KR101581526B1 - 광대역 고효율성 증폭기 시스템 - Google Patents

광대역 고효율성 증폭기 시스템 Download PDF

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Abstract

기저대역 입력신호를 나타내는 변조된 라디오 주파수(RF) 출력신호를 발생시키기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 디지타이저(12)는 기저대역 입력신호를 샘플링하고 그리고 신호 진폭의 스케일링된 선형 함수를 나타내는 N-비트 2진 디지털 신호를 생성하도록 구성된다. RF 신호원(22)은 RF 반송파 신호를 생성하도록 구성된다. N개의 증폭기 경로(16-18) 각각은 입력으로서 RF 반송파 신호를 수신하고 대응하는 출력 RF 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 증폭기를 포함한다. N개의 증폭기 경로(16-18)의 각각과 연관된 증폭기(108-112)는 디지털 신호의 대응하는 비트가 제 1 값을 상정할 때만 활성이다. 파워 결합기 조립체(20)는 변조된 RF 출력신호를 전달하도록 N개의 증폭기 경로(16-18)의 출력을 결합하도록 구성된다.

Description

광대역 고효율성 증폭기 시스템{BROADBAND HIGH EFFICIENCY AMPLIFIER SYSTEM}
본 발명은 라디오 주파수(RF) 통신 시스템에 관한 것이고 그리고 특히 RF 신호의 높은 파워 증폭을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전자 증폭기는 신호의 파워를 증가시키기 위한 디바이스이다. 일반적으로, 증폭기는 제공된 파워 서플라이로부터 에너지를 출력하고 그리고 더 큰 진폭과 입력신호의 연관된 형상을 일치시키도록 출력을 제어한다. 많은 유형의 전자 증폭기가 있고, 그리고 그들은 라디오 및 텔레비전 송신기 및 수신기, 하이-파이 스테레오 장비, 마이크로컴퓨터 및 다른 전자 디지털 장비, 및 오디오 증폭기에서 흔히 사용된다.
본 발명의 목적은 라디오 주파수(RF) 통신 시스템 그리고 특히 RF 신호의 높은 파워 증폭을 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라, 기저대역 입력신호를 나타내는 변조된 라디오 주파수(RF) 출력신호를 발생시키기 위한 시스템이 제공된다. 디지타이저는 기저대역 입력신호를 샘플링하고 신호 진폭의 스케일링된 선형 함수를 나타내는 N-비트 디지털 신호를 생성하도록 구성된다. RF 신호원은 RF 반송파 신호를 생성하도록 구성된다. N개의 증폭기 경로는 입력으로서 RF 반송파 신호를 수신하고 대응하는 출력 RF 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 증폭기를 각각 포함한다. N개의 증폭기 경로의 각각과 연관된 증폭기는 디지털 신호의 대응하는 비트가 제 1 값을 상정할 때만 활성이다. 파워 결합기 조립체는 변조된 RF 출력신호를 전달하도록 복수의 증폭기 경로의 출력을 결합하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라서, 기저대역 입력신호를 나타내는 변조된 라디오 주파수(RF) 출력신호를 발생시키기 위한 방법이 제공된다. 기저대역 입력신호의 샘플은 기저대역 입력신호의 진폭을 나타내는 N-비트 디지털 신호를 제공하도록 디지털화된다. RF 반송파 신호는 N개의 증폭기 조립체의 각각에 제공된다. N개의 증폭기 조립체의 각각은 N-비트 워드 내의 대응하는 비트값에 따라서 작동되고, 그래서 주어진 증폭기 조립체는 연관된 비트가 제 1 값을 상정할 때 활성이고 그리고 연관된 비트가 제 2 값을 상정할 때 뮤트이다. N개의 증폭기 조립체의 출력은 변조된 RF 출력신호를 구성하도록 결합된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라서, 기저대역 입력신호를 나타내는 변조된 라디오 주파수(RF) 출력신호를 발생시키기 위한 시스템이 제공된다. 디지타이저는 기저대역 입력신호를 샘플링하도록 구성되고 신호 진폭의 선형 함수를 나타내는 디지털 신호를 생성하도록 구성된다. RF 신호원은 RF 반송파 신호를 생성하도록 구성된다. 복수의 증폭기 조립체는 입력으로서 RF 반송파 신호를 수신하고 그리고 디지털 신호의 대응하는 비트가 제 1 값을 상정할 때만 RF 반송파 신호를 증폭시키도록 구성된 적어도 하나의 증폭기를 각각 포함한다. 파워 결합기 조립체는 변조된 RF 출력신호를 제공하도록 복수의 증폭기 조립체의 출력신호를 결합하도록 구성된다. 파워 결합기 조립체는 직렬로 이어지는 하이브리드 결합기의 격리 포트에 결합되는, 직렬인 최종 하이브리드 결합기와는 달리, 직렬인 각각의 하이브리드 결합기의 출력 포트를 갖는, 일련의 하이브리드 결합기를 포함한다.
본 발명에 따른 시스템은 클래스 C에서 바이어스되고 포화 상태에서 또는 그 부근에서 작동하는 파워 증폭기의 사용에 훨씬 많은 시간을 허용하여, 시스템의 효율성을 크게 증가시킨다. 본 발명에 의해, 고효율성, 높은 파워 진폭 변조기가 3dB 하이브리드 결합기의 대역폭만큼 넓은 주파수 범위를 가로질러 작동할 수 있다.
본 발명의 앞서 언급된 그리고 다른 특징은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 이어지는 설명을 고려할 때 본 발명에 관련된 해당 기술분야의 당업자에게 명백해질 것이고, 여기서:
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 증폭기 시스템의 기능 블록도이고;
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 증폭기 시스템의 예시적인 실시예를 도시하며;
도 4는 도 2 및 도 3의 시스템의 한 실시예의 기술적 특성을 도시하는 도표이고;
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 시스템의 예시적인 실시예로서, 증폭기 스테이지 및 신호 결합기를 포함하는, 후방 단부를 도시하며;
도 6은 본 발명의 일 측면에 따른 시스템에서 사용될 수 있는 증폭기의 일 실시예를 도시하고; 그리고
도 7은 기저대역 입력신호로부터 증폭된 라디오 주파수(RF) 신호를 제공하기 위한 방법의 일 실시예를 도시한다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 증폭기 시스템(10)의 기능 블록도이다. 시스템(10)은 기저대역 신호원(14)으로부터 기저대역 입력신호를 수신하도록 구성된 신호 디지타이저(12)를 포함하고 그리고 기저대역 입력신호의 진폭의 스케일링된 선형 함수를 나타내는 N-비트 디지털 신호를 생성하도록 주어진 샘플링 주파수를 갖는 신호의 진폭 샘플을 획득한다. 이러한 문맥에서, N은 1보다 더 큰 정수이다. 예를 들어, 신호 디지타이저(12)는 요구되는 샘플링 비율에서 디지털 신호를 제공하도록 구성된 하나 이상의 아날로그 디지털 변환기(ADC) 조립체를 포함할 수 있다.
신호 디지타이저(12)는 디지털 도메인에서 실행된 선형 변성기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 변성기는 DC 성분을 부가하고 그리고/또는 신호의 기호를 변경하는 것과 같은, 특정 진폭 변조 유형을 수용하도록 기저대역 입력신호의 샘플링된 진폭 상에 선형 함수를 적용한다. 따라서 디지털 신호가 영이 아닌 선형 계수를 갖는 기저대역 입력신호의 임의의 선형 함수를 나타낼 수 있다는 것이 인지될 수 있다.
