KR101201423B1 - Ｎ-웨이 전력 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, C/X/Ku/Ka대역의 초고주파 고출력 시스템에 활용하기 위한 N-웨이 전력 증폭기에 관한 것으로, 순차적으로 배치된 N-2개의 분배 방향성 커플러들 및 하나의 윌킨슨 분배회로를 이용한 순차구조형 전력분배기; N개의 분배신호들을 각각 증폭하는 N개의 증폭기들; 및 순차적으로 배치된 N-2개의 합성 방향성 커플러들 및 하나의 윌킨슨 합성회로를 통해 합성하는 순차구조형 전력합성기를 포함하여 구현함으로써, 종래의 연계구조형(Corporate Combining Structure) 전력 분배 및 합성 회로 기반의 전력 증폭 모듈에 비해 상대적으로 설계 및 제작이 용이한 순차구조형(Serial Combining Structure) 전력 분배 및 합성 회로 기반의 전력 증폭 모듈을 제공할 수 있다.

Description

Ｎ-웨이 전력 증폭기{N-WAY POWER AMPLIFIER}
본 발명은, [C/]X[/Ku/Ka]대역의 초고주파 고출력 시스템에 활용하기 위한 N-웨이 전력 증폭기에 관한 것이다.
일반적인 전력분배 및 합성회로를 포함한 전력 증폭 모듈의 특징은 증폭기 소자가 갖는 출력전력 성능의 한계를 개선하기 위해 전력분배 및 합성회로와 증폭기 소자를 결합하여 증폭기 소자가 갖고 있는 출력전력 이상의 성능을 도출할 수 있도록 구현하는 것이다. 전력분배 및 합성회로를 포함한 전력 증폭 모듈의 대표적인 방식으로는 전력분배 및 합성회로의 종류에 따라, 피라미드 형태의 연계구조형(Corporate Combining Structure)과 순차구조형(Serial Combining Structure)으로 나뉠 수 있다.
종래의 대표적인 전력 증폭 모듈로는 피라미드 형태의 연계구조형 전력 분배 및 합성 회로를 포함하는 N-웨이 전력 증폭 모듈이 있으며, 이러한 연계구조형 N-웨이 전력 증폭 모듈은 윌킨슨(Wilkinson) 전력 분배 및 합성 회로로 구현된 전력 증폭 모듈과 브랜치 라인(Branch Line) 전력 분배 및 합성 회로로 구현된 전력 증폭 모듈로 나뉠 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 연계구조형 전력 분배 및 합성 회로를 포함하는 N-웨이 전력 증폭 모듈의 구조들을 예시한다. 도 1a는 종래의 N-웨이 전력 증폭 모듈 중 윌킨슨(Wilkinson) 전력 분배 및 합성 회로로 구현된 전력 증폭 모듈의 구조를 도시하고, 도 1b는 브랜치 라인(Branch Line) 전력 분배 및 합성 회로로 구현된 전력 증폭 모듈의 구조를 도시한다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 구조를 참조할 때, 종래의 연계구조형 전력 분배 및 합성 회로 기반의 전력 증폭 모듈의 전력 특성은 2^N(N 은 차수) 구조에 의해 결정된다. 예컨대, 2-웨이 분배 및 합성회로를 포함한 증폭모듈은 증폭기 2개를 결합하여 이상적으로 출력전력 레벨을 3dB 개선시키고, 4-웨이 분배 및 합성회로를 포함한 증폭모듈은 증폭기 4개를 결합하여 이상적으로 출력전력 레벨을 6dB 개선시키며, 8-웨이 분배 및 합성회로를 포함한 증폭모듈은 증폭기 8개를 결합하여 이상적으로 출력전력 레벨 9dB를 개선시킬 수 있다. 이를 수식화하면 출력전력은 3*N (dB) (N = 1, 2, 3, 4, ...N) (N 은 차수)로 차수가 증가할수록 증가하지만, 증폭기 수가 2^N만큼 필요하다.
