KR100688085B1 - Predistortion Linearizer apparatus for power amplifiers - Google Patents

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KR100688085B1 KR1020040058398A KR20040058398A KR100688085B1 KR 100688085 B1 KR100688085 B1 KR 100688085B1 KR 1020040058398 A KR1020040058398 A KR 1020040058398A KR 20040058398 A KR20040058398 A KR 20040058398A KR 100688085 B1 KR100688085 B1 KR 100688085B1
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

본 발명은 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치에 관한 것임.The present invention relates to a predistortion linearization device for power amplification.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention

본 발명은 입력신호의 크기에 따른 전력증폭기의 이득 왜곡(AM-AM)과 위상 왜곡(AM-PM)을 보상함으로써, 전력 증폭기의 선형성을 증가시키기 위한 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.The present invention provides a predistortion linearization device for power amplification to increase the linearity of a power amplifier by compensating gain distortion (AM-AM) and phase distortion (AM-PM) of a power amplifier according to the magnitude of an input signal. Its purpose is to.

3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention

본 발명은, 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치에 있어서, 위상 및 이득 변환시 발생하는 삽입손실을 보상하기 위하여 입력전력을 증가시키기 위한 증폭수단; 해당 입력단자와 출력단자를 연결하는 라인 상에 위치한 다이오드 및 상기 다이오드에 연결된 바이어스용 저항과 인덕터를 포함하여 이루어지고, 선형화 대상이 되는 전력증폭기의 위상변화 추이에 따라 선택적으로 결정된 상기 바이어스용 저항값과 상기 다이오드의 바이어스 전압의 크기에 따라, 상기 증폭수단으로부터 입력되는 전력에 대하여 해당 전력이 증가하면 위상을 증가 또는 감소시키기 위한 위상변환수단; 및 상기 위상변환수단에서 입력전력의 증가에 따라 감소되는 이득을 증가시키기 위한 이득변환수단을 포함함.A predistortion linearization device for power amplification, comprising: amplifying means for increasing input power to compensate for insertion loss generated during phase and gain conversion; The bias resistance value includes a diode located on a line connecting the corresponding input terminal and the output terminal, a bias resistor and an inductor connected to the diode, and are selectively determined according to the phase change of the power amplifier to be linearized. And phase shifting means for increasing or decreasing the phase when the corresponding power increases with respect to the power input from the amplifying means according to the magnitude of the bias voltage of the diode; And gain converting means for increasing a gain which decreases with an increase in input power in said phase converting means.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

본 발명은 전력 증폭기 등에 이용됨.The present invention is used in power amplifiers and the like.

전치왜곡, 선형화, 이득 왜곡(AM-AM), 위상 왜곡(AM-PM)Predistortion, Linearization, Gain Distortion (AM-AM), Phase Distortion (AM-PM)

Description

전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치{Predistortion Linearizer apparatus for power amplifiers}Predistortion Linearizer apparatus for power amplifiers

도 1 은 본 발명에 따른 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치의 일실시예 구성도, 1 is a configuration diagram of an embodiment of a predistortion linearization device for power amplification according to the present invention;

도 2 는 본 발명에 따른 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치 중 위상 변환기의 일실시예 회로도,2 is a circuit diagram of an embodiment of a phase shifter in a predistortion linearization device for power amplification according to the present invention;

도 3 은 본 발명에 따른 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치 중 위상 변환기의 공급전압 변화에 따른 이득과 위상 변화를 나타낸 일예시도,3 is an exemplary view illustrating a gain and a phase change according to a supply voltage change of a phase converter in a predistortion linearization device for power amplification according to the present invention;

도 4 는 본 발명에 따른 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치 중 위상 변환기의 공급전압 변화에 따른 이득과 위상 변화를 나타낸 다른 예시도,4 is another exemplary diagram illustrating a gain and a phase change according to a supply voltage change of a phase converter in a predistortion linearization device for power amplification according to the present invention;

