KR100629244B1 - 적어도 세개의 전원을 이용한 고주파 전력 증폭기 장치 - Google Patents

적어도 세개의 전원을 이용한 고주파 전력 증폭기 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고주파 전력증폭기에 관한 것으로, 특히 이동단말기와, 기지국, 중계기에서 사용되는 높은 피크-평균전력비를 가지는 디지털 변조 신호를 증폭하는 고주파 전력증폭기로 입력신호의 포락선 신호를 검출하고 그 신호의 크기에 따라 순시적으로 두가지 이상의 전원을 공급함으로써 선형성과 효율이 동시에 개선되는 다수개의 순시전력을 이용한 고주파 전력 증폭기 장치이다. 본 발명은 수신되는 전원의 크기에 따라 순시적으로 전력을 공급하는 고속 스위칭 모듈 및 전원회로와 고속스위칭 모듈 및 전원회로에서의 구형파 출력에서 고조파의 잡음성분을 제거하는 고전류/고전압용 저역필터를 이용하여 신호를 증폭시에 고선형성과 고효율을 나타내는 고주파 전력증폭기 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 정전원 V1~V3과 역류를 방지하는 다이오드 1~3과 고속스위칭을 처리하는 고속스위칭 MOSFET와, 고속스위칭 MOSFET를 구동하기 위한 전원을 제공하는 게이트 구동회로와, 게이트 회로에 전원을 공급하는 고립형 광결합기로 이루어진 고속스위칭 모듈 및 전원회로를 제공하는 것이다

Description

적어도 세개의 전원을 이용한 고주파 전력 증폭기 장치 {An apparatus of high frequency power amplifier using at least three power supplies}
도 1은 종래의 도허티 전력 증폭 장치의 구성도이고,
도 2는 종래의 전력증폭기에 QPSK(quadrature phase shift keying)방식으로 처리하는 경우의 출력 신호 특성의 예이고,
도 3은 본 발명의 고효율 고선형 전력 증폭기 장치의 구성도이고,
도 4는 도 3의 전력 증폭기로 입력되는 신호를 검출하여 주증폭기에 제공하는 드레인 전압을 나타내고,
도 5는 도 3의 고속스위칭 및 전원회로의 상세도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
50, 52 : 방향성 결합기 54 : 평균전력검출기(RMS)
56, 62 : 전원결정회로 58 : 포락선 검출기
60 : 저역필터 66 : 고속스위칭 모듈 및 전원회로
70 : 게이트 전원회로 72 : 고전류/고전압용 저역필터
76 : 주증폭기
본 발명은 고주파 전력증폭기에 관한 것으로, 특히 이동단말기와, 기지국, 중계기에서 사용되는 높은 피크-평균전력비를 가지는 디지털 변조 신호를 증폭하는 고주파 전력증폭기로 입력신호의 포락선 신호를 검출하고 그 신호의 크기에 따라 순시적으로 두가지 이상의 전원을 공급함으로써 선형성과 효율이 동시에 개선되는 다수개의 순시전력을 이용한 고주파 전력 증폭기 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전력 증폭기(Power Amplifier)는 전력관을 사용한 종단의 증폭기로, 송신기에서는 안테나계에 전력을 공급하는 고주파 증폭기를 특히 종단 전력 증폭기라고 한다. 취급하는 주파수에 따라서 저주파 전력 증폭기와 고주파 전력 증폭기로 분류된다. 전력 증폭기는 일그러짐이 적고 높은 효율로 전력을 부하에 공급하는 것이 중요하다.
한편, 도허티 전력증폭기(Doherty amplifier)는 대전력 송신기의 고능률 변조 방식에 사용되는 증폭기의 하나로 B급 증폭기, C급 증폭기, 임피던스 반전 회로의 조합에 의해 양극 효율을 향상시키는 것이다. 반송파를 직선 증폭하는 반송파관과 정칙 변조(正則變調)시켰을 때의 피크 신호만을 증폭하는 피크 증폭관이 있어서 양쪽의 출력은 부하에서 합쳐지도록 반송파관의 그리드 측에는 90° 이상 회로(移相回路), 출력 측에는 임피던스 반전 회로를 사용하고 있으며, 양극 능률은 평균 60~70%에 달한다.
