KR102478315B1 - Doherty power amplifier and the method of modulating load impedance of the amplifier - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도허티 전력 증폭 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 도허티 전력 증폭 장치는 제 1 RF 신호를 수신하여 제 2 RF 신호 및 제 3 RF 신호를 포함하는 복수의 RF 신호로 분배하는 전력 분배기; 상기 제 2 RF 신호를 증폭하는 주 증폭기; 상기 제 3 RF 신호를 증폭하는 보조 증폭기; 상기 주 증폭기로부터 수신한 RF 신호 및 상기 보조 증폭기로부터 수신한 RF 신호를 결합하여, 한 개의 RF 신호로 변환하여 출력하는 전력 결합기; 상기 주 증폭기와 상기 전력 결합기 사이에 배치되는 제1 전송선로; 및 상기 보조 증폭기와 상기 전력 결합기 사이에 배치되는 제2 전송선로를 포함하고, 상기 제 1 RF 신호에 대응하는 전력이 임계치 이상일 때, 상기 제 1 전송선로와 연결된 전력 결합기의 한쪽 입력단의 제1 임피던스와 상기 제 2 전송선로와 연결된 전력 결합기의 다른 한쪽 입력단의 제 2 임피던스는 서로 켤레복소수 관계이며, 전력 결합의 방식은 위상이 서로 다른 전류나 전압인 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a Doherty power amplifier, wherein the Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention receives a first RF signal and distributes it into a plurality of RF signals including a second RF signal and a third RF signal. power divider; a main amplifier for amplifying the second RF signal; an auxiliary amplifier for amplifying the third RF signal; a power combiner combining the RF signal received from the main amplifier and the RF signal received from the auxiliary amplifier, converting the RF signal into one RF signal, and outputting the converted signal; a first transmission line disposed between the main amplifier and the power combiner; And a second transmission line disposed between the auxiliary amplifier and the power combiner, wherein when the power corresponding to the first RF signal is greater than a threshold value, a first impedance of one input terminal of the power combiner connected to the first transmission line and the second impedance of the other input terminal of the power combiner connected to the second transmission line have a complex conjugate relationship with each other, and the power combining method is characterized in that currents or voltages having different phases.

Description

도허티 전력 증폭 장치 및 이 장치의 부하 임피던스 변조 방법{DOHERTY POWER AMPLIFIER AND THE METHOD OF MODULATING LOAD IMPEDANCE OF THE AMPLIFIER}Doherty power amplifier and load impedance modulation method of the device

본 발명은 백오프 영역의 효율이 개선된 도허티 전력 증폭 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a Doherty power amplifying device having improved back-off region efficiency.

최근의 무선 통신 시스템은 많은 데이터 용량을 처리하기 위하여 높은 첨두치 대비 평균 전력 비(Peak to Average Power Ratio, PAPR)를 갖는 변조 방식을 이용한다. A recent wireless communication system uses a modulation scheme having a high peak to average power ratio (PAPR) in order to process a large amount of data.

이렇게 높은 PAPR을 갖는 변조 신호를 선형적으로 증폭하기 위해서, 전력 증폭 장치(power amplifier, PA)는 최대 출력 영역이 아닌 백오프(back-off) 영역에서 주로 동작하게 된다.In order to linearly amplify a modulated signal having such a high PAPR, a power amplifier (PA) mainly operates in a back-off region rather than a maximum output region.

이 경우, 전력 증폭 장치의 효율이 최대 출력 영역에서 동작할 때의 효율에 비해 급격히 감소하게 되는데, 전력 증폭 장치의 효율 감소는 전력 소모량을 상승시키며, 특히 모바일 디바이스의 배터리 사용량을 증가시킨다.In this case, the efficiency of the power amplification device is rapidly reduced compared to the efficiency when the power amplification device operates in the maximum output region, and the decrease in efficiency of the power amplification device increases power consumption, and in particular, increases battery usage of the mobile device.

최근 연구에 따르면, 두 개의 증폭기를 이용하여 부하 임피던스 변조 방식으로 백오프(back-off) 영역에서의 전력 증폭 장치의 효율을 개선하는 도허티 전력 증폭 장치 구조가 제안되었다.According to a recent study, a Doherty power amplifier structure that improves the efficiency of the power amplifier in a back-off region using a load impedance modulation method using two amplifiers has been proposed.

도 1을 참조하여, 종래의 도허티 전력 증폭 장치를 설명한다.Referring to FIG. 1, a conventional Doherty power amplifier will be described.

도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스 변조 동작은 Class-AB 바이어스의 주 증폭기(Carrier PA)와 Class-C 바이어스의 보조 증폭기(Peaking PA)를 이용하여 구현된다. The load impedance modulation operation of the Doherty power amplifier is implemented using a Class-AB bias main amplifier (Carrier PA) and a Class-C bias auxiliary amplifier (Peaking PA).

도 1에 도시된 도허티 전력 증폭 장치의 높은 출력 전력 영역[HP operation]에서는 두 증폭기가 같은 전력을 출력하지만, 낮은 출력 전력 영역[LP operation]에서는 주 증폭기(Carrier PA)만 동작하고 보조 증폭기(Peaking PA)는 꺼진다. In the high output power region [HP operation] of the Doherty power amplifier shown in FIG. 1, the two amplifiers output the same power, but in the low output power region [LP operation], only the main amplifier (Carrier PA) operates and the auxiliary amplifier (Peaking PA) is turned off.

이와 같이, 주 증폭기와 보조 증폭기의 부하 임피던스는 출력 전력 크기에 따라 변조되어 6 dB 백오프(back-off)된 출력까지 효율이 개선된다. In this way, the load impedances of the main amplifier and the auxiliary amplifier are modulated according to the magnitude of the output power, so that the efficiency is improved up to an output of 6 dB back-off.

