KR101298129B1 - 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제 1 내지 제 4 트리플렉서와 입력 정합 회로부, 증폭기 및 출력 정합 회로부를 포함하여 구성된 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기에 있어서, 상기 제 1 트리플렉서는 입력 단자를 통해 입력되는 신호로부터 삼중 대역의 주파수 신호들을 검파하여 상기 입력 정합 회로부에 출력시키고, 상기 제 1 트리플렉서와 상기 제 2 트리플렉서 사이에 설치되는 상기 입력 정합 회로부는 상기 입력 단자와 상기 증폭기의 입력단 사이의 임피던스를 매칭시키며, 상기 제 2 트리플렉서는 상기 입력 정합 회로부를 통해 입력되는 삼중 대역의 주파수 신호들을 결합하여 상기 증폭기에 출력시키고, 상기 증폭기는 상기 제 2 트리플렉서로부터 출력되는 삼중 대역의 주파수 신호들을 증폭시키며, 상기 제 3 트리플렉서는 상기 증폭기의 출력단을 통해 출력되는 신호로부터 증폭된 삼중 대역의 주파수 신호들을 검파하여 상기 증폭된 삼중 대역의 주파수 신호들을 출력 정합 회로부에 출력시키고, 상기 제 3 트리플렉서와 상기 제 4 트리플렉서 사이에 설치되는 상기 출력 정합 회로부는 상기 증폭기의 출력단과 출력 단자 사이의 임피던스를 매칭시키며, 상기 제 4 트리플렉서는 상기 출력 정합 회로부를 통해 입력되는 증폭된 삼중 대역의 주파수 신호들을 결합하여 출력 단자에 출력시키되, 상기 제 1 내지 제 4 트리플렉서는 CRLH(Composite Right/Left Handed) 전송 선로의 단위 셀을 이용하여 구현되는 것을 특징으로 한다.

Description

트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기{Triple-band amplifier using triplexer}
본 발명은 증폭기에 관한 것으로 특히, 트리플렉서를 이용하여 서로 다른 주파수 신호들을 동시에 증폭하기 위한 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기에 관한 것이다.
최근에는 이동 통신 단말기에 GPS(Grobal Position System)기능이 추가되면서, 3개의 주파수대역(예를 들면, f1= 824-894㎒, f2 = 1570-1580㎒, f3 = 1850-1990㎒)을 분리하여 처리할 수 있는 트리플 밴드(tripleband) 방식이 요구되는 추세이다.
이러한 다중 대역의 증폭과 전자 회로 설계에서 요구되는 저전력, 저가격, 소형화 등을 위해, 다수의 대역들 예컨대, 트리플 밴드에서 동작 가능한 삼중 대역 증폭기에 대한 요구가 점차 증가하는 추세이다. 삼중 대역 증폭기의 구현시, 종래의 기술에서는 근접 채널의 간섭, 회로의 복잡성 등으로 인해 증폭기 특성이 열화되는 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 서로 다른 세 주파수들 사이의 간섭을 제거하여, 우수한 전기적인 특성을 갖는 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기는 제 1 내지 제 4 트리플렉서와 입력 정합 회로부, 증폭기 및 출력 정합 회로부를 포함하여 구성된 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기에 있어서, 상기 제 1 트리플렉서는 입력 단자를 통해 입력되는 신호로부터 삼중 대역의 주파수 신호들을 검파하여 상기 입력 정합 회로부에 출력시키고, 상기 제 1 트리플렉서와 상기 제 2 트리플렉서 사이에 설치되는 상기 입력 정합 회로부는 상기 입력 단자와 상기 증폭기의 입력단 사이의 임피던스를 매칭시키며, 상기 제 2 트리플렉서는 상기 입력 정합 회로부를 통해 입력되는 삼중 대역의 주파수 신호들을 결합하여 상기 증폭기에 출력시키고, 상기 증폭기는 상기 제 2 트리플렉서로부터 출력되는 삼중 대역의 주파수 신호들을 증폭시키며, 상기 제 3 트리플렉서는 상기 증폭기의 출력단을 통해 출력되는 신호로부터 증폭된 삼중 대역의 주파수 신호들을 검파하여 상기 증폭된 삼중 대역의 주파수 신호들을 출력 정합 회로부에 출력시키고, 상기 제 3 트리플렉서와 상기 제 4 트리플렉서 사이에 설치되는 상기 출력 정합 회로부는 상기 증폭기의 출력단과 출력 단자 사이의 임피던스를 매칭시키며, 상기 제 4 트리플렉서는 상기 출력 정합 회로부를 통해 입력되는 증폭된 삼중 대역의 주파수 신호들을 결합하여 출력 단자에 출력시키되, 상기 제 1 내지 제 4 트리플렉서는 CRLH(Composite Right/Left Handed) 전송 선로의 단위 셀을 이용하여 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 관점에 따른 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기는 