시스템은 각각이 신호 디지타이저에 의해 생성된 디지털 신호의 하나의 비트와 연관된, N개의 증폭기 경로(16-18)를 더 포함한다. 하나의 실행에서, 각각의 증폭기 경로(16-18)는 이산 RF 위상 시프터, RF 스위치 및 증폭기 경로를 포함한다. 각각의 복수의 이산 위상 시프터는 증폭기 경로의 연관된 비트보다 더 유효한 비트값에 따라 연관된 증폭기 경로에 전달된 RF 반송파 신호에 각각의 위상 시프트 값을 선택적으로 적용할 수 있다. 따라서, 본 실행에서, 전용 데이터 버스는 각각의 이산 위상 시프터에 제공된 N-비트 2진 엔빌로프 시퀀스에서 모든 유효 비트의 내용을 브로드캐스트한다.
각각의 RF 스위치는 특정 증폭기 경로와 연관되고 그리고 증폭기 경로와 연관된 N-비트 2진 엔빌로프 시퀀스로부터의 비트만을 수용한다. 연관된 비트가 제 1 값을 상정할 때마다, RF 스위치는 RF 신호를 RF 신호원으로부터 연관된 증폭기 조립체의 입력에 연결한다. 연관된 비트가 제 2 값을 상정할 때마다, RF 스위치는 연관된 증폭기 조립체의 입력으로부터 RF 신호를 연결해제하고 경로를 효과적으로 뮤트한다.
시스템은 각각이 예를 들어, 연관된 이산 값 위상 시프터 및 RF 스위치를 통해 전달된, 연관된 RF 반송파원(22)으로부터 라디오 주파수(RF) 반송파 신호를 수신하는, 복수의 증폭기 경로(16-18)를 더 포함한다. 주어진 증폭기 경로(16-18)는 적합한 신호 분배기 및 결합기(미도시)를 통해 연결된, 직렬로 또는 병렬로 연결된 다중 증폭기 스테이지를 포함할 수 있다는 것이 인지될 것이다. 주어진 증폭기 경로(16-18)와 연관된 증폭기는 양극성 접합 트랜지스터(BJT), 금속-산화 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 또는 전자 튜브와 같은 활성 RF 파워 발생 디바이스를 각각 포함할 수 있다.
주어진 시간에서 활성인 증폭기 경로(16-18)의 각각은 신호 결합기(20)에 RF 출력신호를 제공한다. 신호 결합기(20)는 필수적으로 2진 엔빌로프 시퀀스의 스케일링된 복제인 진폭 변조를 갖는 출력신호를 전달하도록 복수의 증폭기 경로(16-18)의 출력을 결합한다. 하나의 실행에서, 신호 결합기 조립체(20)는 제 1 하이브리드 결합기의 격리 포트에 연결된 제 1 증폭기 경로(16)의 출력, 제 1 하이브리드 결합기의 대응하는 관통(through) 및 결합된 포트에 연결된 제 2 증폭기 경로(17)의 2개의 출력을 갖는, 일련의 하이브리드 결합기를 포함할 수 있다. 제 1 하이브리드 결합기의 출력은 제 2 하이브리드 결합기의 대응하는 관통 및 결합된 포트에 연결된 제 3 증폭기 경로로부터 2개의 출력을 갖는, 다음의 하이브리드 결합기의 격리 포트에 연결될 수 있다. 이러한 배열은 최종 하이브리드 결합기가 격리 포트에서 이전의 증폭기 경로의 결합된 출력신호를 수신하고, 관통 및 결합된 포트에서 최종 증폭기 경로(18)로부터 출력할 때까지 계속될 수 있다. 도 2 및 도 3에 구체적으로 도시된, 일 실시예에서, 제 1 증폭기 조립체(16) 이후의 각각의 증폭기 경로(17-18)는 이전의 증폭기 경로에 의해 전달된 RF 신호의 두 배의 전압 레벨을 갖는 RF 신호를 제공하도록 구성된다. 따라서, 신호 결합기(20)로부터의 출력신호는 2진 직렬으로부터 2N 전압값 중 어느 하나 상에서 취할 수 있고
Figure 112014003096210-pat00001
, 여기서 N은 2진 엔빌로프 시퀀스의 크기와 등가인, 증폭기 경로의 수이고, 그리고 V1은 제 1 증폭기 경로에 의해 발생된 출력 RF 신호의 전압이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 각 증폭기 경로의 작동 상태가 신호 디지타이저(12)에 의해 시스템의 내부에 분배된 N-비트 2진 시퀀스에서의 값에 의해 제어된다. 제 1 증폭기 조립체의 작동 상태는 2진 시퀀스에서 최소 유효 비트(LSB)값에 의해 제어된다. 제 2 증폭기 조립체의 작동 상태는 2진 시퀀스에서 제 2 최소 유효 비트값에 의해 제어되고, 그리고 그렇게 계속된다. 따라서, 이어지는 논의에서, 각 증폭기 경로(16-18)는 할당된 유효 비트에 의해 참조될 수 있다. 예를 들어, 제 1 증폭기 경로(16)는 LSB 증폭기 경로로서 참조될 수 있고 그리고 마지막 증폭기 조립체 경로는 최대 유효 비트(MSB) 증폭기 경로로서 참조될 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 측면에 따라서 높은 파워 및 고효율성 진폭 변조된 RF 신호를 발생시키기 위한 시스템의 예시적인 실시예를 도시한다. 도시된 시스템은 RF 주파수를 작동시키는 광범위에 걸쳐 진폭 변조된 RF 신호를 제공하도록 사용될 수 있다. 고효율성 작동은 클래스 C에서 바이어스된 RF 파워 트랜지스터를 사용하는 것에 의해 달성되고 그리고 작동시에 전압 포화 모드로 구동된다. 복수의 파워 증폭기는 일련의 증폭기 조립체로 배열되고 그리고 RF 반송파 신호를 증폭시키도록 사용되며, 각각의 파워 증폭기는 RF 파워 트랜지스터 및 회로에 일치하는 입력 및 출력을 형성하도록 배열된 구성요소를 포함한다. 각 증폭기 조립체의 출력은 진폭 변조된 출력신호를 구성하도록 출력 파워 결합기의 하나 이상의 대응하는 포트에 결합된다.
도 2는 증폭기 경로를 선택적으로 활성화하도록, 기저대역 신호 진폭에 기초해서, 복수의 증폭기 경로의 각각에 제공된 반송파 신호 및 디지털 신호 모두를 제공하는 도시된 시스템의 전방 단부(30)를 도시한다. RF 반송파원(32)은 주파수 업컨버터(36)에서 기저대역 신호원(34)으로부터 기저대역 입력신호를 수신하고, 여기서 신호는 요구되는 RF 주파수로 변환된다. 그런 후에 RF 신호는 원치않는 변조 생성물을 제거하도록 요구되는 반송파 주파수 주위로 대역통과 필터(BPF)(38)에서 필터링되고 그리고 신호로부터 임의의 잔여 진폭 변조를 제거하도록 요구되는 엔빌로프를 넘는 신호를 감쇄시키는 진폭 리미터(39)에 제공된다. 결과 RF 반송파 신호는 A 지점에서, 도 3의 후방 단부에 제공된다.
