KR101960651B1 - 낮은 임피던스 공급 피드를 가진 포락선 추적 전력 증폭기 - Google Patents

낮은 임피던스 공급 피드를 가진 포락선 추적 전력 증폭기 Download PDF

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Abstract

전력 증폭기 및 공급 전압을 상기 전력 증폭기에 제공하는 전압 모듈레이터를 포함하는 포락선 추적 전력 증폭기 장치에 대한 공급 피드 네트워크가 개시되어 있고, 상기 공급 피드 네트워크는: 상기 공급 전압을 상기 전압 모듈레이터로부터 상기 전력 증폭기로 연결하도록 구성된 전력 분배 평면(power distribution plane)을 포함한다.

Description

낮은 임피던스 공급 피드를 가진 포락선 추적 전력 증폭기{ENVELOPE TRACKING POWER AMPLIFIER WITH LOW IMPEDANCE SUPPLY FEED}
본 발명은 포락선 추적(ET) 무선 주파수(RF) 전력 증폭기들에 관한 것이다.
포락선 추적 전력 공급들을 포함한 전력 증폭기 시스템들이 기술 분야에 공지되어 있다. 포락선 추적은 HF(고주파수)로부터 마이크로파의 범위인 넓은 RF 주파수들의 범위에 걸쳐 작동하는 무선 주파수(RF) 전송기들에 적용될 수 있다.
포락선 추적 RF 전력 증폭기 시스템에서, 전력 증폭기에 공급된 공급 전압은 높은 순간적인 RF 전력들로 증폭되는 RF 입력 신호의 포락선을 동적으로 추적하도록 조정된다. 증폭된 신호를 추적하여 공급 전압을 생성하는 것은 순간적인 입력 신호를 증폭하도록 필요한 공급 전압만을 제공하여 작동의 효율을 향상시킨다. '이상적인' 공급 전압은 순간적인 RF 입력 전력 신호를 즉시 추적하여 어떤 경우라도 충분한 레벨의 전압 공급만이 제공된다.
높은 순간적인 RF 입력 전력들에서, 전력 증폭기는 압축 작동을 하고 RF 출력 전력은 RF 입력 전력보다는 공급 전압에 의해 결정된다. 이것은 작동의 압축 모드로 지칭될 수 있다. 낮은 순간적인 RF 입력 전력들에서, 공급 전압은 전력 증폭기 디바이스 기술에 적절한 몇몇의 최소값으로 실질적으로 일정하게 유지된다. 이것은 작동의 선형 모드로 지칭될 수 있다. 작동의 선형 모드에서, RF 출력 전력은 RF 입력 전력에 의해 대부분 결정된다. 중간의 순간적인 RF 전력에서 작동의 압축 및 선형 모드들 사이에 점진적인 전이(transition)가 존재한다.
전력 증폭기의 작동 모드들은 도 1에 도시되어 있다. 도 1은 전력 증폭기에 대한 순간적인 공급 전압 대 전력 증폭기에 대한 순간적인 RF 입력 전력의 플롯(8)을 도시한다. 작동의 선형 모드는 참조 부호 2로 표기된 선형 영역에서 일어난다. 작동의 압축 모드는 참조 부호 6으로 표기된 압축 영역에서 일어난다. 작동의 2개의 모드들 사이의 전이는 전이 영역(4)에서 일어난다.
상기 내용으로부터 전력 증폭기가 작동의 압축 또는 전이 영역들에서 작동할 때, 인가된 공급 전압과 '이상적인' 원하는 공급 전압 사이의 어떤 에러가 전력 증폭기의 출력에서 신호의 순간적인 RF 출력 전력에서의 에러를 초래할 것이라는 점이 명백하다. 출력 전력에서의 에러는 차례대로 전송된 신호의 선형성을 저하시키고, 증가된 EVM(error vector magnitude), 대역 내 왜곡(in-band distortion)의 측정; (캐리어 왜곡과 가까운) ACLR(adjacent channel leakage ratio) 왜곡; 및 FDD(frequency division duplex) 시스템들에 대한, (캐리어 왜곡과 거리가 먼) 수신 대역 노이즈를 야기한다.
'이상적인' 포락선 추적 전력 공급(또한 포락선 증폭기 또는 포락선 모듈레이터로서 공지됨)은 피드 네트워크를 통해 전력 증폭기 트랜지스터의 콜렉터 또는 드레인에 연결되는 변조된 전압원(source)으로서 모델링될 수 있다.