이하. 종래기술의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 선출원한 실용신안출원 번호 20-2003-0031079호에 기재된 "도허티 전력 증폭 장치"의 구성도를 나타내고 있다. 도 2는 종래의 전력증폭기에 디지털 변복조를 QPSK(quadrature phase shift keying)방식으로 처리하는 경우의 출력 신호 특성의 예를 나타낸 것이다.
종래의 도허티 전력 증폭장치는 전력증폭기의 고효율을 위하여 구현된 것으로 고정된 전원 공급(Fixed Biasing)하에서의 도허티 앰프에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 광대역 디지털 변조된 신호를 주증폭기(Main amplifier)(20)와 피킹증폭기(Peaking amplifier)(30)로 분리시킨다.
이때 주증폭기(20)는 클래스 B급으로 하고, 피킹증폭기(30)는 클래스 C급으로 한다. 주증폭기(20)와 피킹증폭기(30)에 대한 출력 임피던스 정합은 동일하게 구현한다. 입력신호(RF input)가 작을 때에는 주증폭기(20)만 동작하고 피킹증폭기(30)는 오프상태에 있게 되며 이때 주증폭기(20)가 바라보는 출력 임피던스는 임피던스 변환 라인(24) 및 보상 라인(Peaking compensation line)(22)에 의해 실제보다 2배가 된다.
그리고 점점 입력이 증가됨에 따라 피킹증폭기(30)도 턴온되고 이때에 증폭기의 효율이 최대가 된다.
이처럼 도허티 증폭기는 입력의 크기에 따라 실제 주증폭기(20)가 바라보는 출력 임피던스가 변하게 함으로써 효율을 개선시키는 방법이다.
한편, 도허티 증폭기를 시험해 보면 백-오프의 척도인 1dB 압축점이 낮아지는 현상을 볼 수 있다.
종래의 앰프스 이동 전화 방식(AMPS : Advanced Mobile Phone Service system)과, 전 접속 통신 시스템(TACS : total access communication system)과 같은 과거 아날로그 FM 변조 시스템의 신호를 증폭하는 전력증폭기는 포락선 신호의 크기가 변하지 않는 신호를 사용하였으나 최근에의 W-CDMA, cdma 2000의 3G 디지털 무선시스템에서 사용되는 신호들은 포락선 신호의 크기가 변한다.
도 2는 종래의 디지털 변복조를 QPSK(quadrature phase shift keying)방식으로 처리하는 경우의 출력 신호 특성의 예를 나타낸 것이다.
도 2(a)는 종래의 전력증폭기에 입력되는 QPSK 신호를 시간영역과 진폭, 도 2(b)는 주파수 영역에서의 파워스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
파워 스펙트럼은 할당된 주파수 대역에서 다수의 사용자를 할당하기 위한 협대역 주파수 채널로 국한되며 5.2 dB의 피크 대 평균 전력비(Peak-to-Average power Ratio : PAR) 특성을 가진 순시 전력으로 변동된다.
도 2의 (a),(b)와 같은 신호가 종래의 전력증폭기에 입력되어 포화되면 높은 크기 신호 성분이 클리핑(clipping)되어 도 2(c)와 같은 왜곡된 출력 파형을 가지며 스펙트럼 파형은 도2(d)와 같다.
전력증폭기가 비선형적으로 동작하면 혼변조 왜곡(Inter-Modulation Distortion :IMD) 성분을 발생시켜 인접 채널에 불필요한 전력을 부가한다.
이러한 전력은 신호대비 간섭 신호비(C/I), 인접 채널 전력비(Adjacent Channel Power Ratio: ACPR) 또는 3GPP에서의 인접 채널 누설 전력비(Adjacent Channel Leakage Power Ratio: ACLR)로 측정되며 인접 사용자에 간섭을 막기 위해 엄격하게 제한되는 것이다.
또한, 신호의 클리핑 현상은 또한 S/N 비를 저하시켜 전송되는 채널에서 변조의 정확성을 떨어 뜨린다.