도 5 는 본 발명에 따른 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치 중 이득 변환기의 공급전압 변화에 따른 이득과 위상 변화를 나타낸 예시도,5 is an exemplary diagram illustrating a gain and a phase change according to a supply voltage change of a gain converter of a predistortion linearization device for power amplification according to the present invention;

도 6 은 본 발명에서 TWTA 전력증폭기와 비선형 특성을 보상하기 위한 전치 왜곡형 선형화 장치가 포함된 증폭기의 IMD3의 설계 결과를 나타낸 예시도이다.FIG. 6 is an exemplary view showing a design result of an IMD3 of an amplifier including a pre-distortion linearization device for compensating a TWTA power amplifier and nonlinear characteristics in the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

11 : 증폭기 12 : 위상 변환기11: amplifier 12: phase shifter

13 : 이득 변환기 14 : 전력 증폭기13: gain converter 14: power amplifier

본 발명은 전력 증폭을 위한 전치왜곡(Predistorter)형 선형화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 웨이브 전력 증폭기의 입력 신호의 크기에 따른 전력 증폭기의 이득 왜곡(AM-AM)과 위상 왜곡(AM-PM)을 보상함으로써, 전력증폭기의 선형성을 증가시키기 위한 전치왜곡형 선형화 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a predistorter type linearizer for power amplification, and more particularly, gain distortion (AM-AM) and phase distortion (AM-) of a power amplifier according to the magnitude of an input signal of a microwave power amplifier. By compensating PM), a predistortion linearization device for increasing the linearity of a power amplifier is provided.

일반적으로 증폭기는 증폭기에 입력된 전기적 신호의 전력을 증가시킨다. 이상적인 증폭기는 입력된 신호를 왜곡시키지 않고 선형적으로 신호의 크기만을 증가시켜야 하나, 증폭기의 비선형 특성 때문에 출력신호의 왜곡이 발생하게 된다. In general, an amplifier increases the power of an electrical signal input to the amplifier. An ideal amplifier should linearly increase the magnitude of the signal without distorting the input signal, but the nonlinear nature of the amplifier will cause distortion of the output signal.

증폭기에서 발생하는 왜곡은 입력신호의 증가에 따른 이득감소와 위상의 변화에 의해 발생한다. The distortion generated by the amplifier is caused by the gain decrease and the phase change as the input signal increases.

전력증폭기의 선형성 향상을 위한 방법으로는 일반적으로 전치왜곡(Predistortion), 피드포워드(Feed-forward), 백오프(Backoff), 피드백(Feedback) 기법 등이 사용된다. 이중 전치왜곡형 선형화기는 전력증폭기의 효율이 거의 저하되지 않을 뿐만 아니라 소형, 경량, 저가로 구현가능하면서 선형 특성을 향상시킬 수 있는 장점 때문에 널리 사용되고 있는 기술이다. As a method for improving the linearity of a power amplifier, predistortion, feed-forward, backoff, and feedback techniques are generally used. The dual predistortion linearizer is widely used because of the small efficiency, low cost, low cost, and low linearity.

전치왜곡형 선형화 기술은 국내외에서 많은 연구가 진행되고 있는 분야이다. Allen Katz가 제안하는 공통게이트 MESFET(Common Gate MESFET)을 이용한 전치 왜곡형 선형화기는 게이트 전압(Vg)과 게이트 임피던스(Zg)를 제어하여 원하는 비선형 신호(증폭기의 AM-AM, AM-PM의 역이 되는 신호)를 발생하여 증폭기의 선형성을 개선하는 방법이다. 하나의 능동소자와 주변회로로 구성되어 이득과 위상 왜곡을 동시에 보상해주는 장점이 있으나, 삽입손실(Insertion Loss)이 커서 이를 보상하기 위한 큰 이득의 증폭단이 필요로 하게 되어 Ka대역 이상의 높은 주파수에서는 이득보상 증폭기의 전력소모가 커질 우려가 있다. 또한, 이득과 위상이 독립적으로 보상되기 어려워 모든 증폭기에 최적으로 사용하기 어려운 문제점이 있다.Predistortion linearization technology is a field where a lot of research is being conducted at home and abroad. The pre-distortion linearizer using the common gate MESFET proposed by Allen Katz controls the gate voltage (Vg) and gate impedance (Zg) so that the desired nonlinear signal (the inverse of the AM-AM and AM-PM of the amplifier) To improve the linearity of the amplifier. It is composed of one active element and peripheral circuit, which has the advantage of compensating for gain and phase distortion at the same time. However, since the insertion loss is large, a large gain amplifier stage is required to compensate for this. There is a concern that the power consumption of the compensation amplifier may increase. In addition, the gain and phase is difficult to be compensated independently, there is a problem that is difficult to use optimally for all amplifiers.

