KR101054899B1 - Frequency Variable E-Class Amplifier Circuit - Google Patents

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Abstract

종래의 주파수 고정 특성을 갖는 E-급 증폭기의 주파수 동작 영역을 개선하기 위해 E-급 증폭기 구조에 바렉터 다이오드를 이용하여 다이오드의 전압 값에 따라 등가 캐패시턴스를 변하게 하여 주파수에 대해 최적의 특성을 얻을 수 있는 주파수 가변 E-급 증폭기 회로가 제공된다. E-급 증폭부는 등가 스위치와 병렬 캐패시터 역할을 한다. 제1 바렉터 다이오드는 상기 E-급 증폭부에 병렬 연결되어 상기 E-급 증폭부의 충전 및 방전 효과를 조정한다. 공진 회로는 상기 E-급 증폭부의 출력 신호 중 고조파 성분을 제거하고, 등가 커패시턴스 변화에 따라 가변 공진 주파수를 갖는 공진 신호를 발생한다. 중앙처리장치는 입력 DC 전압과 상기 공진 신호의 전압 레벨을 비교하고 비교 결과에 따라 상기 공진 신호가 최적 여파 특성을 갖도록 하기 위한 제어 신호를 발생한다. 전압 조정기는 상기 중앙처리장치로부터의 상기 제어 신호에 따라 상기 제1 바렉터 다이오드의 등가 커패시턴스 및 상기 공진 회로를 조정하는 제어 전압을 상기 제1 바렉터 다이오드 및 상기 공진 회로에 인가한다.In order to improve the frequency operating range of conventional E-class amplifiers with frequency-fixed characteristics, using an varistor diode in the E-class amplifier structure, the equivalent capacitance is varied according to the voltage value of the diode to obtain the optimum characteristics for the frequency. A frequency variable E-class amplifier circuit is provided. The E-class amplifier serves as an equivalent switch and a parallel capacitor. A first varistor diode is connected in parallel with the E-class amplifier to adjust the charging and discharging effects of the E-class amplifier. The resonant circuit removes harmonic components from the output signals of the E-class amplifier, and generates a resonant signal having a variable resonant frequency according to the equivalent capacitance change. The CPU generates a control signal for comparing the input DC voltage with the voltage level of the resonant signal and for causing the resonant signal to have an optimum filter characteristic according to the comparison result. The voltage regulator applies a control voltage for adjusting the equivalent capacitance of the first varactor diode and the resonant circuit according to the control signal from the central processing unit, to the first varactor diode and the resonant circuit.

E-급 증폭기, 바렉터 다이오드 E-class amplifier, varistor diode

Description

주파수 가변 Ｅ-급 증폭기 회로{Frequency variable class E amplifier circuit}Frequency variable class E amplifier circuit

본 발명은 E-급 증폭기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일반적인 E-급 증폭기의 출력정합 단의 캐패시턴스 성분들을 바렉터 다이오드(Varactor Diode)로 대체하여 다이오드에 인가되는 전압에 따라 등가 캐패시턴스 값이 변하여 주파수에 따라 최적의 정합 특성을 추출 및 조정하는 주파수 가변 E-급 증폭기 회로에 관한 것이다.The present invention relates to an E-class amplifier. More particularly, the equivalent capacitance value is changed according to the voltage applied to the diode by replacing the capacitance components of the output matching stage of the general E-class amplifier with a varactor diode. A frequency variable E-class amplifier circuit for extracting and adjusting optimal matching characteristics according to frequency.

현대 무선 이동통신 시스템에서 현대 무선이동통신 시스템에서 전력 증폭기는 송신기의 중요한 지표가 되고, 증폭기의 대표적인 특성으로 선형성과 효율을 꼽을 수 있다. 증폭기의 효율 향상 방법으로는 EER(Envelope Elimination and Restoration)과 LINC(LInear amplification using Nonlinear Component), 도허티(Doherty) 등이 있고, 부가적인 회로가 없이 증폭기의 효율을 높이기 위해서는 고 전도각의 출력정합 단을 설계하는 방법 등이 있다.In modern wireless mobile communication system In modern wireless mobile communication system, power amplifier is an important indicator of transmitter and linear characteristics and efficiency are the representative characteristics of amplifier. Improvement methods of the amplifier include EER (Envelope Elimination and Restoration), LINC (LInear amplification using Nonlinear Component), Doherty (Doherty), etc. How to design.