포락선 추적 전력 증폭기에 대해, 최종 전력 증폭기 단계가 변조 사이클(고정된 공급 전력 증폭기들과 다른)의 넓은 범위에 걸쳐 압력 작동을 할 때, 공급 전류가 비디오 주파수들을 포함하여 흐르는(draw) 모든 주파수들에서 낮은 공급 임피던스를 성취하는 것이 중요하고, 따라서 RF 사이드밴드들(sideband)에 대한 공급 노이즈로부터의 변환 이득(conversion gain)이 더 높다.
실질적인 구현에서, 모듈레이터와 전력 증폭기 사이의 물리적 상호 연결이 요구되고, 이것은 공급 피드에서 직렬 인덕턴스를 도입한다. 공급 피드에서 에러는 '메모리 효과'를 나타내는 전력 증폭기를 야기한다.
전력 증폭기 및 공급 전압을 상기 전력 증폭기에 제공하는 전압 모듈레이터를 포함하는 포락선 추적 전력 증폭기 장치에 대한 공급 피드 네트워크(supply feed network)로서, 공급 전압을 전압 모듈레이터로부터 전력 증폭기로 연결하도록 구성된 전력 분배 평면(power distribution plane)을 포함하는, 공급 피드 네트워크가 제공되어 있다.
공급 피드 네트워크는 인덕터(inductor)를 더 포함할 수 있고, 전력 분배 평면은 인덕터의 일 측에 연결되고 전력 트랜지스터는 인덕터의 다른 측에 연결되어 공급 전압이 전력 분배 평면 및 인덕터를 통해 전력 증폭기에 제공되고, 전력 트랜지스터의 커패시턴스는 인덕터와 함께 공진 회로를 형성한다.
공급 피드 네트워크는 전송선을 더 포함할 수 있고, 전력 분배 평면은 전송선의 일 측에 연결되고 전력 트랜지스터는 전송선의 다른 측에 연결되어 공급 전압이 전력 분배 평면과 전송선을 통해 전력 증폭기에 제공된다. 전력 분배 평면은 전송선을 제공하도록 구성될 수 있다.
상기 포락선 추적 전력 증폭기는 RF 캐리어 신호를 증폭하는 무선 주파수(RF) 전력 증폭기일 수 있고, 공급 피드 네트워크는 전력 분배 평면과 전기 접지(electrical ground) 사이에 연결된 RF 디커플링 커패시터(de-coupling capacitor)를 더 포함한다.
공급 피드 네트워크는 공급 전압을 전압 모듈레이터로부터 복수의 전력 증폭기들로 연결하도록 추가로 구성될 수 있다.
공급 피드 네트워크는 복수의 인덕터들을 더 포함할 수 있고, 전력 분배 평면은 인덕터의 일 측에 연결되고 각각의 전력 트랜지스터는 인덕터의 다른 측에 연결되어 공급 전압이 전력 분배 평면과 인덕터들을 통해 전력 증폭기에 제공되고, 각각의 전력 트랜지스터의 커패시턴스는 각각의 인덕터와 함께 공진 회로를 형성한다.
공급 피드 네트워크는 복수의 전송선들을 더 포함할 수 있고, 전력 분배 평면은 각각의 전송선의 일 측에 연결되고 전력 트랜지스터들은 각각의 전송선의 다른 측에 연결되어 공급 전압이 전력 분배 평면과 각각의 전송선들을 통해 전력 증폭기에 제공된다.
전력 분배 평면은 각각의 전송선들을 제공하도록 구성될 수 있다.
상기 포락선 추적 전력 증폭기들은 RF 캐리어 신호를 증폭하는 무선 주파수(RF) 전력 증폭기들일 수 있고, 공급 피드 네트워크는 각각의 전력 증폭기와 각각 연관되고 전력 분배 평면과 전기 접지 사이에 연결된 복수의 RF 디커플링 커패시터들을 더 포함한다.
전력 증폭기에 의해 전압 모듈레이터에 존재하는 임피던스에서 최소 임피던스 공진을 발생시키는 주파수가 증가될 수 있고, 이에 따라 전압 모듈레이터의 안정적 대역폭을 증가시킨다.
본 발명이 이제 첨부된 도면들을 참조하여 예로써 설명된다.
도 1은 예시적인 RF 전력 증폭기 상의 작동 영역들을 도시한 도면.
도 2는 예시적인 포락선 추적 전력 공급 및 전력 증폭기의 모델을 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 아키텍처 및 종래 기술에 따른 변조된 부하(load) 임피던스의 플롯을 도시한 도면들.
