KR101059166B1 - 가변 주파수의 선형화 및 증폭이 가능한 대전력 증폭기 - Google Patents

가변 주파수의 선형화 및 증폭이 가능한 대전력 증폭기 Download PDF

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Abstract

가변 주파수의 선형화가 가능한 대전력 증폭기가 개시된다. 본 발명의 대전력 증폭기는, 선형화 처리를 위해 설정된 동일 주파수대의 제1주파수 및 제2주파수를 비교하여 제1주파수의 왜곡 성분을 제거하여 보정하고 선형화 처리를 수행하는 선형화부, 입력되는 원신호 주파수가 제1주파수 및 제2주파수로 동기 되도록 제어 주파수를 출력하는 제어부, 원신호 주파수를 입력받아 제어부로부터 출력된 제어 주파수에 따라 제1주파수로 업 또는 다운 컨버팅하여 선형화부로 출력하는 제1믹싱부, 제어부로부터 출력된 상기 제어 주파수에 따라 선형화부에서 선형화 처리되어 출력되는 주파수를 원신호 주파수로 업 또는 다운 컨버팅하여 증폭을 위해 출력하는 제2믹싱부, 제2믹싱부로부터 출력되는 원신호 주파수에 대응되어 왜곡 성분 보정 및 선형화 처리된 주파수를 대전력 증폭하고 증폭된 주파수를 출력 및 피드백하는 대전력 증폭부, 및 피드백부에서 피드백되어 입력되는 피드백 주파수를 제어부로부터 출력된 제어 주파수에 따라 제2주파수로 업 또는 다운 컨버팅하여 상기 선형화부로 출력하는 제3믹싱부를 포함하여 구성되며, 이에 의해, 대전력 증폭기에 입력되는 주파수의 대역이 선형화부에서 처리할 수 없는 대역의 주파수인 경우도 선형화 및 증폭 처리하여 출력할 수 있는 효과가 있다.

Description

가변 주파수의 선형화 및 증폭이 가능한 대전력 증폭기{High Power Amplifer capable of linearizing and amplifing of variable frequency inputted}
본 발명은 대전력 증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 특정 주파수 대역 외의 주파수 대역에 해당하는 주파수가 입력되더라도 입력되는 주파수에 대한 선형화(Linearizer) 및 증폭이 가능한 대전력 증폭기(HPA : High Power Amplifier)에 관한 것이다.
대전력 증폭기에서는 최대 전력을 추출하기 위하여 능동 소자인 트랜지스터의 비선형 특성이 강한 포화 영역에서 동작하게 되며, 이때 포화 영역 부근의 비선형 특성으로 인하여 왜곡 신호들이 다양하게 발생하게 된다. 이러한 왜곡 신호들은 혼신 또는 잡음으로 작용하여 전송 품질을 저하시키게 된다.
이를 구체적으로 살펴보면, 비선형 시스템에 "x"라는 입력신호가 입력되면 출력신호 "y"는 아래와 같은 무한승식으로 증가하게 된다.
y = a + bx + cx2 + dx3 + ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ
여기에서 1차함수 항 bx 가 곧 기본주파수(fundamental frequency)의 신호 출력이고, IM3 은 3승항에서 나타난다.(IM : intermodulation) IM3 신호는 입력신호의 크기에 대해 3제곱의 기울기를 가지며 증가하기 때문에, dB 스케일상에서는 IM3 은 기본주파수에 비해 3배의 기울기를 가지고 증가한다.(3제곱은 로그 스케일(log scale)에서는 3배가 됨) 신호 전력을 1dB 높이면 IM3 은 3dB씩 올라가기 때문에 기존 RF 증폭기에 신호전력을 3dB(2배) 이상 증가하게 되면 IM3 은 9dB 증가한다.
이러한 비선형 특성에 기인하여, 동일한 전력의 증폭기에 대해서 출력신호의 레벨을 높이는 것이 한계가 있게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 대전력 증폭기의 비선형 특성을 보상하는 선형화 기술을 접목시켜서 전력 증폭기의 입력부에 사용함으로써, 포화 영역에서도 선형화된 품질을 만족할 수 있도록 왜곡된 신호들을 대폭 감소시키면서도 원하는 출력 전력을 확보할 수 있는 대전력 증폭방식이 개발되고 있다.
