KR100710509B1 - 펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템 - Google Patents

펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템

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KR100710509B1
KR100710509B1 KR1020060032578A KR20060032578A KR100710509B1 KR 100710509 B1 KR100710509 B1 KR 100710509B1 KR 1020060032578 A KR1020060032578 A KR 1020060032578A KR 20060032578 A KR20060032578 A KR 20060032578A KR 100710509 B1 KR100710509 B1 KR 100710509B1
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남상욱
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Abstract

본 발명은 펄스면적변조(Pulse Area Modulation(PAM))을 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에 관한 것이다.
본 발명에서는 입력신호를 펄스면적변조 신호로 변환하고, 변환된 펄스면적변조 신호를 고효율 전력증폭기에 인가하여 증폭한 후 이를 대역통과필터(band-pass filter)에 통과시켜 입력신호를 복원하는 구조이다. 이때, 상기 펄스면적변조 방식으로 변환된 신호의 진폭은, 입력신호의 크기에 따라 소정 레벨의 개별적인 값(discrete value)을 가질 수 있다.
본 발명은 입력신호를 직접 증폭하는 것이 아니라, 펄스면적변조로 변환시킨 후 증폭하는 것이므로, 전력 증폭시 높은 효율을 얻을 수 있다. 그리고 증폭 후 대역통과필터를 통해 입력신호를 복조시키는 구조이므로 선형증폭이 가능하게 한다.
본 발명에 의하면, 입력신호는 펄스면적변조에 의해 변조되므로, 종래의 펄스폭변조(Pulse Width Modulation(PWM))에 비해 출력단의 고조파 성분(harmonic components)이 크게 줄어 증폭기의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 출력단의 고조파 성분이 줄어들기 때문에, 고조파 성분을 제거하기 위해 필수적인 대역통과필터의 크기와 삽입손실(insertion loss)을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
펄스면적변조(Pulse Area Modulation), 선형 전력증폭기(Linear Power Amplifier), 스위치 모드 전력증폭기(Switch Mode Power Amplifier)

Description

펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템 {High-Efficiency Linear Power Amplifier System Using Pulse Area Modulation}
도 1은 종래에 사용되어지던 펄스폭변조(PWM)를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 기저대역 신호(baseband signal)를 펄스폭변조 했을 경우, 신호의 크기에 따른 펄스폭, 펄스폭에 따른 대역내 신호 성분(inband component)과 고조파 성분(harmonic component)의 관계를 나타낸 표이다.
도 3은 입력신호에 따른 펄스폭변조(PWM) 신호의 파형과 펄스면적변조(PAM) 신호의 파형을 비교한 도면이다.
도 4는 위성 DMB 신호를 펄스면적변조(PAM) 신호와 펄스폭변조(PWM) 신호로 각각 변환했을 경우, 주파수 영역(frequency domain)에서 고조파 성분의 크기를 비교한 모의실험 결과이다.
도 5는 본 발명에 따른 펄스면적변조(PAM)를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템의 실시예이다.
도 6은 본 발명에 따른 출력 레벨이 조절 가능한 고효율 전력증폭기의 제1실시예를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 출력 레벨이 조절 가능한 고효율 전력증폭기의 제2실시예를 나타낸다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
502: 포락선/위상 분리기 503: 펄스면적 변조기
505: 고효율 전력증폭기 506: 대역통과필터
510: 제어신호 513: RF 펄스열
본 발명은 펄스면적변조(Pulse Area Modulation(PAM))를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에 관한 것이다.
다양한 이동통신 서비스가 제공되면서, 이동통신 단말기의 효율이 중요한 문제로 떠오르고 있다. 휴대용 배터리의 용량과 크기에 한계가 있기 때문에, 이동통신 단말기 회로를 저전력으로 설계하는 것이 필요하다. 현재 이동통신 단말기에서 전력을 가장 많이 소모하는 부품은 전력증폭기로, CDMA 이나 OFDM 방식의 단말기인 경우 그 효율은 20% 미만이다. 이렇게 CDMA 이나 OFDM 단말기의 효율이 낮은 이유는 상기 신호의 포락선(envelope)이 시간적으로 바뀌기 때문이다. 신호의 포락선이 일정하지 않으면 신호를 증폭하기 위해서 선형 증폭기가 필요하며, 일반적으로 선형 증폭기는 A 혹은 AB급으로 바이어스를 두기 때문에 전력 손실이 크게 된다.
