KR101571605B1 - 위상-제어 부하 변조를 갖는 도허티 증폭기 회로 - Google Patents

위상-제어 부하 변조를 갖는 도허티 증폭기 회로 Download PDF

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Abstract

대칭 도허티 증폭기는 메인 증폭기 및 메인 증폭기와 동일한 크기의 피킹 증폭기를 구비한다. 대칭 도허티 증폭기는 메인 증폭기와 피킹 증폭기가 각각 포화일 때에는 피크 출력 전력에서 동작하며, 그리고 메인 증폭기가 포화이고 피킹 증폭기가 포화가 아닐 때에는 출력-백-오프(OBO)에서 동작하도록 구성된다. 위상 시프트 회로는 메인 증폭기에 의해 도시된 부하 임피던스와 대칭 도허티 증폭기의 효율 두 가지 모두가 피킹 증폭기 출력에서 위상 시프트의 함수로서 출력-백-오프(OBO)에서 증가하도록 출력-백-오프(OBO)에서 피킹 증폭기의 출력에서 위상을 시프트 하도록 구성된다.

Description

위상-제어 부하 변조를 갖는 도허티 증폭기 회로{DOHERTY AMPLIFIER CIRCUIT WITH PHASE-CONTROLLED LOAD MODULATION}
본 출원은 도허티 증폭기(Doherty amplifier)에 관한 것으로, 특히 넓은 출력 백-오프(Output Back-Off: OBO) 범위에 걸쳐 효율적으로 동작하는 도허티 증폭기에 관한 것이다.
통신 분야에서 무선 주파수(radio frequency: RF) 출력 구조는 출력 포화(Psat)(증폭기가 거의 포화상태로 될 때 평균 출력)로부터 상당한 출력 백-오프에서 높은 DC-대-RF 효율을 달성하는 데 초점을 둔다. 이는 W-CDMA(광대역 부호 분할 다중 접속), LTE(롱 텀 이볼루션) 그리고 WiMAX(마이크로웨이브 접속을 위한 월드와이드 연동)와 같은 전송된 디지털 신호의 높은 피크 대 평균 비(peak to average ratio: PAR)에 기인한다. 현재 활용되는 가장 대중적인 전력 증폭기 구조는 도허티 증폭기이다. 도허티 증폭기는 클래스 AB 메인 증폭기와 클래스 C 피킹 증폭기(peaking amplifier)이며, 그리고 효율은 피킹 증폭기로부터 메인 증폭기의 부하 변조를 통해 향상된다.
고출력 백-오프(OBO)에서 고 효율이 요구되면, 메인 증폭기와 피킹 증폭기의 크기간에 매우 비대칭적인 비(ratio)가 전형적으로 요구된다. 그러나, 이와 같은 비대칭 요구는 이와 같은 설계로부터 획득될 수 있는 최대 RF 출력 전력을 제한한다. 3-방향(3-way) 도허티 증폭기는 피크 출력 전력으로부터 6dB 이상, 즉, 6dB 출력 백-오프(OBO) 이상에서 동작하도록 또한 사용될 수 있다. 그러나, 3-방향 도허티 증폭기는 복잡하며 설계 공정이 길고, 성능 일관성이 부족하며, 그리고 보다 큰 물리적 배치를 필요로 한다. 전술한 해결책 중 어느 해결책도 동적 부하 변조를 허용하지 않는다. '엔벨로프 트래킹(envelope tracking)' 또는 '드레인 변조(drain modulation)'로 불리는 구조가 6dB 출력 백-오프에서 높은 효율을 제공하기 위해 또한 사용될 수 있지만, 이러한 해결책은 매우 상당한 시스템 재설계 및 추가적인 복잡함을 필요로 한다.
본 명세서 기술된 실시예는 도허티 증폭기 회로 설계에 있어서 상이한 크기의 트랜지스터의 사용을 제거하며, 그리고 피크 출력 전력으로부터 6dB 이상에서, 즉 6dB 출력 백-오프(OBO) 이상에서 동작할 때 보다 높은 효율을 허용한다. 본 명세서에 기술된 대칭 도허티 증폭기 회로는 동일한 크기의 메인 증폭기 및 피킹 증폭기를 포함한다. 메인 증폭기에 의해 도시된 전압 정재파 비(voltage standing waver ratio: VSWR)를 동적으로 제어함으로써, 출력 백-오프(OBO)에서 대칭 도허티 증폭기의 최대-효율 동작점은 관심 출력 전력 범위를 가로질러 동적으로 이동될 수 있다. 전압 정재파 비(VSWR)는 메인 증폭기가 도허티의 피크 전력 레벨에서 본 부하에 대하여 메인 증폭기가 임의의 출력 전력 레벨에서 본 부하의 측정치이다. 전압 정재파 비(VSWR)는 출력 백-오프에서 피킹 증폭기의 출력에서 위상을 시프트함으로써 제어될 수 있다. 예를 들어, 대칭 도허티 증폭기 회로는 6dB 출력 백-오프(OBO)와 12dB 출력 백-오프(OBO) 사이의 임의의 곳에서 또는 심지어 보다 높은 출력 백-오프(OBO)에서도 메인 증폭기에 의해 도시된 전압 정재파 비(VSWR)를 조절함으로써 고효율로 동작될 수 있다.
