KR19980064335A - 합성 선형증폭 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

합성 선형증폭장치가, 하나의 입력단과 다수의 출력단들 사이에 각각 연결되는 선로들과 각 출력단에 스위치가 연결되는 구성을 가지며, 입력되는 RF신호의 전력을 분배하여 상기 출력단에 각각 출력하는 전력분배모듈과, 다수의 입력단들과 하나의 출력단 사이에 각각 연결되는 선로들과 각 입력단에 스위치가 연결되는 구성을 가지며, 입력되는 RF신호들의 전력을 합성하여 출력하는 전력합성모듈과, 전력분배모듈의 출력단과 상기 전력합성모듈의 입력단 사이에 연결되며, 상기 전력분배모듈에서 전력 분배된 RF신호를 선형증폭하여 상기 전력합성모듈에 출력하고 내부 이상 감지시 상기 스위치를 오프시켜 RF신호의 통로를 차단하는 선형증폭기들로 구성된다.

Description

합성 선형증폭 장치 및 방법
본 발명은 고출력 증폭장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 다수개의 선형증폭기의 출력을 합성하여 출력할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 디지털 이동통신 시스템에서는 송신 RF신호(TX RF signal)를 증폭 출력하기 위하여 고출력의 증폭장치(High Power Amplifier:HPA)를 구비하여야 한다. 또한 상기와 같은 고출력 증폭기는 최대 전력 레벨 까지 증폭할 수 있는 비선형(non-linear) 특성을 갖는 포화 영역(saturation region) 부근에서 동작한다. 그리고 고출력 증폭기에 2개 이상의 반송파(carrier wave)가 입력되어 공통 증폭될 경우 포화 영역 부근의 비선형 특성으로 인하여 혼변조신호(Intermodulation Distortion signal: IMD) 성분등이 발생하게 된다.
따라서 입력 RF신호를 수 dB 백오프(back-off)하여 직선 영역(linear region)에서 증폭할 수 있도록 하며, 혼변조 성분의 잡음을 줄일 수 있으나 출력 전력이 낮아지는 단점을 갖는다. 상기 고출력 증폭기의 포화 영역 부근에서 비선형 특성을 보완하는 선형화기(linearizer)를 전력증폭기와 함께 사용하게 되면, 포화 영역에서도 다수 반송파를 공동 증폭할 시 발생될 수 있는 혼변조신호를 대폭 감소시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기와 같은 선형화기 및 전력증폭기로 구성된 증폭기를 선형증폭기(Linear Power Amplifier: LPA)라 칭한다.
이때 상기 디지털 이동통신 시스템에서 사용되는 선형증폭기는 매우 높은 출력의 증폭기(HPA)를 요구하게 된다. 따라서 입력되는 RF신호를 원하는 출력 레벨 까지 증폭시키기 위해서는 소전력 선형증폭기 출력 들을 다수개 합성(combine)하여 사용하는 것이 일반적인 방법이다. 위와 같은 전력 합성장치는 Planar Electrically Symmetric n-way Hybrid Power Dividers/Combiners(IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-28, No.6, June 1980, pp.555-563)로 개시되어 있다.
이때 n-웨이 RF 전력합성기로는 n-웨이 윌킨슨 전력합성기(n-Way Winkinson Type Combiner)와 n-웨이 라디알 전력합성기(n-Way Radial Type Combiner) 등이 있다. 여기서 상기 n-웨이 윌킨슨 전력합성기의 구성은 λ0/4 전송선로와 저항 들로 구성되며, 상기 n-웨이 라디알 전력합성기는 λ0/2 - λ0/4 전송선로로 구성된다.
상기 n-웨이 RF 전력합성기 들은 진폭과 위상이 동일한 특성을 갖는 n개의 전력 공급원의 신호를 합성하는 경우, 이상이 발생한 전력증폭기의 수 만큼 출력 전력이 감소된다. 즉, n개의 전력증폭기들을 이용하여 대전력 증폭기를 구현한 상태에서 m개의 전력증폭기에 이상이 발생되면, 합성 출력되는 전력증폭신호는 불량 상태의 전력증폭기의 수에 비례하는 크기로 발생된다. 그리고 불량 전력증폭기(failed amplifier)의 수가 증가될수록 만큼의 출력전력이 감소된다. 여기서 n은 전력증폭기의 수이고 m은 불량 전력증폭기의 수가 된다. 이때 전력 합성을 위해 장착되는 전력증폭기의 수가 작은 RF증폭기인 경우 하나의 전력증폭기라도 불량한 상태가 발생되면 목적하는 증폭 효율을 달성할 수 없으며, 이런 경우 상기와 같은 증폭기는 매우 비효율적인 전력합성기가 되는 문제점이 발생된다. 따라서 상기와 같이 소전력 RF증폭기들을 이용하여 대전력 RF증폭기를 구성하는 경우에는 불량 증폭기의 수가 없어야 한다.
또한 위와 같은 n-웨이 전력합성기를 이용하여 n개의 선형증폭기 출력을 합성하고자 하는 경우, 수신되는 RF신호의 전력을 n으로 분배한 후 이를 분배된 n개의 RF신호를 n개의 선형증폭기를 통해 증폭한 후 다시 합성 출력하여야 한다. 이때 상기 전력합성기를 구성하는 임의의 선형증폭기에 이상이 발생되는 경우 전체적인 출력에 영향을 미치게되며, 따라서 송신기 전체의 출력에 영향을 주게된다. 그러므로 각각의 선형증폭기 들을 현재의 증폭기 상태를 감지하여 이상 상태의 발생을 미연에 통보하거나 제거할 수 있어야 한다.
따라서 본 발명의 목적은 신호의 손실을 방지하면서 다수개의 선형증폭기 출력을 합성할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 합성 선형증폭장치에서 이상 상태 발생시 동작 중인 선형증폭기를 차단하고 차단된 선형증폭기에 인가되는 신호의 전력을 정상 선형증폭기 들에 균등 분배하여 안정된 출력을 발생할 수 있는 합성 선형증폭 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전력분배기, 다수의 선형증폭기들, 전력합성기로 구성되는 합성 선형증폭장치에서 선형증폭기들이 자기 상태를 진단하여 이상 상태 감지시 해당 선형증폭기의 출력을 차단하는 동시에 이를 표시할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 합성 선형증폭장치가, 하나의 입력단과 다수의 출력단들 사이에 각각 연결되는 선로들과 상기 각 출력단에 스위치가 연결되는 구성을 가지며, 입력되는 RF신호의 전력을 분배하여 상기 출력단에 각각 출력하는 전력분배모듈과, 다수의 입력단들과 하나의 출력단 사이에 각각 연결되는 선로들과 상기 각 입력단에 스위치가 연결되는 구성을 가지며, 입력되는 RF신호들의 전력을 합성하여 출력하는 전력합성모듈과, 상기 전력분배모듈의 출력단과 상기 전력합성모듈의 입력단 사이에 연결되며, 상기 전력분배모듈에서 전력 분배된 RF신호를 선형증폭하여 상기 전력합성모듈에 출력하며, 내부 이상 감지시 상기 스위치를 오프시켜 RF신호의 통로를 차단하는 선형증폭기들로 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 합성 선형증폭장치의 구성을 도시하는 도면
도 2는 도 1에서 선형증폭기 4개의 출력을 합성하는 합성 선형증폭장치의 구성예를 도시하는 도면
도 3은 도 1 및 도 2의 구성에서 선형 증폭장치의 구성을 도시하는 도면
도 4는 도 3 중 전치왜곡기의 구성을 도시하는 도면
도 5는 도 4 중 자동레벨제어기의 구성을 도시하는 도면
도 6은 도 5 중 전력검출기의 구성을 도시하는 도면
도 7a-도7g는 도 3에서 본 발명의 실시예에 따른 선형 증폭장치의 동작을 설명하기 위한 신호 스펙트럼의 특성을 도시하는 도면
도 8은 도 3 중 신호검출기의 구성을 도시하는 도면
도 9는 도 3 중 이상검출기의 구성을 도시하는 도면
도 10은 도 3 중 제어부의 구성을 도시하는 도면
도 11a-도 11e는 본 발명의 제2실시예에 따른 합성 선형증폭장치의 상태 검사 및 제어 과정을 도시하는 도면
도 12a,b,c,d는 본 발명의 제2실시예에 따른 합성 선형증폭장치의 상태 검사 및 제어 과정을 설명하기 위한 흐름도
도 1은 본 발명의 실시시예에 따른 합성 선형증폭 장치의 구성을 도시하는 도면으로서, 입력되는 RF신호의 전력을 분배하는 전력분배모듈(power divider module)100과, 상기 전력분배된 RF신호들에 대응되는 수로 구비되며, 각각 대응되는 RF신호를 증폭하는 선형증폭기(Linear Power Amplifier module)200과, 상기 선형증폭기모듈에서 출력되는 신호들의 전력을 합성 출력하는 전력합성모듈(power combiner module)300으로 구성된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 합성 선형증폭장치에서 4개의 선형증폭기LPA1-LPA4를 연결한 4-웨이 합성 선형증폭장치의 구성예를 도시하고 있다.
상기 전력분배모듈100의 구성을 살펴보면, 전송선로TI1은 입력단과 노드NI에 연결된다. 전송선로TI21 및 TI31은 상기 노드NI와 스위치SWI1 사이에 직렬 연결된다. 전송선로TI22 및 TI32는 상기 노드NI와 스위치SWI2 사이에 직렬 연결된다. 전송선로TI23 및 TI33은 상기 노드NI와 스위치SWI3 사이에 직렬 연결된다. 전송선로TI24 및 TI34는 상기 노드NI와 스위치SWI4 사이에 직렬 연결된다. 상기 스위치SWI1-SWI4는 각각 대응되는 선형증폭기LPA1-LPA4의 입력단 사이에 연결되며, 대응되는 선형증폭기LPA1-LPA4에 의해 스위칭 제어된다. 여기서 전송선로TI1의 특성 임피던스는 Z1이고, 상기 노드NI에 병렬 연결되는 전송선로TI21-TI24의 특성 임피던스는 Z2의 동일한 값을 가지며, 전송선로TI31-TI34의 특성 임피던스는 Z3의 동일한 값을 갖는다. 또한 상기 전력분배모듈100의 전송선로TI1, TI21-T24, T31-T34는 λ/4의 파장을 가지며, 테프론(Teflon) 기판을 이용한 마이크로스트립 라인(microstrip line)을 사용할 수 있다.
