KR101098231B1 - 공진 상쇄 선형화기, 공진 상쇄 선형화기를 이용한 고전력 증폭 시스템 및 고전력 증폭 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고주파 전력 증폭에 사용되는 공진 상쇄 선형화기, 공진 상쇄 선형화기를 이용한 고전력 증폭 시스템 및 고전력 증폭 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 고전력 증폭 시스템은 입력 신호를 증폭시키는 고전력 증폭기; 및 상기 고전력 증폭기의 출력단의 출력 신호에서 미리 설정된 주파수 대역을 제거하여 제 1 신호를 생성시키는 공진 상쇄부와, 상기 고전력 증폭기의 입력단의 입력 신호를 변경하여 제 2 신호를 생성시키고, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 합성시켜 왜곡 신호를 생성하는 왜곡 신호 생성부와, 상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호를 합성시켜 선형화된 출력을 생성시키는 출력부를 포함하는 공진 상쇄 선형화기를 포함한다.

Description

공진 상쇄 선형화기, 공진 상쇄 선형화기를 이용한 고전력 증폭 시스템 및 고전력 증폭 방법{Resonator Cancellation Linearizer, High Power Amplifying System and Hiph Power Amplifying Method Using The Same}
본 발명은 고주파 전력 증폭기에 사용되는 선형화기 및 이를 이용한 고전력 증폭 시스템 및 고전력 증폭 방법에 관한 것이다.
최근 이동통신 시스템에 있어서, 음성 데이터는 물론 고용량의 멀티미디어 데이터 등을 전송할 필요가 높아짐에 따라 이동통신 시스템의 높은 성능이 요구되고 있다. 이러한 환경에서 음성 데이터, 멀티미디어 데이터 등을 부호화하여 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying, 직교 위상 편이 변조), QAM(Quadrature Amplitude Modulation, 직교 진폭 변조) 등의 선형 변조 기법으로 송수신하게 되는데, 이때 시스템 내의 전력 증폭기의 선형성과 효율이 가장 중요한 지수가 된다.
일반적으로 이동통신, 위성통신 등에서 사용되즌 전력 증폭기의 효율을 증대시키기 위해서는 전력 증폭기를 포화 영역 부근에서 동작시켜야 하는데, 이 경우 입력 전력이 증가함에 따라 진폭 및 위상 왜곡이 증가하는 문제가 발생하게 된다. 진폭 및 위상 왜곡이 발생하는 경우, 인접한 채널 사이의 간섭이 발생하여 시스템의 성능이 떨어지게 된다. 따라서, 이와 같은 전력 증폭기의 비선형성적인 특성을 보상해 줄 수 있는 선형화기가 필요하게 된다.
이러한 선형화기의 대표적인 방식으로는 피드백(Feedback) 방식, 피드포워드(Feedforward) 방식, 전채왜곡(Predistortion) 방식을 들 수 있다. 피드백 방식은 증폭기를 통하여 출력된 혼변조 성분의 일부를 궤환 루프(Feedback loop)를 통해 증폭기의 입력으로 재전송시켜 선형화시키는 방법으로, 궤환 루프의 사용으로 인해 증폭기의 이득이 감소된다는 단점을 가진다. 피드포워드 방식은 두 개의 증폭기를 직렬로 연결함으로써 두 증폭기의 비선형 특성을 서로 보완하도록 하는 방식이다. 피드포워드 방식은 좋은 선형화 특성을 얻을 수 있으나, 두 개의 증폭기를 사용함으로써 비용과 전력 효율 측면에서 단점을 가진다.
전치왜곡 방식은 비선형 증폭기에서 나온 출력신호의 왜곡 정도를 미리 예측하여 입력 신호에 역으로 전치왜곡을 가해 증폭기로부터 생성될 왜곡을 상쇄시켜 주도록 하는 방식이다. 전치왜곡 방식의 선형화 기술 도입의 초반에는 핀 다이오드와 같은 비선형 소자를 이용한 아날로그 방식의 전치왜곡 선형화 기법이 주를 이루었으나 성능에 한계가 있어 최근에는 디지털 소자를 이용하는 디지털 방식의 디지털 전치왜곡 선형화 기술의 급속한 발전이 이루어졌다.