결과적으로 16 직교 진폭 변조(16-QAM : quadrature amplitude modulation)과 직교 위상 편이 변조 (QPSK : quadrature phase shift keying)와 같은 변조신호를 이용하는 전력증폭기는 클리핑 현상이 최소로 일어나도록 전력증폭기의 평균 출력 전력이 최대 출력 전력보다 낮게 동작하도록 디자인하는 것이 보편적이다.
전력증폭기에서의 신호를 증폭시에 고선형성과 고효율은 서로 상반되는 특성을 나타내는 것으로, 종래의 도허티 증폭기는 고효율 측면에서는 유리하지만 클리핑 현상이 일반 클래스 AB급 보다 심하여 고선형성면에서는 단점을 가지게 되어 실제의 제품 구현에 많은 제약이 되는 문제점이 있다.
또한, 앞으로 진행되는 통신 형태는 기본적인 음성에서 점점 데이터 통신 위주로 전환될 것이며 이에 따라 신호 자체의 피크-평균 전력비는 점점 높아지고 있고 그와 함께 주증폭기의 전력 용량이 증가하여야 하며 소자 용량 증가는 재료비 상승과 효율이 나빠지는 결과를 초래하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수신되는 전원의 크기에 따라 순시적으로 전력을 공급하는 고속 스위칭 모듈 및 전원회로와 고속스위칭 모듈 및 전원회로에서의 구형파 출력에서 고조파의 잡음성분을 제거하는 고전류/고전압용 저역필터를 이용하여 신호를 증폭시에 고선형성과 고효율을 나타내는 다수개의 순시전력을 이용한 고주파 전력 증폭기 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 정전원 V1~V3과 역류를 방지하는 다이오드 1~3과 고속스위칭을 처리하는 고속스위칭 MOSFET와, 고속스위칭 MOSFET를 구동하기 위한 전원을 제공하는 게이트 구동회로와, 게이트 회로에 전원을 공급하는 고립형 광결합기로 이루어진 전력증폭기를 구성하는 고속스위칭 모듈 및 전원회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다수개의 순시전력을 이용한 고주파 전력 증폭기 장치는 입력되는 고주파 무선신호에서 포락선을 검출하고 필터링하여 전원을 선택제공하는 전원결정회로 1과, 입력되는 고주파 무선신호의 평균전력을 측정 판단하여 전원을 선택제공하는 전원결정회로 2와, 전원결정회로 1과 전원결정회로 2로부터 수신되는 전압에 따라서 선형성과 효율을 유지시키도록 가변 스위칭을 하여 전원을 공급하는 고속스위칭 모듈과, 고속스위칭 모듈로부터 제공되는 드레인 전압을 증폭하여 출력하는 주증폭기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 고속스위칭 모듈은 출력전압에 내재된 구형파의 노이즈 성분을 필터링하여 주증폭기로 드레인 전압을 순시적으로 제공하는 고전류/고전압용 저역필터를 더 포함하고, 고속스위칭 모듈은 순시적으로 변하는 전원을 수신하고 분리시켜 공급하는 고립형 광결합기와, 고립형 광결합기의 출력을 수신하여 구동 전원을 제공하는 게이트 구동회로와, 게이트 구동회로에서 제공되는 전원에 따라 가변적으로 고속 스위칭하여 출력시키는 고속스위칭 MOSFET와, 고속스위칭 MOSFET에 전원을 제공하는 복수개의 직렬 결합되는 정전원을 포함하여 이루어 진다.
또한, 정전원에는 복수개의 다이오드가 직렬로 연결되어 전류의 역류를 방지시켜 오작동을 예방하고,고속스위칭 MOSFET는,수신되는 전압의 순시치에 대한 레벨별 전압 기준에 따라서 상기 전압의 수신치가 일정레벨 이하로 낮은 경우에는 상기 고속스위칭 MOSFET는 동작하지 않고, 수신되는 전압의 순시치가 일정 레벨에 해당하는 경우 순서적으로 복수개의 고속스위칭 MOSFET를 온시켜 고속 스위칭하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 다수개의 순시전력을 이용한 고주파 전력 증폭기 장치의 구성도를 나타낸 것이고, 도 4는 도 3의 고효율 고선형 전력 증폭기로 입력되는 신호를 검출하여 주증폭기에 제공하는 드레인 전압을 나타내고, 도 5는 도 3의 고속스위칭 및 전원회로의 상세도를 나타내고 있다.