도허티 증폭기 회로의 실시예에 따르면, 이 회로는 메인 증폭기 및 메인 증폭기와 동일한 크기의 피킹 증폭기를 포함하는 대칭 도허티 증폭기를 구비한다. 대칭 도허티 증폭기는 메인 증폭기 및 피킹 증폭기가 각각 포화일 때에는 피크 출력 전력에서 동작하도록 그리고 메인 증폭기가 포화이고 피킹 증폭기가 포화가 아닐 때에는 출력 백-오프(OBO)에서 동작하도록 구성된다. 도허티 증폭기 회로는 메인 증폭기에 의해 도시된 부하 임피던스와 대칭 도허티 증폭기의 효율 두 가지 모두가 피킹 증폭기 출력에서 위상 시프트의 함수로서 출력 백-오프(OBO)에서 증가하도록, 출력 백-오프(OBO)에서의 피킹 증폭기의 출력에서 위상을 시프트하도록 구성된 위상 시프트 회로(phase shift circuit)를 더 구비한다.
메인 증폭기 및 메인 증폭기와 동일한 크기의 피킹 증폭기를 포함하는 도허티 증폭기 회로를 작동하는 방법의 실시예에 따르면, 이 방법은: 메인 증폭기와 피킹 증폭기가 각각 포화일 때에는 피크 출력 전력에서 대칭 도허티 증폭기를 동작시키며, 메인 증폭기가 포화이고 피킹 증폭기가 포화가 아닐 때에는 출력 백-오프(OBO)에서 대칭 도허티 증폭기를 동작시키는 단계; 그리고 메인 증폭기에 의해 도시된 부하 임피던스와 대칭 도허티 증폭기의 효율 두 가지 모두가 피킹 증폭기 출력에서 위상 시프트의 함수로서 출력 백-오프(OBO)에서 증가하도록, 출력 백-오프(OBO)에서의 피킹 증폭기의 출력에서 위상을 시프트하는 단계를 포함한다.
도허티 증폭기 회로의 다른 실시예에 따르면, 이 회로는: 제1 크기의 제1 증폭기와 제1 크기와 동일한 제2 크기의 제2 증폭기를 포함하는 대칭 도허티 증폭기를 포함한다. 대칭 도허티 증폭기는 제1 증폭기와 제2 증폭기가 각각 포화일 때에는 피크 출력 전력에서 동작하도록 그리고 제1 증폭기가 포화이고 제2 증폭기가 포화가 아닐 때에는 출력 백-오프(OBO)에서 동작하도록 구성된다. 도허티 증폭기 회로는 제1 증폭기에 의해 도시된 전압 정재파 비(VSWR)를 변화시킴으로써 출력 백-오프(OBO)에서 대칭 도허티 증폭기의 최대-효율 동작점이 적어도 6dB와 12dB 출력 백-오프(OBO) 사이에 있는 임의의 동작점으로 이동할 수 있도록 제1 증폭기에 의해 도시된 전압 정재파 비(VSWR)를 동적으로 제어하도록 구성된 회로를 더 구비한다.
제1 크기의 제1 증폭기 및 제1 크기와 동일한 제2 크기의 제2 증폭기를 포함하는 도허티 증폭기 회로를 동작하는 다른 실시예에 따르면, 이 방법은: 제1 증폭기와 제2 증폭기가 각각 포화일 때에는 피크 출력 전력에서 대칭 도허티 증폭기를 동작시키고, 제1 증폭기가 포화이고 제2 증폭기가 포화가 아닐 때에는 출력-백-오프(OBO)에서 대칭 도허티 증폭기를 동작시키는 단계; 그리고 제1 증폭기에 의해 도시된 전압 정재파 비(VSWR)를 변화시킴으로써 출력 백-오프(OBO)에서 대칭 도허티 증폭기의 최대-효율 동작점이 적어도 6dB 출력 백-오프(OBO)와 12dB 출력 백-오프(OBO) 사이에 있는 임의의 동작점으로 이동할 수 있도록 제1 증폭기에 의해 도시된 전압 정재파 비(VSWR)를 동적으로 제어하는 단계를 포함한다.
도허티 증폭기 회로의 또 다른 실시예에 따르면, 이 회로는 도허티 증폭기와 위상 시프트 회로를 구비한다. 도허티 증폭기는 메인 증폭기와 피킹 증폭기를 구비하며, 메인 증폭기와 피킹 증폭기가 각각 포화일 때에는 피크 출력 전력에서 동작하도록 그리고 메인 증폭기가 포화이고 피킹 증폭기가 포화가 아닐 때에는 출력-백-오프(OBO)에서 동작하도록 구성된다. 위상 시프트 회로는 메인 증폭기에 의해 도시된 부하 임피던스와 도허티 증폭기의 효율 두 가지 모두가 피킹 증폭기 출력에서 위상 시프트의 함수로서 출력 백-오프(OBO)에서 증가하도록, 출력 백-오프(OBO)에서의 피킹 증폭기의 출력에서 위상을 시프트하도록 구성된다.
당업자는 이어지는 상세한 설명을 읽고, 그리고 첨부 도면을 볼 때 추가적인 특징 및 장점을 인식할 것이다.
