KR101122383B1 - 선형성 개선을 위한 멀티 모드용 전력 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동 통신 시스템에서 출력 신호의 선형성을 개선하며 단일 반송파 전력 증폭기와 다중 반송파 전력 증폭기로 동작 가능한 가능한 멀티 모드용 전력 증폭기에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 이동 통신 시스템에서 캐리어 증폭기(Carrier Amplifier)와 피킹 증폭기(Peaking Amplifier)를 포함하는 멀티 모드용 전력 증폭기에 있어서, 상기 이동 통신 시스템의 설정에 의해 결정된 동작 모드를 판단하는 판단부와, 상기 동작 모드에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 상기 피킹 증폭기의 동작을 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 상응하는 급(Class)의 증폭기로 동작하는 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기를 포함하며, 상기 제어부는 상기 동작 모드에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 상기 피킹 증폭기의 구동 전압을 변환시킴을 특징으로 한다.
멀티 모드 전력 증폭기, 도허티 증폭기, SCPA(Single Carrier Power Amplifier), MCPA(Multi Carrier Power Amplifier), 캐리어 증폭기, 피킹 증폭기

Description

선형성 개선을 위한 멀티 모드용 전력 증폭기{POWER AMPLIFIER FOR MULTI MODE TO IMPROVE THE LINEARITY}
도 1은 일반적인 도허티 증폭기의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 일반적인 Class별 증폭기의 하모닉 특성 변화를 도시한 도면.
도 3은 출력 전력에 따른 평형 증폭기와 도허티 증폭기의 ACPR 특성 변화를 도시한 도면.
도 4는 출력 전력에 따른 평형 증폭기와 도허티 증폭기의 효율을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도허티 증폭기의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도허티 증폭기의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
본 발명은 전력 증폭기에 관한 것으로, 특히 이동 통신 시스템에서 출력 신 호의 선형성을 개선하며 단일 반송파 전력 증폭기와 다중 반송파 전력 증폭기로 동작이 가능한 멀티 모드용 전력 증폭기에 관한 것이다.
현재, 이동 통신 시스템에서 전력 증폭기는 기지국(BS: Base Station) 및 이동 단말(MS: Mobile Station)들의 최종 출력 단에 구비되어 낮은 레벨의 입력 신호, 예컨대 베이스 밴드(Base Band) 신호를 높은 레벨의 출력 신호, 예컨대 RF 밴드 신호로 증폭한다. 이때, RF 밴드 신호는 전력 증폭기가 비선형성이면 신호의 왜곡 성분이 발생하며, 이러한 전력 증폭기의 비선형 특성은 입력 신호에 대한 이득 저하와 입력 주파수 이외의 상호 변조(Inter-Modulation)로 인한 주파수 성분을 생성한다. 그에 따라, 상기 생성된 주파수 성분은 인접 채널에 영향을 주어 시스템 전체 용량을 저하시키므로 상기 선형성은 전력 증폭기에서 중요한 특성이다.
한편, 상기 전력 증폭기는 입력 신호의 대역폭에 따라 단일 반송파를 사용하는 단일 반송파 전력 증폭기(SCPA: Single Carrier Power Amplifier, 이하 'SCPA'라 칭하기로 한다)와 다중 반송파를 사용하는 다중 반송파 전력 증폭기(MCPA: Multi Carrier Power Amplifier, 이하 'MCPA'라 칭하기로 한다)로 나눌 수 있다. 상기 SCPA는 단일 반송파, 즉 1FA 신호를 증폭하므로 선형성 확보를 위한 선형화가 불필요하며, 단지 최대 출력 전력에서 PAR(Peak to Average Ratio)만큼 차단(Back-Off)하여 사용하면 된다. 상기 MCPA는 다중 반송파, 예컨대 와이브로 시스템일 경우는 3FA 신호를, CDMA 시스템일 경우는 8～15FA 신호를 증폭하므로 광대역의 상호 변조 성분을 제거하기 위해 선형화가 필요하다.
또한, 최근에는 이동 통신 시스템에 다중 안테나 기술을 적용하여 빔 포밍 (Beam Forming), 다이버시티(Diversity) 등으로 전송 속도와 용량을 증대시키는 기술들이 적용되고 있다. 이러한 다중 안테나 기술은, 여러 개의 안테나를 사용하므로 전력 증폭기 측면에서 전체의 출력 전력은 같지만 개별 안테나를 구동시키는 전력 증폭기의 출력 전력이 낮아지는 이점이 있다. 상기 다중 안테나 기술을 이동 통신 시스템에 적용할 경우, 상기 이동 통신 시스템의 활용성을 향상시키기 위해 입력 신호가 저전력이면 SCPA가 MCPA로 동작하는 멀티 모드용 전력 증폭기가 제안되었다.