도 4a 및 도 4b는 아키텍처 및 본 발명의 실시예에 따른 변조된 부하 임피던스의 플롯을 도시한 도면들.
도 5a 내지 도 5c는 종래 기술에 따른 아키텍처들 및 본 발명의 실시예, 및 공급 임피던스의 비교 플롯을 도시한 도면들.
도 6a 및 도 6b는 다단식 아키텍처 및 종래 기술에 따른 변조된 부하 임피던스의 플롯을 도시한 도면들.
도 7a 및 도 7b는 다단식 아키텍처 및 본 발명의 실시예에 따른 변조된 부하 임피던스의 플롯을 도시한 도면들.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전력 평면의 구성을 도시한 도면.
도 9는 예시적인 포락선 추적 전력 증폭기 아키텍처를 도시한 도면.
본 발명은 포락선 추적 RF 전력 증폭기를 설명하는 실시예들에 관하여 다음에 설명하고 있다.
포락선 추적 전력 공급의 공급 피드 네트워크의 예시적인 모델이 도 2에 도시되어 있다.
이상적인 전압 모듈레이터(12)는 전기 접지와 인덕터(14)의 제 1 단자 사이에 연결된다. 인덕터(14)의 제 2 단자는 인덕터(20)의 제 1 단자에 연결된다. 커패시터(18)는 전기 접지에 연결된 제 1 단자 및 인덕터(14)의 제 2 단자와 인덕터(20)의 제 1 단자에 연결된 제 2 단자를 갖는다. 이상적인 RF 트랜지스터는 전류원(22)에 의해 대표되고, 전기 접지에 연결된 제 1 단자 및 인덕터(20)의 제 2 단자에 연결된 제 2 단자를 갖는다. 커패시터(24)는 전기 접지에 연결된 제 1 단자와 인덕터(20)의 제 2 단자 및 전류원(22)의 제 2 단자에 연결된 제 2 단자를 갖는다. 커패시터(24)는 전력 증폭기 디바이스 커패시턴스를 나타낸다. RF 매칭 네트워크(26)는 인덕터(20)의 제 2 단자, 전류원(22)의 제 2 단자 및 디바이스 커패시턴스를 나타낸 커패시터(24)의 제 2 단자에 연결된 제 1 단자를 갖는다. RF 매칭 네트워크(26)의 제 2 단자는 전기 접지에 연결된 제 1 단자를 가진, 부하 저항기(28)의 제 2 단자에 연결된다.
인덕터(14)는 전류원(22)에 의해 나타낸 바와 같이 전력 증폭기와 이상적인 전압 모듈레이터(12) 사이의 상호연결부의 인덕턴스를 나타낸다. 커패시터(18)는 RF 디커플링을 제공한다. RF 전류는 RF 디커플링 커패시터(18)로부터 흐르고, 비디오 주파수 전류는 이상적인 전압 모듈레이터(12)로부터 흐른다. 일반적으로 전력 증폭기에 대한 공급 피드 네트워크는 도 2에 도시된 인덕터(20)와 같은 인덕터, 또는 RF 전력 증폭기 전압이 생성되는 RF 캐리어 주파수에서 최대 ¼ 파장의 전기 길이를 일반적으로 가진 전송선을 포함한다. 커패시터(24)는 전류원(22)에 의해 나타낸 이상적인 RF 트랜지스터의 디바이스 커패시턴스를 나타낸다.
이상적인 전압 모듈레이터(12)에 대해 나타낸 부하 임피던스는 2개의 직렬 (낮은 임피던스) 공진들을 보여준다. 이것은 또한 도 3a 및 도 3b를 참조하여 이해될 수 있다.
도 3a에는, 모듈레이터 부하 임피던스로서 지칭되고 Zmod _ load로 표기된 이상적인 전압 모듈레이터(12)에 대해 나타낸 부하 임피던스에 영향을 미치는 구성 요소들을 도시한 도 2의 모델의 섹션이 도시되어 있다. 이 모듈레이터 부하 임피던스(Zmod _ load)는 인덕터(14)의 제 1 단자를 검색하는 이상적인 전압 모듈레이터(12)의 출력으로부터 나타난다. 참조 부호 41로 표기된 바와 같이, 이상적인 전력 증폭기는 인덕터(20)의 제 2 단자에서 개방 회로를 나타낸다. 이상적인 RF 전력 트랜지스터는 무한 출력 임피던스를 갖도록 가정되는 경우 개방 회로로 대체된다.