신호 디지타이저(40)는 아날로그 디지털 변환기에서 선택된 샘플 비율에서 기저대역 입력신호를 샘플링하고 그리고 각각이 RF 신호의 순시 엔빌로프를 나타내는, N-비트 디지털 워드의 2진 엔빌로프 시퀀스를 생성하며, 여기서 N은 1보다 더 큰 정수이다. 도시된 실행에서, N-비트 디지털 워드의 시퀀스는 아날로그 디지털 변환기(42)에서 생성되고 그리고 기저대역 신호 진폭의 선형 함수를 나타내는 2진 엔빌로프 시퀀스를 제공하도록 선형 변환(44)에서 수정된다. 이러한 선형 함수는 어플리케이션에 따라서, 오프셋 값은 물론, 음 또는 양일 수 있는, 오프셋에 적용된 선형 계수를 포함할 수 있다는 것이 인지될 수 있다. 하나의 실행에서, 디지털 신호가 수정없이 기저대역 신호 진폭을 나타내는 바와 같이, 선형 계수는 일이고 오프셋은 영이다. 결과 N-비트 디지털 신호는 B지점으로 도 2에 도시된 바와 같이, 전용 데이터 버스를 통해 증폭기 조립체에 브로드캐스트된다.
N-비트 디지털 신호는 시스템의 출력이 N-비트 디지털 신호의 정확한 표현인 것을 보장하는 선형성 정정기(46)에도 제공된다. C지점으로 표현된, 증폭기 시스템의 출력신호의 샘플이 기저대역 주파수로 시스템 출력의 제공된 표현을 다운컨버트하도록 RF 복조기(48)에 제공된다. 다운컨버트된 신호는 다운컨버트된 신호의 디지털 표현을 생성하도록 아날로그 디지털 변환기(49)에 제공된다. 이러한 디지털 표현은 시스템 출력이 N-비트 디지털 신호의 정확한 복제인 진폭 변조를 가지는 것을 보장하도록 선형성 정정기에서 N-비트 디지털 신호와 비교된다. 복수의 증폭기 경로에 의해 도입된 임의의 비-선형성은 이러한 비교에 따라 각각의 경로에 제공된 공급 전압을 변경하는 것에 의해 다루어질 수 있다.
도 3은 복수의 증폭기 경로(52-56)와 복수의 증폭기 경로의 출력을 결합하기 위한 파워 결합기(58)를 포함하는 도 2 및 도 3의 예시적인 시스템의 후방 단부(50)를 도시한다. N개의 증폭기 경로(52-56)의 각각에는 도 2의 신호 디지타이저(40)에서 제공되고 도 3에 A 지점으로서 표현되는, N-비트 디지털 신호에서 각각의 값이 제공되고, 그리고 그것은 N-비트 디지털 신호에서 비트와 연관된다. 예를 들어, 제 1 증폭기 경로(52)는 최소 유효 비트(LSB)와 연관될 수 있고, 제 2 증폭기 경로(53)는 다음 비트와 연관될 수 있으며, 그리고 그렇게 계속되고, 최대 유효 비트(MSB)는 Nth 증폭기 경로(56)와 연관된다. 각각의 증폭기 경로(52-56)와 연관된 비트가 각각의 증폭기 경로에서 각각의 RF 스위치(60-64)를 제어하도록 사용된다. 주어진 증폭기 경로(52-56)와 연관된 비트가 제 1 값 상에서 취해질 때(예, "1"), 연관된 RF 스위치(60-64)가 RF 신호를 증폭기 경로와 연관된 증폭기 조립체(66-70)의 입력에 전달하는 것이 가능해진다. 증폭기 경로(52-56)와 연관된 비트가 제 2 값 상에서 취해질 때(예, "0"), RF 스위치(60-64)는 가능해지지 않고, 증폭기 조립체(66-70)는 뮤트이다.
각각의 증폭기 경로(52-56)에 대한 입력이 도 2의 RF 반송파원(32)에서 발생된 RF 반송파 신호로서 공급되고, 도 3에 B 지점으로 표현된다. 도시된 실행에서, RF 반송파 신호는 마지막 N-1 증폭기 경로(53-56)와 연관된 다양한 연속 위상 시프터(70-73)에 의해 지연될 수 있다. 연속 위상 시프터(70-73)의 목적은 결과적인 증폭기 경로 사이에 적합한 위상 지연을 제공하는 것이다. 지연은 증폭기 경로(52-56) 사이의 전파 지연에 따르도록 요구된다. 적합한 보상 지연을 도입하는 것은 파워 결합기(58)의 각각의 결합 스테이지의 출력에서 동상으로 결합하도록 증폭기에 의해 발생된 RF 신호를 위한 위상 조건을 제공하는 것을 돕는다. 연속 위상 시프터(70-73)에 의해 제공된 위상 지연은 시스템이 다른 주파수에서 작동하는 것을 허용하도록 조절될 수 있다는 것이 인지될 수 있다.
제 1의 N-1 증폭기 경로(52-55)의 각각은 증폭에 앞서 RF 반송파 신호에 또 다른 지연을 제공하도록 이산 RF 위상 시프터(74-77)를 더 포함한다. 이산 RF 위상 시프터(74-77)의 각각은 유사하고 그리고 파워 결합기(58)의 결합 경로에서 하류에 위치된 증폭기 조립체(67-70)의 출력으로부터 반사된 RF 신호의 이산 위상 변경에 따라 주어진 증폭기 경로(52-55) 내에 주어진 RF 신호에 대한 위상 시프트를 실행하도록 역할한다.
위상 변경은 이들 하류 증폭기 조립체(67-70)가 뮤트로부터 활성으로 그리고 다시 뮤트로 상태를 변경할 때 발생한다. 그러므로 각각의 하류 증폭기 조립체(67-70)는 대응하는 위상 변경값으로 특징화된다. 각각의 이산 위상 시프터는:
Figure 112014003096210-pat00002
과 같이 위상 시프트 값
Figure 112014003096210-pat00003
을 실행하도록, 각각의 증폭기 조립체와 연관된 부분 집합 또는 전부로 프로그램될 수 있고 여기서 N은 2진 워드의 크기이고, n은 주어진 증폭기 경로와 연관된 유효 비트의 순차적 값이며,
Figure 112014003096210-pat00004
는
Figure 112014003096210-pat00005
증폭기 조립체와 연관된 위상 변경값이며, 그리고 δi는
Figure 112014003096210-pat00006
범위 내의
Figure 112014003096210-pat00007
비트값이다.
달리 말해서, 주어진 비트 δi=1이면, 대응하는 위상 시프트가 합계에 더해진다. 비트 δi=0이면 위상 변경은 합계로부터 제거된다. 따라서, 제 1 증폭기 경로(52)와 연관된, 제 1 위상 시프터(74)는 제 1의 것에 이어지는 (N-1) 증폭기 조립체에 속하는 (N-1) 다른 위상 시프트 값의 조합을 적용할 수 있다. (N-1)st 증폭기 경로(55)에 속하는 위상 시프터는 단지 하나의 위상 시프트 값
Figure 112014003096210-pat00008
을 가질 수 있고, 여기서 δN은 MSB의 2진 비트값이다. 인지될 수 있는 바와 같이, MSB는 작동 동안 0과 1 사이에 시프트하고, 이전의 (N-1) 증폭기 경로 내부의 위상 시프트 값에 영향을 미칠 것이다. 이것을 용이하게 하도록, 전체 N-비트 워드 시퀀스가 증폭기 경로(52)의 각각에 전용 버스를 통해 제공될 수 있고 동시에 모든 위상 시프터에 의해 수신될 수 있다.
도시된 실시예에서, 파워 결합기(58)는 직렬로 연결된 복수의 하이브리드 결합기로부터 형성되고, 각각의 하이브리드 결합기의 출력은 이어지는 하이브리드 결합기의 격리 포트에 결합되며, 그리고 직렬인 최종 하이브리드 결합기의 출력은 C 지점으로서 여기에 나타난, 시스템의 출력을 제공한다. 이러한 실행에서, 제 1 증폭기 조립체(66)는 파워 결합기(58)를 포함하는 직렬의 하이브리드 결합기의 제 1 하이브리드 결합기의 격리 포트에 출력을 제공하는 파워 증폭기를 포함한다. 제 2 증폭기 조립체(67)는 제 1 하이브리드 결합기의 관통 및 결합된 포트 중 하나에 출력을 각각 제공하는 2개의 파워 증폭기를 포함한다.