포락선이 시간적으로 변하는 신호를 고효율로 증폭하기 위한 방법으로 펄스폭변조(Pulse Width Modulation(PWM))을 이용한 전력증폭기 시스템이 있다. PWM을 이용한 선형 전력증폭기 시스템은 "An Improved Kahn Transmitter Architecture Based on Delta-Sigma Modulation", Yuanxun Wang. 2003 IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig.에서 제안되었다. 상기 PWM을 이용한 전력증폭기 시스템은 입력신호를 PWM 신호로 바꾸고, 상기 PWM 신호를 고효율 전력증폭기(예를 들면 D, E급 혹은 F급 전력 증폭기) 입력으로 인가하여 증폭한 후, 대역통과필터(band-pass filter)를 통과시켜 입력신호를 복원하는 것이다.
PWM을 이용한 전력증폭기 시스템에서는 입력신호에 따라 고효율 증폭기를 온(ON)/오프(OFF)의 두 모드(mode)로만 동작시키므로 효율이 매우 높다. 또한, 출력신호의 크기는 사용된 고효율 전력증폭기 비선형성에 관계없이, 펄스폭변조 방식으로 변환된 신호의 펄스 폭에만 비례하기 때문에 선형성이 매우 우수하다.
도 1은 종래에 사용되어지던 PWM을 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템의 구성을 도시하는 도면이다. 상기의 고효율 선형 전력증폭기 시스템은 입력신호(101)를 포락선신호 (108)와 위상신호(109)로 분리하기 위한 포락선/위상 분리기(102), 상기 포락선신호를 펄스폭변조하기 위한 펄스폭 변조기(103), 상기 펄스변조된 신호와 상기 위상신호를 혼합하기 위한 혼합기(104), 혼합기의 출력을 고효율증폭하기 위한 고효율전력증폭기(105), 증폭된 신호에서 원래의 입력신호를 복원하기 위한 대역통과필터(band-pass filter)(106)로 구성된다.
PWM을 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템의 동작원리는 다음과 같다. 입력신호(101)가 들어오면 포락선/위상 분리기(102)를 이용하여 입력신호는 포락선신호(108)와 위상신호(109)로 분리된다. 상기 위상신호는 입력신호(101)의 위상정보를 가진 신호로, 포락선이 시간적으로 변하지 않는 RF 신호이다. 분리된 포락선신호(108)는 증폭할 때 효율을 높이기 위해 펄스형태로 변조되는데, 포락선의 크기가 펄스 폭에 비례하는 펄스폭변조 방식으로 변조된다. 즉, 상기의 포락선신호(108)는 펄스폭변조기(103)에 인가되어 펄스폭변조된다. 한편, 분리된 위상신호(109)는 상기 펄스폭변조된 신호와 혼합되어 스위치 모드 전력증폭기와 같은 고효율전력증폭기(105)에 인가된다. 이때 전력증폭기(105)의 입력은 RF 펄스열(RF pulse train)(110)이며, D, E, 혹은 F급 증폭기와 같은 스위치 모드 전력증폭기로 증폭되기 때문에 이론적으로 100%의 전력 효율을 갖는다. 마지막으로, 상기 고효율전력증폭기(105)로 증폭된 신호는 대역통과필터(106)를 통과하면서 펄스폭변조에 의해 생긴 고조파 성분(harmonic component)이 걸러지므로, 원래 입력신호(101)가 그대로 복원되어 출력(107)된다.
상기와 같이 PWM을 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템은 이론적으로 100% 효율을 가지면서 선형 증폭을 할 수 있으나, 펄스폭변조 방식에 의해 생긴 고조파 성분을 완전히 제거하기 위해 대역통과필터는 매우 높은 Q(Quality-factor) 값을 가져야 한다는 단점이 있다. 그러나 높은 주파수에서는 높은 Q 값을 갖는 대역통과필터는 필터의 삽입손실(insertion loss)이 커지며, 제조하기 매우 어렵다는 문제점이 있다.