이 중 대표적인 고효율 모드 증폭기인 E-급 증폭기는 회로의 구성이 비교적 간단한 것에 비해 높은 효율 특성을 가지므로 시스템의 보조 증폭기로 널리 이용된 다. 기존의 연구는 E-급 증폭기의 대역폭을 개선시키거나 고조파 제거특성을 개선시키는 등의 여러 연구들이 진행되어 왔다.Among them, the E-class amplifier, which is a representative high efficiency mode amplifier, is widely used as an auxiliary amplifier of a system because it has high efficiency characteristics compared to a relatively simple circuit configuration. Previous studies have been conducted to improve the bandwidth of the E-class amplifier or improve the harmonic rejection characteristics.

E-급 증폭기의 종래 기술 중 E-급 증폭기의 출력정합 단에 2차와 3차 고조파에 해당하는 대역 저지 여파기를 추가하여 2차와 3차 고조파를 억제하여 효율을 높이는 방법이 있다. In the prior art of the E-class amplifier, there is a method of increasing efficiency by suppressing the second and third harmonics by adding a band-stopping filter corresponding to the second and third harmonics to the output matching stage of the E-class amplifier.

또한, 두 개의 증폭기가 대칭적인 구조에서 하나의 출력정합 단을 구성하여 짝수 고조파 성분들을 제거하여 효율을 높이는 방법도 있다.In addition, two amplifiers form a single output matching stage in a symmetrical structure to remove even harmonic components to increase efficiency.

메타 재질(Metamaterials)을 이용하여 E-급 특성이 이중 대역을 갖는 방법도 있다. There are also methods in which E-class characteristics have dual bands using metamaterials.

이러한 종래 기술은 출력정합 단이 수동소자로 구성되어 있어 주파수 불변 특성을 가지고, 부가적인 소자가 추가되어 회로의 크기가 커진다. 본 발명에 따른 E-급 증폭기는 출력정합 단의 캐패시터들을 대체하여 기존의 E-급 증폭기와 동일 크기를 가지면서 주파수에 따른 가변 정합 특성을 가진다.In this conventional technology, the output matching stage is composed of passive elements, which has frequency invariant characteristics, and additional elements are added to increase the circuit size. The E-class amplifier according to the present invention has the same size as a conventional E-class amplifier by replacing the capacitors of the output matching stage and has a variable matching characteristic according to frequency.

본 발명은 종래의 주파수 고정 특성을 갖는 E-급 증폭기의 주파수 동작 영역을 개선하기 위해 E-급 증폭기 구조에 바렉터 다이오드를 이용하여 다이오드의 전압 값에 따라 등가 캐패시턴스를 변하게 하여 주파수에 대해 최적의 특성을 얻을 수 있는 주파수 가변 E-급 증폭기 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention utilizes a varistor diode in an E-class amplifier structure to improve the frequency operating range of a conventional E-class amplifier with frequency fixed characteristics so that the equivalent capacitance is changed according to the voltage value of the diode, thereby making it optimal for frequency. It is an object of the present invention to provide a frequency variable E-class amplifier circuit capable of obtaining characteristics.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 주파수 가변 E-급 증폭기 회로는 등가 스위치와 병렬 캐패시터 역할을 하는 E-급 증폭부; 상기 E-급 증폭부에 병렬 연결되어 상기 E-급 증폭부의 충전 및 방전 효과를 조정하는 제1 바렉터 다이오드; 상기 E-급 증폭부의 출력 신호 중 고조파 성분을 제거하고, 등가 커패시턴스 변화에 따라 가변 공진 주파수를 갖는 공진 신호를 발생하는 공진 회로; 입력 DC 전압과 상기 공진 신호의 전압 레벨을 비교하고 비교 결과에 따라 상기 공진 신호가 최적 여파 특성을 갖도록 하기 위한 제어 신호를 발생하는 중앙처리장치; 및 상기 중앙처리장치로부터의 상기 제어 신호에 따라 상기 제1 바렉터 다이오드의 등가 커패시턴스 및 상기 공진 회로를 조정하는 제어 전압을 상기 제1 바렉터 다이오드 및 상기 공진 회로에 인가하는 전압 조정기를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the frequency variable E-class amplifier circuit according to the present invention comprises an E-class amplification unit that serves as an equivalent switch and a parallel capacitor; A first varactor diode connected in parallel with the E-class amplifier to adjust the charging and discharging effects of the E-class amplifier; A resonant circuit which removes harmonic components from the output signals of the E-class amplifier and generates a resonant signal having a variable resonant frequency according to an equivalent capacitance change; A central processing unit which compares an input DC voltage with a voltage level of the resonance signal and generates a control signal for causing the resonance signal to have an optimum filter characteristic according to a comparison result; And a voltage regulator for applying an equivalent capacitance of the first varactor diode and a control voltage for adjusting the resonant circuit to the first varactor diode and the resonant circuit in accordance with the control signal from the central processing unit. It features.