하지만 높은 PAPR를 요구되는 차세대 무선통신 시스템에서는 기존 6dB 백오프 영역에서만 효율이 개선되는 도허티 전력 증폭 장치의 경우 평균 효율 개선 효과가 줄어드는 문제가 있으므로, 6 dB 이상의 백-오프 영역에서도 효율이 개선되는 도허티 전력 증폭 장치가 요구되고 있다. However, in a next-generation wireless communication system requiring high PAPR, in the case of the existing Doherty power amplifier, which improves efficiency only in the 6dB back-off region, the average efficiency improvement effect is reduced. A power amplification device is required.

(KR) 특허출원 10-2006-0071179호(KR) Patent Application No. 10-2006-0071179

본 발명을 통해 도허티 전력 증폭기의 효율이 개선되는 영역을 확장할 수 있다. Through the present invention, it is possible to expand the area in which the efficiency of the Doherty power amplifier is improved.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본 발명의 일 실시예에 따른 도허티 전력 증폭 장치는 제 1 RF 신호를 수신하여 제 2 RF 신호 및 제 3 RF 신호를 포함하는 복수의 RF 신호로 분배하는 전력 분배기; 상기 제 2 RF 신호를 증폭하는 주 증폭기; 상기 제 3 RF 신호를 증폭하는 보조 증폭기; 상기 주 증폭기로부터 수신한 RF 신호 및 상기 보조 증폭기로부터 수신한 RF 신호를 결합하여, 한 개의 RF 신호로 변환하여 출력하는 전력 결합기; 상기 주 증폭기와 상기 전력 결합기 사이에 배치되는 제1 전송선로; 및 상기 보조 증폭기와 상기 전력 결합기 사이에 배치되는 제2 전송선로를 포함하고, 상기 제 1 RF 신호에 대응하는 전력이 임계치 이상일 때, 상기 제1 전송선로와 연결된 전력 결합기의 한쪽 입력단의 제1 임피던스와 상기 제2 전송선로와 연결된 전력 결합기의 다른 한쪽 입력단의 제2 임피던스가 서로 상이한 것을 특징으로 한다. A Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention includes a power divider for receiving a first RF signal and distributing it into a plurality of RF signals including a second RF signal and a third RF signal; a main amplifier for amplifying the second RF signal; an auxiliary amplifier for amplifying the third RF signal; a power combiner combining the RF signal received from the main amplifier and the RF signal received from the auxiliary amplifier, converting the RF signal into one RF signal, and outputting the converted signal; a first transmission line disposed between the main amplifier and the power combiner; and a second transmission line disposed between the auxiliary amplifier and the power combiner, wherein when power corresponding to the first RF signal is greater than or equal to a threshold value, a first impedance of one input terminal of the power combiner connected to the first transmission line And the second impedance of the other input terminal of the power combiner connected to the second transmission line is different from each other.

일 실시예에서, 높은 출력전력 영역에서 상기 제1 임피던스와 제2 임피던스는 서로 켤레복소수인 것을 특징으로 한다. In one embodiment, it is characterized in that the first impedance and the second impedance are complex conjugates to each other in a high output power region.

일 실시예에서, 상기 제2 전송선로는 서로 직렬 연결된 복수개의 전송선로를 포함하고 상기 복수개의 전송선로는 각각 상이한 특성임피던스와 전기적 길이를 갖는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the second transmission line includes a plurality of transmission lines connected in series with each other, and the plurality of transmission lines each have different characteristic impedances and electrical lengths.

일 실시예에서, 상기 주 증폭기의 입력단에 주증폭기와 보조 증폭기의 위상 차이를 보상하기 위한 보상 전송선로가 연결되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, it is characterized in that a compensation transmission line for compensating for a phase difference between the main amplifier and the auxiliary amplifier is connected to the input terminal of the main amplifier.

일 실시예에서, 상기 보상 전송선로에 대응하는 위상(θPM°)에 대한 tan(θPM°)와 상기 제 1 전송선로에 대응하는 위상(θ°)에 대한 tan(θ°)가 비례하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, tan (θ PM °) for the phase (θ PM °) corresponding to the compensation transmission line is proportional to tan (θ °) for the phase (θ °) corresponding to the first transmission line. characterized by

본 발명의 다른 실시예에 따른 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 변조하는 방법은, 전력 분배기가 제 1 RF 신호를 수신하여 제 2 RF 신호 및 제3 RF 신호를 포함하는 복수의 RF 신호로 분배하는 단계; 주 증폭기가 상기 제 2 RF 신호를 증폭하는 단계; 제1 전송선로가 전력 결합기 한쪽 입력단의 임피던스를 주 증폭기 출력단에 필요한 최적 부하 임피던스로 변조하는 단계; 보조 증폭기가 상기 제3 RF 신호를 증폭하는 단계; 제2 전송선로가 전력 결합기 다른 한쪽 입력단의 임피던스를 보조 증폭기 출력단에 필요한 최적 부하 임피던스로 변조하는 단계; 및 상기 제1 전송선로의 출력 RF 신호와 제2 전송선로의 출력 RF 신호를 결합시키는 단계; 상기 전력 결합기에서 제1 전송선로의 출력 RF 신호와 제2 전송선로의 출력 RF 신호의 결합 비율에 따라 상기 전력 결합기 한쪽 입력단의 임피던스와 다른 한쪽 입력단의 임피던스가 변조되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. A method for modulating the load impedance of a Doherty power amplifier according to another embodiment of the present invention includes receiving a first RF signal by a power divider and distributing it into a plurality of RF signals including a second RF signal and a third RF signal. step; amplifying the second RF signal by a main amplifier; Modulating, by a first transmission line, an impedance of one input terminal of the power coupler to an optimum load impedance required for an output terminal of a main amplifier; amplifying the third RF signal by an auxiliary amplifier; Modulating, by the second transmission line, the impedance of the other input terminal of the power coupler to an optimum load impedance required for the output terminal of the auxiliary amplifier; and combining the output RF signal of the first transmission line and the output RF signal of the second transmission line. Modulating the impedance of one input terminal and the impedance of the other input terminal of the power combiner according to a coupling ratio between an output RF signal of a first transmission line and an output RF signal of a second transmission line in the power combiner. .