도 3b에는, 주파수에 대한 모듈레이터 부하 임피던스(Zmod _ load)의 크기의 플롯이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 표시된 파형(43)은 참조 부호들(45a 및 45b)로 표기된 최저점들을 갖는다. 최저점들(45a 및 45b)은 인덕터들(14, 20) 및 커패시터들(18, 24)을 포함한 네트워크와 연관된 직렬 공진들을 나타낸다. 인덕터(14) 및 디커플링 커패시터(18)의 값들에 의해 주로 결정된, 최저점(45a)으로 표기된 가장 낮은 주파수 공진은 주파수(f1)에서 발생한다.
본 발명은 인덕터(14)에 의해 나타낸 전력 증폭기에 대한 모듈레이터의 연결을 인쇄 회로 기판(PCB) 전력 분배 평면(49)으로 대체한다. 본 발명에 따른 도 3a의 배열의 변경은 도 4a에 도시되어 있다. 도 3a의 RF 디커플링 커패시터(18)는 또한 전력 분배 평면(49)에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 대체될 수 있다.
전력 분배 평면은 매우 낮은 임피던스 전송선이다.
전력 분배 평면(49)은 매우 얇은 유전체 층에 의해 PCB 구조 내의 하나 이상의 지면들로부터 분리된, PCB 구조 내의 연속적인 구리층으로서 구현될 수 있다. 이와 같이, 전력 분배 평면은 매우 낮은 임피던스 전송선으로서 고려될 수 있다.
도 4b에는, 도 4a에 도시된 구조에 대해, 주파수에 대한, 이상적인 전압 모듈레이터(12)에 대해 나타낸 모듈레이터 부하 임피던스(Zmod _ load)의 크기의 플롯이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 표시된 파형(51)은 참조 부호(53a)로 표기된 단일 최저점을 갖는다. 최저점(53a)은 LC 회로(20, 24)와 연관된 단일의 낮은 임피던스 공진을 나타낸다.
공진은 실제 구현에서 이상적인 전압 모듈레이터(12)를 대체할 공급 모듈레이터에 대한 안정성 문제들을 야기할 수 있다.
전송선의 임피던스는 다음의 등식으로 주어진다.
Z0 = √L/C
그러므로 전송선은 단위 길이 당 낮은 임피던스 및 단위 길이 당 높은 커패시턴스를 나타낸다. 전력 분배 평면은 매우 낮은 임피던스 전송선으로서 모델링될 수 있다. 전력 분배 평면의 커패시턴스가 충분히 크다면, 전력 증폭기에 대한 하나의 RF 디커플링의 역할을 할 수 있고, 도 3a의 집중 요소 디커플링 커패시터(18)는 제거될 수 있다. 이러한 경우에, 모듈레이터에 대해 나타낸 결과로 초래된 부하 임피던스는 하나의 공진만을 나타내고, 최저점(53a)에서 공진의 주파수(f2)는 도 3a의 종래 기술의 배열과 비교하여 증가된다.
가장 낮은 직렬 공진의 주파수를 증가시킴으로써, 공급 모듈레이터의 최대의 안정된 대역폭을 실질적으로 증가시키는 것이 가능하다. 이것은 차례대로 실제의 공급 모듈레이터 구현의 출력 임피던스의 감소를 허용하고 따라서 RF 전력 증폭기를 안정시키는 일을 용이하게 한다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명에 따른 응용 및 종래 기술에 대한 전력 증폭기 디바이스의 진성 드레인/콜렉터로부터 보이는 공급 임피던스의 비교에 대해 논의한다.
공급 임피던스(Zsupply)는 인덕터(20)의 제 2 단자를 향하는 디바이스 전력 증폭기의 진성 드레인/콜렉터로부터 알게 된다. 도 5a의 종래 기술의 배열 및 도 5b의 발명의 실시예 둘 다에서, 이상적인 공급 모듈레이터는 0인 출력 임피던스를 갖도록 가정되고 전기 접지에 연결된 단락(55)으로 대체된다. 도 5a의 종래 기술의 배열에서, 인덕터(14)의 제 1 단자는 단락된다. 도 5b에 도시된 발명의 실시예에서, 전력 분배 평면은 단락(55)에 의해 전기 접지에 연결된다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 도 5a 및 도 5b의 각각의 배열들에 대한 임피던스(Zsupply)는 주파수에 대해 표시된다. 도 5a의 종래 기술의 배열에 대한 실선 플롯(57)은 2개의 최고점들(61a 및 61b), 및 최저점(63a)을 갖는다. 도 5b의 발명의 실시예와 연관된 파선 플롯(59)은 단일의 최고점(65a)을 갖는다.