도면의 요소는 서로에 대하여 반드시 일정한 척도일 필요는 없다. 유사한 참조 번호는 대응하는 유사한 부분을 지정한다. 다양한 예시된 실시예의 특징은 실시예가 서로 배제하지 않는 한 조합될 수 있다. 실시예는 도면에 묘사되고 이어지는 상세한 설명에 상세히 설명된다.
도 1은 실시예에 따른 출력 백-오프(OBO)에서 위상-시프트 피킹 증폭기를 갖는 대칭 도허티 증폭기 회로의 개략적인 회로도를 도시한다.
도 2는 피킹 증폭기 출력에서 상이한 위상 시프트를 위해 출력 백-오프(OBO)의 함수로서 메인 증폭기 효율을 도시하는 플롯 다이어그램이다.
도 3은 피킹 증폭기 출력에서 위상 시프트의 함수로서 메인 증폭기 부하 변조를 도시하는 플롯 다이어그램이다.
도 4는 출력 백-오프의 함수로서 메인 증폭기 효율을 도시하는 플롯 다이어그램이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 위상-시프트 피킹 증폭기 출력을 갖는 대칭 도허티 증폭기 회로의 개략적인 회로도를 도시한다.
도 6은 실시예에 따른 대칭 도허티 증폭기 회로에 포함된 위상 시프터의 개략적인 회로도를 도시한다.
도 7은 다른 실시예에 따른 대칭 도허티 증폭기 회로에 포함된 위상 시프터의 개략적인 회로도를 도시한다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 대칭 도허티 증폭기 회로에 포함된 위상 시프터의 개략적인 회로도를 도시한다.
도 1은 메인 증폭기(102)와 피킹 증폭기(104)를 포함하는 대칭 도허티 증폭기 회로(100)의 실시예를 도시한다. 메인 증폭기(102)는 클래스 B 또는 AB 모드에서 바이어스 되며, 그리고 피킹 증폭기(104)는 클래스 C 모드에서 바이어스 된다. 메인 및 피킹 증폭기(102, 104)는 동일한 크기를 갖는데, 다시 말해 메인 및 피킹 증폭기(102, 104)는 의도적으로 크기가 다르지 않다. 대안으로, 피킹 증폭기(104)는 메인 증폭기(102)보다 약간 작거나 클 수 있다. 각각의 경우에, 각각의 증폭기(102, 104)는 입력 정합 장치(106, 108)를 통해 대응하는 입력(입력 #1, 입력 #2)에 결합된다. 증폭기(102, 104)는 각각의 출력 정합 장치(112, 114)와 임피던스 조합기(116)를 통해 부하(110)에 결합된다. 임피던스 조합기(116)는 도 1에 도허티 조합기로서 도시되어 있다. 그러나, 일반적으로, 임의의 형태의 적절한 임피던스 조합기가 증폭기(102, 104)를 부하(110)에 연결하기 위해 사용될 수 있다. 출력 정합 장치(112, 114)의 하나 또는 둘은 임피던스 조합기(116) 내에 통합될 수 있다.
낮은 전력 레벨에서는 메인 증폭기(102)만이 동작 가능하다. 메인 증폭기(102)의 효율은 전력 레벨이 증가함에 따라서 증가한다. 메인 증폭기(102)는 전력 레벨이 상승을 지속함에 따라서 궁극적으로 최대 효율점(즉, 포화)에 도달한다. 이러한 전력 레벨에서, 피킹 증폭기(104)가 턴-온 된다. 피킹 증폭기(104)의 효율은 이 점을 넘어서는 전력 레벨을 위해 유사하게 증가하며 그리고 궁극적으로 자신의 최대 효율점(즉, 포화)에 도달하며, 이러한 최대 효율점에서 대칭 도허티 증폭기 회로(100)는 피크 전력 출력에서 동작한다. 즉, 대칭 도허티 증폭기 회로(100)는 두 개의 증폭기(102, 104)가 포화일 때에는 피크 출력 전력에서 동작하며 그리고 메인 증폭기(102)가 포화이고 피킹 증폭기(104)가 포화가 아닐 때에는 출력 백-오프(OBO)에서 동작한다.
피크 출력 전력으로부터 출력 백-오프(OBO) 동작점에서 대칭 도허티 증폭기 회로(100)의 효율은 메인 증폭기(102)에 의해 도시된 전압 정재파 비(VSWR)에 의존한다. 메인 증폭기(102)는 피킹 증폭기(104)의 출력에서 위상을 제어함으로써 높은 전압 정재파 비(VSWR)에서 동작하도록 만들어질 수 있다. 피킹 증폭기의 출력에서 여분의 위상은 메인 증폭기(102)에 의해 도시된 전압 정재파 비(VSWR)를 증가시킨다. 대칭 도허티 증폭기 회로(100)는 피킹 증폭기(104)의 출력에서 위상을 대응적으로 시프트함으로써 피크 출력 전력으로부터 6dB 백-오프 이상에서(즉, 6dB 출력 백-오프(OBO) 이상에서) 고효율로 동작할 수 있다. 피킹 증폭기(104)의 출력에서 위상은 동적으로 변화될 수 있으며, 메인 증폭기(102)의 위상-제어 부하 변조를 야기할 수 있다. 이러한 방법으로 메인 증폭기(102)의 전압 정재파 비(VSWR)와 부하 변조를 동적으로 제어함으로써, 출력 백-오프(OBO)에서 대칭 도허티 증폭기 회로(100)의 최대-효율 동작점은 출력 전력 범위를 동적으로 가로질러 이동될 수 있다. 예를 들어, 출력 백-오프(OBO)에서 대칭 도허티 증폭기 회로(100)의 최대-효율 동작점은 피킹 증폭기(104)의 위상을 적절히 시프트함으로써 6dB와 12dB 출력 백-오프(OBO) 사이 또는 그 이상의 임의의 곳에서 발생할 수 있다. 피킹 증폭기(104)가 메인 증폭기(102)보다 약간 작은 경우를 위해, 메인 증폭기(102)에 의해 도시된 부하 변조는 6dB 출력 백-오프(OBO) 미만도 커버할 수 있다.