일 실시예에서, 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 변조하는 방법은 보상 전송선로가 상기 제2 RF 신호를 수신하여 주 증폭기와 보조 증폭기의 위상 차를 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the method of modulating the load impedance of the Doherty power amplifier may further include compensating for a phase difference between a main amplifier and an auxiliary amplifier by receiving the second RF signal through a compensation transmission line.

본 발명의 일 실시예에 따른 도허티 전력 증폭 장치에 따르면, 아웃페이징 전력 결합기를 이용하여 확장된 백오프 영역을 갖는다. According to the Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention, it has an extended back-off region by using an outphasing power combiner.

본 발명의 일 실시예에 따른 도허티 전력 증폭 장치에 따르면, 무선통신 시스템 또는 무선 에너지 전력전송 시스템에서 전력 효율을 개선할 수 있으며, 시스템 전체의 효율을 향상시킬 수 있다.According to the Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention, power efficiency can be improved in a wireless communication system or a wireless energy power transmission system, and the efficiency of the entire system can be improved.

본 발명의 도허티 전력 증폭 장치에 따르면, 주로 사용하는 CMOS 전력 증폭 장치 집적회로 설계에 적용될 수 있으며, 모바일 디바이스용 전력 증폭 장치의 효율을 개선할 수 있기 때문에 디바이스의 전력 사용량을 줄여 배터리 사용 시간을 늘릴 수 있다.According to the Doherty power amplification device of the present invention, it can be applied to the design of a CMOS power amplification device integrated circuit that is mainly used, and since the efficiency of the power amplification device for mobile devices can be improved, the power consumption of the device can be reduced and the battery usage time can be increased. can

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1은 종래의 도허티 전력 증폭 장치의 회로도이다.
도 2는 전력 결합기의 주 증폭기와 보조 증폭기의 출력 전력을 결합하는 두가지 방식을 나타낸 회로도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 전류 결합 방식을 설명하는 개념도이다.
도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 전압 결합 방식을 설명하는 개념도이다.
도 4는 직렬 연결된 2개의 전송선로를 이용한 임피던스 트랜스포머의 개념도이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 전류 결합 방식을 설명하는 개념도이다.
도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 전압 결합 방식을 설명하는 개념도이다.
도 6의 (a)는 낮은 출력 전력 영역(LP operation)에서 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 나타낸다.
도 6의 (b)는 높은 출력 전력 영역(HP operation)에서 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 나타낸다.
도 7의 (a)는 낮은 출력 전력 영역(LP operation)에서 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 나타낸다.
도 7의 (b)는 높은 출력 전력 영역(HP operation)에서 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 나타낸다.
도 8의 (a)는 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 나타낸 그래프이다.
도 8의 (b)는 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치 보조 증폭기 출력단의 부하 임피던스를 나타낸 스미스 차트이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 출력 신호의 전력에 따른 전력부가효율(PAE: Power Added Efficiency)을 나타내는 그래프이다.
1 is a circuit diagram of a conventional Doherty power amplifier.
Figure 2 is a circuit diagram showing two ways of combining the output power of the main amplifier and the auxiliary amplifier of the power combiner.
3(a) is a conceptual diagram illustrating a current coupling method of an outphasing Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention.
3(b) is a conceptual diagram illustrating a voltage coupling method of an outphasing Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram of an impedance transformer using two transmission lines connected in series.
5(a) is a conceptual diagram illustrating a current coupling method of an outphasing Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention.
5(b) is a conceptual diagram illustrating a voltage coupling method of an outphasing Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention.
6(a) shows the load impedance of the outphasing Doherty power amplifying device in a low output power region (LP operation).
6(b) shows the load impedance of the outphasing Doherty power amplifier in a high output power region (HP operation).
Figure 7 (a) shows the load impedance of the outphasing Doherty power amplifier in the low output power region (LP operation).
7(b) shows the load impedance of the outphasing Doherty power amplifying device in a high output power region (HP operation).
8(a) is a graph showing the load impedance of an outphasing Doherty power amplifier.
8(b) is a Smith chart showing the load impedance of the output stage of the auxiliary amplifier of the outphasing Doherty power amplifier.
9 is a graph showing Power Added Efficiency (PAE) according to power of an output signal of an outphasing Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can have various changes and various embodiments, specific embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. The term and/or includes a combination of a plurality of related items or any one of a plurality of related items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It should be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. something to do. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification and claims, when a part includes a certain component, it means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated.

도 2는 전력 결합기의 주 증폭기와 보조 증폭기의 출력 전력을 결합하는 두가지 방식을 나타낸 회로도이다. Figure 2 is a circuit diagram showing two ways of combining the output power of the main amplifier and the auxiliary amplifier of the power combiner.

도 2의 (a)는 전류 결합 방식의 전력 결합기를 나타내는 회로도이고, 도 2의 (b)는 전압 결합 방식의 전력 결합기를 나타내는 회로도이다. FIG. 2(a) is a circuit diagram showing a current coupling type power combiner, and FIG. 2(b) is a circuit diagram showing a voltage coupling type power combiner.

도 2는 전류 결합 방식의 전력 결합기의 한쪽 입력단의 입력전력(S1)과 다른 한쪽 입력단의 입력전력(S2)을 결합하면 전력 결합기의 출력전력(Stotal)과 동일하다. 2 shows that when the input power (S1) of one input terminal of the current coupling type power combiner and the input power (S2) of the other input terminal are combined, the output power (Stotal) of the power combiner is the same.

또한, 전류 결합 방식의 전력 결합기의 한쪽 입력단의 입력전력(S1)과 다른 한쪽 입력단의 입력전력(S2)은 서로 크기가 같다. 이를 식으로 나타내면 하기 수학식 1과 같다. In addition, the input power (S1) of one input terminal of the current coupling type power combiner and the input power (S2) of the other input terminal have the same magnitude. If this is expressed as an equation, it is as shown in Equation 1 below.