따라서, W-M. Zhang이 제안하는 전치왜곡형 선형화 장치는, MIC linearizer bridge, 증폭단, 그리고 제어단으로 구성된 선형화기로써, Linearizer bridge는 선형 phase shifter부와 비선형 부로 구성되어 증폭기의 AM-AM, AM-PM을 보상한다. 이러한 구조의 선형화기는 선형성 개선효과가 우수할 수 있으나, 두개의 경로를 사용함으로 인하여 대형, 고가로 구현되는 단점을 안고 있고, 또한 결합기의 사용으로 인한 삽입 손실의 증가로 증폭단의 이득 보상량이 크므로 이 또한 전력소모가 커지는 단점이 있다. Thus, W-M. The predistortion linearizer proposed by Zhang is a linearizer consisting of a MIC linearizer bridge, an amplifier stage, and a control stage. The linearizer bridge is composed of a linear phase shifter portion and a nonlinear portion to compensate for the AM-AM and AM-PM of the amplifier. . The linearizer of such a structure may have excellent linearity improvement effect, but it has a disadvantage of being realized at large and expensive by using two paths, and also because the gain compensation amount of the amplifier stage is large due to the increase of insertion loss due to the use of the coupler. This also has the disadvantage of increasing power consumption.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 입력신호의 크기에 따른 전력증폭기의 이득 왜곡(AM-AM)과 위상 왜곡(AM-PM)을 보상함으로써, 전력 증폭기의 선형성을 증가시키기 위한 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems, and to compensate the gain distortion (AM-AM) and phase distortion (AM-PM) of the power amplifier according to the size of the input signal, the power to increase the linearity of the power amplifier The object is to provide a predistortion linearization device for amplification.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치에 있어서, 위상 및 이득 변환시 발생하는 삽입손실을 보상하기 위하여 입력전력을 증가시키기 위한 증폭수단; 해당 입력단자와 출력단자를 연결하는 라인 상에 위치한 다이오드 및 상기 다이오드에 연결된 바이어스용 저항과 인덕터를 포함하여 이루어지고, 선형화 대상이 되는 전력증폭기의 위상변화 추이에 따라 선택적으로 결정된 상기 바이어스용 저항값과 상기 다이오드의 바이어스 전압의 크기에 따라, 상기 증폭수단으로부터 입력되는 전력에 대하여 해당 전력이 증가하면 위상을 증가 또는 감소시키기 위한 위상변환수단; 및 상기 위상변환수단에서 입력전력의 증가에 따라 감소되는 이득을 증가시키기 위한 이득변환수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.An apparatus of the present invention for achieving the above object, the predistortion linearization device for power amplification, comprising: amplifying means for increasing the input power to compensate for the insertion loss occurring during the phase and gain conversion; The bias resistance value includes a diode located on a line connecting the corresponding input terminal and the output terminal, a bias resistor and an inductor connected to the diode, and are selectively determined according to the phase change of the power amplifier to be linearized. And phase shifting means for increasing or decreasing the phase when the corresponding power increases with respect to the power input from the amplifying means according to the magnitude of the bias voltage of the diode; And a gain converting means for increasing a gain which decreases with an increase in input power in the phase converting means.