또, PWM 방식에서는 입력신호가 작을 때 펄스폭은 작게 되고, 작은 펄스폭을 가진 PWM 신호는 대역내 신호 성분(inband signal component)보다 고조파 성분이 상대적으로 커지게 되어 신호를 복원할 때 손실이 커지게 된다.
도 2는 기저대역 신호(baseband signal)를 펄스폭변조 했을 경우, 신호의 크기에 따른 펄스폭, 펄스폭에 따른 대역내 신호 성분(inband component)과 고조파 성분(harmonic component)의 관계를 나타낸 표이다. 기저대역 신호가 작을수록, 즉 펄스폭이 작을수록 대역내 신호 성분보다 불필요한 고조파 성분이 상대적으로 커짐을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 펄스폭변조를 이용한 선형 전력증폭기 시스템에서 높은 Q값을 갖는 대역통과필터를 사용하지 않고서도 효과적으로 고조파 성분을 줄이는데 있다. 동시에 펄스폭변조를 이용한 선형 전력증폭기 시스템에서 다량의 고조파 성분의 발생으로 인해 전력증폭기 시스템의 효율이 저하되었던 문제점을 해결하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 펄스면적변조(Pulse Area Modulation(PAM))방식을 이용하여 고조파 성분을 줄이고, 이로 인한 전력증폭기의 효율을 개선시키는 것이다.
펄스면적변조(PAM)는 입력신호의 크기를 펄스의 면적으로 변조시키는 방식이다. PAM이 PWM과 다른 점은, PAM은 펄스의 높이가 신호의 크기에 따라 변하는데 비해 PWM은 고정된 높이를 가진다는 점이다. 즉, 입력신호의 크기에 따라 PAM에서는 펄스의 높이와 폭이 동시에 변하는데 비해, PWM은 펄스의 폭만 변한다. 한편 PAM, PWM 모두 펄스의 면적이 입력신호의 크기를 나타내는 변조 방식이므로, 필터를 사용하여 고조파 성분을 제거하면 입력신호가 정확히 복원될 수 있다.
도 3은 입력신호(301), PWM 신호(302), 그리고 PAM 신호(3)의 파형을 비교한 도면이다. 도 3의 PAM 신호(303)는 펄스의 높이를 2단계(1, 1/2)로 가정한 경우이다. PAM에서 펄스의 높이를 1 혹은 1/2인 2단계로 할 경우, 입력신호가 소정 임계값(304) 보다 클 경우 펄스의 높이는 1이 되며, 소정의 값보다 작을 경우는 펄스의 높이는 1/2이 된다. 입력신호가 상기 소정의 임계값보다 작아서 펄스의 높이가 1/2이 되는 경우, PAM 신호에서 펄스의 면적이 입력신호의 크기를 나타내야 하므로 PAM 신호의 펄스폭은 PWM 신호의 펄스폭의 2배가 된다. 그러므로 동일한 입력신호이라도 PAM 신호의 펄스폭은 PWM 신호의 펄스폭보다 크게 된다. 도 3은 PAM 신호에서 펄스의 높이를 2단계로 가정한 것이지만, 일반적으로 N(N은 정수)단계의 펄스의 높이를 가질 수 있다. 또, PAM 신호에 있어서 각 단계의 펄스의 높이는 통신방식에 따라 임의로 정할 수 있다.
이러한 PAM 신호(303)를 PWM 신호(302)와 비교해보면, PAM 신호에 있어서 펄스의 높이는 PWM 신호의 펄스의 높이보다 항상 작거나 같으므로, 동일한 펄스면적을 유지하기 위해서는 PAM의 펄스폭은 PWM 펄스폭보다 크거나 같아야 한다. 펄스변조방식에서 펄스의 폭이 크다는 것은 도 2의 표에서 알 수 있듯이, 상대적으로 고조파 성분이 대역내 신호 성분보다 작아진다는 것을 의미한다. 즉, 일반적으로 PAM 신호는 PWM 신호에 비해 고조파성분이 작음을 알 수 있다.
도 4는 위성 DMB 신호를 펄스면적변조(PAM) 신호와 펄스폭변조(PWM) 신호로 각각 변환했을 경우 주파수 영역(frequency domain)에서 고조파 성분의 크기를 비교한 모의실험 결과이다. 상기 모의실험에서 캐리어 주파수는 실제 위성 DMB신호의 주파수 대역과 같은 S-band를 사용하였다.
