KR101815219B1 - 장애가 있는 전력 증폭기 모듈을 보상할 수 있는 rf 고전력 생성을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

장애가 있는 전력 증폭기 모듈을 보상할 수 있는 RF 고전력 생성을 위한 장치 및 방법
본 발명은, RF 입력들(3) 및 적어도 하나의 RF 출력(4)을 갖는 적어도 하나의 전력 결합기(2) 및 적어도 하나의 송신 라인(6)에 의해 입력(3)에 각각 전기적으로 연결된 적어도 2개의 전력 증폭기 모듈들(5)을 포함하는, RF 고전력 생성을 위한 장치(1) 및 방법에 관한 것이다. 적어도 하나의 RF 스위치(7)는 적어도 하나의 RF 스위치(7)에 전기적으로 연결된 복합 부하(8)를 갖는 적어도 하나의 송신 라인에 의해 구성된다.

Description

장애가 있는 전력 증폭기 모듈을 보상할 수 있는 RF 고전력 생성을 위한 장치 및 방법{ARRANGEMENT AND METHOD FOR RF HIGH POWER GENERATION ABLE TO COMPENSATE A POWER AMPLIFIER MODULE WITH FAILURE}
본 발명은, RF 입력들 및 적어도 하나의 RF 출력을 갖는 적어도 하나의 전력 결합기, 및 적어도 하나의 송신 라인(transmission line)에 의해 입력에 각각 전기적으로 연결된 적어도 2개의 전력 증폭기 모듈(power amplifier module)들을 포함하는 RF 고전력 생성을 위한 장치(arrangement) 및 방법에 관한 것이다. 적어도 하나의 RF 스위치(switch)는 적어도 하나의 송신 라인에 의해 구성된다.
적절한 생성기들을 이용하여 무선-주파수(Radio-Frequency)(RF) 및/또는 마이크로파(microwave) 전력이 생산된다. 고전력 애플리케이션(application)들을 위한 RF 전력 생성기들은 튜브(tube)들, 예컨대, 클라이스트론(klystron)들, 유도성 출력 튜브들 또는 마그네트론(magnetron)들에 기초한다. 대안적으로, 고체 상태 기술(solid state technology), 특히 트랜지스터 기술(transistor technology)이 RF 전력 생성기들을 위해 이용된다. 고체 상태 RF 전력 생성기들을 이용시, 작은 치수들 및 높은 효율을 가진 신뢰적인 RF 전력 생산이 가능하다. 트랜지스터 기술의 단점은, 500 MHz 주파수에서 1.5 kW까지의 전력 출력 범위의, 트랜지스터 칩(transistor chip) 당 낮은 RF 전력 출력이다. 비교를 위해, 튜브 기술에 대한 예로서 클라이스트론들을 이용시, 임의의 메가와트(Megawatt)까지의 RF 전력 출력이 가능하다.
예컨대, 트랜지스터 기반 RF 생성기들을 이용하여 많은 양의 전력을 생성하기 위해서는, RF 생성기들의 어그리게이션(aggregation)이 필요하다. 예컨대, 푸시-풀(push-pull) 또는 밸런싱된(balanced) 종류의 토폴로지(topology)에 기초한 단일 전력 증폭기(power amplifier)(PA)로의 트랜지스터들의 어그리게이션은 시스템(system)의 복잡성을 증가시킬 수 있으며, 장애의 위험을 증가시킨다. 단일 트랜지스터들이 고장난 경우, 전체 디바이스(device)가 교환되어야 한다. 대안적인 방식은, 공통의, 특히 단일의 전력 결합기와 함께 다수의 전력 증폭기 모듈들을 이용하는 것이다.
모듈식 장치(modular arrangement)에서, 송신 라인들을 통해 공통 전력 결합기에 연결된 전력 증폭기 모듈들로부터의 RF 전력은 전력 결합기에서 높은 RF 전력으로 어그리게이팅된다(aggregated). 예컨대, 동축 케이블(coaxial cable)들 및/또는 스트립-라인(strip-line)들이 송신 라인들로서 이용된다. 전력 결합기에 제공된 전력 증폭기 모듈들의 출력 전력은 높은 효율을 제공하기 위해 조정 및 최적화된다. 전력 결합기의 입력들로부터 각각의 전력 증폭기 모듈로의 전력의 낮은 반사(reflection) 및 전력 증폭기 모듈로부터 다른 전력 증폭기 모듈들로의 낮은 전력 송신, 이른바 누화(cross-talking)가 보장된다.