제 1 증폭기 조립체(66)와 연관된 파워 증폭기는 포화 상태에서 작동될 때, 제 1 출력 전압, V1을 제공하도록 구성된다. 제 2 증폭기 조립체(67)와 연관된 2개의 파워 증폭기의 각각은 포화 상태에서 작동될 때,
Figure 112014003096210-pat00009
과 등가인 출력 전압을 발생시키도록 구성된다. 제 2 증폭기 조립체(67)가 활성일 때, 그것은 제 1 하이브리드 결합기의 출력에 진폭 2V1을 갖는 RF 신호를 공여한다. 따라서, 파워 결합기(58) 내의 제 1 하이브리드 결합기는 제 1 증폭기 조립체(44)와 제 2 증폭기 조립체 중 어느 하나 또는 모두에 의해 발생된, 4개의 전압 레벨(0, V1, 2V1, 또는 3V1) 중 하나를 전달할 수 있다. 이들 전압 레벨은 디지털화된 기저대역 입력신호의 2개의 최소 유효 비트를 나타낸다.
하이브리드 결합기 및 연관된 증폭기 조립체에 의해 나타나는, 매 이어지는 결합 스테이지는 추가적인 전압 레벨을 제공한다. 구체적으로, 연관된 (r+1)th 증폭기 조립체와 조합해서, 파워 결합기(58)에서 rth 하이브리드 결합기는 시스템 출력에 대해 추가적인 2r 동일하게 이격된 전압 레벨을 갖는 RF 신호를 제공한다. 예를 들어, 3개의 RF 증폭기 경로와 2개의 결합 스테이지를 갖는 시스템은 8개의 동일하게 이격된 출력 전압 레벨을 갖는 출력 RF 신호를 제공하고, 여기서 제 1의 2개의 증폭기 경로는 4개의 출력 레벨을 제공하고 모두 3개의 증폭기 경로의 조합은 추가적인 4개의 출력 레벨을 제공한다. 4개의 증폭기 조립체와 3개의 결합 스테이지를 갖는 시스템은 16개의 출력 전압 레벨을 갖는 출력 RF 신호를 제공하고, 여기서 제 1의 2개의 증폭기 경로는 4개의 출력 레벨을 제공하고, 제 1의 2개의 증폭기 경로와 조합한 제 3 증폭기 경로는 4개의 추가적인 출력 레벨을 제공하고, 그리고 모두 4개의 증폭기 경로의 조합은 8개의 추가적인 출력 레벨을 제공한다. 모든 전압 레벨은 V1의 정수 배수이다. 따라서, 매 새로운 증폭기 조립체는 추가적인 2진 비트를 나타낸다.
2진 시퀀스를 뒤따르고 이전 스테이지의 전압 레벨의 2배를 전달할 수 있도록, 매 추가적인 증폭기 조립체는 이전 경로 증폭기에서 사용된 병렬로 작동하는 RF 파워 디바이스의 수의 4배를 포함하거나 또는 병렬로 작동하는 더 적은 수의 대응하게 더 큰 강력한 디바이스를 가져야만 한다. 예를 들어, 제 1 증폭기 조립체에서 파워 증폭기가 출력 스테이지에서 하나의 트랜지스터를 포함한다면, 그때 제 2 증폭기 조립체에서 각각의 출력 파워 증폭기는 병렬로 작동하는 2개의 트랜지스터를 포함해야만 하고, 제 3 증폭기 조립체에서 각각의 출력 파워 증폭기는 병렬로 작동하는 8개의 트랜지스터를 포함해야만 하며, 그리고 제 4 증폭기 조립체에서 각각의 출력 파워 증폭기는 병렬로 작동하는 32개의 트랜지스터를 포함해야만 한다. 트랜지스터는 동상 또는 이상 결합기 중 어느 하나를 사용하여 병렬로 연결될 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 각각의 이산 위상 시프터(74-77)는 각각의 증폭기 경로
Figure 112014003096210-pat00010
와 연관된 개별적인 위상 시프트 값을 기억하도록 프로그램된다. 이들 개별적인 위상값은 결합 경로 아래로 전파하는 이전 증폭기 경로에 의해 발생된 RF 신호의 위상이 다음의 증폭기 조립체 출력으로부터 반사될 때 각각의 증폭기 경로 특징화 과정동안 측정된다. 반사된 RF 신호의 위상은 조우된 증폭기 조립체의 작동 상태에 따라 변한다. 증폭기가 뮤트 모드로부터 전압 포화 모드로 스위칭할 때 발생하는 반사된 신호 위상 시프트(이상적으로 180°)는 작동 주파수 범위를 가로질러 측정되고 각각의 이산 위상 시프터에 저장된다. 이것을 반영하도록, 위상값은 위의 [수학식 1]에 도시된 바와 같이, 도 2의 신호 디지타이저(40)로부터 전용 데이터 버스를 통해 위상 시프터에 의해 수신된 특정 유효 비트와 연관된다. 총 위상 시프트는 변조 엔빌로프 진폭의 함수로서 결정되고 그리고 샘플링 시퀀스를 따르는 각각의 엔빌로프 값에 대해 실행된다.
이산 RF 위상 시프터(74-77)는 대응하는 출력신호가 증폭되고, 그리고 복수의 출력 결합기를 통한 전파 후에 다른 증폭기 경로로부터 RF 신호와 동상으로 시스템 출력에 도달하는 바와 같이 작동된다. 각 증폭기 조립체에 의해 발생된 RF 신호의 전파 경로는 조우된 증폭기 조립체의 출력으로부터 RF 신호를 반사하는 것을 포함하고, 따라서 시스템 출력의 최대 유효 비트를 나타내는 활성 증폭기 조립체는 적용되는 어떠한 위상 시프트도 갖지 않을 것이다. 반사 위상은 조우된 증폭기의 작동 상태에 의존한다. 이상적으로 비활성 또는 뮤트 증폭기 출력으로부터 반사된 신호는 포화된 증폭기 출력으로부터 반사된 신호와 이상(out-of-phase)이다. 이러한 위상 변경에 따라 이전의 유효 비트 증폭기에 의해 발생된 신호는 다음의 더 높은 유효 비트 증폭기가 작동할 때마다 180°이상(out-of-phase)으로 대응하게 미리 시프트된다. 이것은 시스템 출력에 동상으로 전파하도록 더 낮은 비트 및 더 높은 비트 증폭기 모두에 의해 발생된 신호에 대해 필요한 조건을 제공할 수 있다. 뮤트와 작동 포화된 증폭기 출력 사이의 반사각에서의 차이로 인해 위상 시프트의 실제값은 일반적으로 180°보다 더 작다. 그것은 RF 파워 발생 디바이스의 기생 파라미터, 출력 일치 회로 및 작동의 주파수에 대해 구체적이다. 대응하게, 위상 시프트 정정은 180°보다 더 작다.
증폭기 조립체 출력의 효율적인 조합을 제공하는 것에서 이산 위상 시프터(74-77)의 사용을 더 잘 이해하기 위해서, 제 2 증폭기 조립체(67)의 출력에서 발생된 RF 신호를 갖는 제 1 증폭기 조립체(66)에 의해 발생된 RF 신호의 상호작용을 실시하는 것은 교훈적이다. 제 1 증폭기 조립체(66)가 뮤트라면, 임피던스 Z2 _ 0는 제 2 증폭기 조립체(67)에서 파워 증폭기의 출력에서의 공칭 부하 임피던스이다.