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본 발명은, 마이크로 웨이브 전력증폭기의 비선형성의 전치 보상을 목적으로, 입력 신호의 크기에 따른 전력증폭기의 이득 왜곡(AM-AM)과 위상 왜곡(AM-PM)을 전력증폭기의 전단에 위치하여 역으로 보상하기 위하여, 이득 변환부와 위상 변환부가 보상하고 이에 의해 발생한 삽입손실을 보상하기 위한 증폭기로 구성되어 전력증폭기의 선형성을 증가시킬 수 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for precompensating the nonlinearity of a microwave power amplifier, in which the gain distortion (AM-AM) and the phase distortion (AM-PM) of the power amplifier according to the magnitude of the input signal are placed in front of the power amplifier. In order to compensate for this, the gain converter and the phase converter may be configured to compensate for the insertion loss caused by the amplifier, thereby increasing the linearity of the power amplifier.

따라서, 본 발명은 이득 변환부, 위상 변환부, 증폭기가 케스케이드(Cascade)하게 구성되어 있어서 이득 및 위상을 원하는 양만큼 최적으로 보상할 수 있으므로 TWTA(Traveling Wave Tube Amplifier)와 SSPA(Solid State Power Amplifier)등의 모든 증폭소자에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 3단으로 간단하게 구성되어 있어서 실제 구현시 소형, 경량, 저가로 제작될 수 있는 장점이 있다.Therefore, in the present invention, the gain converter, the phase converter, and the amplifier are cascaded to optimally compensate for gain and phase by a desired amount, thereby providing a traveling wave tube amplifier (TWTA) and a solid state power amplifier (SSPA). Not only can be used for all amplification elements, etc., but it is simply configured in three stages.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명에 따른 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치의 일실시 예 구성도이다.1 is a block diagram of an embodiment of a predistortion linearization device for power amplification according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치는, 전치 왜곡형 선형화 장치의 입력 전력을 증가시켜주고, 위상 변환기(12)와 이득변환기(13)에서 발생하는 삽입손실을 보상해주기 위한 증폭기(11)와, 위상 변화를 위해, 상기 입력 전력의 증가에 따라 위상을 증가 또는 감소시키기 위한 위상변환기(12)와, 상기 입력 전력의 증가에 따라 이득을 증가시켜주기 위한 이득 변환기(13)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the predistortion linearization device for power amplification according to the present invention increases the input power of the predistortion linearization device, and occurs in the phase converter 12 and the gain converter 13. An amplifier 11 for compensating for insertion loss, a phase shifter 12 for increasing or decreasing a phase as the input power is increased, and a gain increasing as the input power is increased, for a phase change And a gain converter 13.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치의 동작 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the predistortion linearization device for power amplification according to the present invention having the configuration as described above in detail as follows.

본 발명에 따른 전치왜곡형 선형화기는 상기 도 1과 같이 증폭기(11), 위상 변환기(12), 이득 변환기(13)로 구성되어 있다. Predistortion linearizer according to the present invention is composed of an amplifier 11, a phase converter 12, a gain converter 13 as shown in FIG.

전력 증폭기(14)의 입력신호는 일반적으로 0dBm(1mW)정도의 크기이다. 하지만, 마이크로파 대역에서 사용되는 대부분의 능동소자의 경우 비선형성을 최대한 이용하기 위해서는 10dBm(10mW) 이상의 입력 전력이 필요하다. The input signal of the power amplifier 14 is generally on the order of 0 dBm (1 mW). However, most active devices used in the microwave band require an input power of 10 dBm (10 mW) or more in order to take full advantage of nonlinearity.

따라서, 본 발명에 따른 전치왜곡형 선형화기는 입력 전력을 증가시켜주고 또한 위상 변환기(12)와 이득 변환기(13)에서 발생하는 삽입손실(Insertion Loss)을 보상해 주기 위하여 초단에 증폭기(11)를 사용한다.Accordingly, the predistortion linearizer according to the present invention increases the input power and provides the amplifier 11 at the very first stage to compensate for the insertion loss occurring in the phase converter 12 and the gain converter 13. use.