본 발명에 따르면, 기존의 E-급 증폭기의 수동 출력 정합 단에서 캐패시터 소자를 바렉터 다이오드로 대체하여 구성한 E-급 증폭기로서 동작 주파수가 변함에 따라 다이오드 전압을 조정하여 출력 정합 단을 최적화할 수 있는 효과가 있다. 이 때, 다이오드의 전류가 1mA 미만의 낮은 값을 가져 E-급 증폭기와 거의 동일한 회로 크기와 전력 부가효율을 가지면서 주파수 동작영역이 넓은 장점이 있다. 이러한 구성은 기존의 E-급 증폭기와 거의 동일한 크기와 전력 부가 효율을 가지면서 주파 수 동작 영역이 넓은 장점을 가질 수 있다. According to the present invention, an E-class amplifier configured by replacing a capacitor element with a varistor diode in the passive output matching stage of the conventional E-class amplifier, and can optimize the output matching stage by adjusting the diode voltage as the operating frequency changes. It has an effect. At this time, the current of the diode has a low value of less than 1mA and has the same circuit size and power added efficiency as the E-class amplifier, and has a wide frequency operating range. This configuration can have the advantage of wide frequency operating range while having almost the same size and power added efficiency as a conventional E-class amplifier.

이하, 첨부된 예시 도면에 의거하여 본 발명의 실시예에 따른 을 상세히 설명한다. Hereinafter, in accordance with an embodiment of the present invention based on the accompanying example drawings will be described in detail.

도 1은 일반적인 E-급 증폭기의 등가회로를 나타낸 도면이다. 상기 E-급 증폭기는 스위치(21)와 병렬 캐패시터(22)로 등가 해석되는 트랜지스터(20)와 병렬 캐패시터(30), 직렬 공진회로(40)로 구성되어 있다.    1 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a general E-class amplifier. The E-class amplifier is composed of a transistor 20, a parallel capacitor 30, and a series resonant circuit 40, which are equivalently interpreted as a switch 21 and a parallel capacitor 22.

트랜지스터(20)에 전압 VDC는 인덕터(10)를 통해 인가되고, 이 때, 인덕터는 RF 신호와 DC 영역과의 격리를 위하여 RF 쵸크용으로 사용되고, 특성 임피던스가 50Ω이라 가정하면, 하기 수학식 1과 같이 동작 주파수(fo)에서 고 임피던스로 계산된다.The voltage V DC is applied to the transistor 20 through the inductor 10, where the inductor is used for the RF choke to isolate the RF signal from the DC region, assuming that the characteristic impedance is 50? It is calculated as high impedance at the operating frequency fo as 1.

Figure 112008079338136-pat00001
Figure 112008079338136-pat00001

트랜지스터(20)는 캐패시터(Cp)의 충전과 방전 효과에 의하여 스위치(21)와 같이 온/오프 동작 특성을 갖고, 트랜지스터(20)가 온 상태일 때는 내부저항 값이 0이 되어 전류 is, 가 흐르고, 오프 상태일 때는 내부저항 값이 ∞가 되어 전압 Vs 가 걸린다. 캐패시터(Cp)는 트랜지스터(20) 내부의 캐패시터(22)와 임의의 외부 캐패시터(30)의 병렬 연결로 구성되고, 인가하고자 VDC와 원하고자 하는 출력전력 W를 결정하였을 때에 하기 수학식 2와 같이 캐패시터(Cp)의 값을 결정한다.The transistor 20 has on / off operation characteristics like the switch 21 due to the charging and discharging effects of the capacitor Cp. When the transistor 20 is in the on state, the transistor 20 has an internal resistance value of 0, and the current i s , Flows in the off state, the internal resistance value becomes ∞ and the voltage Vs is applied. Capacitor Cp is composed of a parallel connection of capacitor 22 and arbitrary external capacitor 30 inside transistor 20. When V DC and output power W desired to be determined are determined, Likewise, the value of the capacitor Cp is determined.

