지 정합수단), 증폭기 A1(501) 및 출력정합수단 1(503)이 직렬로 순차적으로 연결되고, 상기 출력정합수단(503)에 고주파신호 출력단(RFout)이 연결된다. 한편, 임피던스 변환기(520)는 전력증폭기 A1(501)의 출력정합수단 1(503) 및 전력증폭기 A2(502)에 연결된다.

구체적으로, 상기 임피던스 변환기(520)는 두 개의 임피던스들 Z1(521), Z2(522)를 포함한다. 상기 두 개의임피던스들 사이의 노드 N2(227)는 스위칭 수단 S1(523)을 통해서 상기 출력정합수단 2(504)의 출력단에 연결되고, 임피던스 Z1(521)은 노드 N1(225)을 통해서 출력정합수단 1(503)에 연결되고, 임피던스 Z2(522)는 스위칭 소자 S2(524)를 통해서 접지에 연결된다.

본 실시예의 이중 경로 증폭기(500)에서 전력증폭기 A1(501)이 동작할 때 임피던스 변환기(520)는 동작하지 않으며 (즉, 스위칭 수단들 S1(523) 및 S2(524)은 열리며), 전력증폭기 A1(501)이 동작하지 않을 때, 임피던스 변환기(520)는 동작을 한다 (즉, 스위칭 수단들 S1(523) 및 S2(524)는 닫힌다).

이제 이와 같은 본 발명의 전력증폭기의 동작에 관하여 구체적으로 설명을 한다. 고전력 모드 또는 저전력 모드에 따라 스위칭 수단들 S1(523), S2(524)가 동 시에 열리거나 혹은 닫히거나 한다. 예컨대, 고전력 모드로 동작할 경우 스위칭 수단들 S1(523) 및 S2(524)는 열리게 되고 임피던스 변환기(520)는 동작을 하지 않는다. 저전력 모드 동작의 경우 스위칭 소자들 S1(523) 및 S2(524)는 닫기게 되고 이에 따라 임피던스 변환기(520)는 동작을 하고 고전력 대역에 적합한 증폭기 A1(501)은 동작을 하지 않는다.

먼저 저전력 모드 동작을 설명한다. 저전력 모드 동작의 경우 고전력 신호에 적합한 전력증폭기 A1(501)은 동작하지 않는다. 반면, 스위칭 수단들 S1(523) 및 S2(524)는 모두 닫히게 되어 임피던스 변환기(520)가 동작을 하게 된다. 전력증폭기 A1(501)이 동작하지 않기 때문에 거기에 연결된 출력정합수단 1(503)의 출력임피던스 Zout2 는 아주 작은 값을 가지게 된다. 따라서, 임피던스 변환기(520)의 소자 Z1(521)과 Z2(522)의 임피던스를 상기 (수식 1) 에 의하여 결정된 값으로 구성하면 임피던스 변환기(520)는 동작 주파수에서 위상이 90도 변하기 때문에 작은 값을 갖는 출력임피던스 Zout2에 대하여 임피던스가 매우 큰 값으로 보이게 된다. 따라서, 출력정합수단 1(503)은 증폭기 A2(502)에 연결된 출력정합수단 2(504)의 특성에 영향을 거의 미치지 않는다.

고전력 모드 동작의 경우, 스위칭 수단들 S1(523) 및 S2(524)는 모두 열리게 되어 임피던스 변환기(520)가 동작을 하지 않게 된다. 따라서, 신호가 고주파신호 입력단(RFin)으로 입력되어 전력증폭기 A2(502)를 통해 증폭되고 출력정합수단 2(504)를 통해 정합된 후, 전력증폭기 A1(501)를 통해 다시 증폭된 후 출력정합수단 1(503)을 거쳐 주파신호 출력단(Fout)으로 출력된다.

본 실시예에서, 스위칭 수단 S1(523)은 전력증폭기 A2(503) 및 출력정합수단 2(504) 사이에 연결될 수 도 있다.

이상에서 설명한 실시예 1 및 실시예 2에서는 임피던스 변환기가 증폭기(예컨대, 증폭기 A1)에 연결된 출력정합수단(예컨대, 출력정합수단 203, 503)의 출력단에 연결되었다. 하지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위에서 출력정합수다의 입력단, 즉 증폭기 출력단에 연결될 수 도 있으며 도 6 및 도 7은 이를 개략적으로 도시하고 있다.

먼저 도 6을 참조하면, 이중 대역 전력증폭기(600)에서, 임피던스 변환기(620)의 소자 Z1(621)이 증폭기 A1(601) 및 출력정합수단 1(603)의 입력단에 연결되어 있음을 알 수 있다. 마찬가지로, 도 7를 참조하면, 이중 대역 전력증폭기(700)에서, 임피던스 변환기(720)의 소자 Z1(721)이 증폭기 A1(701) 결된 출력정합수단 1(703)의 입력단에 연결되어 있음을 알 수 있다. 나머지 소자들은 도 2 및 도 5와 동일하게 구성된다.