이러한 목적을 위해, 대칭 도허티 증폭기 회로(100)는 메인 증폭기(102)에 의해 도시된 부하 임피던스와 대칭 도허티 증폭기 회로(100)의 효율 두 가지 모두가 피킹 증폭기 출력에서 위상 시프트의 함수로서 출력 백-오프(OBO)에서 증가하도록, 출력 백-오프(OBO)에서의 피킹 증폭기(104)의 출력 위상을 시프트하는 위상 시프트 회로(118)를 구비한다. 이것은 메인 증폭기(102)가 보다 높은 임피던스로 동작하도록 하는데, 다시 말해 메인 증폭기(102)는 보다 높은 전압 정재파 비(VSWR)를 나타내며, 따라서 보다 효율적이 된다.
도 2는, 피킹 증폭기 출력에서의 상이한 위상 시프트를 위해, 피크 전력 출력(P3dB)으로부터 OBO의 함수로서 메인 증폭기 효율을 도시하는 플롯 다이어그램을 도시한다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 피킹 증폭기 출력에서의 위상은 출력 백-오프(OBO)에서 0도 내지 65도만큼 시프트된다. 일례에서, 피킹 증폭기(104)의 출력에서 위상은 출력 백-오프(OBO)에서 10도 내지 60도만큼 시프트된다. 피킹 증폭기의 출력에서 위상을 증가시킴으로써 메인 증폭기(102)에 의해 도시된 전압 정재파 비(VSWR)를 증가시키고, 이는 결국 특별한 출력 백-오프(OBO) 동작점에 대한 대칭 도허티 증폭기 회로(100)의 효율을 증가시킨다.
출력 백-오프(OBO)에서 대칭 도허티 증폭기 회로(100)의 최대-효율은 메인 증폭기(102)에 의해 도시된 전압 정재파 비(VSWR)를 변화시킴으로써, 즉 피킹 증폭기(104)의 출력에서 위상을 시프트함으로써, 예를 들어 6dB 출력 백-오프(OBO)와 12dB 출력 백-오프(OBO) 사이에 있는 임의의 출력 백-오프(OBO) 동작점으로 이동될 수 있다. 이와 같은 상황은 도 2에 또한 도시되어 있으며, 도 2는 피킹 증폭기(104)의 출력 위상이 40도만큼 증가될 때에는 6dB 출력 백-오프(OBO)에서 최대-효율 동작점에 도달하고, 피킹 증폭기(104)의 출력 위상이 50도만큼 증가될 때에는 7dB 출력 백-오프(OBO)에서 최대-효율 동작점에 도달하며, 피킹 증폭기(104)의 출력에서 위상이 55도만큼 증가될 때에는 8dB 출력 백-오프(OBO)에서 최대-효율 동작점에 도달한다는 등등의 내용을 보여준다.
메인 증폭기(102)의 부하 변조는 메인 증폭기(102)와 피킹 증폭기(104) 사이의 기본적인 전류 비에 의해 구현된다. 추가로, 도허티 조합기(116)는 대칭 도허티 증폭기 회로(100)의 출력 전압이 부하 임피던스에 의해 곱해진 부하 전류의 합에 의해 결정되도록 가산 노드(summing node)(120)에서 증폭기(102, 104)의 부하 전류를 조합하거나 더한다. 이러한 목적을 위해, 도허티 조합기(116)는 메인 증폭기(102)의 출력을 가산 노드(120)에 결합하는 제1 임피던스(Z1)를 포함한다. 피킹 증폭기(104)의 출력은 또한 가산 노드(120)에 결합된다. 도허티 조합기(116)의 제2 임피던스(Z2)는 부하(110)에 가산 노드(120)를 결합한다.
몇몇 실시예에서, 위상 시프트 회로(118)는 메인 증폭기(102)의 부하 변조를 위상-제어하기 위해 피킹 증폭기(104)의 출력에서 위상을 동적으로 시프트할 수 있다. 이것은 결국 보장될 때에(즉, 메인 증폭기(102)가 상이한 전압 정재파 비(VSWR)를 볼 수 있을 때에) 메인 증폭기(102)가 상이한 임피던스로 동작하게끔 하며, 따라서 출력 전력의 넓은 범위에 걸쳐서 보다 효율적이 된다.