도 5c의 플롯들에 도시된 바와 같이, 낮은 주파수들에서 공급 임피던스는 상당히 감소된다. 예를 들어, 주파수(f3)에서 공급 임피던스는 Z1로부터 Z2로 감소된다. 공급 임피던스는 또한 최고점(65a)으로 표기된 바와 같이, 2개의 평행한(즉, 높은 임피던스) 공진들보다는, 인덕터 및 커패시터(20, 22)의 공진과 연관된 오직 하나의 최고점을 포함한다. 감소된 공급 임피던스는 전력 증폭기 진성 드레인/콜렉터에서 감소된 전압 에러를 초래하고, 따라서 감소된 메모리 효과들을 초래한다.
본 발명의 특히 유리한 구현은 단일의 모듈레이터가 전력 증폭기들이 동시에 활성화되거나 활성화되지 않는지와 관계없이, 몇몇의 전력 증폭기들을 작동시키도록 사용되는 설비에 있다. 복수의 협대역 전력 증폭기들은 예를 들어, 다대역의 모바일 통신 핸드세트들(handset)에서 흔히 사용되고, 어느 전력 증폭기가 사용되든 작동하는 단일의 모듈레이터를 사용하는 것이 편리하다.
이러한 아키텍처는 도 6a에 도시되어 있다.
도 6a는 전압 모듈레이터를 복수의 전력 증폭기들에 상호 연결하는 것과 연관된 기생 요소(parasitic element)들을 도시한다. 그러나, 정확한 상세 사항들은 어떻게 상호 연결 PCB 트랙들이 루트를 정하는지(route)에 따라 결정될 것이다. 일반적인 원리는 전압 모듈레이터로부터 복수의 전력 증폭기들을 공급하는 것이 제 1 직렬 공진의 주파수의 감소, 및 더 높은 주파수 공진들의 수의 증가를 초래할 것이라는 것이다.
도 6a의 예시적인 배열에서, 도 2에 도시된 동일한 기본 구조를 각각 가진 3개의 연관된 공급 피드 네트워크들(101a, 101b, 101c)을 가진 3개의 전력 증폭기 장치들이 제공되어 있다(도시되지 않음). 따라서 각각의 공급 피드 네트워크(101a, 101b, 101c)는: 각각 커패시터(18a, 18b, 18c)와; 각각 인덕터(20a, 20b, 20c)와; 각각 커패시터들(24a, 24b, 24c)로 표시된, 전력 증폭기 디바이스와 연관된 커패시턴스를 포함한다. 모든 구성 요소들은 전력 증폭기들의 수에 대응하는 복수 배들만큼 복제된다.
도 6a의 인덕터(14)는 전압 모듈레이터로부터 전력 증폭기 어셈블리로의 트랙(track)의 인덕턴스를 나타낸다. 이 인덕턴스는 모든 전력 증폭기들에 대해 공통이다.
인덕터(61)는 제 1 증폭기로부터 인덕터(14)의 제 2 단자와 인덕터(20b)의 제 1 단자 사이에 연결되는 제 2 전력 증폭기로의 전력 공급 트랙의 인덕턴스를 나타낸다. 유사하게, 인덕터(63)는 인덕터(61)의 제 2 단자와 인덕터(20b)의 제 1 단자 사이에 연결되는, 제 3 전력 증폭기(101c)로의 공급 피드와 연관된 인덕턴스를 나타낸다.
각각의 전력 증폭기(101a, 101b, 101c)는 일반적으로 그 자체의 RF 디커플링 커패시터(18a, 18b, 18c)를 보유한다.
도 6b의 실선(65)은 종래 기술, 도 6a의 3개의 전력 증폭기 장치에 대한 주파수에 대해, 모듈레이터 부하 임피던스(Zmod _ load)의 플롯을 도시한다. 파선(67)은 하나의 전력 증폭기 장치를 가진 종래 기술의 증폭기 장치에 따른 플롯을 도시한다.
도 6b에서 볼 수 있는 바와 같이, 파형(65)과 연관된 4개의 최저점(69a, 69b, 69c, 69d)이 있다. 추가된 각각의 전력 증폭기는 모듈레이터에 주어진 부하 임피던스의 가장 낮은 직렬 공진의 주파수를 감소시키고 이에 따라 공급 모듈레이터의 성능 및 안정성을 포함하고 배열의 작동 대역폭을 감소시킨다. 도 6b에서, 부하 임피던스의 가장 낮은 직렬 공진의 주파수가 3개의 증폭기 장치의 도입으로 f 5 로부터 f 4 로 감소된다는 것을 알 수 있다.