아울러, 전력 증폭기에 있어서, 전술한 전력 증폭기의 선형성 뿐만 아니라 전력 증폭기의 효율성 또한 중요한 파라미터이다. 이러한 전력 증폭기의 효율성을 향상시키기 위해 도허티 증폭기(Doherty Amplifier)가 제안되었으며, 일반적인 평형 증폭기(Balanced Amplifier)와는 달리 상기 도허티 증폭기는 캐리어 증폭기(Carrier Amplifier)와 피킹 증폭기(Peaking Amplifier)가 비대칭 병렬로 결합된 구조이다. 보다 자세히 설명하면, 도허티 증폭기는, 이동 통신 시스템에서 고효율 변조 방식에 사용되는 전력 증폭기의 일예로서, 1936년에 W. H. Doherty에 의해 처음 제안되었으며, 그 구조는 쿼터 웨이브 트랜스포머(Quarter Wave Transformer)(λ/4 트랜스포머)가 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기를 병렬로 연결하는 구조이다. 그리고, 상기 피킹 증폭기는 전력 레벨(Power Level)에 따라 부하(load)에 공급하는 전류의 양을 달리하는 방식을 통해 상기 캐리어 증폭기의 부하 임피던스(impedance)를 조절함으로써, 도허티 증폭기의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 도허티 증폭기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 도허티 증폭기는, 입력 전력을 분배하는 전력 분배기(101)와, 상기 전력 분배기(101)에 의해 분할된 입력 전력을 증폭하는 캐리어 증폭기(103)와 피킹 증폭기(111), 상기 캐리어 증폭기(103)와 피킹 증폭기(111)의 출력 손실을 최소화하기 위한 출력 정합(Output Matching)부(105,113), 상기 피킹 증폭기(111)의 출력에 따라 캐리어 증폭기(103)에서 바라본 임피던스를 변화시키기 위한 λ/4 임피던스 트랜스포머(107), 및 상기 피킹 증폭기(111)의 입력 단에서 캐리어 증폭기(103) 패스(Path)와의 위상차를 보상해주기 위한 λ/4 임피던스 트랜스포머(109)를 포함한다. 여기서, 상기 λ/4 임피던스 트랜스포머(107,109)는 특성 임피던스가 Z0 인 λ/4 트랜스미션 라인을 통해 구현된다.
이러한 도허티 증폭기는, 도허티 증폭기는, 캐리어 증폭기(103)의 출력 단에 λ/4 임피던스 트랜스포머(107)가 연결되고, 상기 λ/4 임피던스 트랜스포머(107)의 다음 단에는 피킹 증폭기(111)의 출력 단이 연결된 구조이므로, 상기 캐리어 증폭기(103)의 출력 단에서 바라본 임피던스는 상기 피킹 증폭기(111)의 출력 전력에 따라 변화한다. 이때, 상기 캐리어 증폭기(103)는 AB급(이하 'Class AB'라 칭하기로 한다), 또는 B급(이하 'Class B'라 칭하기로 한다) 증폭기로 구성되고, 상기 피킹 증폭기(111)는 입력 전력에 따라 온/오프 특성을 갖도록 Class B, 또는 C급(이하 'Class C'라 칭하기로 한다) 증폭기로 구성된다.
즉, 상기 피킹 증폭기(111)는, 입력 전력이 저전력(Low Power)일 경우에는 오프되고, 상기 입력 전력이 고전력(High Power)일 경우에는 온된다. 이렇게 입력 전력에 따라 피킹 증폭기(111)가 온/오프되므로, 입력 전력이 저전력일 경우 상기 캐리어 증폭기(103)의 출력 단에서 바라본 임피던스가 고전력일 경우보다 약 2배가 되며, 그 결과 도허티 증폭기는 입력 전력이 저전력일 경우 약 2배의 임피던스를 통해 출력 전력을 증가시킴으로써 효율을 향상시킨다. 즉, 도허티 증폭기는 캐리어 증폭기(103)의 출력 단에서 바라본 임피던스가 피킹 증폭기(111)의 출력 전력에 따라 변화하며, 상기 출력 전력이 저전력일 경우에는 높은 임피던스를 갖고 고전력일 경우에는 낮은 임피던스를 갖는다. 그러나, 도허티 증폭기의 캐리어 증폭기(103)와 피킹 증폭기(111)가, 특히 상기 피킹 증폭기(111)가 Class B, 또는 Class C 증폭기로 동작함에 따라 도허티 증폭기의 선형성이 저하되는 문제점이 있다.