예컨대, 계단형 출력 RF 전력 조정(stepped output RF power adjustment)을 위해 요구되는 셧다운(shutdown)으로 인해 그리고/또는 예컨대, 과열 또는 트랜지스터(transistor) 장애로 인한 전력 증폭기 모듈들의 결함들/장애로 인해, 하나 이상의 전력 증폭기 모듈들이 동작하지 않는 경우, 모듈 또는 모듈들은 더이상 RF 전력을 생성하지 않으며, 각각의 전력 결합기 입력에서, 모듈의 출력 임피던스(output impedance)의 임의적인 값이 생성된다. 시스템은 밸런스(balance)를 잃고, 누화(cross-talk)뿐만 아니라 미스매칭(mismatching) ― 이는 전력 결합기 입력으로부터의 증가된 반사된 RF 전력을 의미함 ― 이 그 결과일 수 있다. 여전히 적절하게 기능하는 전력 증폭기 모듈들로부터의 총 출력 RF 전력의 상당한 부분이 전력 결합기를 통해 결함이 있는 모듈들로 전달될 수 있다. 이들은 RF 전력 소비 디바이스들에 의해 사용될 수 있는 출력-부하에서의 총 RF 전력을 감소시킨다. 전력 결합기 시스템(power combiner system)의 총 효율이 감소된다.
종래기술로부터 알려진 가능한 해결책은, 입력 포트(input port)들 사이에 높은 양의 절연을 갖는 전력 결합기들, 예컨대, 윌킨슨 형 전력 결합기(Wilkinson type power combiner)들의 사용이다. 하나 이상의 전력 증폭기 모듈들의 장애의 경우에, 내장형 절연 저항기(built in isolation resistor)는 나머지 전력 증폭기 모듈들로부터의 상당한 양의 전력을 소산(dissipate)한다. 이러한 종류의 전력 결합기들에서, 누화는 감소되지만, 절연 저항기에서의 출력 전력 소산으로 인해 총 전력 결합 효율이 또한 감소된다.
종래기술로부터 알려진 다른 가능한 해결책은, RF 전력 증폭기 모듈의 각각의 출력에서 개별적으로 제어되는 서큘레이터(circulator)들을 사용하는 것이다. 전력 증폭기 모듈의 장애의 경우, 반사된 그리고 교차-공급된(cross-fed) 전력은 각각의 서큘레이터에 연결된 더미 부하(dummy load)에서 소산될 것이다. 전력 결합기에 대해 다운스트림(downstream)에 있는 부하에서 이용가능한 전력의 감소 때문에, 전력 결합 시스템의 결과적인 총 전력 효율이 감소된다.
US 2012/0126886 A1 US 5,541,554 A JP, S, 59-172816, A
본 발명의 목적은, 특히 하나 이상의 전력 증폭기 모듈들이 고장난 경우에, 전력 결합기 및 전기적으로 연결된 전력 증폭기 모듈들을 이용하여 높은 총 효율로 RF 고전력 생성을 하기 위한 사용하기 용이하고 비용 효율적인 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은, 하나 이상의 전력 증폭기 모듈들의 장애의 경우에도 전력 결합기의 입력들로부터 누화 및 전력 반사를 감소시키는 것이다.
앞서의 목적들은 청구항 제 1 항에 따른 RF 고전력 생성을 위한 장치 및 청구항 제 6 항에 따른, 특히 앞서 설명된 장치를 이용한 RF 고전력 생성을 위한 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 유리한 실시예들은 종속 청구항들에서 주어진다. 독립 청구항들의 특징들은 서로 그리고 종속 청구항들의 특징들과 결합될 수 있고, 종속 청구항들의 특징들은 함께 결합될 수 있다.
RF 고전력 생성을 위한 장치는, RF 입력들 및 적어도 하나의 RF 출력을 갖는 적어도 하나의 전력 결합기, 및 적어도 하나의 송신 라인에 의해 입력에 각각 전기적으로 연결되는 적어도 2개의 전력 증폭기 모듈들을 포함한다. 적어도 하나의 RF 스위치는 적어도 하나의 송신 라인에 의해 구성되고, 복합 부하(complex load)가 적어도 하나의 RF 스위치에 전기적으로 연결된다.