충분하게 높은 입력 RF 신호로 구동될 때, 제 2 증폭기 조립체(67)에서 활성 디바이스는 전압 포화 모드에 돌입한다. 출력 RF 신호의 진폭은 최대값으로 성장하고 파워 공급 전압에 의해 제한되어 진다. 그 순간에, 출력신호의 진폭은 더 이상 증가하지 않고 증폭기의 효율성은 그 최고점에 도달한다. 전압 포화 모드에서의 또는 그것에 근접한 디바이스 작동이 가장 효율적이라는 것이 인지될 수 있다.
전압 포화 모드에서의 RF 파워 디바이스는 전압원에 접근하고 그러한 바와 같이 낮은 출력 임피던스를 나타낸다. 그러므로, 파워 증폭기의 내부에 위치된 RF 파워 증폭 디바이스의 출력신호의 진폭이 파워 공급 전압에 의해 결정된 전압 한계에 도달할 때, 제 2 증폭기 조립체에서의 각각의 증폭기는 RF 전압원으로서 간주될 수 있다.
전압 포화된 모드에서 파워 MOSFET 출력 임피던스의 일반적인 값은 이러한 디바이스의 출력에서 나타난 부하 임피던스의 일반적인 값보다 훨씬 더 낮을 수 있다. 그렇기 때문에, 포화 모드에서 작동하는 디바이스는 고르게 양호한 전압원으로서 인정될 수 있다. 그러한 바와 같이, 디바이스는 2개의 중요한 특성을 나타낸다. 첫째로, 디바이스가 전압 포화 모드에 있을 때, 디바이스의 출력 포트에서 RF 전압의 진폭은 입력 RF 드라이브에 특히 민감하지 않고 파워 공급 전압에 의해 효율적으로 결정된다. 그러므로, 각각의 증폭기 조립체의 출력에서 RF 신호의 진폭은 대응하는 DC 파워 공급 전압을 설정하는 것에 의해 특정값에 대해 튜닝될 수 있다. 이들 DC 파워 공급 전압은 시스템의 선형 작동을 유지하도록 도 2의 선형성 정정기(46)에 의해 계속적으로 정제될 수 있다. 또한, 외부 전원으로부터 디바이스의 출력 포트로 인가된 RF 신호는 활성 디바이스 출력의 높은 반사 계수로 인해 다시 바운스될 것이다. 반사된 신호의 위상은 증폭기가 뮤트인지 또는 포화상태로 구동되는지 여부에 따른다.
후자의 특성은 제 1 증폭기 조립체(66)에 의해 발생된 RF 신호에 제 1 하이브리드 결합기의 출력 포트에서 제 2 증폭기 조립체(67)에 의해 발생된 신호와 동상으로 결합하고, 동시에, 증폭기 모두가 작동할 때 제 2 증폭기 조립체의 활성 디바이스 출력에서의 부하 임피던스를 감소시킬 기회를 제공한다. 이것을 위해, 제 1 증폭기 조립체(66)에 의해 공급된 신호의 위상은 제 1 신호가 제 2 증폭기에 의해 발생된 신호와 이상으로 제 2 증폭기 조립체(67)의 출력 스테이지에 포함된 활성 디바이스의 출력에 도달할 수 있도록 시프트될 수 있다.
이상적으로 제 1 RF 신호에 인가된 위상 단계는, 제 1 및 제 2 경로(52, 53) 모두가 작동할 때, 180°일 수 있다. 이러한 위상 단계는 유한 임피던스 소스에 의해 발생된 동일한 RF 신호가 전압원(포화 모드)과는 반대로 전류원(뮤트 모드)으로부터 반사될 때 발생된 차이에 대응한다. 2개의 반사된 RF 신호 사이의 대응하는 위상 차이는 180°일 수 있다. 그러므로, 모든 경우에 반사된 신호가 동일한 위상을 갖기를 원한다면 입사 신호 중 하나의 위상을 180°변경할 필요가 있다. 실제에서는, 컷-오프 모드에서 활성 디바이스의 출력은 전류원인 것과는 거리가 멀다. 그것은 고유한 기생 커패시턴스로 인해 강한 반응성 구성요소를 가진다. 결과적으로, 컷-오프 모드에서 뮤트된 활성 디바이스로부터 반사된 RF 신호의 위상은 0°와는 상당히 다를 수 있다. 이것은 180°보다 작은 포화된 모드와는 반대로 뮤트 모드에 있을 때 제 2 증폭기 출력으로부터 반사된 RF 신호의 위상 사이의 차이를 만든다. 디바이스 세부사항인 임의의 위상 단계
Figure 112014003096210-pat00011
를 도입했다. 제 1 및 제 2 증폭기 모두가 작동할 때 위상 단계가 제 1 RF 신호에 적용된다. 이것은 시스템 출력에서 동상으로 결합하도록 RF 신호 모두에 대한 조건을 생성한다.
위상 시프트를 적용하는 결과로서, 제 2 증폭기 조립체(67)의 활성 디바이스의 출력 포트에 존재된 부하 임피던스가 감소되고, 그것은 출력 스테이지가 전압 포화 모드에 머무는 동안 제 2 증폭기 출력 스테이지에 의해 발생된 RF 신호의 파워가 더 높아지는 것을 허용한다. 이것은 일부 추가 이득과 추가 파워 레벨 능력을 갖는 증폭기 드라이버 스테이지로 각각의 증폭기 경로를 구성하는 것에 의해 달성된다. 이 방식으로 드라이버 스테이지에 의해 발생된 RF 신호 레벨은 부하 임피던스가 강하할 때 전압 포화 모드에 남을 만큼 출력 증폭기 스테이지 동안 충분히 높다. 제 2 증폭기 조립체(67)의 출력 스테이지 내부의 각 활성 디바이스의 출력 포트에서 RF 전압의 레벨은 이러한 경험 동안 변하지 않는다. 결과적으로, 이러한 증폭기 경로(53)에 의해 발생된 출력 파워 레벨은 부하 임피던스 변경에 비례해서 역으로 성장한다. 이러한 부하 끌어당김 효과를 얻기 위해서, 제 1 증폭기 조립체(66)의 출력으로부터 RF 신호가 파워 결합기(58)의 제 1 하이브리드 결합기의 격리 포트에 인가된다.
양방향 3dB 90-도 하이브리드 분배기의 특징에 따라서, 신호는 제 2 증폭기 조립체(43)의 증폭기의 출력으로 전파하고, 그들 사이에 고르게 분배한다. 각각의 신호는 활성 디바이스의 출력 포트로 더 트래블링하고, 그리고 도시된 실행에서, 디바이스는 클래스 C에서 바이어스되며, 그러므로, 고출력 반사 계수를 가진다. 증폭기 모두는 동일하고 그러므로 동일한 반사 계수를 가진다. RF 신호 모두는 다시 반사하고 서로에 대해 90도 시프트된 위상을 갖는 출력 하이브리드 결합기의 대응하는 입력 포트에 도달한다. 3 데시벨의 특징을 고려할 때, 90도 하이브리드 결합기, 신호 모두는 하이브리드 결합기의 출력 포트로 트래블링하고 그곳에 재결합할 것이다. 하이브리드 결합기의 높은 지향성을 고려할 때, 미미하게 낮은 레벨 반사 신호가 제 1 증폭기 조립체(66)의 출력에 다시 전달된다. 각 파워 증폭기 내의 활성 디바이스의 출력 포트로 전파하는 것에 의해, 포트에 존재하는 부하 임피던스가 변경된다. 변경의 방향은 AD 출력 포트에서 2개의 상호작용하는 RF 신호 사이의 위상 관계에 의해 결정된다. 신호가 이상이면, 제 1 증폭기 경로(54)와 연관된 이산 위상 시프터(74)가 그들이 임피던스 강하임을 보장하도록 제어될 수 있다. 따라서, 제 2 증폭기 조립체(67)에 의해 전달된 출력 파워는 임피던스 강하에 비례해서 역으로 성장한다.