도 2는 일반적인 Class 별 증폭기의 하모닉 특성을 변화를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, Class A에서는 하모닉 특성이 발생하지 않으므로 선형성이 가장 좋으나 DC 소비 전력이 가장 크므로 효율은 가장 낮다. 그리고, Class AB에서는 어느 정도의 하모닉 특성이 발생하지만 기본 신호(Fundamental)의 성분을 최대로 얻을 수 있으므로 일반적인 전력 증폭기를 상기 Class AB로 동작시킨다. 또한, Class B, Class C에서는 2차(2nd), 3차(3rd), 4차(4th), 5차(5th) 등 고조파 하모닉 성분이 발생하므로 증폭기의 선형성은 저하되지만, DC 소모 전력이 감소하므로 증폭기의 효율은 향상된다. 아울러, 상기 Class B, Class C에서는, 입력 전력에 따라 이득과 선형성인 ACPR(Adjacent Channel Power Ratio) 특성이 변화한다. 즉, 상기 Class B, Class C에서는, 상기 입력 전력이 증가하면 이득은 증가하고 ACPR 특성이 개선되며, 상기 입력 전력이 감소하면 이득은 감소하고 ACPR 특성이 저하된 다.
그러나, 상기 도허티 증폭기는 전술한 바와 같이 효율을 증가시키기 위해, 즉 피킹 증폭기(111)를 입력 전력에 따라 온/오프시키기 위해 피킹 증폭기(111)를 Class B, 또는 Class C 증폭기로 동작시키는데, 전술한 일반적인 평형 증폭기의 특성과는 달리 출력 전력이 감소하여도 일정 출력 전력 이하에서는 ACPR 특성이 개선되지 않고 일정하게 유지된다. 다시 말해, 평형 증폭기는 출력 전력이 감소할수록 선형성, 즉 ACPR 특성이 개선되나 도허티 증폭기는 피킹 증폭기(111)가 Class B, 또는 Class C로 동작함에 따라 비선형적으로 동작한다. 그에 따라, 상기 도허티 증폭기는, 동일한 출력 전력의 평형 증폭기와 비교하여 효율은 증가하지만 더 많은 상호 변조 성분이 발생되며, 출력 전력이 감소할수록 선형성이 개선되지 못하고 일정하게 유지되는 문제점이 있다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 출력 전력에 따른 평형 증폭기와 도허티 증폭기의 특성을 설명하기로 한다.
도 3은 출력 전력(Pout)에 따른 평형 증폭기와 도허티 증폭기의 ACPR 특성 변화를 도시한 도면이고, 도 4는 출력 전력(Pout)에 따른 평형 증폭기와 도허티 증폭기의 효율을 도시한 도면이다. 여기서, 도 3은 평형 증폭기와 도허티 증폭기가 ±4.78㎒의 오프셋(Offset)일 경우 출력 전력(Pout)에 따라 선형성인 ACPR 특성 변화를 나타내고 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 도허티 증폭기는 평형 증폭기와 비교하여 전술한 바와 같이 출력 전력(Pout)이 감소할수록 선형성이 저하되며, 또한 출력 전력 (Pout)이 감소하여도 ACPR 특성이 일정하게 유지된다. 아울러, 도허티 증폭기는 평형 증폭기와 비교하여 4% 이상의 효율이 개선되었으며, 상기 개선 정도는 출력 전력(Pout)이 증가할수록 커진다.