상기 전력합성모듈300의 구성을 살펴보면, 스위치SWO1-SWO4는 각각 대응되는 선형증폭기LPA1-LPA4의 출력단 사이에 연결되며, 대응되는 선형증폭기LPA1-LPA4에 의해 스위칭 제어된다. 전송선로TO31 및 TO21은 상기 스위치SWO1과 노드NO 사이에 직렬 연결된다. 전송선로TO32 및 TO22는 상기 스위치SWO2와 노드NO 사이에 직렬 연결된다. 전송선로TO33 및 TO23은 상기 스위치SWO3과 노드NO 사이에 직렬 연결된다. 전송선로TO34 및 T024는 스위치SWO4와 노드NO 사이에 직렬 연결된다. 전송선로TO1은 출력단과 노드NO에 연결된다. 여기서 전송선로TO1의 특성 임피던스는 Z1이고, 상기 노드NO에 병렬 연결되는 전송선로TO21-TO24의 특성 임피던스는 Z2의 동일한 값을 가지며, 전송선로TO31-TO34의 특성 임피던스는 Z3의 동일한 값을 갖는다. 또한 상기 전력분배모듈100의 전송선로TO1, TO21-TO24, TO31-TO34는 λ/4의 파장을 가지며, 테프론(Teflon) 기판을 이용한 마이크로스트립 라인(microstrip line)을 사용할 수 있다. 또한 여기서 상기 스위치SW01-SW04는 RF스위치로서, 미국의 KL사에서 제조 및 판매하는 RF 스위치MMS-12-F-PC를 사용할 수 있다.
상기 선형증폭기모듈200을 구성하는 선형증폭기LPA1-LPA4는 상기 스위치SWI1-SWI4와 스위치SWO1-SWO4 사이에 각각 연결된다. 상기 선형증폭기LPA1-LPA4는 각각 자신의 상태를 일정 주기로 검사하며, 이상 감지시 대응되는 스위치SWI 및 SWO를 오프 스위칭하도록 제어한다.
상기 도 2에 도시된 합성 선형증폭장치의 구성에서, 상기 전력분배모듈100과 전력합성모듈300은 상호 역구성 형태를 갖는다. 본 발명의 실시예에서는 전력분배모듈100을 중심으로 설명하기로 한다.
먼저 상기 스위치SWI1-SWI4가 모두 온(ON)된 경우, 상기 입력신호인 RFi는 전송선로TI1을 경유하여 노드NI에 인가된다. 이때 상기 노드NI에서 볼 때 오픈(open)된 스위치가 없으므로, 노드NI에 인가된 RFi신호의 전력은 균등하게 1/4로 분배되어 대응되는 선형증폭기LPA1-LPA4에 입력된다. 그러면 상기 선형증폭기LPA1-LPA4 들은 각각 분배되어 입력되는 RF신호를 선형 증폭하여 출력한다. 그러면 상기 전력합성모듈300은 상기 선형증폭장치LPA1-LPA4에 증폭 출력되는 RF신호 들을 전력합성하여 출력한다.
두 번째로 상기 SWI1-SWI4 중의 임의 스위치가 오프된 경우의 동작을 살펴본다. 여기서 상기 스위치SWI1이 오픈되었다고 가정한다. 상기 스위치SWI1이 오프되면, 상기 스위치SWI1에 연결된 전송선로TI21 및 TI31은 노드NI에서 볼 때 오픈된 상태로 나타난다. 이는 상기 전송선로TI21 및 TI31이 각각 λ/4 파장 전송선로이므로, 상기 스위치SWI1이 오프되면 중심주파수에서 반파장선로가 되기 때문이다. 따라서 상기 스위치SWI1이 오프되면 RF신호가 전반사되어 노드NI에 발생되므로, RF신호의 손실이 발생되지 않는다.
이때 상기 스위치SWI2-SWI4는 온 상태이므로, 노드NI의 RF신호 전력은 균등분배되어 선형증폭기LPA2-LPA4이 입력된다. 이때 상기 전송선로에 유입되는 RF신호는 진폭과 위상을 가급적 동일하게 조정하여야 한다. 이는 각 입력 신호의 진폭과 위상이 동일하면 임피던스가 무한대가 되므로 입력단 간의 아이솔레이션(isolation)이 양호해지며, 이로인해 전력 분배된 RF신호 들이 출력단 측으로 전달되어 전력 손실을 방지할 수 있다. 그리고 상기 전송선로들의 특성 임피던스 Z1, Z2, Z3의 값은 동작주파수 범위, 입력신호의 개수에 따라 적절한 값으로 설정하여야 하며, Z2 ≥ Z3 ≥ Z1이 되도록 설정한다.
따라서 상기 선형증폭기LPA1-LPA4는 정상 상태에서 대응되는 스위치 SWI1-SWI4 및 SWO1-SWO4를 온시킨다. 그러면 상기 전력분배모듈100은 상기 입력되는 RFi신호의 전력을 1/4로 분배하여 상기 선형증폭기LPA1-LPA4에 인가한다. 따라서 상기 선형증폭기LPA1-LPA4는 각각 1/4로 전력 분배되어 있는 RF신호를 선형 증폭하여 출력한다. 그러면 상기 전력합성모듈300은 상기 선형증폭기LPA1-LPA4에서 증폭 출력되는 RF신호의 전력을 합성하여 최종 증폭신호RFo로 출력한다.
그러므로 본 발명의 실시예에 따른 합성 선형증폭장치는 임의 선형증폭기LPA에 이상 상태가 발생하면, 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300의 해당 RF스위치를 오프시켜 해당 선형증폭기LPA로 인가되는 신호의 전력을 차단한다. 그리고 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300은 정상적으로 동작하는 선형증폭기LPA들에 해당 선형증폭기로 인가되는 신호의 전력을 균등 분배 및 합성하므로서 전체적인 신호 전력을 일정하게 유지하도록 동작한다.
여기서 상기 선형증폭기LPA1-LPA4를 주로 디지털 이동통신 시스템에서 사용하는 이유는 서로 다른 여러 개의 RF신호를 동시에 증폭할 수 있는 다중 채널 증폭기(multi-channel amplifier)이여야 하기 때문이다. 따라서 상기 선형증폭기는 증폭기의 비선형 동작 특성에 의한 신호의 찌그러짐(distortion)과 여러 개의 신호를 하나의 증폭기로 증폭할 때 생기는 혼변조에 의한 불요파 잡음 등을 줄이가 위해 선형 보상회로의 혼변조 잡음 감지 및 제어 기능 등을 갖아야 한다.
또한 상기 선형증폭기LPA1-LPA4는 선형 증폭 동작을 수행하는 상태에서 증폭기의 이상이 발생되면 이를 감지하고, 이상 상태를 진단하여 증폭 기능을 수행할 수 없는 상태이면 대응되는 스위치SWI 및 SWO를 오프시켜야 한다.
이하의 설명에서 도 3 - 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 선형증폭기의 동작 및 이상 상태를 자가진단하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
상기 선형증폭기LPA1-LPA4를 구현하는 방식은 파이롯트 톤을 이용하여 전력증폭기 출력의 혼변조 성분을 제거할 수 있는 선형화 방식, 입력신호에 전치왜곡(predistotion) 성분을 발생시켜 전력증폭기 출력의 혼변조 성분을 억압하는 전치왜곡방식, 혼변조 성분을 피드백시켜서 전력증폭기의 출력에 포함된 혼변조성분을 억압하는 네가티브 피드백(negative feedback) 방식, 혼변조 성분만을 추출한 후 전력증폭기의 출력에 역위상으로 결합시켜 혼변조성분을 억압하는 피드포워드(feedforword) 방식 등이 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 선형증폭기LPA1-LPA4는 상기 전치왜곡방식과 피드포워드 방식을 결합한 방식을 사용한다고 가정한다.
도 3은 도 1 및 도 2의 선형증폭기모듈200을 구성하는 각 선형증폭기LPA1-LPA4의 구성으로서, 상기한 바와 같이 전치왜곡방식과 피드포워드방식을 혼합한 선형증폭기의 구성을 도시하고 있다.
상기 도 3을 참조하면, 제1가변감쇄기(variable attenator)211은 감쇄제어신호ATT1에 의해 입사되는 RF신호 이득의 감쇄를 제어한다. 제1가변위상기(variable phase shifter)212는 상기 제1가변감쇄기211의 출력을 입력하며 위상제어신호PIC1에 의해 입사되는 RF신호의 위상을 제어한다.
전치왜곡기(predistortor)213은 상기 RF신호를 입력하며, 뒷 단의 전력증폭기(High Power Amplifier)214에서 발생될 수 있는 혼변조성분인 고조파(harmonics)를 미리 예상하여 전치 왜곡신호를 발생한다. 상기 전력증폭기214는 상기 전치왜곡기213에서 출력되는 RF신호를 전력 증폭하여 출력한다. 제2지연기215는 상기 전력증폭기214에서 출력되는 RF신호를 입력하며, 혼변조신호가 인가되는 시간 동안 지연하여 출력한다. 상기와 같은 구성은 본 발명의 실시예에 따른 선형증폭기LPA의 주 경로(main path)가 된다.
분배기(power divider)216은 상기 주 경로에 입사되는 RF신호를 분배하여 출력한다. 상기 분배기216은 방향성 결합기(directional coupler)를 사용할 수 있다. 제1지연기(delay line)217은 상기 주 경로의 전치왜곡 및 증폭 과정에서 발생되는 RF신호의 지연시간을 보상한다. 분배기218은 상기 전력증폭기214의 출력단에 위치되며, 상기 전력증폭기214의 출력을 분배하여 출력한다. 상기 분배기218은 방향성 결합기를 사용할 수 있다. 상쇄기(signal canceler)219는 상기 제1지연기217에서 출력되는 RF신호와 상기 전력증폭기214에서 출력되는 증폭된 RF신호를 입력한다. 상기 상쇄기219는 상기 전력증폭기214의 출력에서 상기 제1지연기217이 출력하는 RF신호 성분을 상쇄시켜 전력 증폭과정에서 발생되는 혼변조신호를 검출한다. 본 발명의 실시예에서는 상기 상쇄기219가 감산기(subtractor)로 구현된 예를 도시하고 있다.