또한, 전치왜곡형 선형화기의 두번째 단에 사용되는 위상 변환기(12)는 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)를 사용한다.In addition, the phase shifter 12 used in the second stage of the predistortion linearizer uses a Schottky diode.

도 2 는 본 발명에 따른 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치 중 위상 변환기(12)의 일실시예 회로도이다.2 is a circuit diagram of an embodiment of a phase converter 12 of a predistortion linearization device for power amplification according to the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 쇼트키 다이오드의 등가모델은 다이오드의 저항(Rd)과 커패시터(Cp)의 병렬 결합으로 표현될 수 있다. 또한, 위상 변환기(12)의 이득(S21)은 하기의 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같이 표현된다.As shown in FIG. 2, the equivalent model of the Schottky diode may be represented by a parallel coupling of the resistor Rd and the capacitor Cp of the diode. In addition, the gain S21 of the phase converter 12 is expressed by the following [Equation 1] and [Equation 2].

Figure 112006066812250-pat00001
Figure 112006066812250-pat00001

Figure 112006066812250-pat00002
Figure 112006066812250-pat00002

여기서, Z0는 특성임피던스이다. 입력전력의 증가에 따른 위상 변환기(12)의 이득과 위상 변화는 쇼트키 다이오드의 바이어스 조건에 의해 서로 다르게 동작한다. Where Z 0 is the characteristic impedance. The gain and phase change of the phase converter 12 according to the increase of the input power operate differently depending on the bias condition of the Schottky diode.

첫번째로, 도 2의 바이어스 경로의 저항 R1과 R2를 큰 값으로 하는 경우, 쇼트키 다이오드로의 입력 전력이 증가하게 되면 다이오드에 흐르는 전류는 커지게 되면서 다이오드에 걸리는 DC 전압이 감소하여 등가 커패시터의 용량이 감소하게 된다. 이경우 다이오드의 등가모델인 커패시터(Cp)의 변화량이 위상 변환기(12)의 이득과 위상 변화를 주도하게 되고, 상기 [수학식1]의 이득 변화는 입력전력이 증 가함에 따라 감소하고, 위상 변화는 입력전력이 증가함에 따라 증가하게 된다. First, when the resistors R1 and R2 of the bias path of FIG. 2 are set to large values, when the input power to the Schottky diode increases, the current flowing through the diode increases, and the DC voltage applied to the diode decreases, thereby decreasing the equivalent capacitor. The dose will be reduced. In this case, the change amount of the capacitor Cp, which is an equivalent model of the diode, leads the gain and phase change of the phase converter 12. The gain change of Equation 1 decreases as the input power increases, and the phase change Increases with increasing input power.

두번째로, 도 2의 바이어스 경로의 저항 R1과 R2를 작은 값으로 하는 경우, 쇼트키 다이오드로의 입력 전력이 증가하게 되면 다이오드에 흐르는 전류는 커지게 되면서 등가 저항(Rd)의 값이 감소하게 된다. 이 경우 다이오드의 등가모델인 저항(Rd)의 변화량이 위상 변환기(12)의 이득과 위상 변화를 주도하게 되고 상기 [수학식 1]의 이득 변화는 입력전력이 증가함에 따라 증가하고, 위상 변화는 입력전력이 증가함에 따라 감소하게 된다. Secondly, when the resistances R1 and R2 of the bias path of FIG. 2 are set to small values, when the input power to the Schottky diode increases, the current flowing through the diode becomes larger and the value of the equivalent resistance Rd decreases. . In this case, the change amount of the resistor Rd, which is an equivalent model of the diode, leads the gain and phase change of the phase converter 12. The gain change of Equation 1 increases as the input power increases, and the phase change is It decreases as the input power increases.

여기서, 인덕터 L1과 L2는 저항 R1과 R2가 작을 경우, 신호가 바이패스되는 현상을 방지하기 위하여 필요하다. 따라서, 선형화 대상의 증폭기(11)의 위상변화의 변화 추이에 따라서 선택적으로 바이어스 조건을 결정하면 된다.Here, the inductors L1 and L2 are necessary to prevent the signal from being bypassed when the resistors R1 and R2 are small. Therefore, the bias condition may be selectively determined according to the change of the phase change of the amplifier 11 to be linearized.