대역내 주파수 영역(inband) (403)에서 PAM 신호(401)와 PWM 신호(402)의 크기는 정확히 같지만, 대역외 주파수 영역(out-of-band)(404)에서는 PAM 신호의 고조파 성분(401)이 크게 줄어드는 것을 알 수 있다. 모의실험결과 PAM 신호에 있어서 고조파 성분은 펄스의 높이 레벨 수가 많아질수록 줄어든다. 가령, 펄스의 높이의 레벨이 두 단계(1/2, 1)인 경우 PAM 신호의 고조파 성분은 PWM 신호의 고조파 성분보다 5dB정도 작고, 네 단계(1/4, 2/4, 3/4, 1)인 경우 PAM 신호의 고조파 성분은 PWM신호의 고조파 성분보다 10dB정도 작다. 효율에 있어서도 펄스의 높이의 레벨을 두 단계(1/2, 1)로 한 경우 PAM 신호의 효율은 PWM 신호의 효율보다 30% 정도 좋아지고, 네 단계(1/4, 2/4, 3/4, 1)로 한 경우에는 PAM 신호의 효율은 PWM신호의 효율보다 50% 정도 향상된다.
본 발명은 PAM 신호는 PWM 신호보다 고조파 성분이 작다는 특성에 착안하여, PAM를 고효율 선형 전력증폭기 시스템에 적용한 것이다. 고조파 성분이 작다는 것은 펄스변조 방식을 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에서 고조파 성분을 제거하기 위한 필터의 부담을 줄일 수 있다는 것을 의미한다. 또, 고조파 성분이 작다는 것은 고조파 성분에 의한 에너지 손실이 작다는 것으로, 전력증폭기 시스템의 효율의 향상을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 의한 펄스면적변조(PAM)를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템의 실시예이다. 상기의 고효율 선형 전력증폭기 시스템은 입력신호(501)를 포락선신호(508)와 위상신호(509)로 분리하기 위한 포락선/위상 분리기(502), 상기 포락선신호를 펄스면적변조하기 위한 펄스면적 변조기(503), 상기 펄스면적변조된 신호를 제어신호(510)로 변환하기 위한 제어신호 발생기(504), 상기 펄스면적변조된 신호와 펄스폭은 동일하게 유지하면서 펄스의 높이는 일정하게 하는 자동이득조정기(512), 상기 위상신호(509)와 상기 자동이득조정기(512)의 출력을 혼합하여 RF 펄스열(RF pulse train)(513)을 만드는 혼합기(511), 상기 RF 펄스열을 고효율 증폭하기 위한 고효율전력증폭기(505), 증폭된 신호에서 원래의 입력신호를 복원하기 위한 대역통과필터(band-pass filter)(506)로 구성된다.
펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템의 동작원리는 다음과 같다. 입력신호(501)가 들어오면 포락선/위상 분리기(502)를 이용하여 입력신호는 포락선신호(508)와 위상신호(509)로 분리된다. 상기 포락선/위상 분리기는 현재 GSM 단말기에서 사용하고 있는 극변조기(polar modulator)와 동일한 개념이다. 상기 위상신호(509)는 입력신호의 위상정보를 가진 RF 신호로, 포락선이 시간적으로 변하지 않는 신호(constant envelope signal)이다. 분리된 포락선신호(508)는 증폭할 때 효율을 높이기 위해 펄스형태로 변조되는데, 펄스면적 변조기(503)에 의해 포락선의 크기가 펄스의 면적에 비례하는 펄스면적변조 방식으로 변조된다. 상기 펄스면적변조된 신호는 제어신호 발생기(504)에 인가되어 제어신호(510)로 변환된다. 상기 제어신호는 고효율 전력증폭기(505)의 출력 레벨을 제어하는 신호이다. 상기 제어신호는 입력신호(501)에 비해 상대적으로 천천히 변하므로, 상기 고효율 전력증폭기의 출력 레벨 조절시 전력증폭기의 효율은 저하되지 않게 설계될 수 있다.