제2가변감쇄기220은 상기 상쇄기219에서 출력되는 혼변조신호를 입력하며, 제어부237에서 출력되는 감쇄제어신호ATT2에 의해 입력되는 혼변조신호의 이득을 제어한다. 제2가변위상기221은 상기 제2가변감쇄기220에서 출력되는 혼변조신호를 입력하며, 상기 제어부237에서 출력되는 위상제어신호PIC2에 의해 입력되는 혼변조신호의 위상을 제어한다. 에러증폭기(error amplifier)222는 상기 제2가변위상기221에서 출력되는 혼변조신호를 증폭하여 출력한다. 결합기(canceler)223은 상기 에러증폭기222의 출력을 상기 제2지연기215의 출력단에 결합한다. 상기 결합기223은 방향성 결합기를 사용할 수 있다.
상기와 같은 구성은 상기 주경로의 전력 증폭과정에서 발생되는 혼변조신호를 억압하기 위한 신호를 발생하는 보조경로(sub-path)에 대응된다.
분배기231은 입력단에 위치되며, 입력되는 RF신호를 분배하여 제1신호SF1을 출력한다. 분배기232는 상기 전력증폭기214의 출력단에 위치되며, 상기 전력 증폭된 RF신호를 분배하여 제2신호SF2를 출력한다. 분배기233은 상쇄기219의 출력단에 위치되며, 상기 상쇄기219에서 검출된 혼변조신호를 분배하여 제3신호SF3을 출력한다. 분배기234는 출력단에 위치되어 최종 출력되는 RF신호를 분배하여 제4신호SF4를 출력한다. 상기 분배기231-234는 방향성 결합기를 사용할 수 있다. 선택기(signal selector)235는 상기 분배기231-234에서 출력되는 신호SF1-SF4를 입력하며, 상기 제어부237에서 출력하는 제1선택신호SEL1(Switching Control Data)에 의해 제어되어 대응되는 신호SF를 선택 출력한다.
신호검출기(signal detector)236은 제어부237에서 출력되는 제어데이터PCD(PLL Control Data)에 의해 상기 선택기235에서 출력되는 신호SF의 세기를 검출하여 직류 전압으로 변환된 RSSI신호Received Signal Strength Indicator signal)를 출력한다. 제어부237은 상기 선택기235에서 해당하는 신호SF를 선택하기 위한 제1선택신호SEL1을 발생하고, 상기 신호검출기236에서 선택된 신호SF의 세기를 검출하기 위한 주파수를 결정하기 위한 제어데이터PCD를 발생한다.
이상검출기(alarm detecter)238은 선형증폭기LPA 내의 이상 유무 상태를 검출하여 출력한다. 상기 이상검출기238은 선형증폭기의 과전력(over power alarm: OVP), 고온(high power alarm: TEMP), 정재파비 이상(standing wave ratio alarm: VSWR), 공급전원 이상(DC fail alarm: DCF), 루프동작 이상(loop fail alarm: LOP), 선형증폭기의 저전압(low power alarm: LWP), 팬구동 이상(fan fail alarm: FAN) 상태 등을 검출하는 검출기들로 구성된다. 그리고 상기 이상검출기238은 상기 제어부237의 제2선택신호SEL2에 의해 해당 검출신호ADT를 선택하여 제어부237에 출력한다.
상기 제어부237은 선형증폭기LPA의 전반적인 동작을 제어하고, 또한 상기 선형증폭기LPA의 상태를 진단하여 이상 상태로 판단될 시 선형증폭기LPA로 인가되는 신호의 통로를 차단한다.
먼저 상기 제어부237가 선형증폭기LPA의 제어 기능을 수행하는 동작을 살펴보면, 상기 신호검출기236에서 출력되는 RSSI신호의 값을 분석하며, 분석된 결과에 따라 해당하는 신호SF의 이득 및 위상을 조정하기 위하여 대응되는 가변감쇄기 및 가변위상기를 제어하기 위한 감쇄제어신호ATT1-ATT3 및 위상제어신호PIC1-PIC3을 발생한다. 먼저 상기 제어부237은 분배기232에서 출력되는 전력증폭기214의 출력을 선택한 경우, 상기 신호검출기236을 제어하여 증폭된 RF신호의 고조파 신호의 RSSI 들을 검출하여 크기를 판단한 후, 상기 전치왜곡기213에서 출력하는 혼변조신호의 감쇄 및 위상을 조정하기 위한 감쇄제어신호ATT3 및 위상제어신호PIC3을 발생한다. 두 번째로 상기 제어부237은 상기 상쇄기219의 출력을 선택한 경우, 상기 신호검출기236을 제어하여 상쇄된 혼변조신호에 포함된 RF신호의 RSSI 들을 검출하여 크기를 판단한 후, 상기 선형증폭기의 입력단에 입사되는 RF신호의 감쇄 및 위상을 조정하기 위한 감쇄제어신호ATT1 및 위상제어신호PIC1을 발생한다. 세 번째로 상기 제어부237은 최종 출력되는 증폭신호를 선택한 경우, 상기 신호검출기236을 제어하여 최종 출력되는 신호에 포함된 혼변조신호들의 RSSI 들을 검출하여 크기를 판단한 후, 상기 상쇄기를 출력하는 혼변조신호의 감쇄 및 위상을 조정하기 위한 감쇄제어신호ATT2 및 위상제어신호PIC2를 발생한다.
두 번째로 상기 제어부237이 선형증폭기LPA의 상태를 진단하여 제어하는 동작을 살펴보면, 일정 시간 주기로 상기 이상검출기238에 제2선택신호SEL2를 출력하여 이상검출기238에서 출력되는 검출신호들을 순차적으로 입력하며, 입력되는 검출신호들의 상태를 판단하여 이상 발생 유무를 판단한다. 이때 이상 상태로 판단되는 경우에는 해당 경보 타이머를 구동하며, 경보 타이머의 값이 설정 시간이 되도록 이상 상태를 유지할 시 상기 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300의 RF스위치를 오프시키기 위한 스위치제어신호SWC를 발생한다.
여기서 먼저 상기 선형증폭기LPA가 입력되는 RF신호를 선형 증폭하는 동작을 살펴본다. 본 발명의 실시예에 따른 선형증폭기LPA는 전치왜곡 방식과 피드포워드 방식을 사용하여 증폭 과정에서 발생될 수 있는 혼변조신호를 제거한다. 본 발명의 실시예에서 전치왜곡기213은 일차적으로 전력증폭기214를 출력되는 혼변조신호를 제거하는 기능을 수행한다. 이를 위하여, 상기 전치왜곡기213은 상기 전력증폭기214에서 증폭시 발생될 수 있는 고조파(harmonics)를 미리 예상하여 발생시키고, 상기 전력증폭기214의 전력트랜지스터에 인가되는 시점에서 상기 전력증폭기214에서 발생될 수 있는 고조파와 역위상이 될 수 있도록 위상을 조정하여 출력한다.
상기와 같은 전치왜곡 방식을 이용하는 경우, 선형증폭기에서 발생되는 혼변조신호를 완전하게 제거시킬 수 없다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 선형증폭기는 상기 전치왜곡기213에서 일차적으로 혼변조신호를 억제시킨 후 최종적으로 혼변조신호를 억제시키기 위하여 피드포워드 방식을 적용한다. 피드포워드 방식을 사용하는 선형증폭기는 전력증폭기214의 출력에서 순수 RF신호 성분을 상쇄시켜 혼변조신호를 추출하고, 상기 추출된 혼변조신호를 다시 상기 전력증폭기214에 결합시켜 혼변조 성분을 상쇄시킨다. 따라서 상기 피드포워드 방식을 사용하면, 선형증폭기의 최종 출력단에서 증폭된 신호에 포함된 혼변조신호 성분이 억제되어 순수 RF신호 성분만을 출력하게 된다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 선형증폭기LPA는 먼저 전치왜곡 방식을 이용하여 전력증폭기214의 증폭 과정에서 발생하는 혼변조신호를 1차 억압하고, 1차 억압된 전력증폭기214의 출력에 포함된 혼변조신호를 피드포워드 방식을 이용하여 2차 억압한다. 여기서 설명의 편의를 위해 먼저 전치왜곡 방식에 의해 혼변조신호를 억압하는 동작을 살펴보고, 이후에 피드포워드 방식에 의해 혼변조신호를 억압하는 동작을 살펴보기로 한다.
도 7a-도 7g는 도 3에서 각 부 동작에 따라 발생되는 신호의 특성을 도시하는 도면으로, 2개의 톤(two tone)의 경우를 가정하여 도시하고 있다. 상기 도 7a는 입사되는 RF신호이다. 상기 도 7b는 전치왜곡기213에서 하모닉발생기314가 발생하는 RF신호의 고조파 신호이다. 상기 도 7c는 상기 전치왜곡기213에서 가변감쇄기315에 의해 고조파의 크기가 조정되고 가변위상기316에 의해 상기 전력증폭기214에 역위상으로 입사될 수 있도록 위상이 조정되는 신호이다. 상기 도 7d는 상기 전력증폭기214에서 도 7c와 같이 입사된 전치왜곡신호를 증폭하여 혼변조신호가 포함된 증폭 RF신호이다. 도 7e는 상쇄기219에서 상기 도 7d와 같은 증폭 RF신호에서 상기 도 7a와 같은 신호 성분을 상쇄시켜 추출한 혼변조신호이다. 상기 도 7f는 상기 도7e와 같은 혼변조신호의 크기를 조정하고 상기 주경로 상에서 전력증폭기215의 출력과 역위상으로 조정된 신호이다. 상기 도7g는 상기 도7d와 같은 증폭 RF신호와 도 7f와 같은 추출된 혼변조신호를 역위상으로 결합시켜 혼변조신호을 억압한 최종 출력신호이다.