이러한 예로, 피드포워드(Feedforward), 피드백(Feedback), 프리디스토션(Predistortion), 및 DPD(Digital Predistortion) 방식 등을 이용하여 입력되는 주파수에 대한 선형화 처리를 수행하는 방식이 제안되고 있다.
그런데 피드포워드(Feedforward), 피드백(Feedback), 프리디스토션(Predistortion), 및 DPD(Digital Predistortion) 방식은, 고정된 특정 대역의 주파수에 대해서만 선형화 처리가 가능한 방식이다.
따라서 기존의 대전력 증폭기는 설정된 주파수 외의 대역에 해당하는 주파수에 대해서는 선형화 처리가 불가능한 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 주파수 선형화를 위해 설정된 주파수 대역 외의 주파수가 입력되더라도 주파수 선형화 및 증폭이 가능한 대전력 증폭기를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대전력 증폭기는, 선형화 처리를 위해 설정된 동일 주파수대의 제1주파수 및 제2주파수를 비교하여, 상기 제1주파수의 왜곡 성분을 제거하여 보정하고 선형화 처리를 수행하는 선형화부; 입력되는 원신호 주파수가 상기 제1주파수 및 제2주파수로 동기 되도록 제어 주파수를 출력하는 제어부; 상기 원신호 주파수를 입력받아 상기 제어부로부터 출력된 상기 제어 주파수에 따라, 상기 제1주파수로 업 또는 다운 컨버팅하여 상기 선형화부로 출력하는 제1믹싱부; 및 상기 제어부로부터 출력된 상기 제어 주파수에 따라, 상기 선형화부에서 선형화 처리되어 출력되는 주파수를 상기 원신호 주파수로 업 또는 다운 컨버팅하여 증폭을 위해 출력하는 제2믹싱부; 를 포함하여 구성된다.
본 실시예에 따른 대전력 증폭기는, 상기 제2믹싱부로부터 출력되는 상기 원신호 주파수에 대응되어 상기 왜곡 성분 보정 및 선형화 처리된 주파수를 대전력 증폭하는 증폭부; 및 상기 증폭부에서 증폭된 주파수를 출력 및 피드백하는 피드백부;로 구성되는 대전력 증폭부; 를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 실시예의 대전력 증폭기는, 상기 피드백부에서 피드백되어 입력되는 피드백 주파수를 상기 제어부로부터 출력된 상기 제어 주파수에 따라, 상기 제2주파수로 업 또는 다운 컨버팅하여 상기 선형화부로 출력하는 제3믹싱부; 를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 선형화부는 상기 제1믹싱부에서 입력되는 상기 제1주파수와 상기 제3믹싱부에서 입력되는 상기 제2주파수를 비교하여, 상기 제1주파수의 왜곡 성분을 보정하고 선형화 처리한다.
본 발명에 따르면, 입력되는 원신호 주파수의 대역을 선형화부에 설정된 주파수대로 업 또는 다운 컨버팅하여 선형화 및 증폭 처리함으로써, 대전력 증폭기에 입력되는 주파수의 대역이 선형화부에서 처리할 수 없는 대역의 주파수인 경우도 선형화 및 증폭 처리하여 출력할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대전력 증폭기의 블록도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따라 도 1 대전력 증폭기에 입력되는 원신호의 주파수를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명을 적용하지 않은 경우 도 2의 원신호 주파수가 출력되는 예를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 도 1 의 대전력 증폭기를 채용하기 전후 도 2의 원신호 주파수에 대한 출력신호를 비교한 것은 나타낸 그래프.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대전력 증폭기의 블록도이다.
본 발명에 따른 대전력 증폭기는, 제어부(110), 제1믹싱부(130), 제2믹싱부(150), 제3믹싱부(170), 선형화부(Linearizer)(200), 및 대전력 증폭부((300)를 포함하여 구성된다.