도 3 은 본 발명에 따른 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치 중 위상 변환기의 공급전압 변화에 따른 이득과 위상 변화를 나타낸 일예시도로서, 입력전력이 증가함에 따라 위상이 감소하는 전력증폭기의 위상을 보상하기 위하여, 위상 변환기(12)에서 쇼트키 다이오드의 바이어스 경로의 저항 R1과 R2를 500 Ohm으로 크게 하고 공급전원(Vdd)의 변화에 따른 이득과 위상의 변화를 도시한 것이다. 3 is an exemplary view illustrating a gain and a phase change according to a supply voltage change of a phase converter in a predistortion linearization device for power amplification according to the present invention, wherein a phase of a power amplifier whose phase decreases as the input power increases. To compensate for this, the resistors R1 and R2 of the bias path of the Schottky diode in the phase converter 12 are enlarged to 500 Ohm, and the gain and phase change according to the change of the power supply Vdd are shown.

도 3에 도시된 바와 같이, 입력전력이 증가함에 따라 위상 변환기(12)의 이득은 감소하고, 위상은 증가함을 알 수 있다. As shown in FIG. 3, it can be seen that as the input power increases, the gain of the phase converter 12 decreases and the phase increases.

도 4 는 본 발명에 따른 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치 중 위상 변환기의 공급전압 변화에 따른 이득과 위상 변화를 나타낸 다른 예시도로서, 입력전력이 증가함에 따라 위상이 증가하는 전력증폭기(14)의 위상을 보상하기 위하여, 위상 변환기(12)에서 쇼트키 다이오드의 바이어스 경로의 저항 R1과 R2를 10 Ohm으로 작게 하고 공급전원(Vdd)의 변화에 따른 이득과 위상의 변화를 도시한 것이다.4 is another exemplary diagram illustrating a gain and a phase change according to a supply voltage change of a phase converter in a predistortion linearization device for power amplification according to the present invention, and the power amplifier 14 whose phase increases as the input power increases. In order to compensate for the phase of (), the resistances R1 and R2 of the bias path of the Schottky diode in the phase converter 12 are reduced to 10 Ohm, and the gain and phase change according to the change of the power supply Vdd are shown.

도 4에 도시된 바와 같이, 입력전력이 증가함에 따라 위상 변환기(12)의 이득은 증가하고, 위상은 감소함을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, it can be seen that as the input power increases, the gain of the phase converter 12 increases and the phase decreases.

모든 전력증폭기는 입력전력이 증가함에 따라서 최대 출력전력 근처에서 이득이 감소하게 된다. 따라서, 입력전력의 증가에 따라 이득을 증가시켜주는 보상회로가 필요하게 된다. 본 발명에서는 이득 변환기(13)로써 "CLASS AB급 증폭기"를 사용하였다. "CLASS AB급 증폭기"는 낮은 바이어스 전류에서 동작하여 입력전력이 커짐에 따라서 증폭기 트랜지스터의 게이트(FET 계열의 트랜지스터의 경우)나 베이스(BJT 계열의 트랜지스터의 경우)의 전위나 전류를 키워주어 트랜지스터의 동작 전류와 이득이 증가하게 되므로 전력증폭기의 입력전력 증가에 따른 이득감소를 보상할 수 있다.All power amplifiers reduce their gain near their maximum output power as the input power increases. Therefore, there is a need for a compensation circuit that increases the gain as the input power increases. In the present invention, a "CLASS AB class amplifier" is used as the gain converter 13. Class AB amplifiers operate at low bias currents, and as the input power increases, the potential or current of the transistor transistor gate (in case of FET series transistors) or base (in case of BJT series transistors) is increased. As the operating current and gain increase, the gain reduction can be compensated for by increasing the input power of the power amplifier.