도 4는 상기 도 3에서 전치왜곡기213의 내부 구성을 도시하는 도면이다. 상기 도 4를 참조하면, 분배기312는 상기 입력단에 위치되어 RF신호를 분배하여 출력한다. 자동레벨제어기(Automatic Level Control: ALC)313은 입사되는 RF신호의 레벨 변화에 관계없이 일정한 고조파를 발생할 수 있도록 입사되는 RF신호의 레벨을 일정하게 유지한다. 하모닉발생기(Hamonics Generator)314는 상기 자동레벨제어기313에서 레벨 조정된 RF신호를 입력하여 RF신호의 3차, 5차, 7차, 고차 고조파들을 발생한다. 가변감쇄기315는 상기 하모닉발생기314에서 출력되는 고조파 신호를 입력하며, 상기 제어부237에서 출력되는 감쇄제어신호ATT3에 의해 상기 고조파 성분의 이득을 제어한다. 가변위상기316은 상기 하모닉발생기314에서 출력되는 고조파신호를 입력하며, 상기 제어부237에서 출력되는 위상제어신호PIC3에 의해 고조파 성분의 위상을 조정하여 출력한다. 지연기311은 상기 전치왜곡신호가 발생되는 시간 주기 동안 상기 주경로로 입사되는 RF신호를 지연한다. 결합기317은 상기 지연기311의 출력단과 상기 전력증폭기214의 입력단 사이에 위치되며, 상기 전치왜곡신호를 지연된 RF신호에 결합한다.
상기 도 4를 참조하면, 하모닉발생기314는 커플러와 쇼트키 다이오드(shottkey diode)로 구성될 수 있다. 그러면 RF신호가 상기 쇼트키 다이오드에 입사될 때, 상기 쇼트키 다이오드는 입사 RF신호의 레벨에 따라 고차 고조파들을 발생한다. 따라서 상기 쇼트키 다이오드에 입사되는 RF신호의 레벨은 상기 전력증폭기214의 출력에 포함되는 혼변조신호를 가장 양호하게 억압할 수 있는 레벨로 설정되어야 한다. 이를 위해, 상기 하모닉발생기314의 전단에는 항상 일정한 레벨의 RF신호가 입사될 수 있도록 자동레벨제어기313이 위치된다.
상기 자동레벨제어기313은 선형증폭기에 입사되는 RF신호의 레벨 변화에 관계없이 설정된 일정 레벨의 RF신호로 제어하여 출력한다. 도 5는 상기 자동레벨제어기313의 구성을 도시하는 도면으로, 상기 분배기312와 하모닉발생기314 사이에 가변감쇄기412가 연결된다. 그리고 상기 하모닉발생기314의 입력단에 분배기414가 위치되어, 상기 하모닉발생기314에 인가되는 레벨 조정된 RF신호를 분배하여 출력한다. 그러면 전력검출기(power dectector)415는 상기 RF신호를 DC 전압으로 변환하여 레벨제어기(level controller)416에 출력한다. 그러면 상기 레벨제어기416은 상기 전력검출기415에 출력하는 DC 전압에 따라 상기 가변감쇄기412를 제어하여 항상 설정된 레벨의 RF신호가 상기 하모닉발생기314에 입사될 수 있도록 한다.
여기서 상기 도 6의 전력검출기415는 멀티-캐리어(multi-carrier)를 감지할수 있어야 한다. 즉, 상기 전력검출기415는 상기 멀티-캐리어의 RF신호를 입력하여 DC 전압으로 변환할 수 있어야 한다. 도 6은 상기 전력검출기415의 구성을 도시하는 도면으로, RF 트랜스포머(transformer)451은 RF신호를 입력하여 180°위상차를 갖는 2개의 신호를 발생하며, 상기 트랜스포머451에서 출력되는 2 신호는 전송라인452 및 453을 통해 각각 쇼트키 다이오드454 및 455를 통해 DC 레벨로 변환된 후, 캐패시터456 및 저항457을 통해 합성 정류되어 DC전압으로 출력된다.
상기 도 5 및 도 6을 참조하여 입사되는 RF신호의 레벨을 제어하는 동작을 살펴보면, 전력검출기415의 180°트랜스포머451은 입사되는 RF신호의 반주기 단위로 분리되어 출력되는 2개의 신호를 발생하며, 쇼트키 다이오드454 및 455는 각각 전송라인452 및 453을 통해 입사되는 2신호를 DC 레벨로 변환된다. 따라서 멀티-캐리어의 평균 전력에 근접한 값을 감지할수 있으며, 이로써 상기 하모닉발생기314에 입사되는 RF신호의 레벨을 정확하게 DC 전압으로 변환할 수 있다.
그러면 상기 레벨제어기416은 상기 전력검출기415에서 출력되는 RF신호의 DC 전압 레벨에 따른 제어신호를 발생하여 상기 가변감쇄기412에 인가한다. 상기 레벨제어기313은 연산증폭기(OP amplifier) 등을 이용하여 구현할 수 있다. 이때 상기 레벨제어기313에서 출력되는 제어신호는 검출되는 RF신호의 DC 전압에 따라 전압 값이 크면 감쇄 제어를 크게하고 전압 값이 작으면 감쇄 제어를 작게할 수 있도록 제어신호를 발생한다. 그러면 상기 가변감쇄기412는 입사되는 RF신호의 레벨에 관계없이 항상 일정한 레벨을 갖도록 RF신호를 가변 감쇄하여 하모닉발생기314에 입사시킨다.
이때 상기 입사되는 RF신호의 변동 레벨이 10dB이면, 상기 자동레벨제어기313의 동작 영역은 최소 10dB 이상으로 레벨을 제어할 수 있도록 설계하여야 한다. 또한 상기 자동레벨제어기313의 RF 출력레벨은 상기 하모닉발생기314가 상기 전력증폭기214에서 발생하는 혼변조신호를 최대로 억압할 수 있는 전치왜곡신호로 발생될 수 있도록 설정되어야 한다. 따라서 상기 자동레벨제어기313의 출력을 입력하는 하모닉발생기314는 항상 일정한 레벨의 RF신호를 입사하게 되므로, 안정되게 고조파를 발생할 수 있게된다. 그리고 상기 하모닉발생기314에서 출력되는 고조파는 RF신호와 결합되어 전력증폭기214에 입사되므로, 상기 전력증폭기214는 RF신호를 증폭하는 과정에서 혼변조신호의 발생을 억제할 수 있게된다.
또한 상기와 같이 발생되는 고조파는 상기 전력증폭기214에 입사될 시 증폭 동작에서 발생될 수 있는 고조파의 크기 및 역위상으로 조정되어야 한다. 상기 도 4에 도시된 가변감쇄기315 및 가변위상기316은 상기 전력증폭기214가 증폭 동작에서 발생할 수 있는 혼변조신호의 크기로 발생되는 고조파의 크기를 조정하고 크기가 조정된 고조파를 역위상으로 입사될 수 있도록 위상을 조정한다.
이를 제어부237은 상기 선택기235를 제어하여 상기 분배기232에서 출력되는 상기 전력증폭기214의 출력을 선택하며, 상기 검출기236을 제어하여 상기 7d와 같은 전력증폭기214의 출력에서 혼변조신호의 신호강도RSSI를 검출하게 한다. 그리고 검출기236에서 출력되는 상기 혼변조신호의 RSSI 값과 전 상태에서의 RSSI 값을 비교 분석하여 상기 전력증폭기214가 혼변조신호의 억압을 원활하게 할 수 있도록 제어하기 위한 감쇄제어신호ATT3 및 위상제어신호PIC3을 발생한다.
그러면 상기 가변감쇄기315는 상기 감쇄제어신호ATT3에 의해 상기 하모닉발생기315에서 발생되는 전치왜곡신호의 크기를 조정하고, 상기 가변위상기315는 상기 위상제어신호PIC3에 의해 상기 전치왜곡신호가 전력증폭기214에 역위상으로 입사될 수 있도록 위상을 조정한다. 상기와 같이 하모닉발생기314에서 발생되는 상기 도 7b와 같은 고조파신호는 크기 및 위상이 조정되며, 결합기317은 상기 혼변조신호를 전력증폭기314의 입력단에 결합시킨다. 이때 상기 도 7a와 같이 입사되는 RF신호를 지연시키는 상기 지연기311은 상기 전치왜곡신호가 전력증폭기214의 입력단에 결합되는 시점까지 상기 RF신호를 지연한다. 그러면 상기 전력증폭기214의 입력단에서 상기 전치왜곡신호가 상기 RF신호와 결합됨을 알 수 있다. 이때 상기 도 7c와 같이 RF신호에 결합된 혼변조신호가 역위상으로 조정되는 위치는 상기 전력증폭기214의 전력트랜지스터의 입력단이 되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 상기 전치왜곡기213은 전력증폭기214에서 발생될 혼변조신호를 미리 예상하여 전치왜곡신호를 발생하며, 상기 전력증폭기214에서 최대로 혼변조신호가 억제될 수 있도록 고조파의 감쇄 및 위상을 제어하여 전력증폭기214에 입사시킨다. 이때 상기 전치왜곡기213은 상기 전력증폭기214에서 발생될 수 있는 고조파들 중 가장 높은 레벨로 발생되는 3차 고조파를 주로 제거시킨다. 상기 전치왜곡 방식의 혼변조신호 제거 효과는 피드포워드 방식을 적용하여 대폭 혼변조신호를 하는데 부담을 대폭 줄일 수 있다. 이는 피드포워드 방식은 조정이 매우 정밀하고 어렵기 때문에 전치왜곡 방식으로 수 dB 개선할 수 있는 이점이 있다.