도 7a는 실시예에서 본 발명과 연관된 도 6a의 아키텍처의 응용을 도시한다. 인덕터들(14, 61 및 63)은 전력 분배 평면(75)으로 대체된다. 전력 평면의 커패시턴스는 부분적으로 또는 전체적으로 국소적 RF 공급 디커플링 커패시터들(18a, 18b, 18c)을 대체하도록 사용될 수 있고, 따라서 이 커패시터들은 불필요할 수 있다 - 이것은 파선들로 커패시터들(18a, 18b, 18c)의 존재를 나타낸다.
도 7b는 3개의 전력 증폭기 단계들 및 전력 분배 평면을 가진 도 7a의 아키텍처에 대한 주파수에 대해 임피던스의 플롯을 도시한 실선 파형(77), 및 전력 분배 평면을 가진 하나의 전력 증폭기 단계에 대한 동등한 플롯을 도시한 파선 플롯(79)을 가진 도 6b에 대한 동등한 플롯을 도시한다.
파형(77)은 파형(79)의 단일 최저점과 비교하여 3개의 최저점(81a, 81b, 81c)을 갖는다. 최저점(83a)으로 나타낸 바와 같이, 하나의 전력 증폭기 모듈을 가진 공진의 주파수(f 7 )는 최저점(71a)으로 나타낸 바와 같이 도 6b의 종래 기술의 장치에 대한 대응하는 공진보다 더 높다. 게다가 전력 증폭기 모듈들이 추가된 바와 같이 공진 주파수의 감소가 또한 훨씬 적다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 공진이 발생하는 제 1 주파수가 도 7b에서 최저점(83a)을 나타낸 주파수(f 7 )로부터 주파수(81a)를 나타낸 주파수(f 6 )로 오직 약간 감소된다.
도 8을 참조하여, 복수의 전력 증폭기들에 대한 각각의 1/4 파 RF 피드-라인들을 구현하도록 전력 분배 평면의 확장을 도시하고 있다. 이러한 배열은 도 7a의 별개의 인덕터들(20a, 20b, 20c)을 제거하고 도 7a의 국소적 RF 공급 디커플링 커패시터들(18a, 18b 및 18c)을 부분적으로 또는 전체적으로 대체할 수 있다.
이와 같이, 전력 평면(110)의 주요 몸체는 각각의 전력 증폭기들에 대한 RF 디커플링의 역할을 하고, 또한 매우 낮은 피드-라인 직렬 인덕턴스를 유지하는 동안 전력 증폭기들과 모듈레이터가 물리적으로 분리되도록 한다.
도 8에 도시된 예에서, 이상적인 전압 (공급) 모듈레이터(114)는 4개의 측면의 전력 평면 중 하나의 측면에 연결된다. 전력 평면의 다른 4개의 측면들에는 RF 캐리어 주파수의 파장의 1/4의 길이들을 가진 돌출부들(112a, 112b, 112c)이 제공되고, 각각은 각각의 전력 증폭기(116a, 116b, 116c)에 연결된다.
도 8에 도시된 전력 분배 평면의 물리적 형태는 예시적이고, 본 발명의 범주에서 제한을 두지 않는다. 전력 분배 평면은 실질적으로 연속적이도록, 즉, 너무 많은 갭들이 없게 요구되지만, 특정한 형태를 갖도록 요구되지 않는다.
도 8의 구현은 단일의 모듈레이터가 복수의 전력 증폭기들을 구동하도록 사용되는 MIMO(multiple-in, multiple-out) 응용들에 특히 유리하다. 본 발명은 포락선 추적 RF 전력 증폭기에 대한 응용의 예를 참조하여 여기에 설명된다. 본 발명은 이러한 장치를 이용한 임의의 장치에서 유리하게 구현될 수 있다. 포락선 추적 전력 증폭기들은 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 증폭될 입력 신호의 순간적인 포락선은 그 순간 동안 적절한 전압 공급 레벨을 생성하도록 사용된다. 공지된 포락선 추적 전력 공급기에서, 전력 공급은 입력 신호 레벨에 의존하는 복수의 이용 가능한 공급 전압들 중 하나를 선택한다. 다음에 선택된 전력 공급 전압은 변조된 공급 전압으로서 전력 증폭기에 전달되기 전에 조정되거나 또는 정정된다.