이와 같이 도허티 증폭기는 출력 전력이 감소할수록 선형성이 개선되지 못하고 일정하게 유지됨에 따라, 입력 전력이 고전력일 경우에는 SCPA로 동작하고 저전력일 경우에는 MCPA로 동작하는 멀티 모드용 전력 증폭기로서의 사용에는 한계가 있다. 즉, 상기 도허티 증폭기는 저전력일 경우 선형성이 개선되지 못하므로 상기 MCPA로의 동작이 어려우며, 그 결과 멀티 모드용 전력 증폭기로 사용에는 문제점가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 선형성을 개선시키며 고효율의 SCPA 동작과 MCPA 동작이 모두 가능한 멀티 모드용 전력 증폭기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 다중 안테나 기술이 적용된 이동 통신 시스템의 활용성을 증가시키는 멀티 모드용 전력 증폭기를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 이동 통신 시스템에서 캐리어 증폭기(Carrier Amplifier)와 피킹 증폭기(Peaking Amplifier)를 포함하는 멀티 모드용 전력 증폭기에 있어서, 상기 이동 통신 시스템의 설정에 의해 결정된 동작 모드를 판단하는 판단부와, 상기 동작 모드에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 상기 피킹 증폭기의 동작을 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 상응하는 급(Class)의 증폭기로 동작하는 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기를 포함하며, 상기 제어부는 상기 동작 모드에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 상기 피킹 증폭기의 구동 전압을 변환시킴을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는, 이동 통신 시스템에서 캐리어 증폭기(Carrier Amplifier)와 피킹 증폭기(Peaking Amplifier)를 포함하는 멀티 모드용 전력 증폭기에 있어서, 입력 전력의 크기를 판단하는 판단부와, 상기 입력 전력의 크기에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 상기 피킹 증폭기의 동작을 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 상응하는 급(Class)의 증폭기로 동작하는 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기를 포함하며, 상기 제어부는 상기 입력 전력의 크기에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 상기 피킹 증폭기의 구동 전압을 변환시킴을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 장치는, 이동 통신 시스템에서 캐리어 증폭기(Carrier Amplifier)와 피킹 증폭기(Peaking Amplifier)를 포함하는 멀티 모드용 전력 증폭기에 있어서, 출력 전력의 크기를 검출하는 검출부와, 상기 출력 전력의 크기에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 상기 피킹 증폭기의 동작을 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 상응한 급(Class)의 증폭기로 동작하는 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기를 포함하며, 상기 제어부는 상기 출력 전력의 크기에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 상기 피킹 증폭기의 구동 전압을 변환시킴을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설 명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은, 단일 반송파를 사용하는 동작 모드, 즉 단일 반송파 전력 증폭기(SCPA: Single Carrier Power Amplifier, 이하 'SCPA'라 칭하기로 한다)와 다중 반송파를 사용하는 동작 모드, 즉 다중 반송파 전력 증폭기(MCPA: Multi Carrier Power Amplifier, 이하 'MCPA'라 칭하기로 한다)로 동작 가능한 멀티 모드 전력 증폭기를 제안하며, 상기 멀티 모드용 전력 증폭기의 동작 모드와 입출력 전력에 상응하여 선형성을 개선시키며 전력 증폭기의 효율을 향상시킨 멀티 모드용 전력 증폭기를 제안한다. 또한, 본 발명은, 캐리어 증폭기(Carrier Amplifier)와 피킹 증폭기(Peaking Amplifier)가 병렬 구조인 도허티 증폭기(Doherty Amplifier)를 기반으로 하여, 상기 도허티 증폭기의 동작 모드와 입출력 전력에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기의 동작, 즉 급(Class)을 변환시킴으로써 고효율을 가지며 선형성을 개선시킨다.
특히, 본 발명은, 입출력 전력이 저전력에서 상기 도허티 증폭기가 MCPA로 동작할 경우, 상기 피킹 증폭기를 B급(이하 'Class B'라 칭하기로 한다), 또는 C급(이하 'Class C'라 칭하기로 한다)에서 AB급(이하 'Class AB'라 칭하기로 한다)으로 동작하도록 함으로써, 선형성을 개선시킨 도허티 증폭기를 제안한다. 이에 따라, 본 발명은 상기 동작 모드와 입출력 전력에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기 동작을 변환시키는 제어부를 포함한다. 이하, 후술되는 본 발명의 설명에서는 도허티 증폭기를 기반으로 설명하지만, 본 발명은 도허티 증폭기를 포함한 모든 멀티 모드용 전력 증폭기에 적용 가능하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도허티 증폭기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 도허티 증폭기는, 전력 분배기(501), 캐리어 증폭기(503), 출력 정합(Output Matching)부(505,513), λ/4 임피던스 트랜스포머(507,509), 피킹 증폭기(511), 제어부(515), 및 판단부(517)를 포함한다. 즉, 본 발명에서 제안하는 도허티 증폭기는 기존의 도허티 증폭기와 비교하여 제어부(515)와 판단부(517)가 새롭게 구성된다.