두 번째로 상기와 같이 전치왜곡 방식에 의해 전력증폭기214에서 발생될 수 있는 혼변조신호를 미리 1차 억압한 후, 피드포워드 방식에 의해 억압하지 못한 혼변조신호를 2차 억압하는 동작을 살펴본다. 상기 피드포워드 방식에서 상기 전력증폭기214의 혼변조신호를 제거하는 과정은 크게 두 가지 단계로 나눌 수 있다. 그 하나는 상기 전력증폭기214의 출력과 입사되는 RF신호 성분을 상쇄시켜 순수한 혼변조신호 성분을 추출하는 것이고, 나머지 하나는 추출한 혼변조신호를 상기 전력증폭기214에서 최종 출력되는 신호에 포함된 혼변조신호를 완전하게 제거할 수 있도록 크기 및 위상을 보정한 후 전력증폭기214의 출력에서 혼변조신호 성분들을 상쇄시키는 것이다.
먼저 피드포워드 방식의 첫 번째 단계 동작을 살펴본다. 보조경로 상의 상기 분배기216에서 도 7a와 같이 입사되는 RF신호를 분배하며, 제1지연기217은 상기 분배기216에서 분배되는 RF신호를 상기 전치왜곡 및 RF 증폭되는 시간 동안 지연한 후, 상기 상쇄기219에 인가한다. 그러면 상기 제1지연기217에서 출력되는 도 7a와 같은 RF신호 성분과 상기 분배기218에서 분배한 도 7d와 같은 증폭신호에서 RF신호 성분을 서로 상쇄시켜 도 7e와 같은 순수 혼변조신호 성분을 추출하여 출력한다.
상기한 바와 같이 상쇄기219는 피드포워드 방식의 핵심적인 구성으로서, 그 기능은 상기 전력증폭기214의 출력에서 혼변조신호 성분만을 검출하는 것이다. 상기 상쇄기219는 감산기(substractor) 또는 가산기(adder) 형태로 구성할 수 있다. 상기 상쇄기219를 감산기 형태로 구성하는 경우에는 입력되는 두 RF신호가 동위상이 되도록 위상을 갖도록 조정하여야 하며, 가산기 형태로 구성하는 경우에는 입력되는 두 RF신호가 역위상을 갖도록 조정하여야 한다. 본 발명의 실시예에서는 상기 상쇄기219가 감산기 형태로 구성된 예를 도시하고 있다. 이런 경우 상기 감산기는 내부에 결합기를 구비하며, 입력되는 두 신호 중 한 입력신호는 동위상으로 상기 결합기에 입사시키고 나머지 한 신호는 역위상으로 변환하여 상기 결합기에 입사시키는 구성을 갖는다. 상기 감산기 형태의 상쇄기219에 도 7a와 같은 RF신호와 도 7d와 같은 증폭된 RF신호가 입사되면, 동위상의 두 RF신호 성분은 상기 상쇄기219의 내부에서 역위상으로 변환된 후 결합기(여기서는 Wilkinson combiner를 사용할 수 있다)를 통과하면서 RF신호는 상쇄되고 혼변조신호 성분들만 남게된다.
이때 상기 상쇄기219에 입사되는 두 RF신호의 레벨과 위상을 정확하게 일치시켜야 한다. 이를 위해서는 상기 주경로의 전력증폭기214에서 출력되는 증폭된 RF신호와 보조경로를 통해 입력되는 RF신호가 대역 내에서 군지연(group delay)가 정확하게 맞아야 하며, 또한 지연의 평탄(flatness)의 특성이 양호하여야 한다. 즉, 상기 상쇄하고자 하는 RF신호의 위상 왜곡(phase distortion)을 최대한 억제시켜야 한다.
상기한 바와 같이 전력증폭기214의 출력과 상기 제1지연기217에서 출력되는 RF신호 성분의 레벨 및 위상이 정확하게 일치하지 않으면 상기 상쇄기219에서 RF신호 성분이 정확하게 상쇄되지 않는다. 이를 해소하기 위하여 도 3의 상기 제1가변감쇄기211은 상기 제어부237에서 출력하는 감쇄제어신호ATT1에 의해 입사되는 RF신호의 레벨을 조정하고, 상기 제2가변위상기212는 상기 제어부237에서 출력하는 위상제어신호PIC1에 의해 입사되는 RF신호의 위상을 조정한다. 따라서 상기 제가변감쇄기211 및 제1가변위상기212는 주경로의 RF신호와 보조경로의 RF신호가 동일한 레벨 및 동위상이 되도록 조정하는 기능을 수행하게 된다. 그러면 상기 상쇄기219는 동일한 레벨 및 동위상으로 입력되는 두 RF신호 성분을 상쇄시키게 된다.
상기와 같이 두 RF신호의 레벨 및 위상을 제어하기 위하여, 상기 제어부237은 상기 선택기235에 제3신호SF3을 선택하기 위한 제1선택신호SEL1을 출력하고, 상기 검출기236에서 상기 제3신호SF3에서 RF신호 성분의 RSSI를 검출하기 위한 제어데이터PCD를 출력한다. 그러면 상기 선택기235는 상기 분배기223에서 분배되는 상기 상쇄기219의 출력인 제3신호SF3을 선택 입력하며, 상기 검출기236은 상기 제3신호SF3의 RF신호 성분을 DC 전압으로 변환한 RSSI를 발생한다. 그러면 상기 제어부237은 상기 RF신호 성분의 RSSI를 전의 RF신호 RSSI와 비교 분석한 후, 상기 상쇄기233에서 RF신호 성분을 상쇄시키기 위한 감쇄제어신호ATT1 및 위상제어신호PIC1을 발생한다.
그러면 상기 제1가변감쇄기211은 상기 감쇄제어신호ATT1에 의해 감쇄 비율이 결정되어 입사되는 RF신호를 감쇄하며, 제1위상가변기212는 상기 위상제어신호PIC1에 의해 입사되는 RF신호의 위상을 조정한다. 이때 상기 상쇄기219를 출력하는 RF신호의 RSSI와 전의 RF신호의 RSSI를 비교 분석하여 상기 감쇄제어신호ATT1 및 위상제어신호PIC1을 발생하므로, 결국 상기 제1가변감쇄기211 및 제1가변위상기212는 상기 도 7d와 같은 RF신호와 도 7a와 같은 두 RF신호가 동일한 레벨 및 동일한 위상을 갖도록 제어한다.
상기와 같이 상쇄기219에서 RF신호 성분을 상쇄하는 이유는 RF신호를 크게 억압하고 혼변조신호 성분 만을 추출하므로서, 뒷단의 에러증폭기222에 영향을 끼치지 않게 하기 위함이다. 즉, 상기 상쇄기219의 출력이 변동하여 상기 RF신호가 효과적으로 제거되지 못하면 상기 에러증폭기222에 비교적 큰 레벨의 RF신호가 입사되고, 이로인해 상기 에러증폭기222는 손상을 받게된다.
두 번째로 피드포워드 방식에서 두 번째 단계의 동작을 살펴본다. 여기서는 상기와 같이 상쇄기219에서 출력되는 혼변조신호가 제2가변감쇄기220, 제2가변위상기221 및 에러증폭기222를 통해 레벨 및 위상이 조정되며, 주경로 상에 입사되어 전력증폭기214의 출력에 포함된 혼변조신호 성분이 제거된다. 이때 상기 결합기223에 의해 결합되는 혼변조신호는 상기 증폭 출력되는 신호와 역위상이 되어야 한다.
여기서 상기 상쇄기219에서 검출된 혼변조신호가 주경로 상에 출력되는 신호에 포함된 혼변조신호의 레벨과 동일하게 하고 역위상이 되도록 보정하기 위하여, 상기 제어부237은 분배기234에서 분배되는 최종 출력신호인 제4신호SF4를 선택하기 위한 제1선택신호SEL1을 발생하고, 상기 제4신호SF4 중에서 혼변조신호인 고조파들의 RSSI를 검출하기 위한 제어데이터PCD를 출력한다. 그러면 상기 선택기235는 상기 제1선택신호SEL1에 의해 상기 분배기234에서 출력되는 제4신호SF4를 선택 출력하며, 검출기236은 상기 제어데이터PCD에 의해 제4신호SF4의 고조파 들에 대한 RSSI를 검출하여 제어부237에 인가한다. 그리고 상기 제어부237은 최종 출력신호에 포함된 혼변조신호의 RSSI와 전 혼변조신호의 RSSI를 비교 분석한 후, 분석 결과에 따라 최종 출력신호에 포함된 혼변조신호를 억압하기 위한 감쇄제어신호ATT2 및 위상제어신호PIC2를 발생한다.
따라서 상기 상쇄기219의 출력을 입력하는 제2가변감쇄기220은 상기 감쇄제어신호ATT2에 의해 입사되는 혼변조신호의 레벨을 조정하며, 상기 제2가변감쇄기220에서 출력되는 신호를 입력하는 제2위상가변기221은 상기 위상제어신호PIC2에 의해 입사되는 혼변조신호의 위상을 조정한다. 이때 상기 제2위상가변기221는 상기 위상제어신호PIC2에 의해 혼변조신호의 위상이 결합기223에서 역위상이 될 수 있도록 제어한다. 그러면 상기 제2가변위상기221과 결합기223 사이에 연결되는 에러증폭기222는 상기와 같이 레벨 및 위상이 조정된 혼변조신호를 증폭 출력한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 선형증폭 장치는 증폭신호에 포함되는 혼변조신호를 억압하기 위하여 전치왜곡 방식과 피드포워드 방식을 사용한다. 상기 혼변조신호를 억압하는 절차는 먼저 전치왜곡 방식에 의해 전력증폭기214에서 발생될 수 있는 혼변조신호를 미리 억압하고, 이후 피드포워드 방식에 의해 전력증폭기214의 출력에 포함된 혼변조신호를 검출한 후 이를 최종 출력신호에 결합하여 혼변조신호를 제거한다. 이는 피드포워드 방식 만으로 혼변조신호를 제거하려면 전력증폭기214 및 에러증폭기222의 설계 및 제작이 까다롭고 정확한 동조(tunning)이 어렵기 때문에, 전치왜곡기213을 이용하여 일정 크기의 혼변조신호를 미리 억압한 후 피드포워드 방식으로 나머지 혼변조신호를 제거하며, 이로인해 선형증폭기의 설계 및 제작이 용이해진다.