또한 연계구조형 전력 분배 및 합성 회로의 경우 3-웨이, 5-웨이, 6-웨이, 7-웨이 9-웨이 등의 회로구조를 구현하기가 어려워 연계구조형 전력 분배 및 합성 회로 기반의 전력 증폭 모듈은 회로적 유연성 면에서 한계가 있으며, 전력 분배 및 합성 회로가 마이크로스트립 라인을 구현되는 경우에 최종 합성 회로의 전송 선로의 길이 증가로 불필요한 삽입 손실이 추가적으로 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 8-웨이 윌킨슨(Wilkinson) 전력 증폭 모듈 및 16-웨이 윌킨슨(Wilkinson) 전력 증폭 모듈의 구조를 예시한 회로도들이다.
예컨대, 30dBm(1W) 출력을 갖는 증폭기로 40dBm(10W) 출력을 원하는 전력증폭 모듈을 구성하는 경우에, 이상적으로 출력레벨을 10dB 개선시켜 요구성능 40dBm을 만족시켜야 하는데, 이는 연계구조형(Corporate Combining Structure) 전력 분배 및 합성 회로를 이용하여 구현하기 어렵다.
이러한 경우에, 증폭기 소자를 31dBm 출력을 갖는 부품으로 변경하여, 도 2a에 예시된 8-웨이 윌킨슨(Wilkinson) 전력 증폭 모듈의 형태로, 8-웨이 분배 및 합성회로를 이용하여 출력전력 레벨을 9dB 개선시켜 40dBm 출력을 만들 수 있으나, 증폭 소자를 반드시 상대적으로 고출력 증폭 소자로 변경하여야 한다는 한계가 있다.
그리고, 증폭기 소자를 31dBm 출력을 갖는 부품으로 변경하지 않는 경우에는, 도 2b에 예시된 16-웨이 윌킨슨(Wilkinson) 전력 증폭 모듈의 형태로, 16-웨이 분배 및 합성회로를 이용하여 출력전력 레벨을 12dB 개선시켜 42dBm 출력으로 요구성능 40dBm을 초과하여 만족시킬 수 있으나, 30dBm(1W)증폭기 16개를 사용해야 하므로 비효율적이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종래의 연계구조형(Corporate Combining Structure) 전력 분배 및 합성 회로 기반의 전력 증폭 모듈과 달리 상대적으로 저전력 증폭 소자를 사용하고도 요구성능을 효율적으로 만족시킬 수 있는 N-웨이 전력 분배 및 합성기를 제공하는 데에 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 의한, N-웨이 전력증폭기는 단일한 분배기 입력포트를 통해 입력된 고주파 신호를 단일한 제1 전송 선로 상에 순차적으로 배치된 N-2개의 분배 방향성 커플러들 및 하나의 윌킨슨 분배회로를 통해 N개의 분배기 출력포트에 분배하는 순차구조형 전력분배기; N개의 분배기 출력포트를 통해 출력된 N개의 분배신호들을 각각 증폭하는 N개의 증폭기들; 및 N개의 증폭기들을 통과한 N개의 증폭신호들을 N개의 합성기 입력포트를 통해 입력받아 단일한 제2 전송 선로 상에 순차적으로 배치된 N-2개의 합성 방향성 커플러들 및 하나의 윌킨슨 합성회로를 통해 단일한 합성기 출력포트로 합성하는 순차구조형 전력합성기를 포함한다.
보다 바람직하게는, N-2개의 분배 방향성 커플러들은 N개의 분배기 출력포트들 중 분배기 입력포트에 인접한 N-2개의 분배기 출력포트들에 각각 연결되고, 윌킨슨 분배회로는 N개의 분배기 출력포트들 중 나머지 2개의 분배기 출력포트들에 연결될 수 있다.
보다 바람직하게는, 순차구조형 전력분배기는 윌킨슨 분배회로 및 나머지 2개의 분배기 출력포트들 중 마지막 분배기 출력포트 사이에 위치하여 N개의 분배기 출력포트를 통해 출력되는 신호들 각각이 동일한 전력 및 위상을 갖도록 조절하는 위상 지연회로를 더 포함할 수 있다.
보다 바람직하게는, N-2개의 합성 방향성 커플러들은 N개의 합성기 입력포트들 중 합성기 출력포트에 인접한 N-2개의 합성기 입력포트들에 각각 연결되고, 윌킨슨 합성회로는 N개의 합성기 입력포트들 중 나머지 2개의 합성기 입력포트들에 연결될 수 있다.