상기 전력 분배기(501)는 도허티 증폭기의 입력 전력을 소정의 레벨로 분할하여 캐리어 증폭기(503)와 피킹 증폭기(511)로 전달되도록 한다. 이때, 상기 피킹 증폭기(511) 패스(Path)로 전달되는 입력 전력은 λ/4 임피던스 트랜스포머(509)를 거쳐 상기 피킹 증폭기(511)로 전달된다. 즉, 상기 피킹 증폭기(511)의 입력 단에 존재하는 λ/4 임피던스 트랜스포머(509)는 캐리어 증폭기(503) 패스(Path)와의 위상차를 보상해준다. 상기 캐리어 증폭기(503)와 피킹 증폭기(511)는 상기 분할된 입력 전력을 증폭하여 출력 정합부(505,513)로 전달하며, 상기 출력 정합부(505,513)는 캐리어 증폭기(503)와 피킹 증폭기(511)의 출력 전력의 손실을 최소화한다. λ/4 임피던스 트랜스포머(507)는 상기 피킹 증폭기(511)의 출력에 따라 캐리어 증폭기(503)에서 바라본 임피던스를 변화시킨다. 또한, 상기 판단부(517)는 상기 도허티 증폭기의 동작 모드와 입력 전력에 상응한 모드 선택신호(Mode Selection Signal)를 제어부(515)로 전달하며, 상기 제어부(515)는 모드 선택신호 (Mode Selection Signal)에 상응하여 캐리어 증폭기(503)와 피킹 증폭기(511)의 구동 전압, 즉 게이트 전압을 제어하며, 상기 제어에 의해 캐리어 증폭기(503)와 피킹 증폭기(511)의 동작 Class가 변환된다. 여기서, 상기 λ/4 임피던스 트랜스포머(507,509)는 특성 임피던스가 Z0 인 λ/4 트랜스미션 라인을 통해 구현된다. 또한, 상기 제어부(515)는 디지털/아날로그 변환기, 또는 디지털/OP 증폭기를 사용하여 아날로그적으로 제어가 가능하다.
이러한 도허티 증폭기는 상기 캐리어 증폭기(503)와 피킹 증폭기(511)가 서로 병렬로 연결되며, 상기 피킹 증폭기(511)는 입력 전력에 따라 온/오프된다. 즉, 상기 피킹 증폭기(511)는, 입력 전력이 저전력(Low Power)일 경우에는 오프되고, 상기 입력 전력이 고전력(High Power)일 경우에는 온된다. 이에 따라, 입력 전력이 저전력일 경우 상기 캐리어 증폭기(503)의 출력 단에서 바라본 임피던스가 고전력일 경우보다 약 2배가 되며, 그 결과 도허티 증폭기는 입력 전력이 저전력일 경우 약 2배의 임피던스를 통해 출력 전력을 증가시킴으로써 효율을 향상시킨다. 즉, 도허티 증폭기는 캐리어 증폭기(503)의 출력 단에서 바라본 임피던스가 입력 전력에 따라 변화하며, 상기 입력 전력이 저전력일 경우에는 높은 임피던스를 갖고 고전력일 경우에는 낮은 임피던스를 가짐으로써 효율을 향상시킨다.
또한, 상기 도허티 증폭기는, 캐리어 증폭기(503)의 출력 단에 λ/4 임피던스 트랜스포머(507)가 연결되고, 상기 λ/4 임피던스 트랜스포머(507)의 다음 단에는 피킹 증폭기(511)의 출력 단이 연결된 구조이므로, 상기 캐리어 증폭기(503)의 출력 단에서 바라본 임피던스는 상기 피킹 증폭기(511)의 출력 전력에 따라 변화한다. 이때, 상기 제어부(515)는 모드 선택신호(Mode Selection Signal)에 상응하여 상기 캐리어 증폭기(503)와 피킹 증폭기(511)의 구동 전압, 즉 게이트 전압을 제어한다. 상기 모드 선택신호(Mode Selection signal)는 입력 전력의 크기와 상기 도허티 증폭기의 동작 모드에 관한 정보를 포함하여 상기 제어부(515)에 전달된다. 즉, 상기 판단부(517)는, 도허티 증폭기의 입력 전력이 저전력인지 고전력인지와, 이동 통신 시스템의 설정에 의해 도허티 증폭기가 단일 반송파를 사용하는 동작 모드로, 즉 SCPA로 동작하는지 다중 반송파를 사용하는 동작 모드로, 즉 MCPA로 동작하는지를 판단하며, 상기 판단 결과에 상응하는 모드 선택신호(Mode Selection signal)를 제어부(515)에 전달한다.