도 3은 피킹 증폭기 출력에서 위상 시프트의 함수로서 메인 증폭기 부하 변조(즉, 전압 정재파 비(VSWR))를 보여주는 플롯 다이어그램을 도시한다. 도시된 바와 같이, 메인 증폭기 부하 변조는 피킹 증폭기 출력에서 위상 시프트를 증가시키는 함수로서 증가한다. 전압 정재파 비(VSWR)와 피킹 증폭기 출력 위상 간의 관계는 대칭 도허티 증폭기 회로(100)의 효율을 증가시키기 위해 메인 증폭기(102)가 보다 높은 임피던스로 작업하도록 한다.
도 4는 피크 전력 출력(P3dB)으로부터 출력 백-오프(OBO)의 함수로서 메인 증폭기 효율을 도시하는 플롯 다이어그램을 도시한다. 도 4에 'A'로 표시된 곡선은 위상-제어된 부하 변조를 갖는 피크 전력 출력으로부터 출력 백-오프(OBO)의 함수로서 메인 증폭기 효율에 대응하며, 그리고 'B'로 표시된 곡선은 고정 부하 변조를 갖는, 즉 피킹 증폭기 출력에서 위상 이동을 갖지 않는 메인 증폭기 효율에 대응한다. 메인 증폭기(102)의 위상-제어된 부하 변조는 본 명세서에서 전술한 바와 같이 피킹 증폭기(104)의 출력 위상을 제어함으로써 구현될 수 있다. 메인 증폭기(102)에 의해 도시된 전압 정재파 비(VSWR)는 위상 시프트 회로(118)에 의해 피킹 증폭기(104)의 출력으로 전해진 위상 시프트의 양의 함수로서 대응적으로 증가한다.
일 실시예에서, 위상 시프트 회로(118)는 메인 증폭기(102)의 입력에 결합된 제1 위상 시프터(122)와 피킹 증폭기(104)의 출력에 결합된 제2 위상 시프터(124)를 포함한다. 제1 위상 시프터(122)는 메인 증폭기(102)의 입력으로 위상 시프트를 전하며 그리고 제2 위상 시프터(124)는 피킹 증폭기(104)의 출력으로 위상 시프트를 유사하게 전한다. 위상 시프터(122, 124)는 동일한 위상 시프트를 전하기 위해 위상 제어 회로(126)에 의해 구성될 수 있다. 즉, 제1 위상 시프터(122)는 제2 위상 시프터(124)가 피킹 증폭기(104)의 출력에 전하는 것과 동일한 위상 시프트를 메인 증폭기(102)의 입력에 전할 수 있다.
도 5는 대칭 도허티 증폭기 회로(100)의 다른 실시예를 도시한다. 도 5에 도시된 실시예는 도 1에 도시된 실시예와 유사하지만, 위상 시프트 회로(118)는 임피던스(Z1)와 가산 노드(120) 사이의 도허티 조합기 내에 통합된 제3 위상 시프터(128)를 또한 포함한다. 각각의 위상 시프터(122, 124, 128)는 위상 제어 회로(126)에 의해 구성될 수 있다. 피킹 증폭기(104)의 출력에서 위상 시프터(124)는 메인 증폭기(102)에 의해 도시된 전압 정재파 비(VSWR)를 설정한다. 그 밖의 위상 시프터(122 및 128)는 위상 시프터(124)에 의해 제공된 위상 시프트와 거의 동일(즉, 동일하거나 거의 동일)한 조합된 위상 시프트를 제공한다. 위상 시프트 회로(118)의 일부를 형성하는 위상 시프터(122, 124, 128)는, 대칭 도허티 증폭기 회로(100)가 사용되는 어플리케이션에 따라, 고정된 위상 시프트의 양 또는 조절 가능한 위상 시프트의 양을 제공할 수 있다.
도 6은 위상 시프트 회로(118)에 포함된 위상 시프터(122, 124, 128)의 실시예를 도시한다. 본 실시예에 따르면, 위상 시프터(122, 124, 128)는 입력 임피던스(Zin)에 결합된 제1 스위치(130)와 출력 임피던스(Zout)에 결합된 제2 스위치(132)를 포함한다. 스위치(130, 132) 사이에는 상이한 길이의 임피던스(Zadd1, Zadd2)를 갖는 적어도 2개의 추가적인 전송 라인이 존재한다. 위상 라인은 매개 임피던스(Zadd1, Zadd2) 중 하나가 입력과 출력 임피던스(Zin, Zout) 사이에 연결되도록 스위치(130, 132)를 설정함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 두 개 트랜지스터(102, 104)가 포화일 때 피크 출력 전력에서, 위상 제어 회로(118)는 피크 출력 전력을 위한 최적-길이 매개 임피던스(예를 들어, Zadd1)가 입력과 출력 임피던스(Zin, Zout) 사이에 연결되도록 스위치(130, 132)를 설정한다. 출력 백-오프(OBO)에서, 피킹 증폭기(104)의 출력 위상은 보다 긴 매개 임피던스(예를 들어, Zadd2)가 보다 긴 위상 라인을 형성하기 위해 입력과 출력 임피던스(Zin, Zout) 사이에 연결되도록 위상 제어 회로(118)가 스위치(130, 132)를 설정할 때 증가된다. 이러한 방법으로, 피킹 증폭기(104)의 출력과 메인 증폭기(102)의 입력에 연결된 위상 라인의 길이는 출력 백-오프(OBO) 조건하에서 조절될 수 있다. 임의의 바람직한 상이한 길이의 매개 변수의 수가 제공될 수 있음으로써, 결과적으로 스위치(130, 132)를 설정함으로써 구성되는 위상 라인은 넓은 범위의 도(degree)(예를 들어, 10도 내지 60도)에 걸쳐서 연장될 수 있으며, 증폭기 효율은 출력 백-오프(OBO) 동작점(예를 들어, 6dB 출력 백-오프(OBO) 내지 12dB 출력 백-오프(OBO) 이상)에 걸쳐 최대화될 수 있다.