보다 바람직하게는, 순차구조형 전력합성기는 윌킨슨 합성회로 및 나머지 2개의 합성기 입력포트들 중 첫 합성기 입력포트 사이에 위치하여 N개의 합성기 입력포트를 통해 입력되는 신호들 각각이 동일한 전력 및 위상을 갖도록 조절하는 위상 지연회로를 더 포함할 수 있다.
보다 바람직하게는, 순차구조형 전력분배기 및 순차구조형 전력합성기는 서로 동일한 회로 구조를 갖는 전력 분배 및 합성회로로 구현될 수 있다.
보다 바람직하게는, 순차구조형 전력합성기의 윌킨슨 합성회로 및 N-2개의 분배 방향성 커플러들은 순차구조형 전력분배기의 N-2개의 분배 방향성 커플러들 및 윌킨슨 분배회로가 순차 배치된 순서의 역순으로 배치될 수 있다.
보다 바람직하게는, 순차구조형 전력분배기 및 순차구조형 전력합성기는 마이크로 스트립 라인 회로 형태로 구현된 기판일 수 있다.
보다 바람직하게는, 증폭기들은 베어칩 형태의 일괄 집적화된 전력 증폭기 소자일 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래의 연계구조형(Corporate Combining Structure) 전력 분배 및 합성 회로 기반의 전력 증폭 모듈에 비해 상대적으로 설계 및 제작이 용이한 순차구조형(Serial Combining Structure) 전력 분배 및 합성 회로 기반의 전력 증폭 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 일반적으로 수출승인서(E/L)를 필요로 하는 고출력 증폭소자를 대신하여, 수출승인서를 필요로 하지 않는 저출력 증폭소자를 이용하여 [C/]X[/Ku/Ka]대역의 초고주파 고출력 시스템에서 요구되는 성능을 만족시킬 수 있는 전력 증폭 모듈을 제공할 수 있다
도 1a 및 도 1b는 종래의 N-웨이 전력 증폭 모듈 중 윌킨슨(Wilkinson) 전력 분배 및 합성 회로로 구현된 전력 증폭 모듈 및 브랜치 라인(Branch Line) 전력 분배 및 합성 회로로 구현된 전력 증폭 모듈의 구조를 예시한 회로도들이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 8-웨이 윌킨슨(Wilkinson) 전력 증폭 모듈 및 16-웨이 윌킨슨(Wilkinson) 전력 증폭 모듈의 구조를 예시한 회로도들이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 N-웨이 전력 증폭기의 개략적인 구성을 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 N-웨이 전력 증폭기의 내부 구성을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 N-웨이 전력 증폭기의 순차구조형 전력분배기 및 순차구조형 전력합성기에 공통적으로 사용될 수 있는 순차구조형 전력 분배 및 합성 회로의 구성을 도시한 회로도다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 N-웨이 전력 증폭기의 구체적인 동작 과정을 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 본 발명에 따른 N-웨이 전력 증폭기의 일 실시예인 10-웨이 전력 증폭 모듈을 구현한 예를 설명하기 위한 회로도이다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블록을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다. 또한, 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니 되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지 관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 더욱 분명해 질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하거나 간략하게 설명하는 것으로 한다.
한편 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 N-웨이 전력 증폭기의 개략적인 구성을 도시한 회로도이다.
도 3를 참조하면, 본 실시예에 따른 N-웨이 전력 증폭기(300)는 순차구조형 전력분배기(310), 증폭기들(320-1~320-n) 및 순차구조형 전력합성기(330)을 포함하여 구성된다.
순차구조형 전력분배기(310)는 본 실시예에 따른 전력 증폭기에 입력된 고주파 신호를 1/N의 동일 신호 세기의 신호로 분배하여 각각 N 개의 증폭기로 전달하는 구성요소로, 단일한 분배기 입력포트(311)를 통해 입력된 고주파 신호를 단일한 제1전송선로(312) 상에 순차적으로 배치된 N-2개의 분배 방향성 커플러들(313) 및 윌킨슨분배회로(314)를 통해 N개의 분배기 출력포트들(315)에 분배한다.