이러한 디지털 전치왜곡 선형화 기술은 증폭기의 출력단 신호를 커플러(Coupler)를 통해 추출하고, 믹서(Mixer)를 통해 추출된 신호를 다운컨버젼(Down-conversion)하며, ADC(Analog-to-Digital Converter)를 통해 다운컨버젼된 신호를 디지털 신호로 바꾼 후, 지연된 입력 신호와 출력단으로부터의 신호의 차이를 이용하여 왜곡 정도를 측정하고, 전치왜곡을 위한 파라미터를 추출하여 LUT(Look-Up-Table)에 저장하며, 입력신호에 따라 필요한 전치왜곡을 LUT로부터 읽어 입력신호에 가해줌으로써 증폭기에서 겪게 될 왜곡을 사전에 보상한다.
그러나, 종래의 전치왜곡 선형화 기술은 증폭기 설계 시 고려해야 할 사항이 많고, 구성이 복잡하여 증폭기의 크기가 매우 커지는 문제점을 가지고 있었다. 즉, 폐쇄 로프(Closed Loop)를 사용하여 출력 신호를 추출하고, 이를 기저대역 신호로 변화한 후 다시 디지털 신호로 변환해야 하기 때문에 부가적인 커플러, 믹서, ADC 등이 필요하게 되며, 각 부품들이 만족해야 할 대역폭 등의 성능요구사항이 매우 높아지게 되는 문제가 발생하게 되는 것이다.
본 발명은 이와 같은 문제를 해결하고 고출력 증폭기의 효율과 크기를 작게 개선시킬 수 있는 선형화기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저전력에서 구동되며, 고전력 증폭기의 효율을 높이고 크기를 작게 개선시킬 수 있는 공진 상쇄 선형화기와, 공진 상쇄 선형화기를 이용한 고전력 증폭기 및 고전력 증폭 방법을 제시하고자 한다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 따른 공진 상쇄 선형화기는 고전력 증폭기의 출력 신호에서 미리 설정된 주파수 대역을 제거하여 제 1 신호를 생성시키는 공진 상쇄부; 상기 고전력 증폭기의 입력단의 입력 신호를 변경하여 제 2 신호를 생성시키고, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 합성시켜 왜곡 신호를 생성하는 왜곡 신호 생성부; 상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호를 합성시켜 선형화된 최종 출력을 생성시키는 출력부를 포함한다.
이때, 상기 공진 상쇄부는 상기 출력 신호의 통과 대역의 좌측 및 우측 주파수 대역을 제거시키는 노치 필터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 왜곡 신호 생성부는 상기 제 2 신호의 위상이 상기 제 1 신호의 위상과 180도 차이가 되도록 상기 입력 신호의 위상을 제어하는 제 1 위상 제어기와, 상기 제 2 신호와 상기 제 1 신호의 시간이 동조되도록 상기 입력 신호의 시간을 지연시키는 제 1 시간 지연기와, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 합성시키는 합성부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 공진 상쇄 선형화기는 상기 고전력 증폭기의 입력단에 입력되는 입력 신호의 일부를 상기 왜곡 신호 생성부로 분리하여 전송하는 제 1 방향성 커플러(Directional Coupler)와, 상기 공진 상쇄부에서 생성된 제 1 신호의 일부를 상기 왜곡 신호 생성부로 분리하여 전송하는 제 2 방향성 커플러를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 방향성 커플러 및 상기 제 2 방향성 커플러 각각은 상기 왜곡 신호 생성부로 분리하여 전송하는 각각의 신호의 크기가 서로 동조되도록 분배 이득을 조절할 수 있다.