제어부(110)는 증폭을 위해 대전력 증폭기에 입력되는 주파수가 선형화부(200)에서 설정된 주파수대로 동기 되도록 제1믹싱부(130) 및 제3믹싱부(170)를 제어하고, 선형화부(200)에서 출력되는 주파수가 대전력 증폭기에 입력된 주파수로 동기 되도록 제2믹싱부(150)를 제어한다.
제1믹싱부(130)는 제어부(110)의 제어에 따라 입력되는 주파수(fi)가 선형화부(200)에서 설정된 주파수대(fs)로 동기 되도록, 입력된 주파수(fi)를 업(up) 또는 다운(down) 컨버팅(converting)하여 동기화된 주파수(f1)를 선형화부(200)로 출력한다.
제3믹싱부(170)는 대전력 증폭부(300)에서 피드백되어 입력되는 주파수(fd)가 제어부(110)의 제어에 따라 선형화부(200)에서 설정된 주파수대(fs)로 동기 되도록, 피드백되어 입력되는 주파수(fd)를 업(up) 또는 다운(down) 컨버팅(converting)하여 동기화된 주파수(f2)를 선형화부(200)로 출력한다.
선형화부(200)는 제1믹싱부(130)에서 입력되는 주파수(f1)와 제3믹싱부(170)에서 입력되는 주파수(f2)를 비교하여, 제1믹싱부(130)에서 입력되는 주파수(f1)에 대한 왜곡 성분을 보정하고 선형화 처리를 수행하고, 선형화된 주파수(f3)를 제2믹싱부(150)로 출력한다.
제2믹싱부(150)는 선형화부(200)에서 출력되어 입력되는 선형화 처리된 주파수(f3)가 제어부(110)의 제어에 따라 대전력 증폭기에 입력된 원신호 주파수(fi)로 동기 되도록, 선형화 처리된 주파수(f3)를 업(up) 또는 다운(down) 컨버팅(converting)하여 동기화된 주파수(f4)를 대전력 증폭부(300)로 출력한다.
대전력 증폭부(300)는 증폭부(320)와 피드백부(340)를 포함하여 구성된다. 증폭부(320)는 제2믹싱부(150)에서 출력되는 주파수(f4)를 대전력 증폭시켜 피드백부(340)로 출력한다. 이에 따라, 대전력 증폭기에 입력되는 원신호 주파수(fi)에 대해 선형화부(200)를 통해 왜곡성분이 제거된 상태로 대전력 증폭이 처리되어 출력된다.
피드백부(340)는 증폭부(320)에서 증폭된 주파수(fd)를 출력하고, 또한 제3믹싱부(170)로 피드백 출력한다. 이를 통해, 제3믹싱부(170)는 피드백부(340)에서 피드백되어 입력되는 주파수(fd)가 제어부(110)의 제어에 따라 선형화부(200)에서 설정된 주파수대(fs)로 동기 되도록, 피드백되어 입력되는 주파수(fd)를 업(up) 또는 다운(down) 컨버팅(converting)하여 동기화된 주파수(f2)를 선형화부(200)로 출력한다.
따라서 대전력 증폭기에 입력되는 주파수의 대역이 선형화부(200)에서 처리할 수 없는 대역의 주파수인 경우에도, 본 발명은 입력되는 원신호 주파수가 선형화부(200)에 설정된 주파수대로 동기 되도록 업 또는 다운 컨버팅하여 선형화 처리를 수행하고, 증폭하여 출력이 가능한 장점이 있다.
이하, 실예를 들어 본 발명의 실시예에 따른 입력 주파수의 다운 또는 업 컨버팅을 통한 주파수 선형화 및 증폭 출력 예를 설명한다.
본 실시예에서는 선형화부(200)에서 주파수 선형화를 위해 설정된 주파수대가 700MHz이고, 대전력 증폭부에 입력되는 원신호 주파수(fi)가 100MHz인 경우를 예로 설명한다.
이 경우, 제어부(110)에서는 원신호 주파수(fi)가 선형화부(200)에서 설정된 주파수(fs)로 동기 되도록, 주파수(fc)를 600MHz로 각 믹싱부(130,150,170)로 입력한다.