증폭기들(320-1~320-n)은 각각 분배기 출력포트들(315) 각각을 통해 출력된 분배신호들을 증폭한다.
순차구조형 전력합성기(330)는 N개의 증폭기들(320-1~320-n)이 각각 증폭한 동일 출력 세기의 N개의 증폭 신호를 하나의 출력 신호로 합성(결합)하는 구성요소로, N개의 증폭기들(320-1~320-n)을 통과한 N개의 증폭 신호들을 N개의 합성기 입력포트들(331)을 통해 입력받아 단일한 제2 전송 선로(332) 상에 순차적으로 배치된 N-2개의 합성 방향성 커플러들(333) 및 하나의 윌킨슨 합성회로(334)를 통해 하나의 출력 신호로 합성하여 단일한 합성기 출력포트(335)로 출력한다.
본 실시예에 따른 전력증폭기를 구현함에 있어서, 순차구조형 전력분배기(310) 및 순차구조형 전력합성기(330)는 동일한 회로의 순차구조형(Serial Combining Structure) 전력 분배 및 합성 회로(divider/combiner)를 사용할 수 있으며, 이때, 양자의 회로적 결합은 서로 역순으로 결합하는 것이 바람직하다.
다시 말하면, 순차구조형 전력합성기(330)의 윌킨슨 합성회로(334) 및 N-2개의 합성 방향성 커플러들(333)은 순차구조형 전력분배기(310)의 N-2개의 분배 방향성 커플러들(313) 및 윌킨슨 분배회로(314)가 순차 배치된 순서의 역순으로 배치하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 N-웨이 전력 증폭기의 내부 구성을 예시한 도면이다. 본 실시예에 따른 N-웨이 전력 증폭기 중 순차구조형 전력분배기 및 순차구조형 전력합성기의 회로는 박막 공정으로 제작된 마이크로 스트립 라인 회로 형태의 Al203 및 GaAs 기판으로 구현될 수 있으며, 증폭기 소자는 베어칩(Bare Chip)형태의 일괄 집적화된 전력 증폭기 소자(MIC, Monolithic Integrated Circuit)로 구현될 수 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니라고 할 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 N-웨이 전력 증폭기의 순차구조형 전력분배기 및 순차구조형 전력합성기에 공통적으로 사용될 수 있는 순차구조형 전력 분배 및 합성 회로의 구성을 도시한 회로도다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 전력 분배 및 합성 회로는 마이크로 스트립 라인으로 구성되어 고주파 신호가 인가되어 전송되는 단일한 전송선로(501), 이러한 전송선로(501)와 N-2 개의 출력포트들 사이를 연결하도록 순차적으로 배열되어 서로 고립되는 N-2 개의 방향성 커플러들(502) 및 전송선로(501)와 나머지 2개의 출력포트들을 연결하는 3dB 윌킨슨 분배회로(503)을 포함하여 구성된다.
본 실시예에 따른 전력 분배 및 합성 회로는 최종출력 포트에 연결되는 방향성 커플러인 3dB 방향성 커플러를 상대적으로 설계 및 제작이 용이한 3dB 윌킨슨 분배회로(503)로 대체하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이때, N-2 개의 방향성 커플러들(502) 서로 간의 간격은, 방향성 커플러들 각각을 통과하는 전송라인에 필요한 전력을 전달할 수 있도록 계산된 값에 따라 서로 상이하게 배치되는 것이 일반적이다.
아울러, N개의 출력포트를 통해 분배되는 신호들 각각이 동일한 전력(1/N)을 갖도록 조절하기 위해, 3dB 윌킨슨 분배회로(503) 및 최종출력포트 사이에 위상 지연 회로(504)를 추가하여 3dB 방향성 커플러의 전기적 특성을 완벽하게 재현하도록 구현할 수 있다.
이때 위상지연회로(504)는 입력되는 신호와 비교하여 분배기 수만큼 커플링되는 신호에서 생긴 위상 지연을 보상하여 출력되는 신호의 위상을 보상해주는 기능을 갖고 있다. 따라서, 입력 대비 출력신호가 동일한 위상을 갖게 되어 최대 출력을 발생시켜 준다.