도 6의 증폭기를 설명하면, 증폭기 A1(601)이 동작할 경우, 증폭기 A2(602)는 동작하지 않으며, 임피던스 변환기(620)의 스위칭 소자 S1(623)과 S2(624)가 꺼져있어 증폭기 A1(601)의 동작에 영향을 미치지 않는다. 반면, 증폭기 A1(601)이 동작하지 않을 때에는 증폭기 A2(602)가 동작한다. 이때, 증폭기 A1(601)이 동작하지 않을 때의 출력 임피던스 Zout1'은 증폭기 A1(601)이 꺼져 있으므로 아주 작은 값을 갖게 되고 임피던스 변환기(620)는 동작 주파수에서 위상이 90도 변하기 때문에 작은 값을 갖는 Zout1'에 대하여 임피던스가 매우 큰 값으로 보이게 되므로 증 폭기 A2(602)의 출력정합수단 2(804)의 특성에 영향을 미치지 않는다.

도 7에 따른 전력 증폭기의 동작은 앞서 설명한 방식과 동일하기 때문에 중복적인 설명을 생략하기로 한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예(들)를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할수 있을 것이다. 그러므로 본 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다

이상에서 설명한, 본 발명에 의하면, 이중 대역 증폭기 출력 정합 방식 및 임피던스 변환 회로의 설계 방식은 동작하지 않고 꺼져 있는 증폭기의 출력 임피던스 중 허수부에 해당하는 부분의 값이 0보다 작은 경우와 큰 경우로 나누어 각각의 경우에 따라서 최소한의 수동소자만을 이용하여 출력 정합 회로를 설계할 수 있고, 그 형태도 파이(pi) 또는 티(T) 모양이 가능하며, 회로의 출력 정합 회로는 다른 회로의 출력 정합 회로의 임피던스에 변화를 주지 않는다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바이어스 회로는 이중 대역 증폭기를 설계함에 있어서 입력 전력의 특성이 서로 다른 경우에도 그 각각의 입력 전력 특성에 적절한 증폭기 특성을 각각 설계할 수 있기 때문에 입력 전력의 크기에 상관없이 높은 효율을 얻을 수 있을 증폭기를 설계 할 수 있을 뿐만 아니라 증폭기의 입력 전력이 작은 경우와 큰 경우가 있을 때에는 초기 전류(Idle current)를 작게 만들 수 있으므로 전체적인 증폭기의 특성을 향상시킬 수 있다.

상기에 기술한 효과들은 전력 증폭기 뿐만 아니라 일반 이중 대역 증폭기를 설계함에 있어서 필수적인 것으로서 이 기술을 적용한 제품을 개발함으로써 기존의 제품에 비해 회로의 면적을 크게 늘리지 않은 상태에서 증폭기의 효율과 성능이 좋은 제품을 개발할 수 있을 것이다.

Claims (8)

1. 고주파신호 입력단 및 출력단 사이에 연결되고 각각 증폭기 및 상기 증폭기에 연결된 출력 정합 수단으로 구성된 제1전력증폭부 및 제2전력증폭부; 그리고

   상기 제1전력증폭부 및 상기 제2전력증폭부에 연결된 임피던스 변환회로를 포함하되,

   상기 임피던스 변환회로는 상기 제 1 및 제 2 전력증폭부의 상기 증폭기들 중 어느 하나의 동작에 따라 선택적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 이중 경로 전력증폭기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 임피던스 변환회로는 상기 제1전력증폭부의 출력 정합 수단의 출력단 또는 상기 제1전력증폭부의 증폭기의 출력단에 연결되고 상기 제2전력증폭부의 출력 정합 수단의 출력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 이중 경로 전력증폭기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 임피던스 변환회로는 (λ/4) 위상 변환회로인 것을 특징으로 하는 이중 경로 전력증폭기
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 (λ/4) 위상 변환회로는 상기 제1전력증폭부의 출력 정합 수단의 출력단 또는 증폭기의 출력단에 직렬로 연결된 제1임피던스 및 제2임피던스;

   상기 제1임피던스 및 제2임피던스 사이의 노드와 상기 제2전력증폭부의 출력 정합 수단의 출력단을 결합시키는 제1스위칭 수단;

   상기 제2임피던스와 접지를 결합시키는 제2스위칭 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 경로 전력증폭기.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제1전력증폭부 및 제2전력증폭부는 상기 고주파신호 입력단에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 이중 경로 전력증폭기.
6. 제 4 항에 있어서,

   제1전력증폭부 및 제2전력증폭부는 상기 고주파신호 입력단에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 이중 경로 전력증폭기.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제1전력증폭부 및 제2전력증폭부는 상기 고주파신호 입력단에 직렬로 연결되며,

   상기 제2전전력증폭부의 증폭기 입력단이 상기 고주파신호 입력단에 연결되고, 상기 제1전력증폭부의 출력정합수단의 출력단이 상기 고주파신호 출력단에 연결되는 이중 경로 전력증폭기.
8. 제 4 항에 있어서,

   상기 제1전력증폭부 및 제2전력증폭부는 상기 고주파신호 입력단에 직렬로 연결되며,

   상기 제2전전력증폭부의 증폭기 입력단이 상기 고주파신호 입력단에 연결되고, 상기 제1전력증폭부의 출력정합수단의 출력단이 상기 고주파신호 출력단에 연결되는 이중 경로 전력증폭기.

Images