도 7은 위상 시프트 회로(118)에 포함된 위상 시프터(122, 124, 128)의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에 따르면, 위상 시프터(122, 124, 128)는 두 개 스위치(138, 140) 사이에 하이-패스 회로(134)와 로우-패스 회로(136)를 포함한다. 피크 출력 전력에서, 위상 제어 회로(118)는 하이-패스 회로(134)가 증폭기 회로(100)로 스위칭 되도록 스위치(138, 140)를 설정한다. 피킹 증폭기(104)의 출력 위상은 로우-패스 회로(136)가 증폭기 회로(100)로 스위칭 되도록 위상 제어 회로(118)가 스위치(138, 140)를 설정할 때에 출력 백-오프(OBO)에서 증가되며, 이에 의해 증폭기(102, 104)에 연결된 위상 라인을 효과적으로 길게 한다.
도 8은 위상 시프트 회로(118)에 포함된 위상 시프터(122, 124, 128)의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에 따르면, 위상 시프터(122, 124, 128)는 증폭기 회로(100)의 전력 상태에 따라 직각 위상 시프터 코어(142)에 상이한 값 커패시터(C1, C2, C3, C4)를 제어적으로 연결할 수 있는 직각 위상 시프터 코어(142)와 스위치(144, 146)를 구비한다. 예를 들어, 직각 위상 시프터 코어(142)에 적절한 값 커패시터(C1/C3 또는 C2/C4)를 스위칭 가능하게 연결함으로써 보다 많은 위상 시프트가 출력 백-오프(OBO) 조건 동안에 제공될 수 있다. 다른 위상 시프터 회로가 피킹 증폭기(104)의 출력 위상을 시프트 하기 위해 활용될 수 있다.
본 명세서에서 사용될 때 "동일", "정합" 및 "정합들"과 같은 용어는 약간의 적정한 변화의 양이 발명의 사상을 벗어남이 없이 고려되도록 동일, 거의 동일 또는 대략을 의미하기 위함이다. 용어 "일정한"은 적정한 변화의 양이 발명의 사상을 벗어남이 없이 고려되도록 다시 변화하거나 변하지 않는다는 것을 의미하거나, 또는 약간 변화하거나 변한다는 것을 의미한다. 게다가, "제1", "제2" 등과 같은 용어는 다양한 요소, 영역, 섹션 등을 기술하기 위해 사용되며, 그리고 제한하기 위함이 또한 아니다. 유사한 용어는 상세한 설명 전반에 걸쳐서 유사한 요소를 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "갖춘(having)", "갖는(containing)", "포함하는(including)", "구비하는(comprising)" 등은 기술된 요소 또는 특징의 존재를 표시하지만, 추가적인 요소 또는 특징을 배제하지 않는 개방형 용어이다. 문맥이 명백히 달리 표시하지 않는 한, 관사 "a", "an" 그리고 "the"는 단수와 마찬가지로 복수를 포함하기 위함이다.
특별하게 달리 언급되지 않는 한, 본 명세서에 기술된 다양한 실시예의 특징은 서로 조합될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
비록 특정한 실시예가 본 명세서에 예시되고 기술되었지만, 다양한 대안 및/또는 등가 구현이 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 도시되고 기술된 특정한 실시예를 위해 대체될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 본 출원은 본 명세서에 논의된 특정한 실시예의 임의의 적응 또는 변화를 포함시키기 위함이다. 따라서, 본 발명이 본 발명의 청구범위와 그 등가물에 의해서만 제한되도록 하기 위함이다.