입력 단자를 통해 입력되는 신호로부터 제 1 내지 제 3 대역 주파수 신호를 출력시키는 제 1 트리플렉서; 상기 제 1 트리프렉서의 제 1 내지 제 3 출력단과 제 1 내지 제 3 증폭기의 임피던스를 각각 매칭시키는 제 1 내지 제 3 입력 정합 회로; 상기 제 1 내지 제 3 입력 정합 회로로부터의 주파수 신호들을 각각 증폭한는 제 1 내지 제 3 증폭기; 상기 제 1 내지 제 3 증폭기의 각 출력단과 제 2 트리플렉서의 제 1 내지 제 3 입력단의 임피던스를 각각 매칭시키는 제 1 내지 제 3 출력 정합 회로; 및 상기 제 1 내지 제 3 출력 정합 회로를 통해 입력되는 증폭 신호들을 결합하여 출력단을 통해 출력시키는 상기 제 2 트리플렉서를 포함하되, 상기 제 1 및 제 2 트리플렉서는 CRLH(Composite Right/Left Handed) 전송 선로의 단위 셀을 이용하여 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, CRLH 전송 선로의 단위 셀을 사용한 트리플렉서를 이용하여 서로 다른 세 주파수에서 간섭을 없애고, 각 주파수에 맞는 입출력 정합 회로를 적용함으로써 정합 회로들 사이의 간섭을 줄일 수 있어 우수한 전기적인 특성을 얻게 된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기를 나타낸 회로 구성도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 CRLH 전송 선로의 등가 회로를 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 CRLH 전송 선로의 단위 셀 구조를 나타낸 회로도이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 CRLH 전송 선로의 단위 셀 구조를 이용한 트리플렉서의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기를 나타낸 회로 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시된 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시 예에 따른 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기를 상세히 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기는 제 1 트리플렉서(101), 입력 정합 회로부(102), 제 2 트리플렉서(103), 증폭기(104), 제 3 트리플렉서(105), 출력 정합 회로부(106), 및 제 4 트리플렉서(107)를 포함한다.
상기 제 1 트리플렉서(101)는 입력 단자를 통해 입력되는 신호로부터 삼중 대역의 주파수 신호들을 검파하고, 상기 삼중 대역의 주파수 신호들을 상기 입력 정합 회로부(102)에 출력시킨다.
상기 입력 정합 회로부(102)는 상기 제 1 트리프렉서 및 상기 제 2 트리플렉서를 포함하여 상기 입력단과 증폭기의 입력 사이의 임피던스를 매칭시킨다.
상기 제 2 트리플렉서(103)는 상기 입력 정합 회로부를 통해 입력되는 상기 삼중 대역의 주파수 신호들을 상기 증폭기에 출력시킨다.
상기 증폭기(104)는 상기 제 2 트리플렉서로부터의 삼중 대역의 주파수 신호들을 증폭하고, 증폭된 삼중 대역의 신호들을 상기 제 3 트리플렉서(105)에 출력한다.
상기 제 3 트리플렉서(105)는 상기 증폭기의 출력단을 통해 출력되는 증폭 신호로부터 증폭된 삼중 대역의 주파수 신호들을 상기 출력 정합 회로부(106)에 출력한다.
상기 출력 정합 회로부(106)는 상기 제 3 및 제 4 트리프렉서를 포함하여 상기 증폭기의 출력단 및 출력단 사이의 임피던스를 매칭시킨다.
상기 제 4 트리플렉서(107)는 상기 출력 정합 회로부를 통해 입력되는 상기 증폭된 삼중 대역의 주파수 신호들을 출력단을 통해 출력시킨다.
상기 구성에서, 제 1 내지 제 4 트리플렉서(101, 103, 105, 및 107) 각각은 고역 통과 특성을 갖고 있는 LH(Left-Handed) 전송 선로와 저역 통과 특성을 갖고 있는 RH(Right-Handed) 전송 선로가 결합되어 대역 통과 특성을 갖고 있는 CRLH(Composite Right/Left Handed) 전송 선로의 단위 셀 구조를 이용하여 구현된다. 상기 CRLH 단위 셀을 이용한 필터의 입력 임피던스를 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이, 직렬 소자 캐패시터(CL)과 인덕터(LR)로 구성되는 직렬 공진기와 병렬 소자 인덕터(LL)과 캐패시터(CR)로 구성된 병렬 공진기가 결합된 구조를 갖는다. 상기 직렬 공진기는 입력과 출력 포트 사이에 연결되며, 병렬 공진기는 종단 임피던스와 병렬로 연결되어 있다.