Figure 112008079338136-pat00002
Figure 112008079338136-pat00002

직렬 공진 회로(40)는 증폭기(20)의 출력 신호 중에 주 신호를 제외한 고조파(Harmonic) 신호를 제거하기 위하여 사용되고, 직렬 인덕터(41)와 캐패시터(42)로 구성된다. 이 때, 공진 회로(40)의 주파수에 따른 감쇠 특성인 Q 값에 의하여 인덕터(41)의 인덕턴스와 캐패시터(42)의 커패시턴스가 결정되고, 하기 수학식 3 및 4와 같이 계산된다.The series resonant circuit 40 is used to remove a harmonic signal other than the main signal from the output signal of the amplifier 20 and is composed of a series inductor 41 and a capacitor 42. At this time, the inductance of the inductor 41 and the capacitance of the capacitor 42 are determined by the Q value, which is the attenuation characteristic according to the frequency of the resonance circuit 40, and is calculated as in Equations 3 and 4 below.

Figure 112008079338136-pat00003
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Figure 112008079338136-pat00004
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또한, 여분의 인덕터(43)는 직렬 공진 회로(40)에서 부하(50)를 바라보았을 때의 임피던스가 순수한 저항성을 가지기 위해 리액턴스 성분을 보상용으로 존재하고, 하기 수학식 5와 같이 계산된다.In addition, the extra inductor 43 has a reactance component for compensation so that the impedance when the load 50 is viewed from the series resonant circuit 40 has pure resistance, and is calculated as in Equation 5 below.

Figure 112008079338136-pat00005
Figure 112008079338136-pat00005

도 2는 상기 도 1이 이상적인 경우, 트랜지스터(20)의 드레인 혹은 컬렉터에 흐르는 전류 is와 전압 Vs를 표현하였고, 전류와 전압이 같은 공간에 존재하지 않고, 서로 교차되어 손실되는 전력이 없다. FIG. 2 represents the current i s and the voltage Vs flowing in the drain or collector of the transistor 20 in the ideal case, and the current and the voltage do not exist in the same space, and there is no power lost by crossing each other.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 가변 E-급 증폭기 회로를 나타낸 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating a frequency variable E-class amplifier circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 주파수 가변 E-급 증폭기 회로는 E-급 증폭부(20), 제1 바렉터 다이오드(90), 공진 회로(40), 중앙처리장치(140), 및 전압 조정기(150)를 포함한다.Frequency variable E-class amplifier circuit according to an embodiment of the present invention is the E-class amplifier 20, the first varactor diode 90, the resonant circuit 40, the central processing unit 140, and the voltage regulator ( 150).

E-급 증폭부(20)는 등가 스위치(21)와 병렬 캐패시터(22) 역할을 한다.The E-class amplifier 20 serves as an equivalent switch 21 and a parallel capacitor 22.

제1 바렉터 다이오드(90)는 상기 E-급 증폭부(20)에 병렬 연결되어 상기 E-급 증폭부(20)의 충전 및 방전 효과를 조정한다. 병렬 바렉터 다이오드인 제1 바렉터 다이오드(90)는 도 1의 병렬 캐패시터(30)의 역할을 한다.The first varistor diode 90 is connected in parallel to the E-class amplifier 20 to adjust the charging and discharging effects of the E-class amplifier 20. The first varactor diode 90, which is a parallel varactor diode, serves as the parallel capacitor 30 of FIG. 1.

공진 회로(40)는 상기 E-급 증폭부(20)의 출력 신호 중 고조파 성분을 제거하고, 등가 커패시턴스 변화에 따라 가변 공진 주파수를 갖는 공진 신호를 발생한 다.The resonant circuit 40 removes harmonic components from the output signal of the E-class amplifying unit 20 and generates a resonant signal having a variable resonant frequency according to an equivalent capacitance change.

증폭기인 트랜지스터(20)의 입력 정합 단(60)과 게이트 혹은 베이스에 인가되는 전압(70), 드레인 혹은 컬렉터에 인가되는 전압(80)이 포함되고, 드레인 혹은 컬렉터 전압을 포함한 회로 전체 전압은 RF 쵸크 역할을 하는 인덕터(10)를 통해 인가된다.An input matching stage 60 of the transistor 20, which is an amplifier, a voltage 70 applied to a gate or a base, a voltage 80 applied to a drain or a collector, and an entire circuit voltage including the drain or collector voltage is RF. It is applied through an inductor 10 that acts as a choke.