한편, 분리된 위상신호(509)는 고효율 전력증폭기(505)에 의해 증폭이 된다. 이때 상기 고효율 전력증폭기는 선형 증폭기(Linear Amplifier)일 필요가 없으며, 바람직하게 E, D 혹은 F급과 같은 스위치 모드 전력증폭기이다. 비록 상기 고효율 전력증폭기(505)가 선형 증폭기가 아니더라도, 대역통과필터(506)에 의해 입력신호(501)가 정확히 복원된다. 입력신호가 정확히 복원되어 높은 선형성을 유지하기 위해서는, 고효율 전력증폭기(505)에 인가되는 위상신호(509)가 온(ON)되는 시간이 제어되어야 한다. 상기의 위상신호가 온(ON)되는 시간은 통상적으로 RF 펄스열(RF pulse train)(513)의 듀티비(Duty ratio)라고 정의된다. 고효율 전력증폭기에 인가되는 RF 펄스열의 듀티비는 펄스면적 변조기(503)의 출력에서 나온 펄스의 폭과 동일하도록 제어된다. 동시에 상기 RF 펄스열의 높이는 입력신호(501)에 관계없이 항상 같아야 한다. 상기의 조건을 만족하는 RF 펄스열을 만들기 위해, 펄스면적변조된 신호는 펄스폭은 동일하게 유지하면서 펄스의 높이는 일정하게 하는 자동이득조정기(512)에 인가되고, 상기 위상신호(509)와 혼합기(511)에서 혼합된다.
펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템은 RF 펄스열(513)의 높이와 듀티비를 동시에 제어하여 시스템의 선형성을 만족시킨다. 즉, 입력신호(501)가 작더라도 RF 펄스열(513)의 듀티비는 큰 값을 유지시키고, 대신 제어신호(510)에 의해 고효율 전력증폭기(505)의 출력 레벨을 줄임으로써 시스템의 선형성을 만족시킬 수 있다. 예를 들어, 입력신호의 크기에 해당하는 펄스폭이 0.2라면 펄스폭변조 방식을 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에서는 RF 펄스열의 듀티비를 0.2로 해야 한다. 그러나 펄스면적변조 방식을 이용한 시스템에서는 RF 펄스열의 듀티비를 0.8로 하는 대신 제어신호(510)에 의해 고효율 전력증폭기(505)의 출력 레벨을 1/4로 줄이면 선형성이 보장이 된다.
전력증폭기(505)의 효율을 저하시키지 않으면서 출력 레벨를 조절하기 위해서는, 다수의 소용량 전력증폭기를 병렬로 연결한 후 제어신호(510)를 이용하여 각각의 전력증폭기를 온(ON)/오프(OFF)시킨다.
도 6은 본 발명에 따른 출력 레벨이 조절 가능한 고효율 전력증폭기(505)의 제1실시예를 나타낸다. 다수의 소용량 고효율 전력증폭기(6011 ~ 601N)가 병렬로 연결되어 고효율 전력증폭기(600)가 구성되며, 각각의 소용량 전력증폭기(6011 ~ 601N)는 제어신호(602)에 의해 온(ON)/오프(OFF) 제어되어 고효율 전력증폭기(600)의 출력 레벨을 조절한다. 상기 도 6에서의 제어신호(602)는 도 5의 제어신호(510)와 동일하며, 도 6에서의 입력신호인 RF 펄스열(604)은 도 5의 RF 펄스열(513)과 동일한 신호이다. 상기 제어신호(602)에 의해 소용량 고효율 전력증폭기가 개별적으로 온(ON)/오프(OFF)되며, 상기 소용량 고효율 전력증폭기의 출력들이 전력결합기(power combiner)에 의해 합쳐진다. 만약 소용량 고효율 전력증폭기의 개수가 4개이며 각각의 출력이 1W이면 제어신호(602)는 4-bit가 필요하며, 상기 고효율 전력증폭기(600)는 상기 제어신호(602)에 의해 1W, 2W, 3W, 4W의 출력 레벨을 가질 수 있다. 만약 N개의 소용량 고효율 전력증폭기(6011 ~ 601N) 출력 용량이 서로 다르다면, N bit의 제어신호로 상기 고효율 전력증폭기(600)가 가질 수 있는 이론적인 출력 레벨은 2N 개가 된다.