상기 트리플렉서의 CRLH 전송 선로의 단위 셀을 구성하는 직렬 공진기와 병렬 공진기의 입력 임피던스는 다음과 같은 수학식 1 및 2로 표현된다.
Figure 112011071590402-pat00001
Figure 112011071590402-pat00002
서로 다른 주파수 f1, f2 그리고 f3에서 직렬 또는 병렬 공진기 임피던스 값은 f1이 직렬 공진회로의 공진 주파수라고 하면 직렬 공진기 임피던스 값은 Zo로 수렴하고, 병렬 공진기의 임피던스 값도 동일하게 Zo 값이 됨을 알 수 있다. 하지만 공진 주파수가 아닌 f2 또는 f3 주파수에서 직렬 공진기의 임피던스 값은 Zo 뿐만 아니라 허수 값도 함께 존재하게 된다. 이 허수 임피던스 값을 적절히 조절하면 f2 또는 f3 주파수에서 직렬 공진기의 임피던스는 무한히 큰 값으로 변하게 할 수 있으며 또한, f2 또는 f3 주파수에서 병렬 공진기의 임피던스 실수 부분은 거의 단락이 되도록 할 수 있을 것이다. 이와 같은 특성을 만족하도록 수학식 1 및 2를 정리하면 다음의 수학식 3 내지 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112011071590402-pat00003
Figure 112011071590402-pat00004
Figure 112011071590402-pat00005
수학식 4 및 5에서, RA는 리액턴스의 임피던스 값을 의미한다.
상기 수학식 3 내지 5를 종단 임피던스로 정규화 하면 하기의 수학식 6 내지 9로 나타낼 수 있다.
Figure 112011071590402-pat00006
Figure 112011071590402-pat00007
Figure 112011071590402-pat00008
Figure 112011071590402-pat00009
도 4는 위의 수학식들을 이용하여 특정 주파수에서의 트리플렉서의 전기적 특성을 나타내었다.
본 발명은 이러한 트리플렉서를 이용하여 도 1의 삼중대역 증폭기의 전기적인 특성을 도 5에 나타내었다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기를 나타낸 회로 구성도이다. 도 6에서 도 1과 그 원리가 유사하므로 그 자세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기는 제 1 트리플렉서(601), 제 1 내지 제 3 입력 정합 회로(621, 623, 및 625), 제 1 내지 제 3 증폭기(631, 633 및 635), 제 1 내지 제 3 출력 정합 회로(641, 643 및 645), 및 제 2 트리플렉서(605)를 포함한다.
상기 제 1 트리플렉서(601)는 입력 단자를 통해 입력되는 신호로부터 제 1 내지 제 3 대역 주파수 신호를 상기 제 1 내지 제 3 입력 정합 회로(621, 623, 및 625)에 각각 출력시킨다.
상기 제 1 내지 제 3 입력 정합 회로(621, 623, 및 625)는 상기 제 1 트리프렉서(601)의 제 1 내지 제 3 출력단과 상기 제 1 내지 제 3 증폭기(631, 633 및 635)의 임피던스들을 각각 매칭시키고, 상기 제 1 내지 제 3 입력 정합 회로(621, 623, 및 625)로부터 입력되는 제 1 내지 제 3 대역 주파수 신호를 상기 제 1 내지 제 3 증폭기(631, 633 및 635)에 각각 제공한다.
상기 제 1 내지 제 3 증폭기(631, 633 및 635)는 상기 제 1 내지 제 3 입력 정합 회로(621, 623, 및 625)로부터의 제 1 내지 제 3 주파수 신호들을 각각 증폭시키고, 상기 증폭된 상기 제 1 내지 제 3 주파수 신호들을 상기 제 1 내지 제 3 출력 정합 회로(641, 643 및 645)에 각각 제공한다.
상기 제 1 내지 제 3 출력 정합 회로(641, 643 및 645)는 상기 제 1 내지 제 3 증폭기(631, 633 및 635)의 각 출력단과 상기 제 2 트리플렉서(605)의 제 1 내지 제 3 입력단의 임피던스를 각각 매칭시키고, 상기 제 1 내지 제 3 증폭기(631, 633 및 635)에 의해 증폭된 신호들을 상기 제 2 트리플렉서(605)에 제공한다.