상기 공진 회로(40)는 직렬로 연결되어 LC 공진을 일으켜 상기 공진 신호를 발생하는 제1 인덕터(41) 및 제2 바렉터 다이오드(100)를 포함하고, 상기 제2 바렉터 다이오드(100)는 상기 전압 조정기(150)로부터의 상기 제어 전압에 따라 등가 커패시턴스가 변한다. 이때, 상기 제2 바렉터 다이오드(100)의 캐소드에 인가되는 상기 제어 전압인 역방향 전압이 커질수록 상기 바렉터 다이오드(100)의 등가 커패시턴스는 작아진다. 즉, 직렬 바렉터 다이오드인 제2 바렉터 다이오드(100)는 도 1의 직렬 공진 회로(40) 내의 캐패시터(42)의 역할을 한다. 다이오드에 인가되는 제어 전압에 따라 등가 캐패시턴스가 변하므로 중심 주파수에 따라 최적의 출력정합 단이 구성된다. 상기 공진 회로(40)는 상기 E-급 증폭부(20)와 상기 제1 인덕터(41)사이에 연결되어 상기 E-급 증폭부(40)와 상기 제1 인덕터(41) 사이의 직류 성분을 제거하는 제1 캐패시터(44) 및 상기 제2 바렉터 다이오드(100)의 캐소드에 연결되어 부하를 바라보았을 때의 임피던스가 순수한 저항성을 가지기 위해 리액턴스 성분을 보상하는 제2 인덕터(43)를 더 포함한다. The resonant circuit 40 includes a first inductor 41 and a second varactor diode 100 connected in series to generate LC resonance to generate the resonant signal, and the second varactor diode 100 The equivalent capacitance changes in accordance with the control voltage from the voltage regulator 150. At this time, as the reverse voltage, which is the control voltage applied to the cathode of the second varactor diode 100, becomes larger, the equivalent capacitance of the varactor diode 100 becomes smaller. That is, the second varactor diode 100, which is a series varactor diode, functions as a capacitor 42 in the series resonant circuit 40 of FIG. 1. Since the equivalent capacitance changes according to the control voltage applied to the diode, an optimal output matching stage is constructed according to the center frequency. The resonant circuit 40 is connected between the E-class amplifier 20 and the first inductor 41 to provide a direct current component between the E-class amplifier 40 and the first inductor 41. And a second inductor 43 connected to the cathode of the first capacitor 44 to be removed and the cathode of the second varactor diode 100 to compensate for the reactance component so that the impedance when viewed from the load has pure resistance. do.

중앙처리장치(140)는 입력 DC 전압과 상기 공진 회로(40)로부터의 상기 공진 신호의 전압 레벨을 비교하고 비교 결과에 따라 상기 공진 신호가 최적 여파 특성 을 갖도록 하기 위한 제어 신호를 발생한다.The CPU 140 compares an input DC voltage with a voltage level of the resonant signal from the resonant circuit 40 and generates a control signal for the resonant signal to have an optimal filter characteristic according to the comparison result.

전압 조정기(150)는 상기 중앙처리장치(140)로부터의 상기 제어 신호에 따라 상기 제1 바렉터 다이오드(90)의 등가 커패시턴스 및 상기 공진 회로(40)를 조정하는 제어 전압을 상기 제1 바렉터 다이오드(90) 및 상기 공진 회로(40)에 각각 인가한다.The voltage regulator 150 adjusts an equivalent capacitance of the first varactor diode 90 and a control voltage for adjusting the resonance circuit 40 according to the control signal from the central processing unit 140. Applied to the diode 90 and the resonant circuit 40, respectively.

상기 E-급 증폭부(20)의 충·방전 시간 결정은 상기 전압 조정기(150)로부터 상기 제1 바렉터 다이오드(90)에 인가되는 상기 제어 전압에 의해 해당 주파수에 최적으로 조정한다.The charge / discharge time determination of the E-class amplifier 20 is optimally adjusted to the corresponding frequency by the control voltage applied from the voltage regulator 150 to the first varactor diode 90.

상기 주파수 가변 E-급 증폭기 회로는 상기 E-급 증폭부(20)와 상기 제1 바렉터 다이오드(90) 사이에 연결되어 상기 E-급 증폭부(20)와 상기 제1 바렉터 다이오드(90) 사이의 직류 성분을 제거하는 제2 캐패시터(91)를 더 포함한다.The frequency variable E-class amplifier circuit is connected between the E-class amplifier 20 and the first varactor diode 90 so that the E-class amplifier 20 and the first varactor diode 90 It further comprises a second capacitor 91 for removing the direct current component between the ().