전기적으로 연결된 복합 부하와 함께 적어도 하나의 RF 스위치의 사용은, 예컨대, 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈의 장애의 경우에 장치를 밸런싱(balancing)하는 것을 허용한다. 모듈이 고장난 경우, 예컨대, 결함이 있는 경우, 각각의 RF 스위치는 모듈을 전력 결합기와 전기적으로 연결한 상태로부터 전력 결합기의 각각의 입력을 복합 부하와 연결한 상태로 스위칭될(switched) 수 있다. 입력에서의 복합 부하는 전력 결합기의 각각의 입력에서 특정 임피던스 값(impedance value)을 제공하여, 전력 결합기를, 나머지 계속 기능하는 전력 증폭기 모듈들과 전력 결합기의 출력에서의 출력 부하(out-put load) 사이의 매칭(matching)을 갖는 상태로 다시(back) 튜닝(tuning)한다. 예컨대, 전력 증폭기 모듈의 장애 전의 상태와 비교하여, 어떠한 유용한 전력도 소산되지 않고, 총 전력 결합 효율이 일정하게 유지된다. 예컨대, 결함이 있는 전력 증폭기 모듈로부터의 전력의 부족은, 적절하게 기능하는 전력 증폭기 모듈들로부터의 출력 RF 전력을 증가시킴으로써 배상될 수 있다.
서큘레이터들의 사용과 비교하여, 스위치 박스(switch box)들과 같은 컴포넌트(component)들이 더 저렴하며, 이들은 치수가 더 작고 사용하기 더 용이할 수 있다. 전체적으로 시스템의 장애가 없는 서큘레이터들 또는 윌킨슨 형(Wilkinson type)의 전력 결합기들보다 스위치들에 더 많은 양의 전력이 제공될 수 있다. 계단형 출력 RF 전력 조정을 위해 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈을 스위칭 오프(switching off)하는 경우, 장치의 효율이 감소되지 않는다. 동일한 것이 전력 증폭기 모듈들의 장애의 경우에서 적용된다.
본 발명에 따른 장치는, 하나 이상의 전력 증폭기 모듈들이 고장나고 그리고/또는 계단형 RF 전력 조정을 위해 스위칭 오프되는(switched off) 경우에도, 사용하기 용이하고 비용 효과적이며 높은 총 효율을 보존한다. 하나 이상의 전력 증폭기 모듈들의 장애의 경우에도, 전력 결합기의 입력들로부터의 누화 및 전력 반사가 각각 억제되어 감소된다.
장치의 복합 부하는, 특히 50 옴(OHM)의 범위의 미리 정의된 부하일 수 있고 그리고/또는 일종의 단락 회로로 연결될 수 있는데, 즉, 접지에 연결될 수 있고, 그리고/또는 일종의 개방 회로로 연결될 수 있는데, 즉, 접지로부터 연결해제될 수 있다.
미리 정의된 복합 부하는, 예컨대, 각각의 전력 증폭기 모듈의 장애 또는 스위칭 오프 후에 장치를 밸런싱(balance)하기 위해 정의된 범위에 있을 수 있다. 복합 값(complex value)은 전력 결합기에 전기적으로 연결된 동작하는 전력 증폭기 모듈들을 매칭(match)시키기 위한 범위에서 선택되어야 한다.
RF 스위치들은, 특히, 일종의 핀-다이오드(pin-diode) 및/또는 기계적 스위치들인 외부적으로 제어되는 RF 스위치들일 수 있다. 전력 증폭기 모듈의 장애를 검출하도록 그리고/또는 RF 스위치들을 제어하도록 제어 유닛(control unit)이 구성될 수 있다. 전력 증폭기 모듈의 장애가 검출되는 경우, 각각의 스위치는 제어 유닛에 의해, 결함이 있는 전력 증폭기 모듈을 전력 결합기의 각각의 입력과 전기적으로 연결하는 포지션(position)으로부터, 전력 결합기의 각각의 입력을 각각의 복합 부하에 전기적으로 연결하는 포지션으로 스위칭될(switched) 수 있다. 제어 유닛은 컴퓨터(computer) 및/또는 마이크로-제어기 유닛(micro-controller unit)을 포함할 수 있다.
특히 적어도 하나의 출력 송신 라인에 의해 구성된 적어도 하나의 전력 결합기의 적어도 하나의 RF 출력에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 출력 부하가 구성될 수 있다. 특히, 의료 디바이스, 분석적 또는 다른 높은 RF 전력 소비 디바이스와 같은 소비자(consumer)가 전기적으로 연결될 수 있다.