이에 따라, 제1믹싱부(130)는 원신호 주파수(fi) 100MHz와 제어부(110)에서 입력되는 주파수(fc) 600MHz를 업 컨버팅하여 700MHz를 선형화부(200)로 출력한다. 또한, 제3믹싱부(170)는 피드백되는 주파수(fd) 100MHz와 제어부(110)에서 입력되는 주파수(fc) 600MHz를 업 컨버팅하여 700MHz를 선형화부(200)로 출력한다.
선형화부(200)는 제1믹싱부(130)에서 입력되는 700MHz 주파수(f1)과 제3믹싱부(170)에서 입력되는 700MHz 주파수(f2)를 비교하여 왜곡 성분을 보정하고 선형화 처리한 후 제2믹싱부(150)로 출력한다.
제2믹싱부(150)는 선형화부(200)에서 입력되는 선형화 처리된 700MHz 주파수(f3)와 제어부(110)에서 입력되는 600MHz 주파수(fc)를 다운 컨버팅하여 100MHz를 대전력 증폭부(300)로 출력한다.
대전력 증폭부(300)에서는 증폭부(320)를 통해 제2믹싱부(150)에서 입력된 100MHz 주파수(f4)를 증폭하고, 피드백부(340)를 통해 외부로 출력 및 제3믹싱부(170)로 피드백한다.
본 실시예의 다른 예에서는 선형화부(200)에서 주파수 선형화를 위해 설정된 주파수대가 700MHz이고, 대전력 증폭부에 입력되는 원신호 주파수(fi)가 3GHz인 경우를 예로 설명한다.
이 경우, 제어부(110)에서는 원신호 주파수(fi)가 선형화부(200)에서 설정된 주파수(fs)로 동기 되도록, 주파수(fc)를 2.3GHz로 각 믹싱부(130,150,170)로 입력한다.
이에 따라, 제1믹싱부(130)는 원신호 주파수(fi) 3GHz와 제어부(110)에서 입력되는 주파수(fc) 2.3GHz를 다운 컨버팅하여 700MHz를 선형화부(200)로 출력한다. 또한, 제3믹싱부(170)는 피드백되는 주파수(fd) 3GHz와 제어부(110)에서 입력되는 주파수(fc) 2.3GHz를 다운 컨버팅하여 700MHz를 선형화부(200)로 출력한다.
선형화부(200)는 제1믹싱부(130)에서 입력되는 700MHz 주파수(f1)과 제3믹싱부(170)에서 입력되는 700MHz 주파수(f2)를 비교하여 왜곡 성분을 보정하고 선형화 처리한 후 제2믹싱부(150)로 출력한다.
제2믹싱부(150)는 선형화부(200)에서 입력되는 선형화 처리된 700MHz 주파수(f3)와 제어부(110)에서 입력되는 2.3GHz 주파수(fc)를 업 컨버팅하여 3GHz를 대전력 증폭부(300)로 출력한다.
대전력 증폭부(300)에서는 증폭부(320)를 통해 제2믹싱부(150)에서 입력된 3GHz 주파수(f4)를 증폭하고, 피드백부(340)를 통해 외부로 출력 및 제3믹싱부(170)로 피드백한다.
이와 같이, 선형화부(200)의 선형화 처리 주파수 대역이 700MHz로 고정되어 있는 경우, 입력 주파수(f1)와 제어부(110)에서 입력되는 주파수(fc)를 조합하여 항상 선형화부(200)에서 처리 가능한 주파수 대역으로 업 또는 다운 컨버팅함으로써, 어느 대역의 주파수가 입력되더라도 선형화 처리 및 증폭이 가능하다.