본 발명의 도 3은 다수개의 순시전력을 이용한 고주파 전력 증폭기 장치의 구성도를 나타낸 것이다.
본 발명에서는 종래기술과는 다르게 신호의 클리핑을 최소화 시켜 선형성을 유지하고 고효율의 전력증폭기를 구현할 수 있다.
도 3에는 고주파(RF) 입력에서 신호를 수신하여 분리하여 2개의 경로로 제공하는 두 개의 방향성 결합기(50, 52)와 입력되는 신호의 평균전력을 측정하는 평균전력(RMS)검출기(54)와, 평균전력 검출기(54)에서 수신되는 전력을 판단하여 일정 레벨 이하인 경우 고속스위칭 모듈 및 전원회로(66)에 입력되는 전압을 일정하게 유지시키는 전압으로 선택하여 제공하는 전원결정회로 2(56)를 나타내고 있다.
또한, 입력되는 디지털 변조신호를 방향성 결합기(52)에서 커플링하여 포락선 검출기(58)로 송신하면, 진폭변조된 입력 반송파의 포락선을 검출하는 포락선 검출기(58)와 포락선 검출기(58)로부터 출력되는 신호에서 고조파 신호를 제거하는 저역필터(60)와 저역필터(60)로부터 출력되는 전압레벨을 판단하여 고속스위칭 모듈 및 전원회로(66)에 입력되는 전압을 일정하게 유지시키는 전압으로 선택하여 제공하는 전원결정회로 1(62)을 나타내고 있다.
전원결정회로 1, 2(56, 62)로부터 출력되는 전압신호는 고속스위칭 모듈 및 전원회로(66)로 입력된다.
고속스위칭 모듈 및 전원회로(66)는 전원 공급값이 단계적으로 변화하는 두가지 이상의 순시적 가변 전원 공급 방식을 이용하는 것으로, 두가지 이상의 전원을 직렬 결합하고 차단 다이오드 및 고속 스위칭 MOSFET와 두가지 이상의 고립형 광결합기를 사용하여 순시적 가변 전원을 공급한다.
한편, 고속스위칭 모듈 및 전원회로(66)로부터 출력되는 출력 전압은 구형파 형태를 가지게 되며 여기에는 많은 고조파 성분들이 포함되어 이 구형파 전원을 주증폭기(76)에 공급하게 되면 고조파 성분이 변조가 되어 주증폭기(76)의 왜곡 현상 이 증가하게 되는 것을 고전류/고전압용 저역 필터(72)를 이용하여 고조파 성분을 제거함으로써 주증폭기(76)의 선형성을 개선시킨다
한편, 도 3의 저역필터(60)에서 출력되는 일부신호를 포락선 증폭회로(64)에서 증폭하고, 신호크기 조정회로(68)는 포락선 증폭회로(64)에서 출력된 신호를 구동 가능한 전압으로 조정하고, 게이트 전원회로(70)는 신호크기 조정회로(68)의 출력 전원으로 주증폭기(76)의 게이트 입력 전압(VGG)으로 제공한다.
또한, 입력되는 디지털 변조신호를 방향성 결합기(52)에서 커플링하여 구동증폭기(74)에서 증폭하여 주증폭기(76)로 입력되고, 주증폭기(76)에서는 게이트 전원회로(70)의 게이트 구동전압과 고전류/고전압용 저역필터(72)로부터 고조파신호가 필터링된 출력신호인 드레인 전압(VDD)을 수신하여 증폭시켜 출력한다.
본 발명은 광대역 디지털 변조된 신호를 입력에서 방향성 결합기(50, 52)를 이용하여 커플링(Coupling)하여 포락선검출기(58)를 통과하면 입력신호의 포락선 신호를 얻을 수 있다.
이 포락선 신호에서 불필요한 고주파 성분을 저역필터(60)를 이용하여 제거한 후 포락선의 신호의 크기에 따라 전원 종류를 결정해 주는 전원 결정회로1(62)을 거치게 된다.