도 4는 제 2 증폭기 조립체(67)의 활성 디바이스의 출력 포트에 존재된, 부하 임피던스, Z2 상의 제 1 증폭기 RF 출력 전압, V1의 효과를 도시하는 도표(80)이다. 수직축(72)은 공칭 부하 임피던스, Z2 _0에 대한 Z2의 비율을 나타낸다. 수평축(74)은 제 2 증폭기 조립체(67)의 파워 증폭기의 포화 전압, V2 _ sat에 대한 제 1 증폭기 조립체(66)의 출력 전압, V1의 비율을 나타낸다. 수평축 상의 양의 값은 제 1 증폭기 조립체(66)의 출력신호가 제 2 증폭기 조립체에서 활성 디바이스의 출력 포트에서 제 2 증폭기 조립체(67)의 출력신호와 동상으로 전달된다는 것을 나타내는 반면에, 음의 값은 2개의 신호가 이상임을 나타낸다. 도 2의 시스템에 대한 둘 사이의 관계는 실선(76)으로 표시된다.
일반적으로, 포화 상태에서 작동할 때 활성 디바이스 출력 포트에 나타난, 부하 임피던스, Z2 _ sat는:
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와 같이 제 1 증폭기 조립체에 의해 발생된 RF 신호 전압, V1 및 제 2 증폭기 조립체의 포화 전압, V2 _ sat의 함수로서 표현될 수 있다.
도표로부터 보여질 수 있는 바와 같이, 활성 디바이스의 출력에서 부하 임피던스는 V1이
Figure 112014003096210-pat00013
와 등가일 때 대략적으로 공칭값의 절반으로 감소될 수 있다.
제 1 증폭기 조립체(66) 및 제 2 증폭기 조립체(67)에 제공된 반송파 신호에 인가된 위상 시프트는 2개의 증폭기 조립체에 의해 발생된 신호가 제 3 증폭기 조립체 내의 활성 디바이스의 출력 포트에서 제 3 증폭기 조립체(44)에 의해 발생된 신호와 이상으로 도달하는 바와 같이 선택될 수 있다. 이것은 N개의 증폭기 조립체(66-70)의 각각에 대해 계속될 수 있고, 그래서 기저대역 입력신호의 변환된 진폭을 나타내는 엔빌로프를 갖는 출력 RF 신호가 얻어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일측면에 따른 시스템의 예시적인 실시예로서, 증폭기 조립체(102-104) 및 신호 결합기(106)의 상세도(100)를 도시한다. 도시된 실시예에서, 본 발명의 일 측면에 따른 시스템 및 방법이 3개 이상의 증폭기 조립체로 확장될 수 있다는 것이 인지될 수 있음에도, 3개의 증폭기 조립체(102-104)가 단순화된 실시예를 제공하도록 사용된다.
도시된 실시예에서, 5개의 파워 증폭기(108-112)가 제 1 증폭기 조립체(102)와 연관된 증폭기(108), 제 2 증폭기 조립체와 연관된 2개의 증폭기(109, 110), 및 제 3 증폭기 조립체(104)와 연관된 2개의 증폭기(111, 112)를 포함하는 3개의 증폭기 조립체를 제공하도록 사용된다. 증폭기(108-112)는 RF 신호의 높은 파워 증폭을 위한 임의의 적합한 조립체를 포함할 수 있다는 것이 인지될 수 있다. 예를 들어, 각각의 증폭기(108-112)는 병렬로 작동하는 하나 이상의 활성 디바이스, 활성 디바이스를 위한 직류(DC) 파워 서플라이, 및 디바이스의 입력과 출력에서 회로에 일치하는 적합한 임피던스를 포함할 수 있다. 활성 디바이스는 예를 들어, 금속-산화 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 양극성 접합 트랜지스터(BJT), 접합 게이트 전계 효과 트랜지스터(JFET), 또는 진공 튜브를 포함하도록 실행될 수 있다. 도시된 실행에서, 각 증폭기(85-89)는 클래스 C에서 바이어스된다.
도 6은 본 발명의 일 측면에 따른 시스템에서 사용될 수 있는 증폭기(130)의 일 실시예를 도시한다. 증폭기(130)는 입력 임피던스 일치 구성요소 네트워크(132), 활성 디바이스(134), 직류(DC) 파워 서플라이 및 바이어스 회로(136), 및 출력 임피던스 일치 네트워크(138)를 포함한다. 증폭기(130)가 하나의 활성 디바이스(134)를 갖는 것으로 도시되는 반면에, 본 발명의 일 측면에 따른 증폭기가 병렬로 작동하는 다중 활성 디바이스를 포함할 수 있다는 것이 인지될 수 있다. 예를 들어, 증폭기는 푸쉬-풀 구성으로 2개의 디바이스 또는 동상 결합 네트워크와 병렬로 연결된 다수의 디바이스를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 활성 디바이스(134)는 MOSFET(142)로 실행된다. 그러나, 활성 디바이스(134)가 하나 이상의 양극성 접합 트랜지스터(BJT), 접합 게이트 전계-효과 트랜지스터(JFET), 진공 튜브, 또는 유사한 디바이스를 포함할 수 있다는 것이 인지될 수 있다. 사용된 특정 종류의 활성 디바이스에 따라서, 대응하는 대기 휴지 바이어스 피드가 제공될 수 있다.
본 문서에 걸쳐, 증폭기 조립체 내의 임피던스에 관한 임의의 논의는 증폭기 조립체의 주어진 증폭기의 활성 디바이스의 출력에서 임피던스를 말한다는 것이 인지될 수 있다. 그래서, 이것은 포인트(144)를 말하는 것으로 의도된다.
도 5로 돌아가서, 각각의 증폭기 조립체(102-104)에는 증폭을 위한 RF 반송파 신호가 제공된다. RF 반송파 신호는 제 1 증폭기 조립체(102)를 나타내는, 제 1 증폭된 신호를 제공하도록 제 1 증폭기(108)에서 증폭된다. 제 2 증폭기 조립체(103)는 제 2 증폭기 조립체(103)와 연관된 2개의 동일한 출력 스테이지 증폭기(109, 110) 사이에 동일하게 RF 반송파 신호를 분배하는 제 1의 3-데시벨, 90-도 신호 분배기(114)를 포함한다. 출력 스테이지 증폭기(109, 110)의 각각은 제 1의 3-데시벨, 90-도 하이브리드 결합기(116)의 관통 및 결합된 포트 중 하나에 제 2 증폭된 신호를 제공한다. 제 1 증폭기 조립체(108)로부터의, 제 1 증폭된 신호가 제 1 하이브리드 결합기(116)의 격리 포트에 전달된다.
제 3 증폭기 조립체(104)는 제 3 증폭기 조립체(104)와 연관된 2개의 동일한 출력 스테이지 증폭기(111, 112) 사이에 동일하게 RF 반송파 신호를 분배하는 제 2의 3-데시벨, 90-도 신호 분배기(118)를 포함한다. 제 3 증폭기 조립체(104)를 포함하는 2개의 증폭기(111, 112)의 각각은 제 3 증폭된 신호를 제 2의 3-데시벨, 90-도 하이브리드 결합기(120)에 전달한다. 제 1 하이브리드 결합기(116)의 출력은 제 2 하이브리드 결합기(120)의 격리 포트에 연결된다. 제 2 하이브리드 결합기(120)의 결과 출력은 증폭기 시스템의 출력을 나타낸다.