[수학식 1] [Equation 1]

Figure 112020120304848-pat00001
Figure 112020120304848-pat00001

즉, 전류 결합 방식의 전력 결합기 출력단 부하의 임피던스가 RL인 경우, 전류 결합 전력 결합기 2개의 입력단 임피던스는 다음의 조건이 성립한다.That is, when the impedance of the load at the output end of the current-coupled power combiner is R L , the following condition is satisfied for the impedance of the two input ends of the current-coupled power combiner.

Figure 112020120304848-pat00002
Figure 112020120304848-pat00002

또한, 전압 결합 방식의 전력 결합기 입력단 임피던스는 다음의 조건이 성립한다.In addition, the following condition is established for the impedance of the input terminal of the power combiner of the voltage coupling method.

Figure 112020120304848-pat00003
Figure 112020120304848-pat00003

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 개념도이다. 3 is a conceptual diagram of an outphasing Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention.

도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 전류 결합 방식을 설명하는 개념도이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 도허티 전력 증폭 장치의 전압 결합 방식을 설명하는 개념도이다. 3(a) is a conceptual diagram illustrating a current coupling method of an outphasing Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3(b) is a Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention. It is a conceptual diagram explaining the voltage coupling method of

본 발명의 일 실시예에 따른 도허티 전력 증폭 장치는 전력 분배기(110), 주 증폭기(120), 보조 증폭기(130), 전력 결합기(140), 제1 전송선로(150), 제2 전송선로(160) 및 보상 전송선로(170)를 포함한다. 제2 전송선로(160)는 직렬 연결된 제3 전송선로(162)와 제4 전송선로(164)를 포함할 수 있다. The Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention includes a power divider 110, a main amplifier 120, an auxiliary amplifier 130, a power combiner 140, a first transmission line 150, a second transmission line ( 160) and a compensation transmission line 170. The second transmission line 160 may include a third transmission line 162 and a fourth transmission line 164 connected in series.

전력 분배기(110)는 제1 RF 신호를 제 1 RF 신호를 수신하여 제 2 RF 신호 및 제 3 RF 신호로 분배하는 전력 분배기 역할을 수행한다. 전력 결합기(140)는 각 증폭기(120, 130)의 출력을 결합하여 단일 RF 신호로 변환하며, 전력 결합기 역할을 수행한다.The power divider 110 serves as a power divider for receiving the first RF signal and distributing the first RF signal into a second RF signal and a third RF signal. The power combiner 140 combines the outputs of the respective amplifiers 120 and 130 and converts them into a single RF signal, and serves as a power combiner.

두 개의 증폭기(120, 130)는 전력 분배기(110) 및 전력 결합기(140)에 의해 결합되어 도허티 전력 증폭 장치로 동작한다. 주 증폭기(120)는 Class-AB로 동작하며 제 2 RF 신호를 증폭하고, 보조 증폭기(130)는 Class-C 로 동작하며 제 3 RF 신호를 증폭한다.The two amplifiers 120 and 130 are combined by a power divider 110 and a power combiner 140 to operate as a Doherty power amplifier. The main amplifier 120 operates in Class-AB and amplifies the second RF signal, and the auxiliary amplifier 130 operates in Class-C and amplifies the third RF signal.

주 증폭기(120)의 출력단에는 부하 변조를 만들기 위한 제1 전송선로(150)가 배치되며, 보조 증폭기(130)의 출력단에는 제2 전송선로(160)가 배치되며, 주 증폭기(120)의 입력단에는 주 증폭기(120)와 보조 증폭기(130)의 위상 차이를 보상하기 위한 보상 전송선로(170)가 배치된다. 보상 전송선로(170)는 입력되는 전압 위상을 조절하여 아웃페이징 결합에 필요한 위상 차이를 제공한다. A first transmission line 150 for generating load modulation is disposed at the output terminal of the main amplifier 120, a second transmission line 160 is disposed at the output terminal of the auxiliary amplifier 130, and an input terminal of the main amplifier 120. A compensation transmission line 170 for compensating for a phase difference between the main amplifier 120 and the auxiliary amplifier 130 is disposed. The compensation transmission line 170 adjusts the phase of the input voltage to provide a phase difference required for outphasing coupling.

제2 전송선로(160)는 임피던스 변조를 위한 구성으로 직렬 연결된 제3 전송선로(162)와 제4 전송선로(164)를 포함한다. 제3 전송선로(162)와 제4 전송선로(164)는 서로 다른 전기적 길이를 갖는다. 또한 제3 전송선로(162)와 제4 전송선로(164)는 서로 다른 특성임피던스를 갖는다. The second transmission line 160 includes a third transmission line 162 and a fourth transmission line 164 connected in series in a configuration for impedance modulation. The third transmission line 162 and the fourth transmission line 164 have different electrical lengths. Also, the third transmission line 162 and the fourth transmission line 164 have different characteristic impedances.

도 3의 (a)를 참조하여, 전류 결합 방식을 이용하는 경우, 제1 전송선로(150)는 특성임피던스 Z0를 가진 전기적 길이 θ°의 전송선로이고, 제3 전송선로(162)는 특성임피던스 Zopt를 가진 전기적 길이 θoffset ° 전송선로이며, 제3 전송선로(162)와 직렬 연결된 제4 전송선로(164)는 특성임피던스 Z0를 가진 전기적 길이 180°- θ° 전송선로이다. 보상 전송선로(170)는 전기적 길이 θPM° 의 전송선로이다. 여기서 전기적 길이는 실제 길이를 파장 λ로 나눈 길이로서, 전송선로에 전파되고 있는 주기적인 전기 신호의 파장의 배수로 표현되고, 파장은 각도로 표현된다. 예를 들어, 전기적 길이 90°의 전송선로는 해당 전송선로가 전파하는 전기 신호의 파장의 1/4λ인 것을 의미한다. Referring to (a) of FIG. 3 , in the case of using the current coupling method, the first transmission line 150 is a transmission line having a characteristic impedance Z 0 and an electrical length of θ°, and the third transmission line 162 has a characteristic impedance It is an electrical length θ offset ° transmission line with Z opt , and the fourth transmission line 164 connected in series with the third transmission line 162 is an electrical length 180 ° - θ ° transmission line with characteristic impedance Z 0 . The compensation transmission line 170 is a transmission line having an electrical length of θ PM °. Here, the electrical length is the length obtained by dividing the actual length by the wavelength λ, and is expressed as a multiple of the wavelength of a periodic electric signal propagating through the transmission line, and the wavelength is expressed as an angle. For example, a transmission line having an electrical length of 90° means that the transmission line is 1/4λ of the wavelength of an electric signal propagated.