특히 앞서 설명된 바와 같은 장치를 이용한 RF 고전력 생성을 위한 방법은,
- 적어도 하나의 전력 결합기의 입력에 각각 전기적으로 연결된 적어도 2개의 전력 증폭기 모듈들 중에서 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈의 장애를 검출하는 제 1 단계 ― 적어도 2개의 전력 증폭기 모듈들은, 적어도 하나의 RF 스위치를 포함하는 적어도 하나의 송신 라인에 의해 적어도 하나의 전력 결합기에 각각 전기적으로 연결됨 ―, 및
- 장애가 있는 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈의 적어도 하나의 RF 스위치를, 장애가 있는 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈에 대한 적어도 하나의 전력 결합기 입력의 전기적 연결을 갖지 않고 그리고 복합 부하에 대한 적어도 하나의 전력 결합기 입력의 전기적 연결을 갖는 모드(mode)로 스위칭(switching)하는 제 2 단계를 포함한다.
장애가 있는 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈의 전력(Pk)이, 나머지 동작하는 전력 증폭기 모듈들에 의해 보상되어, 특히 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈의 장애 전의 전력(P)과 동등한 전력(P)이, 전력 결합기의 RF 출력으로부터 출력 부하로 초래될 수 있다. 전력 결합 효율은 전력 증폭기 모듈의 장애 전과 동일하게 유지될 수 있다. 결함이 있는 모듈을 스위칭 오프하는 것으로 인해 그리고 미리 정의된 복합 부하를 전력 결합기의 각각의 입력에 연결하는 것으로 인해 어떠한 전력도 손실되지 않아서, 장치가 밸런싱되고 그리고 나머지 동작하는 전력 증폭기 모듈들로부터 반사된 전력에 의한 전력 손실이 방지된다.
방법은, 특히 컴퓨터 및/또는 마이크로-제어기 유닛에 의해 제어되는 자동적 방법일 수 있다. 대안적으로, 방법은 예컨대, 장애의 검출 후에 사람 손으로 스위칭하는, 수동적 방법일 수 있다. 수동적 방법과 자동적 방법의 결합, 예컨대, 자동적 장애 검출 및 수동적 스위칭(switching)이 또한 가능하다.
제 2 단계 전에 장애가 있는 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전력 결합기의 입력에서, 제 2 단계 후에 정의된 임피던스가 연결될 수 있다. 이는 전력 결합기의 입력들로부터의 전력(Pk r)이, 동작하는 전력 증폭기 모듈들로 반사되는 것을 감소시키거나 방지하고 그리고/또는 장애가 있는 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈로부터의 전력(Pk c)이, 동작하는 전력 증폭기 모듈들로 리턴되는(returned) 것을 방지한다.
동작하는 전력 증폭기 모듈들 및 장애가 있는 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈과 전력 결합기를 갖는 장치에서의 전력의 누화 및/또는 미스매칭은, 장애가 있는 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈의 적어도 하나의 RF 스위치를 전력 결합기의 입력에 대한 모듈의 전기적 연결을 갖지 않는 모드로 스위칭함으로써 그리고/또는 장애가 있는 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈의 적어도 하나의 RF 스위치를 특히 미리 정의된 복합 부하에 대한 전기적 연결을 갖는 모드로 스위칭함으로써 최소화되고 그리고/또는 방지될 수 있다.
본 발명에 따른 RF 고전력 생성을 위한 설명된 방법과 관련한 이점들은, 이전에 RF 고전력 생성을 위한 장치와 관련하여 설명된 이점들과 유사하며, 그 반대도 가능하다.
본 발명은 첨부 도면들에서 도시된 예시되는 실시예들을 참조하여 이하에서 추가로 설명되며, 도면들에서:
도 1은 종래기술로부터 알려진 N개의 동작하는 전력 증폭기 모듈들(5)과 전력 결합기(2)의 장치(1)를 예시하고, 그리고
도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 그러나 종래기술로부터 알려진 바와 같은 결함이 있는 전력 증폭기 모듈(5')을 갖는 장치(1)를 예시하고, 그리고
도 3은 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈(5')의 스위칭 오프(switch off) 및/또는 장애 후에 장치(1)를 밸런싱하기 위해 전력 증폭기 모듈들(5)과 전력 결합기(2) 사이에 배열된, 복합 부하(8)에 각각 연결된 RF 스위치들(7)을 갖는 본 발명에 따른 장치(1)를 예시한다.