Claims (25)

  1. 도허티 증폭기 회로에 있어서,
    메인 증폭기와 상기 메인 증폭기와 동일한 크기의 피킹(peaking) 증폭기를 포함하는 대칭 도허티 증폭기 - 상기 대칭 도허티 증폭기는 상기 메인 증폭기와 상기 피킹 증폭기가 각각 포화일 때에는 피크 출력 전력에서 동작하고, 상기 메인 증폭기가 포화이고 상기 피킹 증폭기가 포화가 아닐 때에는 출력-백-오프(output-back-off; OBO)에서 동작하도록 구성됨 - 와,
    출력-백-오프(OBO)에서 상기 메인 증폭기에 보여지는 부하 임피던스와 상기 대칭 도허티 증폭기의 효율 두 가지 모두가 상기 피킹 증폭기의 출력에 위상 시프트의 함수로서 증가하도록 출력-백-오프(OBO)에서 상기 피킹 증폭기의 출력에 위상을 동적으로 시프트하도록 구성된 위상 시프트 회로를 포함하는
    도허티 증폭기 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 시프트 회로는 상기 메인 증폭기의 입력에 결합된 제1 위상 시프터와 상기 피킹 증폭기의 출력에 결합된 제2 위상 시프터를 포함하며, 상기 제1 위상 시프터 및 상기 제2 위상 시프터는 동일한 위상 시프트를 전하도록 구성되는
    도허티 증폭기 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 메인 증폭기 및 상기 피킹 증폭기를 부하에 결합하도록 구성된 도허티 조합기를 더 포함하며, 상기 위상 시프트 회로는 상기 도허티 조합기에 통합된 제3 위상 시프터를 더 포함하고, 상기 제1 위상 시프터 및 상기 제3 위상 시프터는 상기 제2 위상 시프터에 의해 제공된 위상 시프트와 동일한 조합된 위상 시프트를 제공하는
    도허티 증폭기 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 시프트 회로는 출력-백-오프(OBO)에서 10도 내지 60도만큼 상기 피킹 증폭기의 상기 출력에서 상기 위상을 시프트하도록 구성되는
    도허티 증폭기 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 시프트 회로는 출력-백-오프(OBO)에서 상기 대칭 도허티 증폭기의 최대-효율 동작점을 6dB 출력-백-오프(OBO)와 12dB 출력-백-오프(OBO) 사이에 있는 임의의 동작점으로 이동시키기에 충분한 도(degrees)의 범위에 걸쳐서 출력-백-오프(OBO)에서 상기 피킹 증폭기의 상기 출력에서 위상을 시프트하도록 구성되는
    도허티 증폭기 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 시프트 회로는 상기 피킹 증폭기의 출력에 연결된 위상 라인(phasing line)을 길게 하고 상기 메인 증폭기의 입력에 연결된 위상 라인을 길게 함으로써 출력-백-오프(OBO)에서 상기 피킹 증폭기의 출력에서 상기 위상을 시프트하도록 구성되는
    도허티 증폭기 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 위상 시프트 회로는 출력-백-오프(OBO)에서 10도 내지 60도만큼 상기 위상 라인을 길게 하도록 구성되는
    도허티 증폭기 회로.
  8. 메인 증폭기 및 상기 메인 증폭기와 동일한 크기의 피킹 증폭기를 포함하는 도허티 증폭기 회로를 동작시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 메인 증폭기와 상기 피킹 증폭기가 각각 포화일 때에는 피크 출력 전력에서 대칭 도허티 증폭기를 동작시키고, 상기 메인 증폭기가 포화이고 상기 피킹 증폭기가 포화가 아닐 때에는 출력-백-오프(OBO)에서 상기 대칭 도허티 증폭기를 동작시키는 단계와,
    상기 메인 증폭기에 의해 보여지는 부하 임피던스와 상기 대칭 도허티 증폭기의 효율 두 가지 모두가 상기 피킹 증폭기의 출력에 위상 시프트의 함수로서 출력-백-오프(OBO)에서 증가하도록 출력-백-오프(OBO)에서 상기 피킹 증폭기의 출력에서 위상을 동적으로 시프트하는 단계를 포함하는
    도허티 증폭기 회로의 동작 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    출력-백-오프(OBO)에서 상기 피킹 증폭기의 출력에서 위상을 시프트하는 단계는, 상기 피킹 증폭기의 출력에서 그리고 상기 메인 증폭기의 입력에서 동일한 위상 시프트를 전하는 단계를 포함하는
    도허티 증폭기 회로의 동작 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 메인 증폭기 및 상기 피킹 증폭기를 부하에 결합하는 도허티 조합기의 위상 라인으로 상기 동일한 위상 시프트를 전하는 단계를 더 포함하는
    도허티 증폭기 회로의 동작 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 피킹 증폭기의 출력에서 상기 위상은 출력-백-오프(OBO)에서 10도 내지 60도만큼 시프트되는
    도허티 증폭기 회로의 동작 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    출력-백-오프(OBO)에서 상기 피킹 증폭기의 출력에서 상기 위상은 출력-백-오프(OBO)에서 상기 대칭 도허티 증폭기의 최대-효율 동작점을 6dB 출력-백-오프(OBO)와 12dB 출력-백-오프(OBO) 사이에 있는 임의의 동작점으로 이동시키기에 충분한 도의 범위에 걸쳐서 시프트될 수 있는
    도허티 증폭기 회로의 동작 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    출력-백-오프(OBO)에서 상기 피킹 증폭기의 출력에서 위상을 시프트하는 단계는,
    상기 피킹 증폭기의 출력에 연결된 위상 라인을 길게 하는 단계와,
    상기 메인 증폭기의 입력에 연결된 위상 라인을 길게 하는 단계를 포함하는
    도허티 증폭기 회로의 동작 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 위상 라인은 출력-백-오프(OBO)에서 10도 내지 60도만큼 길어지는
    도허티 증폭기 회로의 동작 방법.