도 7은 본 발명에 따른 출력 레벨이 조절 가능한 고효율 전력증폭기(505)의 제2실시예를 나타낸다. 도 6에서처럼 하나 이상의 소용량 고효율 전력증폭기를 병렬로 연결하여 고효율 전력증폭기를 구현할 경우, 병렬로 연결된 소용량 고효율 전력증폭기가 서로에게 영향을 줄 수 있다. 소용량 전력증폭기를 병렬로 연결하여 사용할 경우 하나의 전력증폭기에 이상(fault)이 있을 경우라도 전력증폭기가 안정적으로 계속 동작을 하기 위해서는, 각 소용량 전력증폭기가 다른 소용량 증폭기에 영향을 받지 않고 독립적으로 동작하는 것이 바람직하다. 그러므로 병렬로 연결된 각 소용량 전력증폭기가 독립적으로 동작하기 위해 λ/4 (λ: 캐리어의 파장) 길이의 전송선로를 이용하여 출력 전력을 지연시킨 후, 각각의 소용량 고효율 전력증폭기의 출력을 합친다.
도 7의 구조를 살펴보면, N개의 소용량 트랜지스터(7011 ~ 701N)가 병렬로 연결되며, 상기의 소용량 트랜지스터의 출력단에는 RF 스위치(7071 ~ 707N)가 병렬로 연결되는데, 상기 RF 스위치는 제어신호(7021 ~ 702N)에 의해 제어된다. 이때, 상기 제어신호(7021 ~ 702N)는 도 5의 제어신호(510)과 동일한 신호이며, 제어신호에 의해 고효율 전력증폭기(700)의 출력 레벨이 조절된다.
한편, 상기의 트랜지스터는 RF 펄스열(706)에 의해 스위칭된다. 도 7에서 입력신호인 RF 펄스열(706)은 도 5의 RF 펄스열(513)과 동일한 신호이다. 도 7에서 각각의 소용량 트랜지스터(7011 ~ 701N)는 스위치 모드 전력증폭기의 역할을 한다. 그리고 상기 각각의 트랜지스터의 출력단에는 λ/4 길이의 전송선로(7031 ~ 703N)가 연결되며, 상기 전송선로 끝단에는 고조파단락 회로(704)와 부하(load)(705)가 병렬로 연결된다.
상기와 같은 구조에서 각각의 트랜지스터의 출력단에 λ/4 길이의 전송선로를 두어 지연시킨 후 합치는 이유는, 각각의 전송선로 끝단에서 본 출력 임피던스(Zo1 ~ ZoN)(7081 ~ 708N)를 무한대로 하기 위해서이다. 출력 임피던스가 무한대라는 것은 전류가 무한대의 임피던스 쪽으로 흐르지 않는다는 것을 의미하며, 오직 부하(705) 쪽으로만 전력이 전달됨을 의미한다. 즉, 병렬로 연결된 N개의 트랜지스터(7011 ~ 701N)는 서로 영향을 받지 않고 독립적으로 동작을 할 수 있게 된다. 예를 들어 1번 트랜지스터(7011)가 제어신호(7021)에 의해 온(ON)/오프(OFF)되거나 상관없이, 상기 1번 트랜지스터(7011)는 나머지 트랜지스터(7012 ~ 701N)의 출력에 전혀 영향을 주지 않는다.
한편, 도7과 같은 구조에서 각 전송선로 끝단에서 본 출력 임피던스(7081 ~ 708N)가 무한대로 보이는 이유는 임피던스 변환(impedance transform)이 일어나기 때문이다. 제어신호(7021 ~ 702N)에 상관없이 각각의 트랜지스터(7011 ~ 701N)는 RF 펄스열에 의해 스위칭 동작을 하며, λ/4 길이의 전송선로에 인해 출력신호가 지연되고, 고조파단락 회로(704)에 의해 고조파가 단락이 되는 구조이므로 임피던스 변환이 일어나게 된다. 상기 고조파단락 회로는 바람직하게 병렬 LC 공진회로 구성되어 접지와 연결된다. 상기 병렬 LC 공진회는 집중소자(lumped element) 혹은 분포소자(distribute element)로 구현 가능하다.