도 6은 기저대역 입력신호를 나타내는 변조된 라디오 주파수(RF) 출력신호를 발생시키기 위한 방법(200)을 도시한다. 도면부호(202)에서, 기저대역 입력신호의 샘플은 입력신호를 나타내는 N-비트 디지털 신호를 제공하도록 디지털화되고, 여기서 N은 1보다 더 큰 정수이다. 도면부호(204)에서, 입력신호는 미리결정된 선형 함수에 따라서 변환된다. 선형 변환은 양의 또는 음의 스케일링 승산기 및 양의 또는 음의 오프셋 값으로서 표현될 수 있다. 하나의 실행에서, 승산기는 1이고 오프셋은 0 이며, 그래서 결과 디지털 신호는 입력 기저대역 신호 진폭과 출력 RF 신호 엔빌로프 사이의 직접 비례를 형성한다.
도면부호(206)에서, RF 반송파 신호는 입력 기저대역 신호를 업컨버팅하고 그리고 진폭 하드 리미터를 사용하는 것에 의해 진폭 변조를 제거하는 것에 의해 형성된다. 도면부호(208)에서, RF 반송파 신호가 N개의 진폭기 조립체의 각각에 제공된다. 하나의 실행에서, (N-1) 요약 상태 값
Figure 112014003096210-pat00014
역시 N개의 증폭기 조립체 중 적어도 일부의 입력에 적용되는 위상 시프트를 나타내는, 기저대역 입력신호로부터 유도된다. 따라서, 위상 시프트는
Figure 112014003096210-pat00015
의 값에 따라서 N개의 증폭기 조립체의 적어도 부분집합에 공급된 RF 반송파 신호에 선택적으로 인가될 수 있고, 그래서 부분집합에서 주어진 증폭기 조립체는 연관된 비트가 제 1 값을 상정할 때 미리결정된 위상 시프트와 함께 그리고 연관된 비트가 제 2 값을 상정할 때 미리 결정된 위상 시프트 없이 RF 반송파 신호를 수신한다.
도면부호(210)에서, N개의 증폭기 조립체의 각각은 N-비트 워드 내의 연관된 유효 비트값에 따라서 작동되고, 그래서 주어진 증폭기 조립체는 연관된 비트가 제 1 값을 상정할 때 활성이고 그리고 연관된 비트가 제 2 값을 상정할 때 뮤트이다. 다른 증폭기 경로에 의해 발생된 RF 신호의 진폭은 서로 다를 수 있고, 그래서 N개의 증폭기 조립체의 결합된 출력은 변환된 디지털화된 기저대역 입력신호를 나타내는 인가된 진폭 변조를 가진다. 예를 들어, 각각의 조립체는 이전의 증폭기 조립체의 것에 2배의 발생된 RF 신호의 작동 출력 전압을 가질 수 있다. 도면부호(212)에서, N개의 증폭기 조립체의 출력신호가 출력 RF 출력신호를 제공하도록 결합된다. 예를 들어, N개의 증폭기 조립체의 출력신호가 일련의 하이브리드 결합기에 전달될 수 있고 여기서 직렬인 최종 하이브리드 결합기와는 다른, 직렬인 각각의 하이브리드 결합기의 출력 포트가 직렬인 이어지는 하이브리드 결합기의 격리 포트에 연결된다. 직렬인 최종 하이브리드 결합기의 출력은 시스템 출력을 제공한다.
도 1 - 도 6에 설명된 시스템과 방법은 다수의 이점을 제공한다. 디지털 변조 기술로 생성된 RF 통신 신호는 피크-대-평균 파워 비율(PAPR)에 의해 특징화될 수 있다. 고선명 텔레비전 방송 산업은 예를 들어, 초단파(VHF) 및 극초단파(UHF) 대역으로 그러한 변조 표준을 사용한다. 하나의 실시예는 세계 각국에서 사용되는 DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial) 변조일 수 있다. 단일 TV 채널은 8MHz 주파수 범위에 걸쳐 타이트하게 이격된 많은 스펙트럼 반송파(예, 수천)를 포함할 수 있다. 이것은 사용된 변조 표준에 따라 평균 신호 레벨 위의 0 진폭과 6db 내지 12dB의 진폭 사이에 변화하는 진폭 변조된 엔빌로프를 갖는 신호를 생성한다.
현재 사용되는 클래스 AB RF 증폭기는 PAPR의 팩터에 의해 피크 파워 능력으로부터 백 오프된 평균 파워 레벨에서 작동한다. 이것은 상대적으로 낮은 DC-RF 효율성으로 유도한다. 본 발명에 따른 시스템은 클래스 C에서 바이어스되고 포화 상태에서 또는 그 부근에서 작동하는 파워 증폭기의 사용에 훨씬 많은 시간을 허용하여, 시스템의 효율성을 크게 증가시킨다.
덧붙여, 여기에 설명된 시스템 및 방법은 주파수에 민감하지 않다. 대개의 나라들은 UHF에서 470MHz 내지 862MHz 그리고 VHF에서 175MHz 내지 252MHz의 범위를 갖는 텔레비전(TV) 채널에 할당된 주파수 범위를 가진다. UHF에서 TV 할당된 주파수 스팬은 59% 와이드이고 VHF에서는 36% 와이드이다. 많은 방송 네트워크는 물리적 조절 없이 UHF 또는 VHF 주파수 범위 내의 임의의 채널에서 작동할 수 있는 송신기를 갖는 것을 선호한다.
본 발명에 따른 시스템은 3-데시벨 하이브리드 결합기의 주파수 범위 경계로 활성 디바이스 출력에서 끌어당기는 무손실 부하를 병합하는 것에 의해 그러한 가능성을 제공한다. 이것은 새로운 출력 파워 결합 기술을 도입하는 것에 의해 수행된다. 결과적으로, 고효율성, 높은 파워 진폭 변조기가 3dB 하이브리드 결합기의 대역폭만큼 넓은 주파수 범위를 가로질러 작동할 수 있다. 3 데시벨 하이브리드 결합기의 작동 대역폭은 결합기의 구성에 1/4 파장 섹션을 부가하고 송신 라인 사이에 대응하는 결합 레벨을 적절하게 조직하는 것에 의해 확장될 수 있다.
본 발명의 위의 설명으로부터, 해당 기술분야의 당업자는 개선, 변경, 및 수정을 인지할 수 있다. 해당 기술분야 내의 그러한 개선, 변경, 및 수정이 첨부된 청구항에 의해 포함되도록 의도된다.