도 3의 (b)를 참조하여, 전압 결합 방식을 이용하는 경우, 제1 전송선로(150)는 특성임피던스 Z0를 가진 전기적 길이 90°+θ°의 전송선로이고, 제3 전송선로(162)는 특성임피던스 Zopt를 가진 전기적 길이 θoffset ° 의 전송선로이며, 제3 전송선로(162)와 직렬 연결된 제4 전송선로(164)는 특성임피던스 Z0를 가진 전기적 길이 90°- θ°의 전송선로이며, 보상 전송선로(170)는 전기적 길이 180 °+ θPM° 의 전송선로이다. Referring to (b) of FIG. 3, in the case of using the voltage coupling method, the first transmission line 150 is a transmission line having a characteristic impedance Z 0 and an electrical length of 90°+θ°, and the third transmission line 162 is a transmission line having an electrical length θ offset ° and having a characteristic impedance Z opt , and a fourth transmission line 164 connected in series with the third transmission line 162 is a transmission line having a characteristic impedance Z 0 and an electrical length of 90 ° - θ ° , and the compensation transmission line 170 is a transmission line having an electrical length of 180 ° + θ PM °.

여기서, θ°는 요구되는 전력 백오프의 정도에 따라 상이하게 결정될 수 있다.Here, θ° may be differently determined according to the required degree of power backoff.

이로써 전력 결합기에서 전류나 전압이 필요한 위상차를 가지고 결합되어 요구된 부하 임피던스 변조가 정확히 구현된다. 상기 전력 결합기는 무손실 결합기를 가정한다. As a result, the current or voltage is combined with the required phase difference in the power combiner, and the required load impedance modulation is accurately implemented. The power combiner assumes a lossless combiner.

도 4는 직렬 연결된 2개의 전송선로를 이용한 임피던스 트랜스포머의 개념도이다. 4 is a conceptual diagram of an impedance transformer using two transmission lines connected in series.

직렬 연결된 2개의 전송선로는 각각 특성임피던스 Z0*k0.5를 가진 전기적 길이 90°의 전송선로 및 특성임피던스 Z0를 가진 전기적 길이 90°의 전송선로로서, 임피던스 트랜스포머의 출력단 임피던스 ZL를 일정한 비율 k로 입력단에서 k*ZL가 되게 임피던스를 변환한다. 도 4에 도시한 바와 같은 임피던스 트랜스포머는 집중소자(Lumped element) 및 분포소자(Distributed element)를 이용한 전송선로 등가 회로로도 구성할 수 있다.Two transmission lines connected in series are a transmission line with electrical length of 90° each having characteristic impedance Z 0 *k 0.5 and a transmission line with electrical length of 90° with characteristic impedance Z 0 . Convert the impedance to k*Z L at the input with k. The impedance transformer as shown in FIG. 4 can also be configured as a transmission line equivalent circuit using lumped elements and distributed elements.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 임피던스 트랜스포머를 포함하는 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 개념도이다. 5 is a conceptual diagram of an outphasing Doherty power amplifier including an impedance transformer according to another embodiment of the present invention.

도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 전류 결합 방식을 설명하는 개념도이고, 도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 전압 결합 방식을 설명하는 개념도이다. 5(a) is a conceptual diagram illustrating a current coupling method of an outphasing Doherty power amplification device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5(b) is an outphasing Doherty power according to an embodiment of the present invention. It is a conceptual diagram explaining the voltage coupling method of the amplification device.

도 5의 실시예는 도 3의 실시예에서 임피던스 트랜스포머를 추가한 구성이므로, 공통의 구성요소의 구체적인 설명은 생략한다. Since the embodiment of FIG. 5 has an impedance transformer added to the embodiment of FIG. 3, detailed descriptions of common components are omitted.

Ropt가 실제로 직접 구현하기 어려운 높은 값이나 낮은 값으로 나오는 경우, 임피던스 트랜스포머 회로를 추가하여, 임피던스를 일정한 비율로 확대하거나 축소함으로써, 도허티 전력 증폭 장치 구조를 이용할 수 있다. When R opt is a high or low value that is difficult to implement directly in practice, the Doherty power amplification device structure can be used by adding an impedance transformer circuit to expand or reduce the impedance at a constant rate.

또한 같은 최대 출력의 실제 바이어스 조건이 다른 주 증폭기와 보조 증폭기의 최적 부하 임피던스는 차이가 존재할 수 있으므로, 제1 전송선로(150)와 제2 전송선로(160)에 임피던스 트랜스포머 회로를 추가하여 제1 전송선로(150) 입력단에 보이는 임피던스 Ropt를 주 증폭기(120) 출력단에 필요한 최적 임피던스 Ropt_c로 변환하고, 제4 전송선로(164) 입력단에 보이는 임피던스 Ropt 를 보조 증폭기(130)의 출력단에 필요한 최적 임피던스 Ropt_pf로 변환시킬 수 있다. 이로써, 주 증폭기(120)와 보조 증폭기(130)는 제1 전송선로(150)와 제2 전송선로(160)를 통해 최적의 동작 조건에서 동작한다. 이렇게 출력된 제1 전송선로(150)의 출력과 제2 전송선로(160)의 출력은 제1 전력 결합기(140)에 의해 결합된다. In addition, since there may be a difference between the optimal load impedances of the main amplifier and the auxiliary amplifier under different actual bias conditions of the same maximum output, an impedance transformer circuit is added to the first transmission line 150 and the second transmission line 160 so that the first transmission line 150 and the second transmission line 160 are The impedance R opt seen at the input terminal of the transmission line 150 is converted into the optimum impedance R opt_c required for the output terminal of the main amplifier 120, and the impedance R opt seen at the input terminal of the fourth transmission line 164 is converted to the output terminal of the auxiliary amplifier 130. It can be converted to the required optimum impedance R opt_pf . Thus, the main amplifier 120 and the auxiliary amplifier 130 operate under optimal operating conditions through the first transmission line 150 and the second transmission line 160 . The output of the first transmission line 150 and the output of the second transmission line 160 thus output are combined by the first power combiner 140 .