도 1에서, 종래기술로부터 알려진 N개의 동작하는 전력 증폭기 모듈들(5)과 전력 결합기(2)의 장치(1)가 도시된다. 전력 증폭기 모듈들(5)은 입력 송신 라인(6)을 통해 전력 결합기(2)의 입력(3)에 각각 연결된다. 출력 부하(9)는 전력 결합기(2)의 RF 출력(4)에 전기적으로 연결된 출력 송신 라인(6')으로 구성된다.
정상 상황에서, 즉, 적절하게 동작하는 모든 전력 증폭기 모듈들(5)을 가지며, 어떠한 결함이 있는 전력 증폭기 모듈도 갖지 않는 상황에서, 전력 결합기(2)는 모든 N개의 전력 증폭기 모듈들(5)에 의한 입력들(3)에서 구동된다. 전력 결합기(2)는 모든 N개의 전력 증폭기 모듈들(5)의 출력 전력(Pi) ― i = 1, 2, 3, ..., N임 ― 을 결합하여, 아래와 같은 RF 전력을 출력 부하(9)에 제공한다:
Figure 112016081962557-pct00001
모든 전력 증폭기 모듈들(5)의 출력 임피던스들은 정의된 값들로 튜닝되며(tuned), 통상적으로 예컨대, 모든 각각의 전력 증폭기 모듈(5)이 50 옴(Ohm)에 매칭되어(matched), 장치(1)를 밸런싱한다. 전력 증폭기 모듈(5)에 연결된 전력 결합기(2)의 각각의 입력(3)으로부터 반사되는 전력은 낮아야 하는데, 즉, 모든 입력들(3)에 대해 최소화되어야 하며, 전력 증폭기 모듈(5)로부터 모든 다른 전력 증폭기 모듈들(5)로의 전력 송신, 이른바 누화(cross-talking)는 낮아야 하는데, 즉, 최소화되어야 한다. 이러한 상태에서, 장치(1)는 밸런싱된(balanced) 것으로 나타난다.
도 2에서, 도 1에 도시된 바와 같은 그러나 종래기술로부터 알려진 바와 같은 밸런싱되지 않은 상태의 장치(1)가 도시되며, 결함이 있거나 또는 스위칭 오프된(switched off) 전력 증폭기 모듈(5')을 갖는다. 예컨대, 계단형 출력 RF 전력(P) 조정을 위해 요구되는 전력 증폭기 모듈(5') 셧다운으로 인해 또는 전력 증폭기 모듈(5')이 트랜지스터들에 기초하는 경우에서의 결함들, 과열, 트랜지스터 손상, 또는 다른 에러들로 인해, 일부 또는 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈(5')이 동작하지 않는 경우에서, 동작하지 않는 전력 증폭기 모듈(5')은 RF 전력(Pk)을 생성하지 않는다. 동작하지 않는 전력 증폭기 모듈(5'), 예컨대, 장애가 있는 전력 증폭기 모듈(5')의 출력 임피던스는 알려지지 않으며, 임의적인 복합 값이 전력 결합기(2)의 각각의 입력(3)에 적용된다.
이들은, 전력 결합기 입력들로부터 반사되는 RF 전력, 즉, 미스매칭의 증가, 및 전력 증폭기 모듈들(5) 사이의 누화의 증가를 초래하며, 정상 기능하는 전력 증폭기 모듈들(5)에 의해 제공되는 총 출력 RF 전력의 상당한 부분이 결함이 있거나 또는 스위칭 오프된 전력 증폭기 모듈(5')에 전력 결합기(2)를 통해 전달될 수 있다. 출력 부하(9)에 전달되는, 간략성을 위해 도면에 상세하게 도시되지 않은, 장치(1)에 연결된 소비자들에 의해 이용될 RF 전력(P)이 감소된다. 도 1을 이용하여 설명된 상황과 비교하여, 장치(1)의 총 효율이 감소된다.
도 2에 도시된 실시예에서, 숫자 k를 가진 하나의 결함있는 전력 증폭기 모듈(5')에 대한 상황이 예시된다. 이는 단지 예시이며, 결함이 있는 하나보다 많은 수의 전력 증폭기 모듈(5')이 존재할 수 있거나, 또는 이는/이들은 전력 결합기(2)의 출력 전력(P)의 계단형 조정을 위해 스위칭 오프될 수 있다. 전력 증폭기 모듈들(5')의 개수는 N이다. i = 1, 2, 3, ..., N이고 i ≠ k인 RF 전력(Pi r)은 전력 결합기(2)의 각각의 입력(3)으로부터의 각각의 반사된 RF 전력이다. i = 1, 2, 3, ..., N이고 i ≠ k인 전력(Pi c)은, 누화의 결과로서, 동작하는 전력 증폭기 모듈들(5)을 향해 전력 결합기(2)로부터 오는 추가의 리턴된(returned) RF 전력이다. Pk는 전력 결합기(2)를 통해, 동작하는 전력 증폭기 모듈들(5)로부터 결함이 있거나 또는 스위칭 오프된 전력 증폭기 모듈(5')로 전달되는 RF 전력이다.