도 9를 참조하면, 포락선 추적 전력 증폭기의 기본 아키텍처가 도시되어 있다. 증폭될 RF 입력 신호는 전력 증폭기 또는 전력 증폭기들의 블록(120)의 입력부에 연결되는 신호 라인(126)에 제공된다. 포락선 검출기(122)는 라인(126) 상의 RF 입력 신호로부터 입력을 수신하고, 전압 모듈레이터(124)에 대해 입력 신호에 기초하여 포락선을 생성한다. 전압 모듈레이터(124)는 전력 증폭기 또는 전력 증폭기들(120)에 대해 라인(130) 상에 포락선 추적 전력 공급 전압과 같은, 변조된 공급 전압을 생성한다. 전력 증폭기 또는 전력 증폭기들(120)은 라인(128) 상에 증폭된 RF 출력 신호를 생성한다. 전력 증폭기 또는 전력 증폭기들(120)은 단일의 전력 증폭기 또는 도 6a 또는 도 7의 장치에 도시된 바와 같은 복수의 전력 증폭기들을 포함할 수 있다. 회로 구현에서, 본 발명의 전력 분배 평면은 전압 모듈레이터(124)의 출력을 전력 증폭기 또는 전력 증폭기들(120)로 전송하도록 제공된다.
본 발명은 포락선 추적 RF 전력 증폭기에 대한 응용의 예를 참조하여 여기에 설명된다. 본 발명은 이러한 배열을 이용한 임의의 장치에서 유리하게 구현될 수 있다.
본 발명의 예시적인 적용들은 제한적이지 않으며, 셀룰러 핸드세트들; 무선 국소적 영역 네트워크들; 무선 인프라; 라디오 및 텔레비전 방송 전송기들; 및 HF(고주파수)로부터 작동의 마이크로파 주파수 범위들로의 군사용 전력 증폭기 적용들을 포함한다.
본 발명은 특정한 예들 및 실시예들을 참조하여 여기에 설명된다. 본 발명이 이 예들 및 실시예들이 설명되는 상세 사항들에 제한되지 않고, 본 발명의 범주가 첨부된 청구항들로 규정된다는 것을 당업자는 이해할 것이다.

Claims (11)

  1. 전력 증폭기 및 공급 전압을 상기 전력 증폭기에 제공하는 전압 모듈레이터를 포함하는 포락선 추적 전력 증폭기 장치를 위한 공급 피드 네트워크(supply feed network)에 있어서:
    상기 공급 전압을 상기 전압 모듈레이터로부터 상기 전력 증폭기로 연결하도록 구성된 전력 분배 평면(power distribution plane)을 포함하고, 상기 전력 증폭기는 무선 주파수(RF) 캐리어 신호를 증폭하는 RF 전력 증폭기이고, 상기 공급 피드 네트워크는 제 1 단자 및 제 2 단자를 갖는 RF 디커플링 커패시터(de-coupling capacitor)를 더 포함하고, 상기 제 1 단자는 상기 전력 분배 평면에 연결되고 상기 제 2 단자는 전기 접지에 직접 연결되는, 공급 피드 네트워크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    인덕터를 더 포함하고, 상기 전력 분배 평면은 상기 인덕터의 일 측에 연결되고 전력 트랜지스터는 상기 인덕터의 다른 측에 연결되어 상기 공급 전압이 상기 전력 분배 평면 및 상기 인덕터를 통해 상기 전력 증폭기에 제공되고, 상기 전력 트랜지스터의 커패시턴스는 상기 인덕터와 함께 공진 회로를 형성하는, 공급 피드 네트워크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    전송선을 더 포함하고, 상기 전력 분배 평면은 상기 전송선의 일 측에 연결되고 전력 트랜지스터는 상기 전송선의 다른 측에 연결되어 상기 공급 전압이 상기 전력 분배 평면과 상기 전송선을 통해 상기 전력 증폭기에 제공되는, 공급 피드 네트워크.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전력 분배 평면은 상기 전송선을 제공하도록 구성되는, 공급 피드 네트워크.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 전압을 상기 전압 모듈레이터로부터 복수의 전력 증폭기들로 연결하도록 또한 구성되는, 공급 피드 네트워크.