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 전류 결합 방식의 부하 임피던스를 변조하는 방식을 나타내고, 도 6의 (a)는 낮은 출력 전력 영역(LP operation)에서 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 나타내고, 도 6의 (b)는 높은 출력 전력 영역(HP operation)에서 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 나타낸다. 6 shows a method of modulating the load impedance of the current coupling method of the outphasing Doherty power amplifier of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 (a) shows a method in a low output power region (LP operation) The load impedance of the outphasing Doherty power amplification device is shown, and FIG. 6(b) shows the load impedance of the outphasing Doherty power amplification device in a high output power region (HP operation).

도 6의 (a)를 참조하여, 낮은 출력 전력 영역에서는 즉, 상기 제 1 RF 신호에 대응하는 전력이 상기 임계치 미만일 때, 보조 증폭기(130)가 꺼진 상태가 되기 때문에, 보조 증폭기(130)의 출력 전류 성분이 없고, 출력단 임피던스는 무한대가 된다.Referring to (a) of FIG. 6, in a low output power region, that is, when the power corresponding to the first RF signal is less than the threshold value, since the auxiliary amplifier 130 is turned off, the auxiliary amplifier 130 There is no output current component, and the output stage impedance becomes infinite.

상기 제3 전송선로(162)는 전기적 길이 θoffset °전송선로이며, 상기 제4 전송선로는 전기적 길이 180°- θ°전송선로이다. 직렬 연결되는 제3 전송선로(162)와 제4 전송선로(164)가 전력 결합기 출력단 부하 RL 와 병렬연결된다. 다음의 수학식 2와 수학식 3과 같은 조건을 만족하면, 상기 제1 전송선로와 연결된 전력 결합기의 입력단에서 (GL+jB)-1 의 임피던스가 제공되어 제1 전송선로(150)를 통해 주 증폭기(120)의 출력단에서 kRopt인 부하 임피던스로 변환된다.The third transmission line 162 has an electrical length of θ offset °, and the fourth transmission line has an electrical length of 180°-θ°. The third transmission line 162 and the fourth transmission line 164 connected in series are connected in parallel with the load R L of the output terminal of the power combiner. If the conditions of Equation 2 and Equation 3 are satisfied, an impedance of (G L +jB) -1 is provided from the input terminal of the power combiner connected to the first transmission line through the first transmission line 150. At the output of the main amplifier 120, it is converted to a load impedance of kR opt .

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112020120304848-pat00004
Figure 112020120304848-pat00004

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112020120304848-pat00005
Figure 112020120304848-pat00005

여기서의 k는 부하 임피던스 변조 비율이다.where k is the load impedance modulation ratio.

도 6의 (b)를 참조하여, 높은 출력 전력 영역에서는 상기 제 1 RF 신호에 대응하는 전력이 임계치 이상이고, 전력 결합기의 한쪽 입력단에서 보이는 제1 임피던스와 다른 한쪽 입력단에서 보이는 제2 임피던스가 서로 상이하고, 제1 임피던스와 제2 임피던스는 켤레 복소수이다. 예를 들어, 주 증폭기(120)와 보조 증폭기(130)는 같은 전력을 출력하며 위상이 다른 전류를 결합하게 되어 전력 결합기(140) 입력단에서 (GL/2+jBL)-1 및 (GL/2-jBL)-1의 복소수 공액 부하 임피던스를 보이게 된다.Referring to (b) of FIG. 6, in a high output power region, the power corresponding to the first RF signal is greater than the threshold, and the first impedance seen from one input end of the power combiner and the second impedance seen from the other input end of the power coupler are different. are different, and the first impedance and the second impedance are complex conjugate numbers. For example, the main amplifier 120 and the auxiliary amplifier 130 output the same power and combine currents with different phases, so that (G L/2 +jB L ) -1 and (G The complex conjugated load impedance of L/2- jB L ) -1 is shown.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112020120304848-pat00006
Figure 112020120304848-pat00006

수학식 4와 같은 조건이 만족하면 (GL/2+jBL)-1 인 부하 임피던스가 제1 전송선로(150)를 통하여 주 증폭기(120) 출력단에서 Ropt인 부하 임피던스로 변조되며, (GL/2-jBL)-1인 부하 임피던스가 제4 전송선로(164)를 통하여 180°- θ ° 변환되어, 보조 증폭기(130) 출력단에서 Ropt인 부하 임피던스로 변조된다. 백오프 전력과 부하 임피던스 변조 비율의 관계 및 수학식 2,3,4와 같은 구조들을 정리하면 아래와 같이 나타낸다. 여기서의 α는 전송선로 특성 임피던스와 최적 부하 임피던스 Ropt간의 비율이다.If the condition of Equation 4 is satisfied, (G L/2 +jB L ) -1 load impedance is modulated to the load impedance R opt at the output terminal of the main amplifier 120 through the first transmission line 150, ( The load impedance of G L/2- jB L ) -1 is converted to 180°- θ ° through the fourth transmission line 164 and modulated into the load impedance of R opt at the output terminal of the auxiliary amplifier 130. The relationship between the backoff power and the load impedance modulation ratio and structures such as Equations 2, 3, and 4 are summarized as follows. Here, α is the ratio between the transmission line characteristic impedance and the optimum load impedance R opt .