다음으로 제어부237을 중심으로 하여 상기와 같이 전치왜곡 방식 및 피드포워드 방식을 사용하여 혼변조신호를 억압하는 과정을 구체적으로 살펴본다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 검출기236의 내부 구성을 도시하는 도면이다. 감쇄기711은 상기 선택기235에서 출력되는 신호SF를 감쇄 출력한다. 필터712는 광대역 필터(wide bandpass filter)로서, 송신대역의 신호를 여파한다. PLL(Phase Lock Loop)713 및 발진기714는 상기 제어부237에서 출력되는 제어데이터PCD에 의해 해당하는 로컬주파수(Local Frequency)LF1을 발생한다. 상기 로컬주파수LF1은 선택한 신호SF의 RSSI를 검출하기 위한 주파수를 결정하는 기능을 수행한다. 혼합기(mixer)715는 상기 필터712에서 출력되는 신호와 상기 로컬주파수LF1을 혼합하여 중간주파수(Intermediate Frequency:IF)를 발생한다. 필터716은 중간주파수 필터로서, 상기 혼합기715의 출력에서 두 주파수의 차신호(｜SF-LF1｜)를 여파하여 IF1으로 출력한다. 중간주파수증폭기717은 상기 중간주파수IF1을 증폭 출력한다. 발진기719는 고정된 로컬주파수LF2를 발생한다. 혼합기(mixer)718은 상기 중간주파수증폭기717에서 출력되는 IF1신호와 상기 로컬주파수LF2를 혼합하여 중간주파수IF2를 발생한다. 필터720은 상기 혼합기718의 출력에서 두 주파수의 차신호(｜IF1-LF2｜)를 여파하여 IF2로 출력한다. 로그증폭기(LOG amplifier)721은 상기 필터720에서 출력되는 중간주파수IF2를 DC전압으로 변환하여 RSSI신호로 출력한다.
상기 도 8의 동작을 살펴보면, 상기 제어부237의 제1선택신호SEL1에 의해 상기 선택기235는 제1신호SF1-제4신호SF4 중에 대응되는 신호SF를 선택하여 출력한다. 그러면 상기 검출기236의 필터712는 상기 신호SF를 여파하여 혼합기715에 인가한다. 그리고 상기 PLL713 및 발진기714는 상기 제어부237의 제어데이터PCD에 의해 선택된 신호의 고조파 또는 RF신호를 선택하기 위한 로컬주파수LF1을 발생한다. 그러면 상기 혼합기715는 상기 두 신호SF 및 LF1을 혼합하여 출력하고, 필터716은 두 신호의 차에 해당하는 주파수를 여파하여 IF1으로 출력한다. 상기와 같은 구성은 선택된 신호SF에서 RSSI를 검출하기 위한 주파수를 결정하는 동시에 제1단계의 주파수 하강 변환(frequency down conversion) 기능을 수행한다.
이후 상기 혼합기715는 발진기719에서 출력되는 로컬주파수LF2와 상기 IF1을 혼합하며, 필터720은 혼합된 신호에서 두 신호 IF1 및 LF2의 차에 해당하는 주파수를 여파하여 IF2로 출력한다. 상기와 같은 구성은 제2단계의 주파수 하강 변환 기능을 수행한다. 그리고 로그증폭기721은 상기 IF2를 입력하여 DC전압으로 변환 출력하며, 이 신호는 RSSI가 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 선형증폭기LPA의 이상 상태를 검출하는 이상검출기238의 내부 구성을 도시하는 도면이다. 상기 도 9를 참조하면, 과전력검출기(over power detecter)811은 분배기234에서 분배되는 선형증폭기LPA의 최종 출력을 입력한다. 상기 과전압검출기811은 상기 최종 출력되는 RF신호의 전력을 설정된 기준 값과 비교하여 설정 값 초과시 과전압검출신호OVP를 세트시킨다. 고온검출기(temperature detecter)812는 온도센서를 구비하며, 상기 온도센서는 에러증폭기222의 주변에 위치된다. 상기 고온검출기812는 상기 선형증폭기LPA의 내부 온도를 감지하며, 상기 감지 온도가 설정 온도를 초과하면 고온검출신호TEMP를 세트시킨다. 정재파비검출기(standing wave ratio detecter)813은 분배기234와 연결되어 연결되며, 선형증폭기LPA에서 출력되는 전압과 반사전압 차를 비교 분석한 후 상기 정재파비가 설정 비율을 초과할 시 정재파비검출신호VSWR을 세트시킨다. 전원이상검출기(supply power detecter)814는 전원공급장치(power supply unit: PSU)에서 발생되는 공급전원을 검사하여 이상 발생시 전원검출신호DCF를 세트시킨다. 루프이상검출기(loop fail detecter)815는 분배기233과 연결되며, 상쇄기219의 출력을 검사하여 설정 값 이상의 RF신호가 검출될 시 루프이상신호LOP를 세트시킨다. 저전력검출기(low power detecter)816은 분배기231 및 234의 출력을 입력하며, 입력되는 RF신호의 전력과 출력되는 RF신호의 전력 차가 설정 값 이하일 시 저전력검출신호LWP를 세트시킨다. 팬이상검출기(fan fail detecter)817은 선형증폭기LPA의 후면에 위치되는 팬의 구동 상태를 검사하며, 이상 상태일 시 팬이상신호FAN을 발생한다. 이상선택기818은 상기와 같은 검출기811-817의 출력들을 입력하며, 상기 제어부237에서 출력되는 제2선택신호SEL2에 의해 대응되는 검출신호를 선택 출력한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제어부237의 내부 구성을 도시하는 도면이다. ADC(Analog to Digital Converter)914는 상기 신호검출기236에서 출력되는 RSSI를 디지털 데이터로 변환하여 출력한다. 롬912는 본 발명의 실시예에 따라 감쇄 및 위상을 제어하기 위한 프로그램을 저장하고 있다. CPU911은 상기 롬912의 프로그램에 따라 신호SF를 선택하기 위한 제1선택신호SEL1 및 선택된 신호SF에서 원하는 RSSI를 선택하기 위한 주파수를 선택하기 위한 제어데이터PCD를 발생하며, 상기 ADC914에 출력되는 RSSI 값을 비교 분석하여 감쇄제어신호ATT 및 위상제어신호PIC를 발생한다. 또한 상기 CPU911은 일정시간 주기로 상기 이상검출기238에 제2선택신호SEL2를 출력하며, 상기 이상검출기238에서 출력되는 검출신호들을 순차적으로 입력한 후, 검출신호들의 상태를 검사하여 이상 상태가 설정 시간을 초과하는 경우 상기 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300의 RF스위치를 오프시키기 위한 스위치제어신호SWC를 발생한다. 램913은 프로그램 수행중에 발생되는 각종 데이터를 일시 저장한다. DAC915는 상기 제어부911에서 출력하는 감쇄제어 및 위상제어 데이터를 아날로그로 변환하여 감쇄제어신호ATT 및 위상제어신호PIC로 출력한다. 통신부916는 상기 CPU816의 제어하에 선형증폭장치와 외부 장치 간에 데이터를 통신하는 기능을 수행한다. 실장감지기917은 해당하는 선형증폭기LPA가 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300에 장착될 시, 상기 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300에서 출력되는 신호를 입력하여 상기 CPU911에 실장감지신호를 출력한다. 상기 실장감지기917은 커넥터(connector)가 될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 상기 선형증폭기LPA가 장착될 시 상기 실장감지기917이 상기 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300의 접지단자에 연결되는 경우로 가정한다. 따라서 상기 실장감지신호는 접지신호(ground signal)가 된다. 또한 상기 실장감지기917은 상기 선형증폭기LPA가 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300에 장착되지 않았을 시 오픈(open)신호를 발생한다.
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 합성 선형증폭장치에서 이상 상태 감지시 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300의 RF스위치를 제어하는 동작을 도시하는 흐름도이다. 본 발명의 제1실시예에서는 제1설정시간 주기로 상기 검출기811-817의 출력을 감시하여 이상 유무를 판단하며, 이상 발생시 해당하는 경보플래그를 세트시킨다. 그리고 상기 경보플래그 세트시 해당 경보가 제2설정시간 동안 유지되는가 검사하며, 상기 제2설정시간 동일 경보상태가 유지될 시 선형증폭기LPA와 연결될 RF스위치를 차단하여 선형증폭기LPA의 동작을 중단시킨다. 이후 상기 선형증폭기LPA의 동작을 중단시킨 상태에서 제3설정시간이 경과되면, 다시 상기 RF스위치를 연결하여 해당 선형증폭기LPA의 동작을 재개시킨 후 위와 같은 동작을 반복 수행하며, 소정 횟수 이상 경보 상태가 유지되면 선형증폭기LPA의 구동을 완전 중지시킨다.
상기 도 11을 참조하면, 먼저 CPU111은 1001단계에서 상기 실장감지기917의 출력을 검사하여 해당하는 선형증폭기LPA가 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300에 장착되었는가 검사한다. 이때 상기 실장감지기917이 미장착 신호를 발생하면, 상기 CPU911은 1001단계에서 이를 감지하고, 1003단계에서 해당하는 스위치SWI 및 SWO를 오프시킨 후, 1005단계에서 실장플래그를 리세트시킨다. 그러나 상기 1001단계에서 실장 상태이면, 상기 CPU911은 1007단계에서 상기 선형증폭기LPA가 최초 장착된 상태인가 검사한다. 이때 상기 선형증폭기LPA가 최초 장착된 상태이면, 상기 CPU911은 1009단계에서 상기 전력분배모듈100과 연결되는 RF스위치SWI와 상기 전력합성모듈300과 연결되는 RF스위치SWO를 온 시킨 후 1011단계에서 실장플래그를 세트시킨다. 그리고 상기 CPU911은 1101단계로 진행하여 경보 발생 유무를 검사한다. 또한 상기 실장플래그가 세트되면, 상기 CPU911은 1007단계에서 이를 감지하고 상기 1101단계로 진행한다. 따라서 상기 CPU911은 선형증폭기가 최초 장착되면, 상기 RF스위치SWI 및 SWO를 온시킨 후 정상적인 선형 증폭기의 기능을 수행한다.