상기 제어부(515)는 모드 선택신호(Mode Selection signal)에 상응하여 상기 캐리어 증폭기(503)와 피킹 증폭기(511)의 게이트 전압을 제어하며, 상기 제어에 의해 캐리어 증폭기(503)는 Class AB 증폭기, 또는 Class B 증폭기로 동작하고, 상기 피킹 증폭기(511)는 Class AB 증폭기, 또는 Class B 증폭기로 동작한다. 즉, 상기 입력 전력이 고전력에서 도허티 증폭기를 SCPA로 동작할 경우, 제어부(515)는, 캐리어 증폭기(503)가 Class AB 증폭기로 동작하도록 하고 피킹 증폭기(511)는 Class B 증폭기로 동작하도록 한다. 또한, 상기 입력 전력이 저전력에서 도허티 증폭기를 MCPA로 사용할 경우, 상기 제어부(515)는, 캐리어 증폭기(503)가 Class AB 증폭기로 동작하도록 하고 피킹 증폭기(511)는 Class AB 증폭기로 동작하도록 한다. 여기서, 상기 캐리어 증폭기(503)는 Class B 증폭기와 Class AB 증폭기로 모두 동작 가능하나 상기 Class AB 증폭기로 동작함이 바람직하다.
이렇게 본 발명은, 상기 피킹 증폭기(511)를 입력 전력에 따라 게이트 전압을 제어하여 Class B로, 또는 Class AB로 동작시킴으로써 선형성을 향상시키며, 또한 고전력에서는 SCPA로 동작하고 저전력에서는 MCPA로 동작함으로써 고효율의 멀티 모드용 전력 증폭기로의 동작이 가능하다. 특히, 본 발명은, 도허티 증폭기의 입력 전력이 저전력일 경우 상기 피킹 증폭기(511)를 Class AB로 동작시킴으로써 출력 전력이 감소하여도 증폭기의 선형성을 향상시킨다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 모드용 전력 증폭기는, 다중 안테나 기술이 적용된 이동 통신 시스템에 적용하여 시스템의 사용자가 적은 초기에는 SCPA로 동작하도록 하고, 사용자가 증가하면 출력 전력을 감소시켜 MCPA로 동작하도록 함으로써, 사용자 수가 변화할지라도 전력 증폭기의 교체 없이 저렴한 이동 통신 시스템의 설치가 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도허티 증폭기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6를 참조하면, 상기 도허티 증폭기는, 전력 분배기(601), 캐리어 증폭기(603), 출력 정합(Output Matching)부(605,613), λ/4 임피던스 트랜스포머(607,609), 피킹 증폭기(611), 제어부(615), 커플러(617), 및 포락선 검출기(Envelope Detector)(619)를 포함한다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에서 제안하는 도허티 증폭기는 본 발명의 이전 실시예의 도허티 증폭기와 비교하여 커플러(617)와 포락선 검출기(619)가 새롭게 구성된다.
상기 전력 분배기(601)는 도허티 증폭기로 입력되는 입력 전력을 소정의 레 벨로 분할하여 캐리어 증폭기(603)와 피킹 증폭기(611)로 전달되도록 한다. 이때, 상기 피킹 증폭기(611) 패스(Path)로 전달되는 입력 전력은 λ/4 임피던스 트랜스포머(609)를 거쳐 상기 피킹 증폭기(611)로 전달된다. 즉, 피킹 증폭기(611) 입력 단에 존재하는 λ/4 임피던스 트랜스포머(609)는 캐리어 증폭기(603) 패스(Path)와의 위상차를 보상해준다. 상기 캐리어 증폭기(603)와 피킹 증폭기(611)는 상기 분할된 입력 전력을 증폭하여 출력 정합부(605,613)로 전달하며, 상기 출력 정합부(605,613)는 캐리어 증폭기(603)와 피킹 증폭기(611)의 출력 손실을 감소시킨다. λ/4 임피던스 트랜스포머(607)는 상기 피킹 증폭기(611)의 출력에 따라 캐리어 증폭기(603)에서 바라본 임피던스를 변환한다. 또한, 커플러(617)와 포락선 검출기(619)는 상기 도허티 증폭기의 출력 전력을 검출하며, 상기 검출한 출력 전력에 상응한 소정의 검출신호를 제어부(615)에 전달한다. 상기 제어부(615)는 검출신호에 상응하여 캐리어 증폭기(603)와 피킹 증폭기(611)의 구동 전압, 즉 게이트 전압을 제어하며, 상기 제어에 의해 캐리어 증폭기(603)와 피킹 증폭기(611)의 동작 Class가 변환된다. 여기서, 상기 λ/4 임피던스 트랜스포머(607,609)는 특성 임피던스가 Z0 인 λ/4 트랜스미션 라인을 통해 구현된다. 또한, 상기 제어부(615)는 디지털/아날로그 변환기, 또는 디지털/OP 증폭기를 사용하여 아날로그적으로 제어가 가능하다.