이를 통해, 기존 사용중인 수GHz에 해당하는 모든 대전력 증폭에 적용함으로써, 기존 대비 두배(3dB)의 출력과 효율을 동시에 만족할 수 있다. 따라서, 적은 비용으로도 출력을 높일 수 있으며, 전력 소모 또한 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따라 도 1 대전력 증폭기에 입력되는 원신호의 주파수를 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 도 2에 도시된 파란색으로 표시된 선은 본 발명의 45W급 대전력 증폭기에 2.135GHz의 원신호 주파수(fi)가 입력된 예를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명을 적용하지 않은 경우 도 2의 원신호 주파수가 출력되는 예를 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 도 3에 도시된 파란색으로 표시된 선은 본 발명의 45W급 대전력 증폭기에 입력된 2.135GHz의 원신호 주파수(fi)에 대해, 업 또는 다운 컨버팅 없이 선형화부(200)에서 출력되어 증폭된 주파수 예를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 도 1 의 대전력 증폭기를 채용하기 전후 도 2의 원신호 주파수에 대한 출력신호를 비교한 것은 나타낸 그래프.
도시된 바와 같이, 도 4에 도시된 파란색으로 표시된 선은 본 발명의 45W급 대전력 증폭기에 입력된 2.135GHz의 원신호 주파수(fi)에 대해, 업 또는 다운 컨버팅 없이 선형화부(200)에서 출력되어 증폭된 주파수 예이고, 검정색으로 표시된 선은 동일 조건의 대전력 증폭기에 입력된 2.135GHz의 원신호 주파수(fi)에 대해, 업 또는 다운 컨버팅을 수행하여 선형화부(200)에서 출력되어 증폭된 주파수 예이다.
도시된 바와 같이, 입력되는 주파수에 대해 선형화부(200)에 설정된 주파수로 동기시켜 선형화 및 증폭 처리한 경우, 기존에 입력 주파수에 대한 업 또는 다운 컨버팅 없이 선형화 및 증폭 처리한 경우에 비에 효율이 개선된 것을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이며, 이러한 변형은 본 발명의 보호범위에 속할 것이다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 선형화 처리를 위해 설정된 동일 주파수대의 제1주파수 및 제2주파수를 비교하여, 상기 제1주파수의 왜곡 성분을 제거하여 보정하고 선형화 처리를 수행하는 선형화부;
    입력되는 원신호 주파수가 상기 제1주파수 및 제2주파수로 동기 되도록 제어 주파수를 출력하는 제어부;
    상기 원신호 주파수를 입력받아 상기 제어부로부터 출력된 상기 제어 주파수에 따라, 상기 제1주파수로 업 또는 다운 컨버팅하여 상기 선형화부로 출력하는 제1믹싱부;
    상기 제어부로부터 출력된 상기 제어 주파수에 따라, 상기 선형화부에서 선형화 처리되어 출력되는 주파수를 상기 원신호 주파수로 업 또는 다운 컨버팅하여 증폭을 위해 출력하는 제2믹싱부; 및
    상기 제2믹싱부로부터 출력되는 상기 원신호 주파수에 대응되어 상기 왜곡 성분 보정 및 선형화 처리된 주파수를 대전력 증폭하는 증폭부, 및 상기 증폭부에서 증폭된 주파수를 출력 및 피드백하는 피드백부로 구성되는 대전력 증폭부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 대전력 증폭기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 피드백부에서 피드백되어 입력되는 피드백 주파수를 상기 제어부로부터 출력된 상기 제어 주파수에 따라, 상기 제2주파수로 업 또는 다운 컨버팅하여 상기 선형화부로 출력하는 제3믹싱부; 를 더 포함하며,
    이에 의해, 상기 선형화부는 상기 제1믹싱부에서 입력되는 상기 제1주파수와 상기 제3믹싱부에서 입력되는 상기 제2주파수를 비교하여, 상기 제1주파수의 왜곡 성분을 보정하고 선형화 처리하는 것을 특징으로 하는 대전력 증폭기.
KR1020110030953A 2011-04-05 2011-04-05 가변 주파수의 선형화 및 증폭이 가능한 대전력 증폭기 KR101059166B1 (ko)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030197574A1 (en) 1997-09-17 2003-10-23 Kaoru Ishida Power splitter/combiner circuit, high power amplifier and balun circuit
US7088173B1 (en) 2004-05-07 2006-08-08 Lockheed Martin Corporation Adjustable multiport power/phase method and system with minimum phase error
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