Figure 112020120304848-pat00007
Figure 112020120304848-pat00007

Figure 112020120304848-pat00008
Figure 112020120304848-pat00008

Figure 112020120304848-pat00009
Figure 112020120304848-pat00009

Figure 112020120304848-pat00010
Figure 112020120304848-pat00010

Figure 112020120304848-pat00011
Figure 112020120304848-pat00011

또한 주 증폭기와 보조 증폭기의 위상 차이 보상을 위한Also for compensating the phase difference between the main and auxiliary amplifiers.

Figure 112020120304848-pat00012
Figure 112020120304848-pat00012

와 같은 조건이 성립해야 정확한 부하 임피던스 변조가 일어난다. 즉, 상기 보상 전송선로(170)에 대응하는 위상(θPM°)에 대한 tan(θPM°)와 상기 제 1 전송선로(150)에 대응하는 위상(θ°)에 대한 tan(θ°)가 비례한다.When the condition is established, accurate load impedance modulation occurs. That is, tan (θ PM °) for the phase (θ PM °) corresponding to the compensation transmission line 170 and tan (θ °) for the phase (θ °) corresponding to the first transmission line 150 is proportional to

전송선로 특성 임피던스와 Ropt간의 비율 α에 따라 높은 전력 영역에서의 임피던스 변조 동작 대역폭 및 낮은 전력 영역에서의 임피던스 변조 동작 대역폭 조절이 가능하다. 단

Figure 112020120304848-pat00013
인 경우 높은 전력 영역에서 및 낮은 전력 영역에서의 임피던스 변조 동작 대역폭은 평행하게 되며, 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치 구조의 전체 임피던스 변조 동작 대역폭을 최대화할 수 있다.It is possible to adjust the impedance modulation operation bandwidth in a high power area and the impedance modulation operation bandwidth in a low power area according to the ratio α between the characteristic impedance of the transmission line and Rop . only
Figure 112020120304848-pat00013
In this case, impedance modulation operation bandwidths in the high power area and in the low power area are parallel, and the total impedance modulation operation bandwidth of the outphasing Doherty power amplifier structure can be maximized.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 결합 방식의 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 변조하는 방식을 나타낸다. 7 illustrates a method of modulating a load impedance of an outphasing Doherty power amplifier of a voltage coupling method according to an embodiment of the present invention.

도 7의 (a)는 낮은 출력 전력 영역(LP operation)에서 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 나타내고, 도 7의 (b)는 높은 출력 전력 영역(HP operation)에서 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 나타낸다. 임피던스 변환은 도 6의 설명과 유사하므로 상세한 설명은 생략한다. (a) of FIG. 7 shows the load impedance of the outphasing Doherty power amplification device in the low output power region (LP operation), and FIG. 7 (b) shows the outphasing Doherty power amplification device in the high output power region (HP operation). represents the load impedance of Impedance conversion is similar to the description of FIG. 6, so a detailed description thereof will be omitted.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 나타낸다. 도 8의 (a)는 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 나타낸 그래프이고, 도 8의 (b)는 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 보조 증폭기 출력단의 부하 임피던스를 나타낸 스미스 차트이다. 8 shows the load impedance of an outphasing Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention. 8(a) is a graph showing the load impedance of the outphasing Doherty power amplification device, and FIG. 8(b) is a Smith chart showing the load impedance of the auxiliary amplifier output stage of the outphasing Doherty power amplification device.

도 8에 도시된 바와 같이, 출력 전력이 증가함에 따라 주 증폭기는 kRopt 의 부하 임피던스에서 Ropt 의 부하 임피던스로 변조 되며, 보조 증폭기는 무한대의 부하 임피던스에서 kRopt 의 부하 임피던스로 변조됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 8, as the output power increases, the main amplifier is modulated from the load impedance of kR opt to the load impedance of R opt , and the auxiliary amplifier is modulated from the infinite load impedance to the load impedance of kR opt . there is.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치의 출력 신호의 전력에 따른 전력부가효율(PAE: Power Added Efficiency)을 나타내는 그래프이다. 9 is a graph showing Power Added Efficiency (PAE) according to power of an output signal of an outphasing Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention.

도 9 에 도시된 모의 실험 결과와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치는 부하 임피던스 변조 비율(k)가 2일 때는 백오프 영역이 약 6dB이고, 변조 비율 k가 3일 때는 백오프 영역이 약 7dB이고 변조 비율 k가 4일 때는 백오프 영역이 약 9dB인 것을 알 수 있다. 즉, 변조 비율 k의 증가에 따라 효율이 개선된 백오프 영역이 확장되는 것을 알 수 있다. As shown in the simulation results shown in FIG. 9, the outphasing Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention has a backoff region of about 6 dB when the load impedance modulation ratio k is 2, and the modulation ratio k is 3 It can be seen that the back-off area is about 7 dB when the modulation ratio k is 4 and the back-off area is about 9 dB when the modulation ratio k is 4. That is, it can be seen that as the modulation ratio k increases, the backoff region with improved efficiency expands.