이러한 도허티 증폭기는 상기 캐리어 증폭기(603)와 피킹 증폭기(611)가 서로 병렬로 연결되며, 상기 피킹 증폭기(611)는 입력 전력에 따라 온/오프된다. 즉, 상기 피킹 증폭기(611)는, 입력 전력이 저전력(Low Power)일 경우에는 오프되고, 상기 입력 전력이 고전력(High Power)일 경우에는 온된다. 이에 따라, 입력 전력이 저전력일 경우 상기 캐리어 증폭기(603)의 출력 단에서 바라본 임피던스가 고전력일 경우보다 약 2배가 되며, 그 결과 도허티 증폭기는 입력 전력이 저전력일 경우 약 2배의 임피던스를 통해 출력 전력을 증가시킴으로써 효율을 향상시킨다. 즉, 도허티 증폭기는 캐리어 증폭기(603)의 출력 단에서 바라본 임피던스가 입력 전력에 따라 변화하며, 상기 입력 전력이 저전력일 경우에는 높은 임피던스를 갖고 고전력일 경우에는 낮은 임피던스를 가짐으로써 효율을 향상시킨다.
또한, 상기 도허티 증폭기는, 캐리어 증폭기(603)의 출력 단에 λ/4 임피던스 트랜스포머(607)가 연결되고, 상기 λ/4 임피던스 트랜스포머(607)의 다음 단에는 피킹 증폭기(611)의 출력 단이 연결된 구조이므로, 상기 캐리어 증폭기(603)의 출력 단에서 바라본 임피던스는 상기 피킹 증폭기(611)의 출력 전력에 따라 변화한다. 이때, 커플러(617)와 포락선 검출기(619)는 상기 도허티 증폭기의 출력 전력을 검출하여 소정의 검출신호를 제어부(615)로 전달한다. 그에 따라, 상기 제어부(615)는 검출신호, 즉 상기 도허티 증폭기의 출력 전력에 상응하여 상기 캐리어 증폭기(603)와 피킹 증폭기(611)의 게이트 전압을 제어함으로써, 상기 도허티 증폭기의 캐리어 증폭기(603)와 피킹 증폭기(611)의 동작이 제어된다.
이러한 도허티 증폭기의 출력 전력에 상응하여 상기 제어부(615)는 상기 캐리어 증폭기(603)와 피킹 증폭기(611)의 게이트 전압을 제어하며, 상기 제어에 의해 캐리어 증폭기(603)는 Class AB 증폭기, 또는 Class B 증폭기로 동작하고, 상기 피킹 증폭기(611)는 Class AB 증폭기, 또는 Class B 증폭기로 동작하도록 한다. 즉, 상기 도허티 증폭기의 출력 전력이 고전력일 경우, 상기 출력 전력은 커플러(617)와 포락선 검출기(619)에 의해 검출되며, 상기 검출된 출력 전력에 상응하여 제어부(615)는 캐리어 증폭기(603)가 Class AB 증폭기로 동작하도록 하고 피킹 증폭기(611)는 Class B 증폭기로 동작하도록 한다. 또한, 상기 도허티 증폭기의 출력 전력이 저전력일 경우, 상기 출력 전력은 커플러(617)와 포락선 검출기(619)에 의해 검출되며, 상기 검출된 출력 전력에 상응하여 제어부(615)는 캐리어 증폭기(603)가 Class AB 증폭기로 동작하도록 하고 피킹 증폭기(611)는 Class AB 증폭기로 동작하도록 한다.
이렇게 본 발명은, 상기 피킹 증폭기(611)를 도허티 증폭기의 출력 전력에 따라 게이트 전압을 제어하여 Class B로, 또는 Class AB로 동작시킴으로써 선형성을 향상시키며, 또한 고전력에서는 SCPA로 동작하고 저전력에서는 MCPA로 동작함으로써 멀티 모드용 전력 증폭기로의 동작이 가능하다. 특히, 본 발명은, 도허티 증폭기의 출력 전력이 저전력일 경우 상기 피킹 증폭기(611)를 Class AB 증폭기로 동작시킴으로써 도허티 증폭기의 출력이 감소하여도 선형성을 향상시킨다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 모드용 전력 증폭기는, 다중 안테나 기술이 적용된 이동 통신 시스템에 적용하여 시스템의 사용자가 적은 초기에는 SCPA로 동작하도록 하고, 사용자가 증가하면 출력 전력을 감소시켜 MCPA로 동작하도록 함으로써, 사용자 수가 변화할지라도 전력 증폭기의 교체 없이 저렴한 이동 통신 시스템의 설치가 가능하다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 도허티 증폭기의 동작 모드 및 입출력 전력에 상응하여 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기의 동작을 변환시킴으로써 고효율의 SCPA 동작과 MCPA 동작이 가능하며, 또한 전력 증폭기의 선형성을 개선할 수 있다. 그 결과, 본 발명은 다중 안테나 기술이 적용된 이동 통신 시스템의 활용성을 증가시킬 수 있다.