전체 회로의 효율의 계산은 제1 및 제2 바렉터 다이오드(90 및 100)에 흐르는 전류는 미세하여 무시한다고 가정하였을 때, 입력 검출기(110) 및 출력 검출기(120)를 통해 추출한 신호와 전류센서(130)를 통해 추출한 드레인 전류를 이용하여 중앙처리장치(140)에서 계산되고, 계산된 값으로부터 증가하는 방향으로 전압 조정기(150)를 통해 각 바렉터 다이오드(90 및 100)의 전압으로서 제어 전압이 공급된다.In the calculation of the efficiency of the entire circuit, when the current flowing through the first and second varactor diodes 90 and 100 is assumed to be small and ignored, signals and current sensors extracted through the input detector 110 and the output detector 120 are ignored. The control voltage is calculated by the central processing unit 140 using the drain current extracted through the 130, and as the voltage of each varistor diode 90 and 100 through the voltage regulator 150 in a direction increasing from the calculated value. Is supplied.

도 4는 입력 정합 단(60)에 의한 반사계수 특성이고, 그 크기가 -10dB를 기준으로 60~110MHz의 대역폭을 갖는 것을 보여준다.4 is a reflection coefficient characteristic by the input matching stage 60, and shows that the size has a bandwidth of 60 ~ 110MHz based on -10dB.

도 5는 기존의 E-급 증폭기와 본 발명의 주파수 가변 E-급 증폭기 회로의 주 파수 대비 출력전력 및 전력 부가효율 특성 비교를 보여준다. 기존의 E-급 증폭기가 특정 주파수에서는 출력전력과 전력 부가효율이 높은 특성을 보이지만, 전체 대역폭에서 본 발명의 증폭기 특성이 평탄한 특성이 있을 확인할 수 있다.Figure 5 shows a comparison of the output power and power added efficiency characteristics compared to the frequency of the conventional E-class amplifier and the frequency variable E-class amplifier circuit of the present invention. Although the conventional E-class amplifier shows high output power and power added efficiency at a specific frequency, it can be confirmed that the amplifier characteristic of the present invention has a flat characteristic in the entire bandwidth.

도 6는 ADS 툴을 이용하여 본 발명의 주파수 가변 E-급 증폭기 회로의 출력전력이 25.3dBm이고 주파수 75MHz에서 드레인 혹은 컬렉터 전압, 전류 특성을 보여주고 있다. 이상적인 E-급 특성을 갖는 도 2와 같이 전압, 전류가 서로 교차하여 손실되는 전력이 적은 것을 확인할 수 있다.Fig. 6 shows the drain or collector voltage and current characteristics of the frequency variable E-class amplifier circuit of the present invention using an ADS tool at 25.3 dBm and a frequency of 75 MHz. As shown in FIG. 2 having an ideal E-class characteristic, it is confirmed that the power lost by crossing voltage and current crosses each other.

도 7은 본 발명에 따른 제작된 주파수 가변 E-급 회로 사진을 보여주고, 본 발명에 따른 증폭기를 구동하기 위한 증폭기는 프리스케일 사의 MMG3013을 사용하였고, 본 발명에 따른 증폭기는 도 3의 이론과 같이 제작되었다.Figure 7 shows a frequency-variable E-class circuit produced according to the present invention, the amplifier for driving the amplifier according to the present invention used MMG3013 of Freescale, the amplifier according to the present invention is the theory of FIG. Made together.

도 8은 1T362 다이오드의 1-포트 파라미터로 전압 값에 따른 캐패시턴스를 추출한 것을 보여주고 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명에서 사용된 병렬 캐패시터(30)는 2.4~4.2pF의 변화 값을 가지고, 직렬 공진회로(40)의 캐패시터(42)는 3.4~10.3pF의 변화 값을 가지므로 1T362 다이오드의 동작 범위 내에서 캐패시턴스 값이 조정된다.FIG. 8 shows that the capacitance according to the voltage value is extracted as the 1-port parameter of the 1T362 diode. Referring to FIG. 1, the parallel capacitor 30 used in the present invention has a change value of 2.4 to 4.2 pF, and the capacitor 42 of the series resonant circuit 40 has a change value of 3.4 to 10.3 pF. The capacitance value is adjusted within the diode's operating range.