본 발명의 일 실시예에 따른 아웃페이징 도허티 전력 증폭 장치에 의해 부하 임피던스 변조 비율을 용이하게 변경시킬 수 있고, 이로써, 부하 임피던스 변조 비율을 증가시켜 효율이 개선된 백오프 영역이 확장되는 것을 알 수 있다. It can be seen that the load impedance modulation ratio can be easily changed by the outphasing Doherty power amplification device according to an embodiment of the present invention, whereby the back-off region with improved efficiency is expanded by increasing the load impedance modulation ratio. there is.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

110: 전력 분배기
120 : 주 증폭기
130 : 보조 증폭기
140 : 전력 결합기
150 : 제1 전송선로
160: 네트워크
162 : 제3 전송선로
164 : 제4 전송선로
170 : 제2 전송선로
110: power divider
120: main amplifier
130: auxiliary amplifier
140: power combiner
150: first transmission line
160: network
162: third transmission line
164: 4th transmission line
170: second transmission line

Claims (7)

제 1 RF 신호를 수신하여 제 2 RF 신호 및 제 3 RF 신호를 포함하는 복수의 RF 신호로 분배하는 전력 분배기;
상기 제 2 RF 신호를 증폭하는 주 증폭기;
상기 제 3 RF 신호를 증폭하는 보조 증폭기;
상기 주 증폭기로부터 수신한 RF 신호 및 상기 보조 증폭기로부터 수신한 RF 신호를 결합하여, 한 개의 RF 신호로 변환하여 출력하는 전력 결합기;
상기 주 증폭기와 상기 전력 결합기 사이에 배치되는 제1 전송선로; 및
상기 보조 증폭기와 상기 전력 결합기 사이에 배치되는 제2 전송선로를 포함하고,
상기 제 1 RF 신호에 대응하는 전력이 임계치 이상일 때, 상기 제1 전송선로와 연결된 전력 결합기의 한쪽 입력단에서 측정되는 제1 입력임피던스 및 상기 제2 전송선로와 연결된 전력 결합기의 다른 한쪽 입력단에서 측정되는 제2 입력임피던스가 서로 켤레복소수인 것을 특징으로 하는 도허티 전력 증폭 장치.
A power divider for receiving the first RF signal and distributing it into a plurality of RF signals including a second RF signal and a third RF signal;
a main amplifier for amplifying the second RF signal;
an auxiliary amplifier for amplifying the third RF signal;
a power combiner combining the RF signal received from the main amplifier and the RF signal received from the auxiliary amplifier, converting the RF signal into one RF signal, and outputting the converted signal;
a first transmission line disposed between the main amplifier and the power combiner; and
A second transmission line disposed between the auxiliary amplifier and the power combiner;
When the power corresponding to the first RF signal is greater than or equal to the threshold, the first input impedance measured at one input end of the power combiner connected to the first transmission line and the second input impedance measured at the other input end of the power combiner connected to the second transmission line A Doherty power amplifier, characterized in that the second input impedance is a complex conjugate with each other.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제2 전송선로는 서로 직렬 연결된 복수개의 전송선로를 포함하고 상기 복수개의 전송선로 각각에 대응하는 전기적 길이 및 특성임피던스의 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 도허티 전력 증폭 장치.
According to claim 1,
The second transmission line includes a plurality of transmission lines connected in series with each other, and the electrical length and characteristic impedance corresponding to each of the plurality of transmission lines are different from each other.
제1항에 있어서,
상기 주 증폭기의 입력단에 주증폭기와 보조 증폭기의 위상 차이를 보상하기 위한 보상 전송선로가 연결되는 것을 특징으로 하는 도허티 전력 증폭 장치.
According to claim 1,
Doherty power amplifier, characterized in that a compensation transmission line for compensating for the phase difference between the main amplifier and the auxiliary amplifier is connected to the input terminal of the main amplifier.
제4항에 있어서,
상기 보상 전송선로에 대응하는 위상(θPM°)에 대한 tan(θPM°)와 상기 제 1 전송선로에 대응하는 위상(θ°)에 대한 tan(θ°)가 비례하는 것을 특징으로 하는 도허티 전력 증폭 장치.
According to claim 4,
Doherty, characterized in that tan (θ PM °) for the phase (θ PM °) corresponding to the compensation transmission line is proportional to tan (θ °) for the phase (θ °) corresponding to the first transmission line power amplification device.
제 1 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 도허티 전력 증폭 장치를 이용한 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 변조하는 방법에 있어서,
전력 분배기가 제 1 RF 신호를 수신하여 제 2 RF 신호 및 제3 RF 신호를 포함하는 복수의 RF 신호로 분배하는 단계;
주 증폭기가 상기 제 2 RF 신호를 증폭하는 단계;
제1 전송선로가 상기 주 증폭기의 출력단의 임피던스를 변조하는 단계;
보조 증폭기가 상기 제3 RF 신호를 증폭하는 단계;
제2 전송선로가 상기 보조 증폭기의 출력단의 임피던스를 변조하는 단계;
상기 제1 전송선로의 출력 RF 신호와 제2 전송선로의 출력 RF 신호를 결합시키는 단계; 및
상기 전력 결합기에서 제1 전송선로의 출력 RF 신호와 제2 전송선로의 출력 RF 신호의 결합 비율에 따라 상기 전력 결합기 한쪽 입력단의 임피던스와 다른 한쪽 입력단의 임피던스가 변조되는 단계
를 포함하는 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 변조하는 방법.
A method for modulating a load impedance of a Doherty power amplifier using the Doherty power amplifier according to any one of claims 1 and 3 to 5,
receiving, by a power divider, the first RF signal and distributing it into a plurality of RF signals including a second RF signal and a third RF signal;
amplifying the second RF signal by a main amplifier;
modulating the impedance of the output terminal of the main amplifier with a first transmission line;
amplifying the third RF signal by an auxiliary amplifier;
modulating the impedance of the output terminal of the auxiliary amplifier with a second transmission line;
coupling the output RF signal of the first transmission line and the output RF signal of the second transmission line; and
Modulating the impedance of one input terminal and the impedance of the other input terminal of the power coupler according to the coupling ratio of the output RF signal of the first transmission line and the output RF signal of the second transmission line in the power combiner.
A method for modulating the load impedance of a Doherty power amplifier comprising a.
제6항에 있어서,
보상 전송선로가 상기 제2 RF 신호를 수신하여 주 증폭기와 보조 증폭기의 위상 차를 보상하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도허티 전력 증폭 장치의 부하 임피던스를 변조하는 방법.


According to claim 6,
Compensating for a phase difference between a main amplifier and an auxiliary amplifier by receiving the second RF signal by a compensation transmission line
A method for modulating the load impedance of the Doherty power amplification device, characterized in that it further comprises.


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