Claims (13)

  1. 아날로그 기저대역 입력신호를 나타내는 변조된 라디오 주파수(RF) 출력신호를 발생시키기 위한 시스템(10)으로서, 상기 시스템은:
    N은 1보다 더 큰 정수인, 상기 아날로그 기저대역 입력신호를 샘플링하고 상기 신호 진폭의 스케일링된 선형 함수를 나타내는 N-비트 디지털 신호를 생성하도록 구성된 디지타이저(12);
    RF 반송파 신호를 생성하도록 구성된 RF 신호원(22);
    N개의 증폭기 경로(16-18)의 각각과 연관된 증폭기(108-112)는 상기 디지털 신호의 대응하는 비트가 제 1 값을 상정할 때만 활성이고, 입력으로서 상기 RF 반송파 신호를 수신하고 그리고 대응하는 출력 RF 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 상기 증폭기(108-112)를 각각 포함하는, 상기 N개의 증폭기 경로(16-18); 및
    변조된 RF 출력신호를 전달하기 위해 상기 N개의 증폭기 경로(16-18)의 출력을 결합하도록 구성된 파워 결합기 조립체(20)를 포함하고,
    상기 디지타이저(12)는 일련의 다중-비트 2진 워드로서 상기 N-비트 디지털 신호를 제공하도록 등가의 입력 전압 단계를 갖는 아날로그 디지털 진폭 변환기(42)를 사용하며, 각각의 다중-비트 2진 워드는 각 샘플링 시간에서 상기 아날로그 기저대역 입력신호의 순시 진폭에 비례하여 변하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  2. 제 1항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 증폭기(108-112)의 각각은 연관된 파워 서플라이(136)를 갖고 그리고 각각의 상기 파워 서플라이(136)에 의해 제공된 출력 DC 전압은 정확하게 스케일링된 값으로 각각의 증폭기 경로(16-18)에 의해 발생된 상기 RF 신호의 진폭을 조절하도록 튜닝되고, 그래서 상기 각각의 증폭기 경로(16-18)는, 연관된 적어도 하나의 상기 증폭기(108-112)가 활성일 때, 정확하게 스케일링된 값과 등가인 일정한 진폭을 갖는 출력을 제공하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 변조된 RF 출력신호를 나타내는 디지털 신호를 수신하고 그리고 상기 디지털 신호를 상기 N-비트 디지털 신호와 비교하며 그리고 상기 시스템(10)의 선형 응답을 유지하도록 각각의 상기 증폭기 경로(16-18)와 연관된 상기 출력 DC 전압을 튜닝하도록 구성된 선형성 정정기(46)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 비트가 제 1 값을 상정할 때 상기 RF 반송파 신호가 제공되고 그리고 상기 비트가 제 2 값을 상정할 때 상기 RF 신호가 제공되지 않는 바와 같이 상기 각각의 증폭기 경로(16-18)는 연관된 디지털 비트에 응답하는 RF 스위치(60-64)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 RF 신호원(22)은 각각의 증폭기 경로(16-18)와 연관된 각각의 RF 스위치(60-64)의 입력에 RF 반송파 신호를 공급하는 입력 기저대역 신호로부터 유도된 공통 RF 반송파원(32)을 포함하고, 상기 RF 반송파원(32)은:
    요구되는 RF 주파수에서 신호를 생성하도록 구성된 업컨버터(36);
    상기 업컨버터(36)에 작동적으로 연결되고 그리고 필터링된 RF 신호를 생성하도록 구성된 상기 요구되는 RF 주파수 주위로 센터링된 대역통과 필터(38); 및
    상기 필터링된 RF 신호로부터 임의의 진폭 변조를 제거하도록 구성된 진폭 리미터(39)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  6. 기저대역 입력신호를 나타내는 변조된 라디오 주파수(RF) 출력신호를 발생시키기 위한 시스템(10)으로서, 상기 시스템은:
    N은 1보다 더 큰 정수인, 상기 기저대역 입력신호를 샘플링하고 상기 신호 진폭의 스케일링된 선형 함수를 나타내는 N-비트 디지털 신호를 생성하도록 구성된 디지타이저(12);
    RF 반송파 신호를 생성하도록 구성된 RF 신호원(22);
    N개의 증폭기 경로(16-18)의 각각과 연관된 증폭기(108-112)는 상기 디지털 신호의 대응하는 비트가 제 1 값을 상정할 때만 활성이고, 입력으로서 상기 RF 반송파 신호를 수신하고 그리고 대응하는 출력 RF 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 상기 증폭기(108-112)를 각각 포함하는, 상기 N개의 증폭기 경로(16-18); 및
    변조된 RF 출력신호를 전달하기 위해 상기 N개의 증폭기 경로(16-18)의 출력을 결합하도록 구성된 파워 결합기 조립체(20)를 포함하고,
    각각이 증폭기 경로(52-55)의 부분집합중 하나와 연관된, 복수의 이산 위상 시프트 구성요소(74-77)를 더 포함하고, 상기 증폭기 경로(52-55)의 상기 부분집합과 연관된 각각의 증폭기(108-110)에 제공된 상기 RF 반송파 신호의 위상이 선택가능한 바와 같이 상기 RF 반송파 신호가 연관된 이산 위상 시프트 구성요소(74-77)를 통해 상기 부분집합에서 상기 각 증폭기 경로(52-55)와 연관된 상기 적어도 하나의 증폭기(66-69)에 제공되는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 N개의 증폭기 경로(16-18)와 연관된 복수의 위상 시프트 구성요소(74-77) 및 복수의 RF 스위치(60-63)의 각각에 상기 디지털 신호 내의 모든 유효 비트의 내용을 브로드캐스트하는 전용 데이터 버스를 더 포함하고, 각각의 이산 위상 시프트 구성요소(74-77)는 공급된 정수값에 직접적으로 비례하는 위상 시프트를 인가하는 것에 의해 연관된 적어도 하나의 증폭기에 제공된 상기 RF 반송파 신호의 위상을 동적으로 제어하도록 상기 N-비트 디지털 신호에서 적어도 하나의 비트의 연관된 세트에 따라 상기 RF 반송파 신호에 대해 제공하도록 복수의 이산 위상값 사이에서 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 파워 결합기 조립체(20)는 복수의 하이브리드 결합기(118, 120)를 포함하고, 제 1 하이브리드 결합기(118)의 출력 포트는 제 2 하이브리드 결합기(120)의 격리 포트에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 하이브리드 결합기(118) 및 상기 제 2 하이브리드 결합기(120)의 각각은 3-데시벨 90-도 하이브리드 결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 입력신호는 아날로그이고 그리고 상기 디지타이저(12)는 일련의 다중-비트 2진 워드로서 상기 N-비트 디지털 신호를 제공하도록 등가의 입력 전압 단계를 갖는 아날로그 디지털 진폭 변환기(42)를 사용하며, 각각의 다중-비트 2진 워드는 각 샘플링 시간에서 상기 입력신호의 상기 순시 진폭에 비례하여 변하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 N개의 증폭기 경로(16-18)와 연관된 상기 증폭기(108-112)의 각각은 클래스 C에서 바이어스되는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  12. 기저대역 입력신호를 나타내는 변조된 라디오 주파수(RF) 출력신호를 발생시키기 위한 시스템(10)으로서, 상기 시스템은:
    N은 1보다 더 큰 정수인, 상기 기저대역 입력신호를 샘플링하고 상기 신호 진폭의 스케일링된 선형 함수를 나타내는 N-비트 디지털 신호를 생성하도록 구성된 디지타이저(12);
    RF 반송파 신호를 생성하도록 구성된 RF 신호원(22);
    N개의 증폭기 경로(16-18)의 각각과 연관된 증폭기(108-112)는 상기 디지털 신호의 대응하는 비트가 제 1 값을 상정할 때만 활성이고, 입력으로서 상기 RF 반송파 신호를 수신하고 그리고 대응하는 출력 RF 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 상기 증폭기(108-112)를 각각 포함하는, 상기 N개의 증폭기 경로(16-18); 및
    변조된 RF 출력신호를 전달하기 위해 상기 N개의 증폭기 경로(16-18)의 출력을 결합하도록 구성된 파워 결합기 조립체(20)를 포함하고,
    상기 RF 반송파 신호를 제공하는 공통 RF 반송파원(32)과 상기 N개의 증폭기 경로(16-18)의 각각 사이의 경로 길이차에 따라 상기 RF 반송파 신호를 지연시키도록 구성된 복수의 연속 위상 시프터(70-73)를 더 포함하도록 구성된 시스템(10).
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 N개의 증폭기 경로(16-18)의 각각은 상기 시스템(10)과 연관된 공칭 부하 임피던스보다 작은 부하 임피던스에 대해 전압 포화 모드로 연관된 출력 증폭기 스테이지를 구동하기에 충분한 파워 레벨 용량을 가지도록 구성된 증폭기 드라이버 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
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