또한, 상기 출력부는 제 3 방향성 커플러일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 공진 상쇄 선형화기는 상기 왜곡 신호 생성부와 상기 출력부 사이에 상기 왜곡 신호를 증폭시키는 왜곡 신호 증폭기를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 공진 상쇄부와 출력부 사이에 상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호 증폭기에 의해 증폭된 왜곡 신호와의 시간을 동조시키는 제 2 시간 지연기와, 상기 왜곡 신호 출력부와 상기 출력부 사이에 상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호와의 위상을 동조시키는 제 2 위상 제어기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 고전력 증폭 시스템은 입력 신호를 증폭시키는 고전력 증폭기; 및 상기 고전력 증폭기의 출력단의 출력 신호에서 미리 설정된 주파수 대역을 제거하여 제 1 신호를 생성시키는 공진 상쇄부와, 상기 고전력 증폭기의 입력단의 입력 신호를 변경하여 제 2 신호를 생성시키고, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 합성시켜 왜곡 신호를 생성하는 왜곡 신호 생성부와, 상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호를 합성시켜 선형화된 최종 출력을 생성시키는 출력부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 고전력 증폭 시스템은 상기 고전력 증폭기 전단에 위치하여 상기 고전력 증폭기에 입력되는 입력 신호 중 통과 대역의 주파수를 가지는 신호만을 통과시키는 대역 통과 필터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공진 상쇄부는 출력 신호에서 통과 대역의 좌측 및 우측 주파수 대역을 제거시키는 노치 필터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 왜곡 신호 생성부는 상기 입력 신호의 위상을 제어하는 제 1 위상 제어기와, 상기 입력 신호의 시간을 지연시키는 제 1 시간 지연기와, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 합성시키는 합성부를 포함하고, 상기 제 1 위상 제어기 및 상기 제 2 시간 지연기를 제어하여 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호의 위상 및 시간을 동조시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 고전력 증폭 시스템은 상기 고전력 증폭기의 입력단에 입력되는 입력 신호의 일부를 상기 왜곡 신호 생성부로 분리하여 전송하는 제 1 방향성 커플러와, 상기 공진 상쇄부에서 생성된 제 1 신호의 일부를 상기 왜곡 신호 생성부로 분리하여 전송하는 제 2 방향성 커플러를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 방향성 커플러 및 상기 제 2 방향성 커플러 각각은 상기 왜곡 신호 생성부로 분리하여 전송하는 각각의 신호의 크기가 서로 동조되도록 분배 이득을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 고전력 증폭 시스템은 상기 왜곡 신호 생성부와 상기 출력부 사이에 상기 왜곡 신호를 증폭시키는 왜곡 신호 증폭기와, 상기 공진 상쇄부와 상기 출력부 사이에 상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호 증폭기를 통과한 신호와의 시간을 동조시키는 제 2 시간 지연기와, 상기 왜곡 신호 출력부와 상기 출력부 사이에 상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호와의 위상을 동조시키는 제 2 위상 제어기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 고전력 증폭 방법은 입력 신호를 대역 통과 필터로 필터링 하는 단계; 상기 필터링된 입력 신호를 고전력 증폭기로 증폭시키고, 상기 고전력 증폭기의 출력단의 출력 신호에서 미리 설정된 주파수 대역을 제거하여 제 1 신호를 생성시키는 단계; 상기 필터링된 입력 신호를 변경하여 제 2 신호를 생성하고, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 합성하여 왜곡 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호를 합성시켜 선형화된 최종 출력을 생성시키는 단계를 포함한다.
이때, 상기 고전력 증폭기의 출력단의 출력 신호에서 미리 설정된 주파수 대역을 제거하는 것은, 상기 출력 신호에서 상기 대역 통과 필터의 통과 대역의 좌측 및 우측 주파수 대역을 노치 필터를 이용하여 제거하는 것일 수 있다.
또한, 상기 필터링된 입력 신호를 변경하는 것은, 상기 필터링된 입력 신호의 위상 또는 시간을 제어하여 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호의 위상 또는 시간을 동조시키는 것일 수 있다.
또한, 상기 필터링된 입력 신호를 변경하는 것은, 상기 필터링된 입력 신호의 위상을 180도 반전시키는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호를 합성시켜 선형화된 최종 출력을 생성시키는 단계는, 상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호의 크기 또는 시간을 동조시키는 단계와, 상기 제 1 신호 또는 상기 왜곡 신호의 위상을 180도 반전시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전력 증폭 시스템의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고전력 증폭 시스템의 구성을 나타내느 상세도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고전력 증폭 방법을 설명하는 순서도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 그러나, 첨부 도면 및 이하의 설명은 본 발명에 따른 공진 상쇄 선형화기, 공진 상쇄 선형화기를 이용한 고전력 증폭 시스템 및 고전력 증폭 방법의 가능한 일실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전력 증폭 시스템의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 고전력 증폭 시스템(1)은 대역 통과 필터(Band Pass Filter : 10)와, 고전력 증폭기(High Power Amplifier : 20)와, 공진 상쇄 선형화기(Resonator Cancellation Linearizer : 30)를 포함하여 구성된다.