Claims (17)

  1. 이동 통신 시스템에서 캐리어 증폭기(Carrier Amplifier)와 피킹 증폭기(Peaking Amplifier)를 포함하는 멀티 모드용 전력 증폭기에 있어서,
    상기 이동 통신 시스템의 설정에 의해 결정된 동작 모드를 판단하는 판단부와,
    상기 동작 모드에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 상기 피킹 증폭기의 동작을 제어하는 제어부와,
    상기 제어부의 제어에 상응하는 급(Class)의 증폭기로 동작하는 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 동작 모드에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 상기 피킹 증폭기의 구동 전압을 변환시킴을 특징으로 하는 멀티 모드용 전력 증폭기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동작 모드는 상기 이동 통신 시스템에서 사용되는 할당 주파수(FA: Frequency Allotment)를 근거로 결정됨을 특징으로 하는 멀티 모드용 전력 증폭기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동작 모드는 단일 반송파를 사용하는 모드와 다중 반송파를 사용하는 모드 중 하나임을 특징으로 하는 멀티 모드용 전력 증폭기.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 피킹 증폭기는 상기 동작 모드가 단일 반송파를 사용하는 모드일 경우 B급 증폭기로 동작함을 특징으로 하는 멀티 모드용 전력 증폭기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 피킹 증폭기는 상기 동작 모드가 다중 반송파를 사용하는 모드일 경우 AB급 증폭기로 동작함을 특징으로 하는 멀티 모드용 전력 증폭기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 증폭기는 상기 동작 모드가 단일 반송파를 사용하는 모드일 경우와, 다중 반송파를 사용하는 모드일 경우 모두 AB급 증폭기로 동작함을 특징으로 하는 멀티 모드용 전력 증폭기.
  8. 이동 통신 시스템에서 캐리어 증폭기(Carrier Amplifier)와 피킹 증폭기(Peaking Amplifier)를 포함하는 멀티 모드용 전력 증폭기에 있어서,
    입력 전력의 크기를 판단하는 판단부와,
    상기 입력 전력의 크기에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 상기 피킹 증폭기의 동작을 제어하는 제어부와,
    상기 제어부의 제어에 상응하는 급(Class)의 증폭기로 동작하는 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 입력 전력의 크기에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 상기 피킹 증폭기의 구동 전압을 변환시킴을 특징으로 하는 멀티 모드용 전력 증폭기.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 피킹 증폭기는 상기 입력 전력이 임계값 이상의 고전력일 경우 B급 증폭기로 동작함을 특징으로 하는 멀티 모드용 전력 증폭기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 피킹 증폭기는 상기 입력 전력이 임계값 이하의 저전력일 경우 AB급 증폭기로 동작함을 특징으로 하는 멀티 모드용 전력 증폭기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 캐리어 증폭기는 상기 입력 전력이 임계값 이상의 고전력일 경우와 임계값 이하의 저전력일 경우 모두 AB급 증폭기로 동작함을 특징으로 하는 멀티 모드용 전력 증폭기.
  13. 이동 통신 시스템에서 캐리어 증폭기(Carrier Amplifier)와 피킹 증폭기(Peaking Amplifier)를 포함하는 멀티 모드용 전력 증폭기에 있어서,
    출력 전력의 크기를 검출하는 검출부와,
    상기 출력 전력의 크기에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 상기 피킹 증폭기의 동작을 제어하는 제어부와,
    상기 제어부의 제어에 상응한 급(Class)의 증폭기로 동작하는 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 출력 전력의 크기에 상응하여 상기 캐리어 증폭기와 상기 피킹 증폭기의 구동 전압을 변환시킴을 특징으로 하는 멀티 모드용 전력 증폭기.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 피킹 증폭기는 상기 출력 전력이 임계값 이상의 고전력일 경우 B급 증폭기로 동작함을 특징으로 하는 멀티 모드용 전력 증폭기.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 피킹 증폭기는 상기 출력 전력이 임계값 이하의 저전력일 경우 AB급 증폭기로 동작함을 특징으로 하는 멀티 모드용 전력 증폭기.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 캐리어 증폭기는 상기 출력 전력이 임계값 이상의 고전력일 경우와 임계값 이하의 저전력일 경우 모두 AB급 증폭기로 동작함을 특징으로 하는 멀티 모드용 전력 증폭기.
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