상기 제 2 트리플렉서(605)는 상기 제 1 내지 제 3 출력 정합 회로(641, 643 및 645)를 통해 입력되는 증폭 신호들을 결합하여 출력단을 통해 출력시킨다.
또한, 제 1 실시 예와 마찬가지로, 본 발명의 제 2 실시 예에서, 상기 제 1 및 제 2 트리플렉서(601 및 605) 각각은 CRLH(Composite Right/Left Handed) 전송 선로의 단위 셀을 이용하며, 최초 입력단 그리고 최종 출력단에 트리플렉서를 이용하였으며, 세 개의 증폭기를 사용하여 트리플렉서로 입출력 정합회로를 분리하여 결합시키는 구조이다. 이렇게 구성함으로서 f1, f2 그리고 f3 입출력 정합 회로들(621 내지 645) 사이에 상호 간섭을 제거할 수 있게 된다. 이러한 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 삼중대역 증폭기의 전기적인 특성을 도 7에 나타내었다.
따라서, 본 발명에 의하면, 서로 다른 세 주파수들 사이의 간섭을 제거하여, 우수한 전기적인 특성을 갖는 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기를 실현할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101, 103, 105, 107, 601, 605: 트리플렉서
102: 입력 정합 회로부
104, 631, 633, 635: 증폭기
106: 출력 정합 회로부
621, 623, 625: 입력 정합 회로
641, 643, 645: 출력 정합 회로

Claims (4)

  1. 제 1 내지 제 4 트리플렉서와 입력 정합 회로부, 증폭기 및 출력 정합 회로부를 포함하여 구성된 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기에 있어서,
    상기 제 1 트리플렉서는 입력 단자를 통해 입력되는 신호로부터 삼중 대역의 주파수 신호들을 검파하여 상기 입력 정합 회로부에 출력시키고, 상기 제 1 트리플렉서와 상기 제 2 트리플렉서 사이에 설치되는 상기 입력 정합 회로부는 상기 입력 단자와 상기 증폭기의 입력단 사이의 임피던스를 매칭시키며, 상기 제 2 트리플렉서는 상기 입력 정합 회로부를 통해 입력되는 삼중 대역의 주파수 신호들을 결합하여 상기 증폭기에 출력시키고, 상기 증폭기는 상기 제 2 트리플렉서로부터 출력되는 삼중 대역의 주파수 신호들을 증폭시키며, 상기 제 3 트리플렉서는 상기 증폭기의 출력단을 통해 출력되는 신호로부터 증폭된 삼중 대역의 주파수 신호들을 검파하여 상기 증폭된 삼중 대역의 주파수 신호들을 출력 정합 회로부에 출력시키고, 상기 제 3 트리플렉서와 상기 제 4 트리플렉서 사이에 설치되는 상기 출력 정합 회로부는 상기 증폭기의 출력단과 출력 단자 사이의 임피던스를 매칭시키며, 상기 제 4 트리플렉서는 상기 출력 정합 회로부를 통해 입력되는 증폭된 삼중 대역의 주파수 신호들을 결합하여 출력 단자에 출력시키되, 상기 제 1 내지 제 4 트리플렉서는 CRLH(Composite Right/Left Handed) 전송 선로의 단위 셀을 이용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기.
  2. 삭제
  3. 입력 단자를 통해 입력되는 신호로부터 제 1 내지 제 3 대역 주파수 신호를 출력시키는 제 1 트리플렉서;
    상기 제 1 트리프렉서의 제 1 내지 제 3 출력단과 제 1 내지 제 3 증폭기의 임피던스를 각각 매칭시키는 제 1 내지 제 3 입력 정합 회로;
    상기 제 1 내지 제 3 입력 정합 회로로부터의 주파수 신호들을 각각 증폭한는 제 1 내지 제 3 증폭기;
    상기 제 1 내지 제 3 증폭기의 각 출력단과 제 2 트리플렉서의 제 1 내지 제 3 입력단의 임피던스를 각각 매칭시키는 제 1 내지 제 3 출력 정합 회로; 및
    상기 제 1 내지 제 3 출력 정합 회로를 통해 입력되는 증폭 신호들을 결합하여 출력단을 통해 출력시키는 상기 제 2 트리플렉서를 포함하되,
    상기 제 1 및 제 2 트리플렉서는 CRLH(Composite Right/Left Handed) 전송 선로의 단위 셀을 이용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 트리플렉서를 이용한 삼중 대역 증폭기.
  4. 삭제
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