대역 통과 필터(BPF : 10)는 고전력 증폭기(HPA : 20)와 공진 상쇄 선형화기(RPD : 30)의 전단에 위치하여 고전력 증폭기(20)에 입력되는 입력 신호 중 통과 대역(Pass Band)의 주파수를 가지는 신호만을 통과시키는 역할을 한다. 즉, 고전력 증폭 시스템(1)에 입력되는 RF 신호 중 통과 대역만을 통과시켜 고전력 증폭기(20)와 공진 상쇄 선형화기(30)로 전달한다. 이때, 통과 대역은 고전력 증폭 시스템(1)이 적용되는 통신 환경에 맞게 미리 설정된 값에 해당한다.
고전력 증폭기(20)는 입력 RF 신호를 통신 환경에 맞는 출력 레벨을 갖도록 증폭시키는 역할을 한다. 이때, 고전력 증폭기(20)는 하나의 전력 증폭기 모듈로 구성될 수도 있지만, 같거나 다른 이득(gain)을 갖는 다수의 전력 증폭기를 포함하는 모듈로 구성될 수도 있음을 물론이다.
공진 상쇄 선형화기(30)는 대역 통과 필터(10) 및 고전력 증폭기(20)와 연결되어 고전력 증폭기(20)에 의해 증폭된 RF 신호에서 노이즈 성분에 의한 비선형 왜곡을 제거하는 역할을 한다.
기존 전치왜곡 선형화 방식이 고전력 증폭기의 입력단에서 전치왜곡(Predistortion)을 상쇄시킨 후, 이 전치왜곡을 제거한 신호를 고전력 증폭기를 통하여 증폭시키는 방법을 사용함에 반해, 본 발명의 공진 상쇄 선형화기(30)는 고전력 증폭기의 출력단에서 증폭된 RF 신호에서 왜곡(Distortion)을 상쇄시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 공진 상쇄 선형화기(30)의 구성 및 동작을 이하 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고전력 증폭 시스템의 구성을 나타내는 상세도이다.
도 2를 참조하면 고전력 증폭 시스템(1)의 공진 상쇄 선형화기(30)의 구성이 상세하게 도시되어 있다. 구체적으로 공진 상쇄 선형화기(30)는 제 1 방향성 커플러(10)와, 공진 상쇄부(33)와, 왜곡 신호 생성부(34)와, 제 2 방향성 커플러(31b)와, 제 2 시간 지연기(36b)와, 제 2 위상 제어기(35b)와, 왜곡 신호 증폭기(39)와, 제 3 방향성 커플러(31c)를 포함하여 구성된다.
제 1 방향성 커플러(10)는 대역 통과 필터(10)를 통과한 RF 신호를 고전력 증폭기(20)와 왜곡 신호 생성부(34)로 각각 분리하여 전송하는 역할을 한다. 이때, 제 1 방향성 커플러(10)는 후술할 제 2 방향성 커플러(31b)가 왜곡 신호 생성부(34)로 전송하는 제 2 신호와의 크기가 동조되도록 하는 분배 이득값을 갖는다. 후술하겠지만, 대역 통과 필터(10)를 통과한 RF 신호는 1:10의 비율로 두 개의 신호로 분리될 수 있으며 분리된 두 개의 신호 중 1의 비율을 갖는 신호는 주 신호로 사용되기 위해 고전력 증폭기(20)로 전송되며, 10의 비율을 갖는 신호는 왜곡 신호 증폭기(30)로 전송된다.
공진 상쇄부(33)는 고전력 증폭기(20)에서 증폭된 RF 신호에서 통과 대역의 좌측 및 우측의 노이즈 신호를 제거하는 역할을 한다. 즉, 도 2를 참조하면 대역 통과 필터(10)를 통과한 후의 RF 신호가 고전력 증폭기(20)에 의해 증폭되면서 노이즈 신호가 증폭되어 있음을 알 수 있다. 이 증폭된 노이즈 신호는 통신 환경에서 채널의 분리도를 저하시키고, 채널 간의 간섭을 일으킬 수 있다.
본 발명의 공진 상쇄 선형화기(30)는 이러한 증폭된 노이즈 신호를 노치 필터(Notch Filter)를 이용하여 제거하는 방법을 사용한다. 즉, 통과 대역(Pass Band)에 인접한 좌우측 주파수 대역을 노치 필터를 이용하여 샤프(sharp)하게 저지(reject)시키는 방법을 사용한다. 도 2에서 볼 수 있듯이, 공진 상쇄부(33)는 제 1 노치 필터(33a)와, 제 2 노치 필터(33b)로 구성된다. 제 1 노치 필터(33a)는 통과 대역 바로 좌측의 주파수 대역을 저지시키는 노치 필터이며, 제 2 노치 필터(33b)는 통과 대역 바로 우측의 주파수 대역을 저지시키는 노치 필터에 해당한다.