도 9는 도 7의 본 발명에 따라 제작된 증폭기의 주파수 대비 출력전력 및 전력 부가효율 특성을 ADS 툴 결과와 비교한 것을 보여준다. 제작 및 측정된 결과가 ADS 툴 결과보다 출력 전력은 1dB 정도 적고, 전력 부가 효율은 10% 정도 적지만, 전체 주파수에서 평탄한 특성이 있는 것을 확인할 수 있다.FIG. 9 shows a comparison of the output power and power added efficiency characteristics of the amplifier manufactured according to the present invention of FIG. 7 with the results of the ADS tool. The fabricated and measured results show that the output power is about 1dB less than the ADS tool results, and the power-added efficiency is about 10% less, but it is flat at all frequencies.

도 10은 도 7의 본 발명에 따라 제작된 증폭기의 출력 전력이 24.5dBm일 때 의 드레인 혹은 컬렉터 전압 특성을 보여준다. 도 5의 전압 특성과 같이 입력 전압 10V의 약 3배 정도의 크기로 정(positive) 신호만 스윙되는 것을 확인할 수 있다.FIG. 10 shows drain or collector voltage characteristics when the output power of the amplifier manufactured according to the present invention of FIG. 7 is 24.5 dBm. As shown in the voltage characteristic of FIG. 5, it can be seen that only a positive signal swings to about three times the input voltage 10V.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 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 drawing.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.Although the present invention has been described as a specific preferred embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the above-described embodiments without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Anyone with a variety of variations will be possible.

본 발명에 따른 주파수 가변 E-급 증폭기 회로는 모든 종류의 E-급 증폭기에 적용될 수 있다.The frequency variable E-class amplifier circuit according to the present invention can be applied to all kinds of E-class amplifiers.

도 1은 일반적인 E-급 증폭기의 등가회로를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a general E-class amplifier.

도 2는 이상적인 E-급 증폭기의 드레인 혹은 컬렉터 전압, 전류 파형을 나타낸 도면이다.Figure 2 shows the drain or collector voltage and current waveforms of an ideal E-class amplifier.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 가변 E-급 증폭기 회로를 나타낸 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating a frequency variable E-class amplifier circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 주파수 가변 E-급 증폭기 회로의 반사계수를 애질런트 사의 ADS 시뮬레이션으로 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating the reflection coefficient of the frequency variable E-class amplifier circuit according to the present invention by ADS simulation.

도 5는 본 발명에 따른 주파수 가변 E-급 증폭기 회로와 일반적인 E-급 증폭기의 출력 전력과 전력 부가 효율 비교 특성을 애질런트 사의 ADS 시뮬레이션으로 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating ADS simulation of Agilent's output power and power adding efficiency of a frequency variable E-class amplifier circuit and a general E-class amplifier according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 주파수 가변 E-급 증폭기 회로의 드레인 혹은 컬렉터 전압, 전류 파형을 애질런트 사의 ADS 시뮬레이션으로 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a diagram showing the drain or collector voltage and current waveforms of the frequency variable E-class amplifier circuit according to the present invention by ADS simulation.

도 7은 본 발명에 따라 제작한 주파수 가변 E-급 증폭기 회로의 실제 사진의 일예를 나타낸 도면이다.7 is a view showing an example of an actual picture of the frequency variable E-class amplifier circuit manufactured according to the present invention.

도 8은 다이오드의 전압 변화에 따른 캐패시턴스 값을 나타낸 도면이다.8 is a diagram illustrating capacitance values according to voltage changes of a diode.

도 9는 본 발명에 따른 주파수 가변 E-급 증폭기의 주파수 대비 출력전력 및 전력 부가 효율의 특성을 시뮬레이션과 실험 결과를 나타낸 도면이다.9 is a view showing simulation and experimental results of the characteristics of the output power and the power addition efficiency compared to the frequency of the variable frequency E-class amplifier according to the present invention.

도 10은 오실로스코프를 통하여 제작된 E-급 증폭기의 드레인 혹은 컬렉터 전압, 전류 파형을 나타낸 도면이다.FIG. 10 is a view illustrating drain or collector voltage and current waveforms of an E-class amplifier manufactured through an oscilloscope.