전력 증폭기 모듈들(5)로부터 출력 부하(9)에 전달되는 RF 전력은 아래와 같으며,
Figure 112016081962557-pct00002
이는 결함이 있거나 또는 스위칭 오프된 전력 증폭기 모듈(5')의 알려지지 않은 출력 임피던스의 값에 따라, 제로(zero)까지 아래로 감소될 수 있다. 반사된 그리고 교차-공급된(cross-fed) 전력은, 적절하게 동작하는 전력 증폭기 모듈들(5)의 손상을 야기할 수 있고 그리고/또는 스위칭 오프된 또는 손상된 전력 증폭기 모듈(5')을 손상시키거나 또는 추가로 손상시킬 수 있다.
손상을 방지하고 총 전력 결합 효율을 보존하기 위해, 본 발명의 목적은 절약을 위해 그리고 장치(1)의 동작을 지속시키기 위해, Pi r, Pi c 및 Pk의 값들을 특히 최소로 감소시키는 것이다.
도 3에서, 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈(5')의 스위칭 오프(switch off) 및/또는 장애 후에, 장치(1)를 밸런싱하기 위해 복합 부하(8)에 각각 연결된 RF 스위치들(7)을 갖는 본 발명에 따른 장치(1)가 도시된다. 결함이 있거나 또는 스위칭 오프된 전력 증폭기 모듈(5')을 입력 송신 라인(6)을 통해 전력 결합기(2)의 각각의 입력(3)에 전기적으로 연결시키는 포지션으로부터, 미리 정의된 복합 부하(8)를 전력 결합기(2)의 각각의 입력(3)에 전기적으로 연결시키는 포지션으로, RF 스위치(7)를 스위칭(switching)함으로써, Pi r, Pi c 및 Pk의 값들이 특히 최소로 감소된다.
도 3의 장치(1)는 도 2의 장치와 유사하지만, 각각의 입력 송신 라인들(6)에 의해 추가로 구성되는 복합 부하(8)에 각각 연결된 RF 스위치(7)를 갖는다. 또한 도 1의 상황과 마찬가지로 모든 전력 증폭기 모듈들(5)이 특히 장애 없이 동작하는 한, 모든 스위치들은 각각의 전력 증폭기 모듈(5)을 입력 송신 라인(6)을 통해 전력 결합기(2)의 각각의 입력(3)에 전기적으로 연결하는 포지션에 있으며, 그 상황은 간략성을 위해 도 3에 도시되지 않는다. 하나 또는 하나보다 많은 수의 전력 증폭기 모듈(5')이 결함이 있거나 또는 다른 이유들로 스위칭 오프되어야 하는 경우, 각각의 전력 증폭기 모듈(5')의 스위치(7')는 미리 정의된 복합 부하(8)를 전력 결합기(2)의 각각의 입력(3)에 전기적으로 연결하고 그리고 각각의 전력 증폭기 모듈(5')을 전력 결합기(2)로부터 전기적으로 연결해제하는 포지션으로 스위칭된다. 그 결과, 전력 결합기(2)의 입력(3)에서의 정의된 임피던스 값이 장치(1)를 매칭 모드(matching mode)로 터닝(turn)시키고, 여기서, 정의된 임피던스 값을 갖는 미리 정의된 복합 부하(8)는, 전력 결합기(2)에 전기적으로 연결되는 나머지 동작하는 전력 증폭기 모듈들(5)의 매칭 및 출력 부하(9)와의 밸런스를 초래한다. 복합 부하(8)의 올바른 값이 선택된 경우, Pi r, Pi c 및 Pk의 값들이 특히 최소로 그리고/또는 제로로 감소된다. 복합 부하(8)의 통상의 값은 50 옴의 범위에 있다.
스위칭 후에, 출력 부하(9)에서의 결과적인 총 전력은 아래와 같다.