이 공진 상쇄부(33)를 통과한 후의 RF 신호가 '제 1 신호'와 같이 도시된다. 제 1 신호는 통과 대역의 좌측 및 우측의 주파수 대역이 저지되어 있음을 확인할 수 있다.
제 2 방향성 커플러(31b)는 이 제 1 신호를 제 3 방향성 커플러(31c : 출력부) 및 왜곡 신호 생성부(34)로 분리하여 전송하는 역할을 한다. 즉, 제 1 신호의 일부는 제 2 방향성 커플러(31b)를 통하여 최종 출력을 생성하기 위하여 제 2 시간 지연기(36b)를 경유하여 제 3 방향성 커플러(31c)로 전송되며, 제 1 신호의 다른 일부는 왜곡 신호 생성부(34)로 전송되어 왜곡 신호 생성에 이용되게 된다. 또한, 후술하겠지만, 제 1 신호는 제 2 방향성 커플러(31b)에서 1:30의 비율로 분배되어 각각 제 3 방향성 커플러(31c) 및 왜곡 신호 생성부(34)로 전송될 수 있다.
왜곡 신호 생성부(34)는 제 1 위상 제어기(35a)와, 제 1 시간 지연기(36a)와, 합성부(37)를 포함하여 구성된다. 제 1 위상 제어기(35a) 및 제 1 시간 지연기(36a) 각각은 제 1 방향성 커플러(10)를 통하여 왜곡 신호 생성부(34)로 전송되는 신호의 위상 및 시간을 제어하는 역할을 한다.
즉, 제 1 위상 제어기(35a)는 제 1 방향성 커플러(10)를 통하여 왜곡 신호 생성부(34)로 전송되는 신호의 위상을 제어하여 후술할 제 2 신호의 위상이 제 1 신호의 위상과 180도 차이가 되도록 한다.
제 1 시간 지연기(36a) 는 제 1 방향성 커플러(10)를 통하여 왜곡 신호 생성부(34)로 전송되는 신호의 시간을 지연시켜 제 2 신호의 시간과 제 1 신호의 시간이 동조되도록 한다.
합성부(37)는 제 1 신호와 제 2 신호를 합성시켜 왜곡 신호를 생성시키는 역할을 한다.
즉, 왜곡 신호 생성부(34)는 대역 통과 필터(10)를 통과한 RF 신호에서 제 1 방향성 커플러(10)를 통하여 일부 분리되어 전송되는 신호를 변경하여 제 2 신호를 생성시키고, 제 1 신호와 제 2 신호를 합성시켜 왜곡 신호를 생성하는 역할을 하는데, 상세히 설명하면 다음과 같다.
왜곡 신호 생성부(34)는 고전력 증폭기(20)에 의해 증폭되기 전의 고전력 증폭기(20)의 입력단의 신호 중의 일부를 제 1 방향성 커플러(10)를 이용하여 변경하게 된다. 이때, '변경'은 이 신호의 크기, 위상, 시간 등을 제어하는 것을 의미한다. 도 2에서 볼 수 있듯이, 제 2 방향성 커플러(31b)에 의해서 제 1 신호가 합성부(37)로 전송되게 된다.
이때, 노이즈 성분에 해당하는 왜곡 신호만을 생성시키기 위해서는 이 제 1 신호와 노이즈 성분을 제외한 고전력 증폭기(20)의 입력단의 RF 신호의 성분을 합성시켜야 한다. 이때, 정확한 왜곡 신호를 생성시키기 위해서는 제 1 신호와 크기, 시간은 같고 위상이 반전된 신호(이하, 이를 제 2 신호라 부른다)를 제 1 신호와 합성시켜야 한다.
제 1 신호와 제 2 신호의 크기가 동조되도록 제 1 방향성 커플러(10)와 제 2 방향성 커플러(31b)의 분배 이득이 조절되며, 제 1 신호와 제 2 신호의 시간이 동조되도록 제 1 시간 지연기(36a)는 왜곡 신호 생성부(34)에 전송되는 신호의 시간을 지연시키게 된다.