  7. 제 6 항에 있어서,
    복수의 인덕터들을 더 포함하고, 상기 전력 분배 평면은 상기 인덕터들 각각의 일 측에 연결되고 각각의 전력 트랜지스터는 상기 인덕터들 각각의 다른 측에 연결되어 상기 공급 전압이 상기 전력 분배 평면과 상기 인덕터들을 통해 상기 복수의 전력 증폭기들에 제공되고, 각각의 전력 트랜지스터의 커패시턴스는 각각의 인덕터와 함께 공진 회로를 형성하는, 공급 피드 네트워크.
  8. 제 6 항에 있어서,
    복수의 전송선들을 더 포함하고, 상기 전력 분배 평면은 각각의 전송선의 일 측에 연결되고 각각의 전력 트랜지스터들은 각각의 전송선의 다른 측에 연결되어 상기 공급 전압이 상기 전력 분배 평면과 상기 각각의 전송선들을 통해 상기 복수의 전력 증폭기들에 제공되는, 공급 피드 네트워크.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전력 분배 평면은 상기 전송선들의 각각을 제공하도록 구성되는, 공급 피드 네트워크.
  10. 전력 증폭기 및 공급 전압을 상기 전력 증폭기에 제공하는 전압 모듈레이터를 포함하는 포락선 추적 전력 증폭기 장치를 위한 공급 피드 네트워크에 있어서:
    상기 공급 전압을 상기 전압 모듈레이터로부터 상기 전력 증폭기로 연결하도록 구성된 전력 분배 평면을 포함하고, 상기 전력 증폭기는 RF 캐리어 신호를 증폭하는 복수의 RF 전력 증폭기를 포함하고, 상기 공급 피드 네트워크는 각각의 전력 증폭기와 연관된 복수의 RF 디커플링 커패시터들을 더 포함하고, 상기 복수의 RF 디커플링 커패시터 각각은 제 1 단자 및 제 2 단자를 가지며, 상기 제 1 단자들 각각은 상기 전력 분배 평면에 연결되고 상기 제 2 단자들 각각은 전기 접지에 직접 연결되는, 공급 피드 네트워크.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 증폭기에 의해 상기 전압 모듈레이터에 존재하는 임피던스에서 최소 임피던스 공진을 발생시키는 주파수가 증가되고, 이에 따라 상기 전압 모듈레이터의 안정적 대역폭을 증가시키는, 공급 피드 네트워크.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016190451A1 (ko) * 2015-05-22 2016-12-01 주식회사 쏠리드 신호 처리 장치
KR20180081317A (ko) * 2017-01-06 2018-07-16 삼성전자주식회사 전력 증폭 장치 및 이를 포함하는 단말 또는 기지국
KR20200012199A (ko) 2018-07-26 2020-02-05 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 송신 신호들을 증폭하기 위한 장치 및 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2411062A (en) * 2004-02-11 2005-08-17 Nujira Ltd Resonance suppression for power amplifier output network

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4129839A (en) * 1977-03-09 1978-12-12 Raytheon Company Radio frequency energy combiner or divider
US4963833A (en) * 1989-06-12 1990-10-16 Motorola, Inc. High powered amplifier and heat sinking apparatus
US5528203A (en) 1994-09-26 1996-06-18 Endgate Corporation Coplanar waveguide-mounted flip chip
US5973557A (en) * 1996-10-18 1999-10-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. High efficiency linear power amplifier of plural frequency bands and high efficiency power amplifier
US20060221585A1 (en) * 2005-04-05 2006-10-05 Brench Colin E Apparatus and method for reducing noise coupling
US7428136B2 (en) * 2005-08-06 2008-09-23 Geomat Insights, Llc Integral charge storage basement and wideband embedded decoupling structure for integrated circuit
US8538493B2 (en) * 2009-02-16 2013-09-17 Blackberry Limited Mobile wireless communications device including a self-contained rechargeable battery pack with filter and related methods
CN102449902B (zh) * 2009-04-09 2016-03-16 努吉拉有限公司 多级放大器
KR101094050B1 (ko) * 2009-07-23 2011-12-19 성균관대학교산학협력단 다중 스위치를 갖는 동적 바이어스 공급장치
EP2293433B1 (en) * 2009-09-01 2011-11-02 Alcatel Lucent Envelope tracking RF power amplifier unit and method for power amplification of an RF signal
WO2011049997A1 (en) * 2009-10-19 2011-04-28 Meyer Sound Laboratories, Incorporated Circuit and method for reducing noise in class d amplifiers
GB2480687B (en) * 2010-05-28 2018-04-04 Snaptrack Inc Power supply pre-distortion

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2411062A (en) * 2004-02-11 2005-08-17 Nujira Ltd Resonance suppression for power amplifier output network

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