이 전원결정회로 1(62)에서 나오는 신호에 따라 전원을 스위칭 해주는 고속 스위칭 모듈 및 전원회로(66)가 구동이 되고, 고속 스위칭 모듈 및 전원회로(66)에서 출력되는 전원의 고조파신호를 제거하는 고전력/고전압용 저역필터(72)를 경유 하여 주증폭기(76)의 드레인 전압으로 제공된다.
또한, 커플링된 입력신호의 일부를 다시 방향성 결합기(52)를 이용하여 커플링하여 평균전력 검출기(54)를 통과시켜 실제의 전력을 측정한 후 특정한 입력신호 이하에서는 전원결정회로 2(56)에서 고속스위칭 모듈 및 전원회로(66)에 필요한 전압으로 고정시켜 낮은 입력 전압에서도 고효율 성능을 얻을 수 있도록 하였다.
또한, 저역 필터(60)를 통과한 포락선 신호의 일부를 분배하여 포락선 증폭회로(64)를 이용하여 증폭시킨다.
증폭된 회로의 크기를 실제 구동 가능한 전압으로 조정하는 신호크기 조정회로(68)를 거치게 되며 이 신호를 게이트 전원회로(70)에 이용하여 드레인 전압이 변동됨에 따라 생기는 주증폭기(76)의 이득 변화를 자동적으로 조정하게 된다.
상술한 고속 스위칭 모듈 및 전원회로(66)의 출력 전압은 구형파 형태를 가지게 되며 여기에는 많은 고조파 성분들이 포함되어 있어서 이 구형파 전원을 주증폭기(76)에 공급하는 경우에는 고조파(harmonic) 성분이 변조가 되어 주증폭기(76)의 왜곡 현상이 증가하게 된다.
이러한 현상을 제거하기 위해 고전류/고전압용 저역 필터(72)를 삽입함으로써 전원 성분중의 고조파 성분을 제거함으로써 주증폭기(76)의 선형성과 효율을 개선시킨다.
도 4는 도 3의 고효율 고선형 전력 증폭기로 입력되는 신호를 검출하여 주증폭기에 제공하는 드레인 전압을 나타내고 있다.
도 3의 포락선 검출기(58)로 입력되어 검출되는 포락선 신호(Envelope Signal)의 평균입력 전압을 기준으로 본 발명의 고속스위칭 모듈 및 전원회로(66)와 고전류/고전압용 저역필터(72)를 거쳐서 상승된 드레인 전압(Dynamic Drain Voltage: VDD)이 발생되어 주증폭기(76)로 공급되어 출력된다.
한편, 평균입력 전압 이하에서는 감소된 드레인 전압(VDD)이 발생된다. 이때 감소된 드레인 전압이 발생되어도 주증폭기의 선형성은 나빠지지 않는다.
도 4에서 고속스위칭 모듈 및 전원회로(66)와 고전류/고전압용 저역필터(72)를 경유하여 출력되는 드레인 전압(VDD)은 가장 낮은 경우 V1, 그 다음 단계는 V1+V2, 가장 높은 단계는 V1+ V2+V3를 주증폭기(76)로 제공하여 전력증폭기가 고선형성과 고효율을 나타낸다.
본 발명의 도 5는 도 3의 고속 스위칭 모듈 및 전원회로(66)의 세부 구성도를 나타낸다.
본 발명의 고속 스위칭 모듈 및 전원회로(66)는 전원결정회로 1, 2(56, 62)로부터 입력되는 전력을 둘 이상의 포트로 분산시켜 제공하는 고립형 광결합기(91, 92)와 고립형 광결합기(91, 92)에서 출력되는 신호를 수신하여 고속스위칭 MOSFET(87, 88)를 구동시키는 게이트 전원을 공급하는 게이트 구동회로(89, 90)와 전류의 역방향으로 흐르는 것을 방지하는 다이오드 1, 2, 3(84, 85, 86)과 정전원 V1, V2, V3(81~83)을 나타내고 있다.
전원은 크게 V1, V2, V3(81~83)으로 나누어지며 적용되는 시스템의 특성에 따라 감소 및 증가가 가능하다.