또한, 제 1 위상 제어기(35a)는 왜곡 신호 생성부(34)에 전송되는 신호의 위상을 180도 반전시켜서 제 1 신호와 제 2 신호의 위상이 180도 차이가 되도록 한다. 이와 같은 과정에 따른 신호의 변화가 도 2의 하단부에 도시되어 있다.
이런 방식으로 합성부(37)에서 제 1 신호와 제 2 신호가 합성되어 왜곡 신호가 생성되면 이 왜곡 신호는 제 2 위상 제어기(35b)를 통하여 위상이 180도 반전되고 왜곡 신호 증폭기(39)를 통하여 신호가 증폭되어 제 3 방향성 커플러(31c : 출력부)로 전송된다.
출력부(31c)는 제 2 방향성 커플러(31b) 및 제 2 시간 지연기(36b)를 통하여 전송된 제 1 신호와 상기 증폭된 왜곡 신호를 합성시켜 선형화된 최종 출력을 생성하게 된다. 이 과정에서 제 1 신호와 상기 증폭된 왜곡 신호와의 신호의 크기의 동조는 제 3 방향성 커플러(31c)의 분배 이득과 왜곡 신호 증폭기(39)의 이득에 의해서 조절된다.
또한, 제 1 신호과 상기 증폭된 왜곡 신호와의 시간의 동조는 제 2 시간 지연기(36b)의 시간 지연 제어에 의해서 수행되며, 노이즈 성분 제거를 위한 위상 반전은 제 2 위상 제어기(35b)에 의해서 수행된다.
도 2에서는 제 2 시간 지연기(36b)가 제 2 방향성 커플러(31b)와 출력부(31c) 사이에 위치하고, 제 2 위상 제어기(35b)가 왜곡 신호 생성부(34)와 출력부(31c) 사이에 위치한 것이 도시되었지만, 제 2 시간 지연기(36b) 및 제 2 위상 제어기(35b)는 제 2 방향성 커플러(31b)와 출력부(31c) 사이 또는 상기 왜곡 신호 생성부(34) 및 출력부(31c) 사이 중 어느 곳에나 설치될 수 있음은 물론이다.
이상과 같은 본 발명에 따른 공진 상쇄 선형화기(30)는 상기와 같은 조건을 만족시키는 다양한 스펙(specification)으로 제조될 수 있으나, 그 일예를 들면 다음과 같다.
공진 상쇄기(33)의 제 1 노치 필터(33a) 및 제 2 노치 필터(33b)는 인덕터(Inductor)와 리액터(Reactor)로 이루어지는 LR 공진기로 구현된다. 이러한 LR 공진기의 규격은 다음과 같이 정해질 수 있다. 즉, 적용 RF 전력은 50W이며, 주파수 대역은 1Ghz 이내이며, 주파수 변동(-30ㅀ~ +85ㅀ)은 100Khz 이내이며, 삽입 손실은 1dB 이내이며, 밴드 억압도는 최소 50dBc 정도가 되어야 한다.
또한, 제 1 방향성 커플러(10)는 1:10의 이득 분배 비율을 가져야 하며, 역방향 분배 출력은 1:30 이상의 비율을 가져야 한며, 제 3 방향성 커플러(31c)는 1:3의 이득 분배 비율을 가져야 하며, 삽입 손실이 0.5dB 이내의 값을 가지며, 출력 임피던스 정합율은 1.5:1의 값을 가져야 한다.
또한, 제 1 위상 제어기(35a)는 1:1 트랜스와 바렉터 다이오드를 결합하여 선형으로 위상을 제어하며, 외부에서 전원을 조절하여 위상을 제어할 수 있게 설계 제작되어야 한다.
또한, 제 1 시간 지연기(36a)는 스트립 라인으로 구성되며, 공진 상쇄기(33)에서의 시간 지연 값과 동일하게 시간 지연 값을 구성하여 주도록 한다.
또한, 합성부(37)는 2:1의 결합기의 구조로 위상 변화 값이 동일한 구조로 설계되며, 삽입 손실은 3dB 정도의 손실을 갖도록 설계되어야 한다.
나머지, 제 2 방향성 커플러(31b)와, 제 2 시간 지연기(36b)와, 제 2 위상 제어기(35b)도 위와 유사한 조건으로 설계될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고전력 증폭 방법을 설명하는 순서도이다.
본 발명에 따른 고전력 증폭 방법은 먼저, 고전력 증폭 시스템(1)에 입력되는 RF 신호를 대역 통과 필터(10)로 필터링한다(100). 이렇게 하여 통신 환경에 필요한 주파수 통과 대역만을 가지는 필터링된 RF 신호를 생성시킨다.