Figure 112016081962557-pct00003
결함이 있거나 또는 스위칭 오프된 전력 증폭기 모듈을 갖지 않는 모드에서 사용되는 어떠한 전력도 소산되지 않고, 총 전력 결합 효율이 각각 일정하게 유지되며 보존된다. 전력 증폭기 모듈(5')에 의한 장애 또는 스위칭 오프 전에 제공되었던 상실된 RF 전력은, 적절하게 동작하고 그리고 전력 결합기(2)에 계속 전기적으로 연결된 나머지 전력 증폭기들(5)의 출력 RF 전력을 증가시킴으로서 배상될 수 있다.
RF 스위치는 예컨대, 핀 다이오드(pin diode) 또는 릴레이(relay)로 만들어지거나 또는 핀 다이오드 또는 릴레이를 포함한다. 간략성을 위해 도 3에 도시되지 않지만 각각의 스위치(8)에서 화살표에 의해 표시되는 제어 유닛은 전력 증폭기 모듈(5')의 장애를 검출하기 위해 구성될 수 있다. 제어 유닛은 RF 스위치들(7)을 제어하고 스위칭을 트리거(trigger)할 수 있다. 제어 유닛은 예컨대, 컴퓨터 및/또는 마이크로-제어기 유닛이거나 또는 컴퓨터 및/또는 마이크로-제어기 유닛을 포함할 수 있다.
대안적으로, 제어 유닛이 장애를 검출할 수 있지만, 스위치는 상응하게 수동으로 스위칭된다. 추가의 대안은, 장애의 검출 및 스위칭이 수동으로 수행되는 것이다.
예컨대, 스위치 박스의 형태의, 핀 다이오드 또는 릴레이를 포함하는 스위치들은, 예컨대, 서큘레이터들과 비교하여 더 저렴하다. 스위치 박스는 서큘레이터들보다 크기가 더 작을 수 있어서, 본 발명에 따라 컴팩트(compact)한 장치(1)가 초래된다. 본 발명에 따른 장치(1)에 의해 제공되는 전력은 스위치 박스들 대신에 서큘레이터들을 포함하는 장치들과 비교하여 또는 일종의 윌킨슨 전력 결합기들인 장치들과 비교하여 더 높을 수 있다. 본 발명에 따른 장치(1)는, 전력 결합 효율을 상실함이 없이, 예컨대, 계단형 출력 RF 전력 조정을 위해 RF 전력 증폭기 모듈들(5')을 스위칭 오프하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들의 앞서 설명된 특징들은 서로 결합될 수 있고 그리고/또는 종래기술로부터 알려진 실시예들과 결합될 수 있다. 예컨대, 하나보다 많은 수의 전력 증폭기 모듈(5')이 스위칭 오프될 수 있고 그리고/또는 결함이 있을 수 있다. 장치(1)는 하나보다 많은 수의 전력 결합기(2)를 포함할 수 있다. 특히, 출력 부하(9)는, 장치(1)에 의해 제공되는 높은 RF 전력을 이용하는 의료 디바이스 또는 다른 전기 억셉터(electrical acceptor)들, 특히 소비자들일 수 있다.

Claims (10)

  1. RF 고전력 생성을 위한 장치(arrangement)(1)로서,
    RF 입력들(3) 및 적어도 하나의 RF 출력(4)을 갖는 적어도 하나의 전력 결합기(2),
    적어도 하나의 송신 라인(transmission line)(6)에 의해 RF 입력(3)에 각각 전기적으로 연결된 적어도 2개의 전력 증폭기 모듈(power amplifier module)들(5), 및
    전력 증폭기 모듈(5)의 출력 및 상기 RF 입력(3) 사이에서 상기 적어도 하나의 송신 라인(6)에 직렬로 삽입된 적어도 하나의 RF 스위치(switch)(7)를 포함하고,
    복합 부하(complex load)(8)가 일 단부에서 상기 적어도 하나의 RF 스위치(7)에 전기적으로 연결되고 다른 단부에서 접지에 전기적으로 연결되고,
    상기 적어도 하나의 RF 스위치(7)는 각각의 전력 증폭기 모듈(5)의 출력에 연결된 제 1 단자, 각각의 RF 입력(3)에 연결된 송신 라인(6)에 연결된 제 2 단자, 및 상기 복합 부하(8)의 상기 일 단부에 연결된 제 3 단자를 가지며,
    상기 적어도 하나의 RF 스위치(7)는 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자가 연결되어 상기 전력 증폭기 모듈(5)을 상기 RF 입력(3)에 연결하는 반면에 상기 제 3 단자는 연결해제되는 제 1 스위칭 상태, 및 상기 제 2 단자와 상기 제 3 단자가 연결되고 상기 제 1 단자가 상기 제 2 단자 및 상기 제 3 단자와 연결해제되어 상기 전력 증폭기 모듈(5)을 상기 RF 입력(3)으로부터 분리시키는 제 2 스위칭 상태를 갖는,
    장치(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합 부하(8)는 50 옴(OHM)의 범위의 미리 정의된 부하이고, 그리고
    상기 복합 부하(8)는 일종의 단락 회로로 연결되거나 또는 일종의 개방 회로로 연결되는,
    장치(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 RF 스위치들(7)은, 핀-다이오드(pin-diode) 또는 기계적 스위치 일종의, 외부적으로 제어되는 RF 스위치들(7)인,
    장치(1).