다이오드 1, 2, 3(84~86)은 전류의 역방향 흐름을 차단하는 기능을 하게 되며 실제로 전원 스위칭은 고속스위칭 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)(87, 88)을 통하여 이루어지게 되며 고속스위칭 MOSFET(87, 88)을 구동시키기 위한 게이트 구동회로(89, 90)와 고립형 광결합기(91, 92)로 이루어진다.
한편, 고속스위칭 MOSFET는 전력증폭기에도 적합하고, 고속스위칭 응용에 적합한 소자이고 집적되어 컴퓨터에서도 이용된다.
도 3의 전원 결정회로 1, 2(56, 62)에서 입력되는 전원선택 신호 1, 2에 의해 고속 스위칭 모듈 및 전원회로(66)의 고속스위칭 MOSFET(87, 88)가 동작되고 그 결과로 최종 출력 전압이 출력된다.
한편, 고속스위칭 MOSFET(88)를 온 시키기 위해서는 게이트 구동회로(89)의 전압이 최소한 V1 + 3볼트(V) 이상이 되어야 한다.
그러나 게이트 구동회로(89)의 전원 공급값의 한계에 의해 높은 구동 전압을 발생시키는데 어려움이 있으며 그 해결 방법으로는 게이트 구동회로(89) 및 고립형 광결합기(92)의 출력 기준전압을 노드 1(node)(94)과 동일하게 연결함으로써 쉽게 구동 전압을 얻을 수 있다. 그러나 고립형 광결합기(92)의 입력 기준 전압은 V1과 동일하게 된다. 이와 같이 구성하여 낮은 전원선택신호에서 높은 구동 신호를 얻을 수 있게 된다.
또한 고속스위칭 MOSFET(87)을 온 시키기 위해서는 게이트 구동회로(90)의 전압이 최소한 V1 + V2 + 3 볼트(V) 이상이 되어야 한다.
그러나 게이트 구동회로(90)의 전원 공급값의 한계에 의해 높은 구동 전압을 발생시키는데 어려움이 있으며 그 해결 방법으로는 게이트 구동회로(90) 및 고립형 광결합기(91)의 출력 기준전압을 노드 2(93)와 동일하게 연결함으로써 쉽게 구동 전압을 얻을 수 있게 된다. 고립형 광결합기(91)의 입력 기준 전압은 V1과 동일하게 된다. 이와 같이 구성하여 낮은 전원선택 신호에서 높은 구동 신호를 얻을 수 있게 된다.
고속 스위칭 모듈 및 전원회로(66)의 동작을 실시예를 들어 설명하면, 고속 스위칭 모듈 및 전원회로(66)로 입력되는 순시피크 전압이 22볼트 이하로 낮을 때에는 고속 스위칭 MOSFET(87, 88)은 모두 오프 상태이며 이때의 출력단자에서의 최종출력 전압은 V1(81)이 된다.
그리고 순시 피크 전압이 22볼트에서 26볼트 정도 되면 두개의 MOSFET(87, 88)에서 하나의 고속 스위칭 MOSFET(88)만 온(On) 상태가 된다.
이때의 노드 1(94)에서의 전압은 V1+ V2가 되며 다이오드 1(86)에 의하여 V1으로 역방향으로 유입되는 전류는 없으며 출력단자에서의 최종출력 전압은 V1+ V2가 된다.
또한, 순시피크 전압이 30볼트 정도로 아주 높게 되면 두 개의 고속스위칭 MOSFET(87, 88)가 모두 온(on) 상태가 되며 노드 2(93)에서의 전압은 V1 + V2 + V3가 되며 전류의 유입은 다이오드1, 2, 3(84~86)에 의해 차단된다. 따라서 출력단자에서의 최종 출력 전압은 V1 + V2 + V3가 된다.
즉, 고속 스위칭 모듈 및 전원회로(66)로 입력되는 전원이 22볼트 이하인 경 우 최종출력전압은 V1이고, 입력되는 전원이 22~26볼트 이하인 경우 최종출력전압은 V1+ V2이고, 고속 스위칭 모듈 및 전원회로(66)로 입력되는 전원이 30볼트 이상인 경우 출력단자에서의 최종 출력 전압은 V1 + V2 + V3가 된다.