이상의 본 발명은 상기한 실시 예들에 한정되지 않고 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져 올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
본 발명에 의하면 입력신호를 펄스면적변조(PAM)를 이용하여 변조함으로써, 펄스폭변조(PWM)에 비해 고조파 성분을 크게 줄일 수 있어 고효율 선형 전력증폭기 시스템에 적용시 높은 Q 값을 갖는 대역통과필터가 필요하지 않다. 동시에 고조파 성분을 크게 줄임으로써 선형 전력증폭기 시스템의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 입력신호(501)를 포락선신호(508)와 위상신호(509)로 분리하기 위한 포락선/위상 분리기(502), 상기 분리된 포락선신호를 펄스면적변조(Pulse Area Modualtion)하기 위한 펄스면적 변조기(503), 상기 펄스면적변조된 신호를 제어신호(510)로 변환하기 위한 제어신호 발생기(504), 상기 분리된 위상신호(509)를 고효율로 증폭하기 위한 고효율 전력증폭기(505), 상기 고효율 전력증폭기의 출력에 연결되어 원래의 입력신호(501)를 복원하기 위한 대역통과필터(band-pass filter)(506)로 구성되고,
    상기 분리된 위상신호(509)는 상기 펄스면적변조된 신호와 동일한 펄스폭을 갖은 RF 펄스열(RF pulse train)(513)로 변환되어 상기 고효율 전력증폭기(505)에 인가되며,
    상기 고효율 전력증폭기(505)는 상기 제어신호(510)에 따라 출력 레벨이 조절되는 것을 특징으로 하는 고효율 선형 전력증폭기 시스템
  2. 제 1항에 있어서 상기 RF 펄스열(513)은 상기 펄스면적변조된 신호와 동일한 펄스폭을 가지며, 입력신호(501)에 관계없이 항상 일정한 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 고효율 선형 전력증폭기 시스템
  3. 제 1항에 있어서 상기 고효율 전력증폭기(505)의 출력은 상기 제어신호(510)에 따라 출력 레벨이 불연속적(discrete)으로 조절되는 것을 특징으로 하는 고효율 선형 전력증폭기 시스템
  4. 제 1항 또는 2항에 있어서 상기 고효율 전력증폭기(505)는 적어도 하나의 소용량 전력증폭기(6011 ~ 601N)가 병렬로 연결되어 구성되고, 상기 제어신호(510)에 의해 각각의 소용량 전력증폭기(6011 ~ 601N)가 온(ON)/오프(OFF)되면서 상기 고효율 전력증폭기(505)의 출력 레벨을 조절하는 것을 특징으로 하는 고효율 선형 전력증폭기 시스템
  5. 제 1항 또는 2항에 있어서 상기 고효율 전력증폭기(505)는 스위치 모드 전력증폭기(Switch mode power amplifier)인 것을 특징으로 하는 고효율 선형 전력증폭기 시스템
  6. 제 4항에 있어서 병렬로 연결된 상기 소용량 전력증폭기(6011 ~ 601N)의 출력 용량은 각각 서로 다른 것을 특징으로 하는 고효율 선형 전력증폭기 시스템
  7. 제 1항 또는 2항에 있어서 상기 고효율 전력증폭기(505)는 적어도 하나의 소용량 트랜지스터(7011 ~ 701N)가 병렬로 연결되어 구성되며, 각각의 소용량 트랜지스터의 출력단에는 λ/4 (λ: 캐리어 주파수의 파장) 길이의 전송선로(7031 ~ 703N)가 연결되며, 상기 전송선로 끝단에는 고조파단락 회로(704)와 부하(705)가 병렬로 연결되며, 상기의 적어도 하나의 소용량 트랜지스터는 상기 제어신호(510)에 의해 각각 온(ON)/오프(OFF)되어, 상기 고효율 전력증폭기(505)의 출력 레벨이 조절되는 것을 특징으로 하는 고효율 선형 전력증폭기 시스템
  8. 제 7항에 있어서 상기 고조파단락 회로(704)는 병렬 LC 공진회로인 것을 특징으로 하는 고효율 선형 전력증폭기 시스템
  9. 제 7항에 있어서 소용량 트랜지스터(7011 ~ 701N)의 출력단에는 RF 스위치(7071 ~ 707N)가 병렬로 연결되어, 상기 제어신호(510)에 의해 상기 소용량 트랜지스터를 온(ON)/오프(OFF) 시키는 것을 특징으로 하는 고효율 선형 전력증폭기 시스템
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