전술한 내용은 도 5에 도시된 순차구조형 전력 분배 및 합성 회로가 전력 분배기로 사용되는 것을 기준으로 설명한 것이며, 도 5에 도시된 순차구조형 전력 분배 및 합성 회로가 전력 합성기로 이용되는 경우에는 입력 포트 및 출력 포트를 역으로 바꾸어 신호를 입출력시키도록 구현하면 된다. 이처럼 분배기를 역으로 사용하여 합성기로 이용하는 전력 분배기/합성기에 관한 내용은 해당 기술분야의 당업자에게 자명한 일반적인 기술적 사항에 불과하므로, 이와 관련한 구체적인 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 N-웨이 전력 증폭기의 구체적인 동작 과정을 설명하기 위한 회로도이다.
본 실시예에 따른 N-웨이 전력 증폭기와 같이, 순차구조형(Serial Combining Structure) 전력 분배 및 합성 회로를 기초로 구현된 전력 증폭 모듈의 경우에는 그 전력 특성이 N차 구조(N은 분기 수)로 되어 있어 분기 수 증가에 따라 출력 전력 증폭 효율을 증가시킬 수 있다.
이상적인 결과를 가정할 때, 예컨대, 2-웨이 전력 분배 및 합성 회로 기반의 전력 증폭 모듈은 증폭기 2개가 결합하여 출력 전력 레벨을 3dB 만큼 개선시킬 수 있으며, 3-웨이 전력 분배 및 합성 회로를 포함한 전력 증폭 모듈은 증폭기 3개가 결합하여 출력 전력 레벨을 4.77dB 만큼 개선시킬 수 있으며, 5-웨이 전력 분배 및 합성 회로를 포함한 전력 증폭 모듈은 증폭기 5개가 결합하여 출력 전력 레벨을 6.98dB 만큼 개선시킬 수 있다. 이러한 분기 수 대비 출력 전력 간의 상관관계를 수식화하면, 출력 전력은 10LOG(N)dB (N = 2, 3, 4, 5, ..., N) (N은 분기 수)로, 분기수가 증가할수록 증가하며, 이에 따라, 본 실시예에 따라 순차구조형 전력 분배 및 합성 회로 기반의 전력 증폭기가 종래의 연계구조형(Corporate Combining Structure) 전력 분배 및 합성 회로 기반의 전력 증폭기에 비해 상대적으로 높은 효율의 전력 증폭 모듈을 구현할 수 있게 된다.
도 6을 참조하면, 입력포트(81)을 통해 입력된 고주파 신호가 Mn dB 커플러 회로(831)를 통해 1/N의 신호세기로 Mn dB 커플러 회로의 출력포트(831b)에 연결된 증폭기(841)로 전달되어 증폭기 이득만큼 증폭되고, 해당 증폭기(841)를 통과하여 증폭된 신호(861a)는 3db 커플러 회로(861)에 된다. 여기에서, Mn은 Mn은 해당 N분기의 dB값이며, Mn=10*LOG(N)dB의 수식에 따라 계산될 수 있다.
Mn dB 커플러 회로(831) 이후의 나머지 출력 포트(831a)로는 각각 분기에 따라 ‘1-(1/N)’의 신호세기로 순차적으로 배열된 10LOG(N-1) dB 커플러 회로들(832, 833,...,83n-1)의 입력포트로 전달된다. 커플러 회로들(832, 833,...,83n-1)의 출력포트(832b, 833b,...,83nb-1)로는 커플러 회로들(832, 833,...,83n-1)로 입력된 신호세기 ‘1-(1/N)’의 1/(N-1)만큼 추출되기 때문에 결과적으로 증폭기 소자들(842, 843,...,84n-1)에 각각 입력되는 신호들의 세기는 입력포트(81)에 입력된 신호의 세기의 1/N로서, 동일한 세기로 입력된다.
그리고, 동일한 세기로 증폭기 소자들(842, 843,..., 84n-1)에 입력되었으므로, 증폭기 소자들(842, 843,...,84n-1) 각각에 의한 증폭 신호(861b,...,86nb)들의 세기 또한 동일하다.