이후 선형증폭기LPA의 동작 상태를 검사하는 과정을 살펴본다. 상기 CPU111은 내부의 타이머로부터 제1설정시간이 되면 1101단계에서 이를 감지하고, 1103단계에서 스위치오프 플래그가 세트된 상태인가 검사한다. 이때 상기 스위치오프 플래그가 세트되지 않은 상태이면 해당하는 선형증폭기LPA는 정상적인 동작을 수행하고 있는 상태이므로, 상기 검출기811-817들의 출력을 선택하여 이상 유무를 감시하기 위한 동작을 수행한다.
먼저 상기 CPU911은 1113단계에서 과전력검출기811의 출력OVP를 선택하기 위한 제2선택신호SEL2를 출력하며, 상기 이상선택기818은 상기 제2선택신호SEL2에 의해 과전력검출기811의 출력 OVP를 선택하여 CPU911에 출력한다. 이때 상기 과전력검출기811은 분배기234에서 출력되는 선형증폭기LPA의 최종 출력신호를 입력하며, 상기 최종 출력되는 RF신호의 전력이 설정 전력 값과 비교하며, 설정 전력 보다 과다한 전력일 시 상기 OVP신호를 세트시킨다.
이후 상기 CPU911은 상기 OVP신호의 상태를 분석하는데, 상기 OVP신호가 세트상태이면 1115단계에서 출력 RF신호가 과전압 상태임을 감지하고, 1117단계에서 이미 OVP플래그가 세트된 상태인가 검사한다. 이때 상기 OVP플래그가 세트되지 않은 상태이면, 상기 CPU911은 1117단계에서 상기 RF신호의 출력이 처음으로 과전력 상태가 된 상태임을 감지하고, 1119단계에서 OVP플래그를 세트시킨 후, 1121단계에서 과전력 상태로 검출되는 시간을 누적하기 위한 OVP카운터를 구동한다. 그러나 상기 1117단계에서 상기 OVP플래그가 세트된 상태이면, 상기 CPU911은 이미 이전 상태에서 과전력 상태였음을 감지하고, 1123단계에서 상기 OVP카운터 값을 증가시켜 상기 과전력 상태로 유지되는 시간 값을 누적시킨다.
그러나 상기 1115단계에서 상기 OVP신호가 세트되지 않은 상태이면, 상기 CPU911은 상기 선형증폭기LPA의 출력이 과전력 상태가 아님을 감지하고, 1125단계에서 상기 OVP플래그를 클리어시킨 후, 1127단계에서 OVP카운터의 값을 클리어시킨다.
따라서 도 11a의 1113단계-1127단계를 살펴보면, 상기 선형증폭기LPA에서 최종 출력되는 RF신호의 출력전력을 검사하며, 설정 전력 값 이상인 경우 과전력 상태로 판단하여 과전력 상태로 출력되는 시간을 누적 저장한다. 그러나 상기 RF신호가 정상적인 범위의 출력 전력으로 유지되는 경우, 상기 OVP플래그 및 OVP카운터를 클리어시킨다.
두번째로 상기 CPU911은 1131단계에서 고온검출기812의 출력TEMP를 선택하기 위한 제2선택신호SEL2를 출력하며, 상기 이상선택기818은 상기 제2선택신호SEL2에 의해 상기 고온검출기812의 출력 TEMP를 선택하여 CPU911에 출력한다. 이때 상기 고온검출기812는 에러증폭기222와 근접한 위치에 온도센서를 부착하고, 상기 온도센서로부터 감지되는 선형증폭기LPA의 내부 온도를 검출하여 설정 온도 이상일 시 상기 TEMP신호를 세트시킨다.
이후 상기 CPU911은 상기 TEMP신호의 상태를 분석하는데, 상기 TEMP신호가 세트이면 1133단계에서 선형증폭기LPA의 내부 온도가 고온 상태임을 감지하고, 1135단계에서 이미 TEMP플래그가 세트된 상태인가 검사한다. 이때 상기 TEMP플래그가 세트되지 않은 상태이면, 상기 CPU911은 1135단계에서 상기 선형증폭기LPA의 내부온도가 처음으로 고온상태가 되었음을 감지하고, 1137단계에서 TEMP플래그를 세트시킨 후, 1139단계에서 선형증폭기의 내부 온도가 고온 상태로 검출되는 시간을 누적하기 위한 TEMP카운터를 구동한다. 그러나 상기 1135단계에서 상기 TEMP플래그가 세트된 상태이면, 상기 CPU911은 이전 상태에서도 상기 선형증폭기의 내부 온도가 고온 상태였음을 감지하고, 1141단계에서 상기 TEMP카운터의 값을 증가시켜 상기 선형증폭기가 고온 이상 상태로 유지되는 시간 값을 누적시킨다.
그러나 상기 1133단계에서 상기 TEMP신호가 세트되지 않은 상태이면,상기 CPU911은 상기 선형증폭기LPA의 내부온도가 정상 상태임을 감지하고, 1143단계에서 상기 TEMP플래그를 클리어시킨 후, 1145단계에서 TEMP카운터의 값을 클리어시킨다.
따라서 도 11a의 1131단계-1145단계 동작을 살펴보면, 상기 선형증폭기LPA의 내부온도를 검출한 후 설정된 온도 보다 높은 고온 상태인가 검사하며, 설정 온도 보다 높은 경우 고온 상태로 판단하여 고온으로 출력되는 시간을 누적 저장한다. 그러나 상기 선형증폭기의 내부 온도가 정상적인 범위의 온도로 유지되는 경우에는 상기 고온 상태로 유지된 시간 값을 누적 저장하는 TEMP카운터를 클리어시킨다.
세 번째로 상기 CPU911은 1151단계에서 정재파비검출기813의 출력VSWR를 선택하기 위한 제2선택신호SEL2를 출력하며, 상기 이상선택기818은 상기 제2선택신호SEL2에 의해 정재파비검출기813의 출력 VSWR를 선택하여 CPU911에 출력한다. 이때 상기 정재파비검출기813은 상기 분배기234에서 출력되는 최종 RF신호를 수신한 후, 출력 전압과 출력단에서 반사되는 전압의 차를 검출한 후, 두 전압의 차가 설정된 전압값을 초과하는 경우 상기 VSWR신호를 세트시킨다.
이후 상기 CPU911은 상기 VSWR신호의 상태를 분석하는데, 상기 VSWR신호가 세트 상태이면 1151단계에서 선형증폭기LPA에서 출력에서 정재파비가 이상 상태임을 감지하고, 1155단계에서 이미 VSWR플래그가 세트된 상태인가 검사한다. 이때 상기 VSWR플래그가 세트되지 않은 상태이면, 상기 CPU911은 1155단계에서 상기 선형증폭기LPA의 정재파비가 처음으로 이상상태가 되었음을 감지하고, 1157단계에서 VSWR플래그를 세트시킨 후, 1159단계에서 정재파 비의 이상 상태로 출력되는 시간을 누적하기 위한 VSWR카운터를 구동한다. 그러나 상기 1155단계에서 상기 VSWR플래그가 세트된 상태이면, 상기 CPU911은 이미 이전 상태에서도 VSWR이 이상 상태였음을 감지하고, 1161단계에서 상기 VSWR카운터의 값을 증가시켜 상기 정재파비가 이상 상태로 출력되는 시간 값을 누적시킨다.
그러나 상기 1153단계에서 상기 VSWR검출신호가 세트되지 않은 상태이면, 상기 CPU911은 상기 선형증폭기LPA의 정재파비가 정상 상태임을 감지하고, 1163단계에서 상기 VSWR플래그를 클리어시킨 후, 1165단계에서 VSWR카운터의 값을 클리어시킨다.
따라서 도 11b의 1151단계-1165단계 동작을 살펴보면, 상기 선형증폭기LPA의 정재파비를 검출한 후 상기 정재파비가 정상 적인 범위를 벗어나는가 검사하며, 설정된 정재파비를 벗어나는 경우 정재파비의 이상 상태로 판단하고 정재파비 이상 상태로 출력되는 시간을 누적 저장하며, 상기 선형증폭기LPA의 정재파비가 정상적인 범위 내의 값으로 유지되는 경우에는 상기 VSWR 플래그 및 VSWR카운터를 클리어시킨다.
네 번째로 상기 CPU911은 1171단계에서 전원이상검출기814의 출력DCF를 선택하기 위한 제2선택신호SEL2를 출력하며, 상기 이상선택기818은 상기 제2선택신호SEL2에 의해 상기 전원이상검출기814의 출력 DCF를 선택하여 CPU911에 출력한다. 이때 상기 전원이상검출기814는 전원공급장치(power supply unit:PSU)에서 출력되는 선형증폭기LPA의 공급전원을 검사하여 설정된 공급전원 범위를 벗어날 시 또는 특정전압이 단락 되었을 때 또한상기 DCF신호를 세트시킨다.
이후 상기 CPU911은 상기 DCF신호의 상태를 분석하는데, 상기 DCF검출신호가 세트이면 1171단계에서 선형증폭기LPA에 공급되는 공급전원이 이상 상태임을 감지하고, 1175단계에서 이미 DCF플래그가 세트된 상태인가 검사한다. 이때 상기 DCF플래그가 세트되지 않은 상태이면, 상기 CPU911은 1175단계에서 상기 선형증폭기LPA에 공급되는 전원의 이상 상태임을 감지하고, 1177단계에서 DCF플래그를 세트시킨 후, 1179단계에서 이상 공급전원이 공급되는 시간 값을 누적하기 위한 DCF카운터를 구동한다. 그러나 상기 1175단계에서 상기 DCF플래그가 세트된 상태이면, 상기 CPU911은 이미 이전 상태에서도 공급전원이 이상 상태였음을 감지하고, 1181단계에서 상기 DCF카운터의 값을 갱신하여 상기 공급전원이 이상 상태로 공급된 시간 값을 누적시킨다.
그러나 상기 1173단계에서 상기 DCF검출신호가 세트되지 않은 경우, 상기 CPU911은 상기 선형증폭기LPA에 공급되는 전원이 정상 상태임을 감지하고, 1183단계에서 상기 DCF플래그를 클리어시킨 후, 1185단계에서 DCF카운터의 값을 클리어시킨다.