이 필터링된 RF 신호를 고전력 증폭기(20)로 증폭시키고(102), 증폭된 출력 신호를 통과 대역 좌우 주파수 대역을 저지시키는 노치 필터로 필터링하여 제 1 신호를 생성시킨다.(104)
또한, 상기 필터링된 RF 신호의 크기, 위상, 시간을 변경하여 제 2 신호를 생성시키고(106), 제 1 신호와 제 2 신호를 합성하여 왜곡 신호를 생성시킨다(108)
이렇게 제 1 신호와 왜곡 신호가 생성되면, 두 신호를 합성하여 선형화된 최종 출력 신호를 생성시킨다(110).
본 발명은 위와 같은 구성 및 방법으로 고전력 증폭기의 효율을 높이고 크기를 작게 개선시킬 수 있게 된다. 특히, 본 발명에 따른 공진 상쇄 선형화기는 극소 전압 및 전류에 의해 제어되어 소모 전력이 매우 작다. 이러한 특징으로 본 발명에 따른 공진 상쇄 선형화기 및 이를 이용한 고전력 증폭 시스템은 전력 소모를 최소화 시키는 스마트 그리드에 적용할 수 있는 효과가 있다.
1 : 고전력 증폭 시스템 10 : 대역 통과 필터
20 : 고전력 증폭기 30 : 공진 상쇄 선형화기
31a : 제 1 방향성 커플러 31b : 제 2 방향성 커플러
31c : 제 3 방향성 커플러 33 : 공진 상쇄부
33a : 제 1 노치 필터 33b : 제 2 노치 필터
34 : 왜곡 신호 생성부 35a : 제 1 위상 제어기
35b : 제 2 위상 제어기 36a : 제 1 시간 지연기
36b : 제 2 시간 지연기 37 : 합성부
39 : 왜곡 신호 증폭기

Claims (28)

  1. 고전력 증폭기의 출력단의 출력 신호에서 미리 설정된 주파수 대역을 제거하여 제 1 신호를 생성시키는 공진 상쇄부;
    상기 고전력 증폭기의 입력단에 입력되는 입력 신호의 크기, 위상, 시간 중 하나 이상을 변경하여 제 2 신호를 생성시키고,상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 합성시켜 왜곡 신호를 생성하는 왜곡 신호 생성부;
    상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호를 합성시켜 선형화된 출력을 생성시키는 출력부를 포함하는 공진 상쇄 선형화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진 상쇄부는 상기 출력 신호의 통과 대역의 좌측 및 우측 주파수 대역을 제거시키는 노치 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 상쇄 선형화기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 왜곡 신호 생성부는 상기 제 2 신호의 위상이 상기 제 1 신호의 위상과 180도 차이가 되도록 상기 입력 신호의 위상을 제어하는 제 1 위상 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 상쇄 선형화기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 왜곡 신호 생성부는 상기 제 2 신호와 상기 제 1 신호의 시간이 동조되도록 상기 입력 신호의 시간을 지연시키는 제 1 시간 지연기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 상쇄 선형화기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 왜곡 신호 생성부는 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 합성시키는 합성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 상쇄 선형화기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고전력 증폭기의 입력단에 입력되는 입력 신호의 일부를 상기 왜곡 신호 생성부로 분리하여 전송하는 제 1 방향성 커플러(Directional Coupler)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 상쇄 선형화기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공진 상쇄부에서 생성된 상기 제 1 신호의 일부를 상기 왜곡 신호 생성부로 분리하여 전송하는 제 2 방향성 커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 상쇄 선형화기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 방향성 커플러 및 상기 제 2 방향성 커플러 각각은 상기 왜곡 신호 생성부로 분리하여 전송하는 각각의 신호의 크기가 서로 동조되도록 분배 이득을 조절하는 것을 특징으로 하는 공진 상쇄 선형화기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력부는 제 3 방향성 커플러인 것을 특징으로 하는 공진 상쇄 선형화기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 왜곡 신호 생성부와 상기 출력부 사이에 상기 왜곡 신호를 증폭시키는 왜곡 신호 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 상쇄 선형화기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 공진 상쇄부와 상기 출력부 사이에 상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호 증폭기에 의해 증폭된 왜곡 신호와의 시간을 동조시키는 제 2 시간 지연기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 상쇄 선형화기.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 왜곡 신호 출력부와 상기 출력부 사이에 상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호와의 위상을 동조시키는 제 2 위상 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 상쇄 선형화기.