도 5 는 본 발명에 따른 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치 중 이득 변환기의 공급전압 변화에 따른 이득과 위상 변화를 나타낸 예시도로서, FET계열의 HEMT(High Electron Mobility Transistor) 소자를 사용하여 게이트 바이어스의 변화에 따른 이득과 위상의 변화를 도시한 것이다.5 is an exemplary diagram illustrating a gain and a phase change according to a change in supply voltage of a gain converter of a predistortion linearization device for power amplification according to the present invention, and using a HEMT (High Electron Mobility Transistor) device of a FET series It shows the change of gain and phase according to the change of bias.

도 5에 도시된 바와 같이, 게이트 바이어스를 작게 하는 경우 더 많은 이득의 증가를 보이게 되므로, 전력증폭기(14)의 이득 감소 특성과 위상 변환기(12)의 이득 감소 또는 증가 특성을 보상할 수 있는 바이어스 전압을 결정하면 된다. As shown in FIG. 5, when the gate bias is made smaller, more gain increases, and thus a bias capable of compensating for the gain reduction characteristic of the power amplifier 14 and the gain reduction or increase characteristic of the phase converter 12 is obtained. This is done by determining the voltage.

그리고, 이득 변환기(13)의 위상 변화는 위상 변환기(12)의 위상 변화에 비 해 작은 값이지만 전체적으로 보상될 수 있도록 결정하여야 최적의 전치 왜곡형 선형화 장치를 구현할 수 있다.In addition, the phase change of the gain converter 13 is smaller than the phase change of the phase converter 12, but should be determined so as to be compensated as a whole so that an optimal predistortion linearization device may be realized.

도 6 은 본 발명에서 TWTA(Traveling Wave Tube Amplifier) 전력증폭기와 비선형 특성을 보상하기 위한 전치 왜곡형 선형화 장치가 포함된 증폭기의 IMD3(3rd order intermodulation distortion)도의 설계 결과를 나타낸 예시도로서, TWTA 전력증폭기의 비선형 특성을 보상하기 위한 전치 왜곡형 선형화 장치를 설계하여, TWTA와 본 발명 전치왜곡형 선형화 장치가 포함된 증폭기의 IMD3의 설계 결과를 도시한 것이다. FIG. 6 is an exemplary diagram illustrating a design result of a 3rd order intermodulation distortion (IMD3) diagram of an amplifier including a traveling wave tube amplifier (TWTA) power amplifier and a predistortion linearization device for compensating for nonlinear characteristics. FIG. The predistortion linearizer is designed to compensate for the nonlinear characteristics of the amplifier, and the design results of the IMD3 of the amplifier including the TWTA and the predistortion linearizer of the present invention are shown.

TWTA는 입력 단일톤(1-tone) 전력이 증가함에 따라 이득은 감소하고 위상도 감소하는 특성이 있다. 이 특성을 본 발명의 전치왜곡형 선형화 장치를 사용하여 최적으로 보상한 결과, 도 6에 도시된 바와 같이 두개톤(2-tone) 전력이 인가되었을 때, TWTA만의 특성에 비해 IMD3를 최대 10dB 이상 향상시킬 수 있었다.TWTA has the characteristic that the gain decreases and the phase decreases as the input single-tone power increases. As a result of optimally compensating this characteristic using the predistortion linearization device of the present invention, when two-tone power is applied as shown in FIG. 6, IMD3 is up to 10 dB or more compared to the characteristic of TWTA alone. Could improve.

마지막으로, 본 발명은 증폭단, 위상 변화단, 이득 변화단 총 3개단이 케스케이드(Cascade) 구조를 가지고 있어서 구현이 용이할 뿐만 아니라 저가, 경량, 소형으로 제작될 수 있고, 위상 변화단과 이득 변화단이 독립적으로 위치하여 어떠한 증폭기라도 이득 왜곡(AM-AM)과 위상 왜곡(AM-PM) 특성을 최적으로 보상해 줄 수 있다.Finally, the present invention has a cascade structure of three stages of amplification stage, phase shift stage, and gain shift stage, which is easy to implement and can be manufactured at low cost, light weight, and small size. This independent location allows any amplifier to optimally compensate for gain distortion (AM-AM) and phase distortion (AM-PM) characteristics.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상 의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.As described above, the method of the present invention may be implemented as a program and stored in a recording medium (CD-ROM, RAM, ROM, floppy disk, hard disk, magneto-optical disk, etc.) in a computer-readable form. Since this process can be easily implemented by those skilled in the art will not be described in detail any more.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.