또한, 본 발명의 고속스위칭 MOSFET(87, 88)는 입력전원이 22~26볼트 이하인 경우 하나의 고속 스위칭 MOSFET(88)만 온(On) 상태가 되어 스위칭하고, 입력되는 전원이 30볼트 이상인 경우 두개의 고속스위칭 MOSFET(87, 88)가 모두 동작하여 고속스위칭을 하는 것이다.
한편, 고속스위칭 모듈 및 전원회로(66)에서 출력되는 전압은 구형파 형태로 고조파를 함유하고 있으며, 고조파 성분을 고전류/고전압용 저역필터(72)에서 제거한다. 고조파 성분을 제거하지 않고 주증폭기(76)로 바로 입력하여 증폭시키면 증폭기의 선형성이 나빠지는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상술한 바와 같이 고속스위칭 모듈 및 전원회로(66)에서 출력되는 구형파 형태의 고조파를 함유한 출력전압을 고전류/고전압용 저역필터(72)에서 제거하여 전력증폭기의 선형성과 효율을 매우 향상시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명은 전력증폭기의 주증폭기에 공급되는 전원이 무선입력신호를 검출하여 고속스위칭 모듈 및 전원회로로 공급되는 순시전압의 세기에 따라서 고속스위칭하여 전력증폭기의 선형성과 효율을 높인다.
본 발명의 전력증폭기에 의하여 순시 전력 공급장치를 사용하게 되면 평균 전력 대비 아주 높은 피크 신호 성분에 대해서만 충분한 전압을 공급함으로써 클리핑에 의한 왜곡 성분을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 실제 공급되는 전원의 평균 전압을 낮추어 줌으로써 소자의 용량을 크게 늘리지 않고서도 전력증폭기의 고선형성과 고효율을 동시에 얻을 수 있어 고정용 뿐만 아니라 이동통신용 기지국 및 중계기의 신뢰성 향상과 제조 설비 가격 및 유지 보수 비용을 획기적으로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 전력증폭장치를 이동단말기, 기지국 및 중계기에서 적용하면 앰프와 함께 설치되는 부대시설 비용을 절감할 수 있다.

Claims (5)

  1. 입력되는 고주파 무선신호에서 포락선을 검출하고 필터링하여 전원을 선택제공하는 전원결정회로 1과;
    상기 입력되는 고주파 무선신호의 평균전력을 측정 판단하여 전원을 선택제공하는 전원결정회로 2와;
    상기 전원결정회로 1과 전원결정회로 2로부터 각각 수신되는 전압을 분리시켜 공급하는 고립형 광결합기와, 상기 고립형 광결합기의 출력을 수신하여 구동 전원을 제공하는 게이트 구동회로와, 직렬 결합된 적어도 세개의 정전원과, 상기 정전원 각각의 일측에 연결된 다이오드와, 상기 다이오드를 통하여 상기 정전원 각각에 연결되고, 상기 게이트 구동회로에서 제공되는 전원에 따라 가변적으로 고속 스위칭하여 상기 정전원중 하나이상의 전압을 선택적으로 출력시키는 적어도 두개의 고속스위칭 MOSFET을 포함하는 고속스위칭 모듈과;
    상기 고속스위칭 모듈로부터 제공되는 드레인 전압을 증폭하여 출력하는 주증폭기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 적어도 세개의 전원을 이용한 고주파 전력 증폭기 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고속스위칭 모듈은 출력전압에 내재된 구형파의 노이즈 성분을 필터링하여 상기 주증폭기로 드레인 전압을 순시적으로 제공하는 고전류/고전압용 저역필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 세개의 전원을 이용한 고주파 전력 증폭기 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고속스위칭 MOSFET는,
    수신되는 전압의 순시치에 대한 레벨별 전압 기준에 따라서 상기 전압의 수신치가 미리 설정된 제 1 레벨 보다 낮은 경우에는 모두 오프되고,
    상기 전압의 순시치가 미리 설정된 제 2 레벨 이상인 경우 모두 온되며,
    상기 전압의 순시치가 상기 제 1 레벨 및 상기 제 2레벨 사이인 경우에는 순차적으로 온되는 것을 특징으로 하는 적어도 세개의 전원을 이용한 고주파 전력 증폭기 장치.
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