이처럼 N 개의 동일한 세기로 증폭된 증폭 신호들은 3dB 커플러 회로(861)와 4.77dB 커플러 회로(862)와 6dB 커플러 회로(863) 등 순차적으로 배열된 커플러 회로들을 통해 부분적으로 합성되면서 최종 Mn dB 커플러 회로(86n)에서 마지막으로 합성되어 하나의 신호로 결합된다.
이상적으로는, 입력 포트(81)를 통해 입력된 고주파 신호(82)의 세기와 Mn db 합성되어 출력 포트(87)를 통해 출력되는 신호의 세기는 서로 동일할 수 있다. 이에 따라, 사용된 증폭기 소자와 전력 모듈의 이득은 같으면서도 출력 전력의 세기가 사용된 증폭기 소자보다 Mn dB 개선된 전력 증폭 모듈을 구현할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 N-웨이 전력 증폭기의 일 실시예인 10-웨이 전력 증폭 모듈을 구현한 예를 설명하기 위한 회로도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 10-웨이 전력 증폭 모듈은 베어칩(Bare Chip)형태의 MIC(Monolithic Integrated Circuit) 1W 증폭기 소자 10개를 사용하여 10W 전력 특성을 갖도록 구현된 순차구조형 전력 증폭 모듈이다.
입력 포트를 통해 20 dBm의 전력이 입력되면, 이에 10-way 전력 분배 및 합성 회로의 개별 커플링 값이 동일하게 적용되어 각각 10개의 증폭기 소자에 10dBm의 전력이 입력되고, 증폭기 소자들은 이렇게 입력된 전력들을 증폭시켜서 1W(30dBm)으로 동일한 세기의 증폭 전력들을 각각 출력하고, 이렇게 출력된 증폭 전력들은 각각의 커플러 값에 의해 합성되어 최종 10W급 전력 모듈을 구현할 수 있게 된다.
여기에서 설명의 편의를 위해, 10개의 증폭기 소자에 동일한 세기의 10dBm의 전력이 입력되는 과정은 다음과 같다.
첫번째 증폭기로 입력되는 신호 10dBm은 입력포트를 통해 입력된 신호 20dBm에서 10dB 커플러 회로의 커플링 값 10dB(10xLOG(1/10))를 차감하여 20dBm-(10dB) 로 계산할 수 있으며, 두번째 증폭기로 입력되는 신호 10dBm은 입력 포트를 통해 입력된 신호 20dBm에서 10dB 커플러 회로의 삽입손실 -0.45dB(10xLOG(9/10))을 차감하여 계산된 신호 19.54dBm이 9.54dB 커플러 회로로 입력되므로, 여기에 9.54dB 커플러 회로의 커플링 값 9.54dB(10xLOG(1/9))을 차감하여 19.54dBm-(9.54dB)로 계산할 수 있다.
세번째 증폭기로 입력되는 신호 10dBm은 9.54dB 커플러 회로에 입력되는 신호 19.54dBm에서 9.54dB 커플러 회로의 삽입손실 -0.51dB((10xLOG(8/9))를 차감하여 계산된 신호 19.03dBm이 9.03dB 커플러 회로로 입력되므로, 여기에 9.03dB 커플러 회로의 커플링 값 9.03dB(10xLOG(1/8))를 차감하여 19.03dBm-(9.03dB) 로 계산할 수 있다.
전술한 내용에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따른 10-웨이 전력 증폭 모듈에서 순차구조형 전력 분배 회로를 거쳐 10개의 증폭기로 입력되는 각각의 입력 신호들은 10dBm으로 동일한 세기를 갖게 되며, 이에 따라 증폭기를 통과하여 순차구조형 전력 합성 회로에 입력되는 신호들 역시 동일한 세기를 갖게 된다.