  13. 입력 신호를 증폭시키는 고전력 증폭기; 및
    상기 고전력 증폭기의 출력단의 출력 신호에서 미리 설정된 주파수 대역을 제거하여 제 1 신호를 생성시키는 공진 상쇄부와,
    상기 고전력 증폭기의 입력단의 입력 신호의 크기, 위상, 시간 중 하나 이상을 변경하여 제 2 신호를 생성시키고, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 합성시켜 왜곡 신호를 생성하는 왜곡 신호 생성부와,
    상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호를 합성시켜 선형화된 출력을 생성시키는 출력부를 포함하는 공진 상쇄 선형화기를 포함하는 고전력 증폭 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 고전력 증폭기 전단에 위치하여 상기 고전력 증폭기에 입력되는 입력 신호 중 통과 대역의 주파수를 가지는 신호만을 통과시키는 대역 통과 필터를 더 포함하는 고전력 증폭 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 공진 상쇄부는 상기 출력 신호에서 통과 대역의 좌측 및 우측 주파수 대역을 제거시키는 노치 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 증폭 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 왜곡 신호 생성부는 상기 입력 신호의 위상을 제어하는 제 1 위상 제어기와, 상기 입력 신호의 시간을 지연시키는 제 1 시간 지연기와, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 합성시키는 합성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 증폭 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 고전력 증폭기의 입력단에 입력되는 입력 신호의 일부를 상기 왜곡 신호 생성부로 분리하여 전송하는 제 1 방향성 커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 증폭 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 공진 상쇄부에서 생성된 상기 제 1 신호의 일부를 상기 왜곡 신호 생성부로 분리하여 전송하는 제 2 방향성 커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 증폭 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 방향성 커플러 및 상기 제 2 방향성 커플러 각각은 상기 왜곡 신호 생성부로 분리하여 전송하는 각각의 신호의 크기가 서로 동조되도록 분배 이득을 조절하는 것을 특징으로 하는 고전력 증폭 시스템.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 왜곡 신호 생성부와 상기 출력부 사이에 상기 왜곡 신호를 증폭시키는 왜곡 신호 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 증폭 시스템.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 공진 상쇄부와 상기 출력부 사이에 상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호 증폭기를 통과한 신호와의 시간을 동조시키는 제 2 시간 지연기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 증폭 시스템.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 왜곡 신호 출력부와 상기 출력부 사이에 상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호와의 위상을 동조시키는 제 2 위상 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 증폭 시스템.
  23. 입력 신호를 대역 통과 필터로 필터링 하는 단계;
    상기 필터링된 입력 신호를 고전력 증폭기로 증폭시키고, 상기 고전력 증폭기의 출력단의 출력 신호에서 미리 설정된 주파수 대역을 제거하여 제 1 신호를 생성시키는 단계;
    상기 필터링된 입력 신호를 변경하여 제 2 신호를 생성하고, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 합성하여 왜곡 신호를 생성하는 단계;
    상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호를 합성시켜 선형화된 최종 출력을 생성시키는 단계를 포함하는 고전력 증폭 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 고전력 증폭기의 출력단의 출력 신호에서 미리 설정된 주파수 대역을 제거하는 것은,
    상기 출력 신호에서 상기 대역 통과 필터의 통과 대역의 좌측 및 우측 주파수 대역을 노치 필터를 이용하여 제거하는 것인 고전력 증폭 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 필터링된 입력 신호를 변경하는 것은,
    상기 필터링된 입력 신호의 크기 또는 시간을 제어하여 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호의 크기 또는 시간을 동조시키는 것을 특징으로 하는 고전력 증폭 방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 필터링된 입력 신호를 변경하는 것은,
    상기 필터링된 입력 신호의 위상을 180도 반전시키는 것을 포함하는 고전력 증폭 방법.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호를 합성시켜 선형화된 최종 출력을 생성시키는 단계는,
    상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호의 크기 또는 시간을 동조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 증폭 방법.
  28. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 신호와 상기 왜곡 신호를 합성시켜 선형화된 최종 출력을 생성시키는 단계는,
    상기 제 1 신호 또는 상기 왜곡 신호의 위상을 180도 반전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 증폭 방법.
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