상기와 같은 본 발명은, 이득 변환부, 위상 변환부, 증폭기가 케스케이드(Cascade)하게 구성되어 있어서 이득 및 위상을 원하는 양만큼 최적으로 보상할 수 있으므로, TWTA(Traveling Wave Tube Amplifier)와 SSPA(Solid State Power Amplifier)등의 모든 증폭소자에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 3단으로 간단하게 구성되어 있어서 실제 구현시 소형, 경량, 저가로 제작될 수 있는 효과가 있다.In the present invention as described above, since the gain converter, the phase converter, and the amplifier are cascaded, the gain and phase can be optimally compensated by a desired amount. Thus, a traveling wave tube amplifier (TWTA) and a solid-state solid-state filter (SSPA) are used. Not only can be used for all amplification elements such as State Power Amplifier, but also consists of three stages, so that it can be manufactured in small size, light weight, and low cost in actual implementation.

Claims (5)

삭제delete 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치에 있어서,In the predistortion linearization device for power amplification, 위상 및 이득 변환시 발생하는 삽입손실을 보상하기 위하여 입력전력을 증가시키기 위한 증폭수단;Amplifying means for increasing an input power to compensate for insertion loss occurring during phase and gain conversion; 해당 입력단자와 출력단자를 연결하는 라인 상에 위치한 다이오드 및 상기 다이오드에 연결된 바이어스용 저항과 인덕터를 포함하여 이루어지고, 선형화 대상이 되는 전력증폭기의 위상변화 추이에 따라 선택적으로 결정된 상기 바이어스용 저항값과 상기 다이오드의 바이어스 전압의 크기에 따라, 상기 증폭수단으로부터 입력되는 전력에 대하여 해당 전력이 증가하면 위상을 증가 또는 감소시키기 위한 위상변환수단; 및The bias resistance value includes a diode located on a line connecting the corresponding input terminal and the output terminal, a bias resistor and an inductor connected to the diode, and are selectively determined according to the phase change of the power amplifier to be linearized. And phase shifting means for increasing or decreasing the phase when the corresponding power increases with respect to the power input from the amplifying means according to the magnitude of the bias voltage of the diode; And 상기 위상변환수단에서 입력전력의 증가에 따라 감소되는 이득을 증가시키기 위한 이득변환수단Gain converting means for increasing a gain reduced with an increase in input power in said phase converting means; 을 포함하는 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치.Predistortion linearization device for power amplification comprising a. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 다이오드는,The diode, 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)인 것을 특징으로 하는 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치.A predistortion linearizer for power amplification, characterized in that it is a Schottky diode. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,The method of claim 2 or 3, 상기 이득변환수단은, The gain conversion means, 입력전력의 증가에 따라 증폭기 트랜지스터의 게이트(FET 계열의 트랜지스터의 경우)나 베이스(BJT 계열의 트랜지스터의 경우)의 전위나 전류를 증가시켜 상기 트랜지스터의 동작 전류와 이득을 증가시킴으로써 상기 선형화 대상이 되는 전력 증폭기의 이득을 보상하기 위한 'CLASS AB급 증폭기'인 것을 특징으로 하는 전력 증폭을 위한 전치왜곡형 선형화 장치.As the input power increases, the potential or current of the gate of the amplifier transistor (in the case of the FET series transistor) or the base (in the case of the BJT series transistor) is increased to increase the operating current and the gain of the transistor, thereby making it the linearization target. Pre-distortion linearizer for power amplification, characterized in that the 'Class AB amplifier' to compensate for the gain of the power amplifier. 삭제delete
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