이처럼 본 발명에 따르면, 종래의 연계구조형(Corporate Combining Structure) 전력 분배 및 합성 회로 기반의 전력 증폭 모듈에 비해 상대적으로 설계 및 제작이 용이한 순차구조형(Serial Combining Structure) 전력 분배 및 합성 회로 기반의 전력 증폭 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 일반적으로 수출승인서(E/L)를 필요로 하는 고출력 증폭소자를 대신하여, 수출승인서를 필요로 하지 않는 저출력 증폭소자를 이용하여 [C/]X[/Ku/Ka]대역의 초고주파 고출력 시스템에서 요구되는 성능을 만족시킬 수 있는 전력 증폭 모듈을 제공할 수 있다
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 단일한 분배기 입력포트를 통해 입력된 고주파 신호를 단일한 제1 전송 선로 상에 순차적으로 배치된 N-2개의 분배 방향성 커플러들 및 하나의 윌킨슨 분배회로를 통해 N개의 분배기 출력포트에 분배하는 순차구조형 전력분배기;
    상기 N개의 분배기 출력포트를 통해 출력된 N개의 분배신호들을 각각 증폭하는 N개의 증폭기들; 및
    상기 N개의 증폭기들을 통과한 N개의 증폭신호들을 N개의 합성기 입력포트를 통해 입력받아 단일한 제2 전송 선로 상에 순차적으로 배치된 N-2개의 합성 방향성 커플러들 및 하나의 윌킨슨 합성회로를 통해 단일한 합성기 출력포트로 합성하는 순차구조형 전력합성기를 포함하고,
    상기 N-2개의 분배 방향성 커플러들은 상기 N개의 분배기 출력포트들 중 상기 분배기 입력포트에 인접한 N-2개의 분배기 출력포트들에 각각 연결되고,
    상기 윌킨슨 분배회로는 상기 N개의 분배기 출력포트들 중 나머지 2개의 분배기 출력포트들에 연결되는 것을 특징으로 하는 N-웨이 전력증폭기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 순차구조형 전력분배기는 상기 윌킨슨 분배회로 및 상기 나머지 2개의 분배기 출력포트들 중 마지막 분배기 출력포트 사이에 위치하여 상기 N개의 분배기 출력포트를 통해 출력되는 신호들 각각이 동일한 전력 및 위상을 갖도록 조절하는 위상 지연회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 N-웨이 전력증폭기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 N-2개의 합성 방향성 커플러들은 상기 N개의 합성기 입력포트들 중 상기 합성기 출력포트에 인접한 N-2개의 합성기 입력포트들에 각각 연결되고,
    상기 윌킨슨 합성회로는 상기 N개의 합성기 입력포트들 중 나머지 2개의 합성기 입력포트들에 연결되는 것을 특징으로 하는 N-웨이 전력증폭기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 순차구조형 전력합성기는 상기 윌킨슨 합성회로 및 상기 나머지 2개의 합성기 입력포트들 중 첫 합성기 입력포트 사이에 위치하여 상기 N개의 합성기 입력포트를 통해 입력되는 신호들 각각이 동일한 전력 및 위상을 갖도록 조절하는 위상 지연회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 N-웨이 전력증폭기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 순차구조형 전력분배기 및 상기 순차구조형 전력합성기는 서로 동일한 회로 구조를 갖는 전력 분배 및 합성회로로 구현된 것을 특징으로 하는 N-웨이 전력증폭기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 순차구조형 전력합성기의 상기 윌킨슨 합성회로 및 상기 N-2개의 합성 방향성 커플러들은 상기 순차구조형 전력분배기의 N-2개의 분배 방향성 커플러들 및 상기 윌킨슨 분배회로가 순차 배치된 순서의 역순으로 배치된 것을 특징으로 하는 N-웨이 전력증폭기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 순차구조형 전력분배기 및 상기 순차구조형 전력합성기는 마이크로 스트립 라인 회로 형태로 구현된 기판인 것을 특징으로 하는 N-웨이 전력증폭기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기들은 베어칩 형태의 일괄 집적화된 전력 증폭기 소자인 것을 특징으로 하는 N-웨이 전력증폭기.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001267862A (ja) * 2000-03-15 2001-09-28 Nec Network Sensa Kk 方向性結合器を縦続接続した電力増幅器
JP2006279507A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Toshiba Corp マイクロ波増幅装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001267862A (ja) * 2000-03-15 2001-09-28 Nec Network Sensa Kk 方向性結合器を縦続接続した電力増幅器
JP2006279507A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Toshiba Corp マイクロ波増幅装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112073008A (zh) * 2020-09-08 2020-12-11 中电科仪器仪表有限公司 一种功率合成放大器、实现方法、装置及系统

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