  15. 도허티 증폭기 회로에 있어서,
    제1 크기의 제1 증폭기 및 상기 제1 크기와 동일한 제2 크기의 제2 증폭기를 포함하는 대칭 도허티 증폭기 - 상기 대칭 도허티 증폭기는 상기 제1 증폭기와 상기 제2 증폭기가 각각 포화일 때에는 피크 출력 전력에서 동작하고, 상기 제1 증폭기가 포화이며 상기 제2 증폭기가 포화가 아닐 때에는 출력-백-오프(OBO)에서 동작하도록 구성됨 - 와,
    출력-백-오프(OBO)에서 상기 대칭 도허티 증폭기의 최대-효율 동작점이 상기 제1 증폭기에 의해 보여지는 전압 정재파 비(voltage standing wave ratio; VSWR)를 변화시킴으로써 6dB 출력-백-오프(OBO)와 12dB 출력-백-오프(OBO) 사이에 있는 임의의 동작점으로 이동할 수 있도록 상기 제1 증폭기에 의해 보여지는 상기 전압 정재파 비(VSWR)를 동적으로 제어하도록 구성된 회로를 포함하는
    도허티 증폭기 회로.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 회로는 상기 제1 증폭기에 의해 보여지는 상기 전압 정재파 비(VSWR)가 출력-백-오프(OBO)에서 증가하도록 출력-백-오프(OBO)에서 상기 제2 증폭기의 출력에서 위상을 시프트하도록 구성된 위상 시프터를 포함하는
    도허티 증폭기 회로.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 위상 시프터는 10도 내지 60도만큼 출력-백-오프(OBO)에서 상기 제2 증폭기의 출력에서 상기 위상을 시프트하도록 구성되는
    도허티 증폭기 회로.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 위상 시프터는 상기 제2 증폭기의 출력에 연결된 위상 라인을 길게 함으로써 출력-백-오프(OBO)에서 상기 제2 증폭기의 출력에서 상기 위상을 시프트하도록 구성되는
    도허티 증폭기 회로.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 위상 시프터는 10도 내지 60도만큼 출력-백-오프(OBO)에서 상기 위상 라인을 길게 하도록 구성되는
    도허티 증폭기 회로.
  20. 제1 크기의 제1 증폭기 및 상기 제1 크기와 동일한 제2 크기의 제2 증폭기를 포함하는 도허티 증폭기 회로를 동작시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 제1 증폭기와 상기 제2 증폭기가 각각 포화일 때에는 피크 출력 전력에서 대칭 도허티 증폭기를 동작시키고, 상기 제1 증폭기가 포화이고 상기 제2 증폭기가 포화가 아닐 때에는 출력-백-오프(OBO)에서 상기 대칭 도허티 증폭기를 동작시키는 단계와,
    출력-백-오프(OBO)에서 상기 대칭 도허티 증폭기의 최대-효율 동작점이 상기 제1 증폭기에 의해 보여지는 전압 정재파 비(VSWR)를 변화시킴으로써 6dB 출력-백-오프(OBO)와 12dB 출력-백-오프(OBO) 사이에 있는 임의의 동작점으로 이동할 수 있도록 상기 제1 증폭기에 의해 보여지는 상기 전압 정재파 비(VSWR)를 동적으로 제어하는 단계를 포함하는
    도허티 증폭기 회로 동작 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제1 증폭기에 의해 보여지는 상기 전압 정재파 비(VSWR)를 동적으로 제어하는 단계는, 상기 제1 증폭기에 의해 보여지는 상기 전압 정재파 비(VSWR)가 출력-백-오프(OBO)에서 증가하도록 출력-백-오프(OBO)에서 상기 제2 증폭기의 출력에서 위상을 시프트하는 단계를 포함하는
    도허티 증폭기 회로 동작 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제2 증폭기의 출력에서 상기 위상은 출력-백-오프(OBO)에서 10도 내지 60도만큼 시프트되는
    도허티 증폭기 회로 동작 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    출력-백-오프(OBO)에서 상기 제2 증폭기의 출력에서 위상을 시프트하는 단계는, 상기 제2 증폭기의 출력에 연결된 위상 라인을 길게 하는 단계를 포함하는
    도허티 증폭기 회로 동작 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 위상 라인은 출력-백-오프(OBO)에서 10도 내지 60도만큼 길어지는
    도허티 증폭기 회로 동작 방법.
  25. 도허티 증폭기 회로에 있어서,
    메인 증폭기와 피킹 증폭기를 포함하는 도허티 증폭기 - 상기 도허티 증폭기는 상기 메인 증폭기와 상기 피킹 증폭기가 각각 포화일 때에는 피크 출력 전력에서 동작하고, 상기 메인 증폭기가 포화이고 상기 피킹 증폭기가 포화가 아닐 때에는 출력-백-오프(OBO)에서 동작하도록 구성됨 - 와,
    상기 메인 증폭기에 의해 보여지는 부하 임피던스와 상기 도허티 증폭기의 효율 두 가지 모두가 상기 피킹 증폭기의 출력에 위상 시프트의 함수로서 출력-백-오프(OBO)에서 증가하도록 출력-백-오프(OBO)에서 상기 피킹 증폭기의 출력에서 위상을 동적으로 시프트하도록 구성된 위상 시프트 회로를 포함하는
    도허티 증폭기 회로.
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