  4. 제 3 항에 있어서,
    컴퓨터(computer) 또는 마이크로-제어기 유닛(micro-controller unit) 중 적어도 하나를 포함하는 제어 유닛은, 전력 증폭기 모듈(5')의 장애를 검출하도록 또는 상기 RF 스위치들(7)을 제어하도록 구성되는,
    장치(1).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전력 결합기(2)의 상기 적어도 하나의 RF 출력(4)에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 출력 부하(9)가 구성되고, 상기 적어도 하나의 출력 부하(9)는 적어도 하나의 출력 송신 라인(output transmission line)(6')에 의해 구성되는,
    장치(1).
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 장치(1)를 이용한 RF 고전력 생성을 위한 방법으로서,
    적어도 하나의 전력 결합기(2)의 입력(3, 3')에 각각 전기적으로 연결된 적어도 2개의 전력 증폭기 모듈들(5, 5') 중에서 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈(5')의 장애를 검출하는 제 1 단계 ― 상기 적어도 2개의 전력 증폭기 모듈들(5, 5')은, 적어도 하나의 RF 스위치(7, 7')를 포함하는 적어도 하나의 송신 라인(6)에 의해 상기 적어도 하나의 전력 결합기(2)에 각각 전기적으로 연결됨 ―, 및
    장애가 있는 상기 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈(5')의 상기 적어도 하나의 RF 스위치(7')를, 장애가 있는 상기 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈(5')에 대한 상기 적어도 하나의 전력 결합기(2)의 입력(3')의 전기적 연결을 갖지 않고 그리고 복합 부하(8)에 대한 상기 적어도 하나의 전력 결합기(2)의 입력(3')의 전기적 연결을 갖는 모드(mode)로 스위칭(switching)하는 제 2 단계를 포함하는,
    방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    장애가 있는 상기 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈(5')의 전력(Pk)이, 나머지 동작하는 전력 증폭기 모듈들(5)에 의해 보상되어, 상기 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈(5')의 장애 전의 전력(P)과 동등한 전력(P)이, 상기 전력 결합기(2)의 RF 출력(4)으로부터 출력 부하(9)로 초래되는,
    방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 방법은, 컴퓨터 또는 마이크로-제어기 유닛에 의해 제어되는 자동적인 방법, 또는 수동적인 방법 중 적어도 하나인,
    방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 단계 전에 장애가 있는 상기 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈(5')에 전기적으로 연결된 상기 적어도 하나의 전력 결합기(2)의 입력(3')에서는, 상기 제 2 단계 후에, 입력(3')에 연결된 정의된 임피던스(impedance)는 상기 전력 결합기(2)의 입력들로부터의 전력(Pk r)이, 동작하는 전력 증폭기 모듈들(5)로 반사되는 것을 감소시키거나 방지하거나 또는 장애가 있는 상기 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈(5')로부터의 전력(Pk c)이, 상기 동작하는 전력 증폭기 모듈들(5)로 리턴되는(returned) 것을 방지하는,
    방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    동작하는 전력 증폭기 모듈들(5) 및 장애가 있는 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈(5')과 전력 결합기(2)를 갖는 상기 장치(1)에서의 전력의 누화(cross-talking) 또는 미스매칭(mismatching) 중 적어도 하나는, 장애가 있는 상기 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈(5')의 상기 적어도 하나의 RF 스위치(7')를 상기 전력 결합기(2)의 입력(3')에 대한 상기 모듈(5')의 전기적 연결을 갖지 않는 모드로 스위칭함으로써 또는 장애가 있는 상기 적어도 하나의 전력 증폭기 모듈(5')의 상기 적어도 하나의 RF 스위치(7')를 미리 정의된 복합 부하(8)에 대한 전기적 연결을 갖는 모드로 스위칭함으로써 최소화되거나 또는 방지되는,
    방법.
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