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

20: E-급 증폭부20: E-class amplifier

21: 등가 스위치21: equivalent switch

22: 병렬 캐패시터22: parallel capacitors

40: 공진 회로40: resonant circuit

41: 제1 인덕터41: first inductor

44: 제1 캐패시터44: first capacitor

90: 제1 바렉터 다이오드90: first varistor diode

91: 제2 캐패시터91: second capacitor

100: 제1 바렉터 다이오드100: first varistor diode

140: 중앙처리장치140: central processing unit

150: 전압 조정기150: voltage regulator

Claims (5)

등가 스위치와 병렬 캐패시터 역할을 하는 E-급 증폭부;An E-class amplifier serving as an equivalent switch and a parallel capacitor; 상기 E-급 증폭부에 병렬 연결되어 상기 E-급 증폭부의 충전 및 방전 효과를 조정하는 제1 바렉터 다이오드;A first varactor diode connected in parallel with the E-class amplifier to adjust the charging and discharging effects of the E-class amplifier; 상기 E-급 증폭부의 출력 신호 중 고조파 성분을 제거하고, 등가 커패시턴스 변화에 따라 가변 공진 주파수를 갖는 공진 신호를 발생하는 공진 회로;A resonant circuit which removes harmonic components from the output signals of the E-class amplifier and generates a resonant signal having a variable resonant frequency according to an equivalent capacitance change; 입력 DC 전압과 상기 공진 신호의 전압 레벨을 비교하고 비교 결과에 따라 상기 공진 신호가 최적 여파 특성을 갖도록 하기 위한 제어 신호를 발생하는 중앙처리장치; 및A central processing unit which compares an input DC voltage with a voltage level of the resonance signal and generates a control signal for causing the resonance signal to have an optimum filter characteristic according to a comparison result; And 상기 중앙처리장치로부터의 상기 제어 신호에 따라 상기 제1 바렉터 다이오드의 등가 커패시턴스 및 상기 공진 회로를 조정하는 제어 전압을 상기 제1 바렉터 다이오드 및 상기 공진 회로에 인가하는 전압 조정기를 포함하고,A voltage regulator for applying an equivalent capacitance of the first varactor diode and a control voltage for adjusting the resonant circuit to the first varactor diode and the resonant circuit in accordance with the control signal from the central processing unit, 상기 공진 회로는 직렬로 연결되어 LC 공진을 일으켜 상기 공진 신호를 발생하는 제1 인덕터 및 제2 바렉터 다이오드를 포함하고, 상기 제2 바렉터 다이오드는 상기 전압 조정기로부터의 상기 제어 전압에 따라 등가 커패시턴스가 변하는 주파수 가변 E-급 증폭기 회로.The resonant circuit includes a first inductor and a second varactor diode connected in series to generate an LC resonance to generate the resonant signal, the second varistor diode having an equivalent capacitance in accordance with the control voltage from the voltage regulator. Variable frequency variable E-class amplifier circuit. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 공진 회로는 상기 E-급 증폭부와 상기 제1 인덕터 사이에 연결되어 상기 E-급 증폭기와 상기 제1 인덕터 사이의 직류 성분을 제거하는 제1 캐패시터, 및 상기 제2 바렉터 다이오드의 캐소드에 연결되어 부하를 바라보았을 때의 임피던스가 순수한 저항성을 가지기 위해 리액턴스 성분을 보상하는 제2 인덕터를 더 포함하는 가변 주파수 E-급 증폭기 회로.The first capacitor of claim 1, wherein the resonant circuit is connected between the E-class amplifier and the first inductor to remove a DC component between the E-class amplifier and the first inductor. And a second inductor coupled to the cathode of the varistor diode, the second inductor compensating for the reactance component so that the impedance when viewed at the load is purely resistive. 제 1 항에 있어서, 상기 E-급 증폭부의 충·방전 시간 결정은 상기 전압 조정기로부터 상기 제1 바렉터 다이오드에 인가되는 상기 제어 전압에 의해 해당 주파수에 최적으로 조정하는 가변 주파수 E-급 증폭기 회로.The variable frequency E-class amplifier circuit of claim 1, wherein the charge / discharge time determination of the E-class amplifier is optimally adjusted to the corresponding frequency by the control voltage applied from the voltage regulator to the first varistor diode. . 제 1 항에 있어서, 상기 E-급 증폭부와 상기 제1 바렉터 다이오드 사이에 연결되어 상기 E-급 증폭부와 상기 제1 바렉터 다이오드 사이의 직류 성분을 제거하는 제2 캐패시터를 더 포함하는 주파수 가변 E-급 증폭기 회로.The method of claim 1, further comprising a second capacitor connected between the E-class amplifier and the first varactor diode to remove direct current components between the E-class amplifier and the first varactor diode. Frequency variable E-class amplifier circuit.
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