따라서 도 11b의 1171단계-1185단계 동작을 살펴보면, 상기 선형증폭기LPA에 공급되는 전원전압이 설정된 범위를 벗어나는가 검사하며, 설정된 전원레벨을 벗어나는 경우 상기 공급되는 전원전압을 이상 상태로 판단하고 불안정한 전원전압이 공급되는 시간을 누적 저장하며, 상기 선형증폭기LPA의 전원전압이 정상적인 범위로 공급되는 경우와 특정 전원이 모두 정상으로 공급되는 경우에는 상기 DCF카운터의 값을 클리어시킨다.
다섯 번째로 상기 CPU911은 1191단계에서 루프이상검출기815의 출력LOP를 선택하기 위한 제2선택신호SEL2를 출력하며, 상기 이상선택기818은 상기 제2선택신호SEL2에 의해 상기 루프이상검출기815를 출력 LOP를 선택하여 CPU911에 출력한다. 이때 상기 루프이상검출기815는 분배기233에서 분배되는 상기 상쇄기219의 출력을 입력하며, 상기 상쇄기219의 출력에 포함된 상쇄되지 않은 RF신호의 크기를 검출한 후 상기 RF신호가 설정 값 범위를 초과하면 루프 이상 상태를 표시할 수 있도록 상기 LOP를 세트시킨다.
상기 CPU911은 1193단계에서 상기 LOP신호의 상태를 분석하는데, 상기 LOP검출신호가 세트 상태이면 상쇄기219에서 RF신호를 상쇄하지 못한 상태임을 감지하고, 1195단계에서 이미 LOP 플래그가 세트된 상태인가 검사한다. 이때 상기 LOP플래그가 세트되지 않은 상태이면, 상기 CPU911은 1195단계에서 상기 루프 이상이 처음 발생된 상태임을 감지하고, 1197단계에서 LOP플래그를 세트시킨 후, 1199단계에서 상기 루프이득 상태가 지속되는 시간 값을 누적하기 위한 LOP카운터를 구동한다. 그러나 상기 1195단계에서 상기 LOP플래그가 세트된 상태이면, 상기 CPU911은 이미 이전 상태에서도 루프 이상 상태였음을 감지하고, 1201단계에서 상기 LOP카운터의 값을 증가시켜 상기 루프 이상 상태가 유지되는 시간 값을 누적시킨다.
그러나 상기 1193단계에서 상기 LOP신호가 세트되지 않은 상태이면, 상기 CPU911은 상쇄기219에서 RF신호가 상쇄되어 루프가 정상적으로 이루어짐을 감지하고, 1203단계에서 상기 LOP플래그를 클리어시킨 후, 1205단계에서 LOP카운터의 값을 클리어시킨다.
따라서 도 11c의 1191단계-1205단계 동작을 살펴보면, 상기 상쇄기219의 출력을 검사하여 RF신호가 정상적으로 상쇄되는가 검사하며, RF신호의 상쇄가 설정된 범위를 벗어나는 경우 루프 이상으로 판단하고 루프 이상이 지속되는 시간을 누적 저장하며, 상기 RF신호가 정상적으로 상쇄되는 경우 루프가 정상 상태로 판단하고 상기 LOP카운터를 클리어시킨다.
여섯 번째로 상기 CPU911은 1211단계에서 저전력검출기816의 출력 LWP를 선택하기 위한 제2선택신호SEL2를 출력하며, 상기 이상선택기818은 상기 제2선택신호SEL2에 의해 상기 저전력검출기816을 출력 LWP를 선택하여 CPU911에 출력한다. 이때 상기 저전력검출기816은 분배기231 및 234에서 분배되는 입력 RF신호와 출력 RF신호의 전압차를 검출한 후, 상기 두 RF신호의 전압차가 설정된 범위 내의 값을 갖지 않으면, 상기 선형증폭기LPA의 이득이 정상상태가 아님을 표시할 수 있도록 상기 LWP신호를 세트시킨다.
상기 CPU911은 상기 LWP신호의 상태를 분석하는데, 상기 LWP신호가 세트 상태이면 1213단계에서 상기 선형증폭기LPA의 전체 이득의 이상 상태가 발생되었음을 감지하고, 1215단계에서 이미 LWP 플래그가 세트된 상태인가 검사한다. 이때 상기 LWP플래그가 세트되지 않은 상태이면, 상기 CPU911은 1215단계에서 상기 선형증폭기LPA의 이득 이상 상태가 처음 발생된 상태임을 감지하고, 1217단계에서 LWP플래그를 세트시킨 후, 1219단계에서 상기 선형증폭기LPA의 이득 이상 상태가 발생되는 시간 값을 누적하기 위한 LWP카운터를 구동한다. 그러나 상기 1215단계에서 상기 LWP플래그가 세트된 상태이면 이미 이전 상태에서도 이상 상태였음을 감지하고, 1221단계에서 상기 LWP카운터의 값을 증가시켜 상기 이상 상태가 지속되는 시간 값을 누적시킨다.
그러나 상기 1213단계에서 상기 LWP신호가 세트되지 않은 경우, 상기 CPU911은 선형증폭기LPA의 이득이 정상적인 상태를 유지하는 것으로 간주하고, 1223단계에서 상기 LWP플래그를 클리어시킨 후, 1225단계에서 LWP카운터의 값을 클리어시킨다.
따라서 도 11c의 1211단계-1225단계 동작을 살펴보면, 상기 선형증폭기LPA의 입력 RF신호와 출력 RF신호의 전압차를 분석하여 설정된 범위를 벗어나는 경우 선형증폭기LPA의 전체 이득의 이상 상태로 감지하고 이득 이상이 지속되는 시간을 누적 저장하며, 상기 두 RF신호의 전압차가 설정 범위 내인 경우 상기 선형증폭기LPA의 전체 이득이 정상적인 상태로 판단하여 상기 LWP카운터를 클리어시킨다.
일곱 번째로 상기 CPU911은 1231단계에서 팬이상검출기817의 출력 FAN을 선택하기 위한 제2선택신호SEL2를 출력하며, 상기 이상선택기818은 상기 제2선택신호SEL2에 의해 상기 팬이상검출기817을 출력 FAN을 선택하여 CPU911에 출력한다. 이때 상기 팬이상검출기817은 선형증폭기LPA에 위치되는 팬구동신호를 입력하며, 상기 팬구동신호의 상태를 검사하여 팬구동이 정상적으로 이루어지지 않을 시 상기 FAN신호를 세트시킨다.
상기 CPU911은 상기 FAN신호의 상태를 분석하는데, 상기 FAN신호가 세트 상태이면 1233단계에서 상기 팬구동에 이상 상태가 발생되었음을 감지하고, 1235단계에서 이미 FAN 플래그가 세트된 상태인가 검사한다. 이때 상기 FAN플래그가 세트되지 않은 상태이면, 상기 CPU911은 1235단계에서 상기 팬구동에 이상이 처음 발생된 상태임을 감지하고, 1237단계에서 FAN플래그를 세트시킨 후, 1239단계에서 상기 팬이 비정상적으로 구동되는 시간 값을 누적하기 위한 FAN카운터를 구동한다. 그러나 상기 1235단계에서 상기 FAN플래그가 세트된 상태이면 이미 이전 상태에서도 팬의 구동이 이상 상태였음을 감지하고, 1241단계에서 상기 FAN카운터의 값을 증가시켜 상기 이상 상태가 지속되는 시간 값을 누적시킨다.
그러나 상기 1233단계에서 상기 FAN신호가 세트되지 않은 경우, 상기 CPU911은 팬이 정상적으로 구동되는 상태임을 감지하고, 1243단계에서 상기 FAN플래그를 클리어시킨 후, 1245단계에서 FAN카운터의 값을 클리어시킨다.
따라서 도 11d의 1231단계-1245단계 동작을 살펴보면, 상기 선형증폭기LPA의 열을 냉각시키기 위한 팬의 구동신호를 분석하여 팬 구동 이상 상태일 시 팬이 비정상적인 상태로 구동되는 시간을 누적 저장하며, 상기 팬의 구동이 정상적으로 이루어지는 경우 상기 FAN플래그 및 FAN카운터를 클리어시킨다.
상기와 같이 합성 선형증폭장치를 구성하는 각 선형증폭기LPA 들은 각각 제1설정시간 마다 해당하는 유니트 내부에서 과전력, 고온, 정재파비 이상상태, 공급전원의 이상 상태, 루프 이상상태, 전체 이득 이상상태, 팬 구동 이상상태 등의 발생 유무를 순차적으로 검사한다. 이때 이상 상태가 발생되는 항목에 대해서는 해당하는 상태를 표시하기 위하여 해당 이상플래그를 세트하는 동시에 이상상태가 지속되는 시간을 해당하는 경보카운터에 누적 저장하며, 정상적인 항목에 대해서는 해당 상태의 플래그 및 카운터를 클리어한다.
상기와 같이 각 선형증폭기LPA 들이 이상 상태의 발생 유무를 검사하여 처리한 후, 각 플래그들 및 카운터의 값을 검사하여 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300의 해당하는 RF스위치를 온/오프시키기 위한 동작을 수행한다.
상기 과정을 살펴보면, 상기 CPU911은 1251단계에서 상기 1111단계-1245단계를 수행하면서 처리한 결과들을 분석하기 위하여 1251단계에서 이상 상태 유무를 표시하는 플래그들을 리드한다. 이런 경우 먼저 상기 OVP 플래그를 리드한 후, 1253단계에서 상기 OVP 플래그가 세트 상태인가 검사한다. 이때 상기 OVP 플래그가 세트 상태이면 1259단계로 진행하고 상기 OVP 플래그가 클리어 상태이면 1255단계를 진행하여 현재 리드한 플래그가 마지막 플래그인가 검사한다. 이때 마지막 플래그가 아니면, 1257단계로 진행하여 다음 플래그를 리드한 후 1253단계에서 리드한 플래그의 상태를 검사한다. 따라서 상기와 같은 방법으로 첫 번째 OVP플래그에서 마지막 FAN 플래그 까지 순차적으로 리드하면서 플래그의 상태를 검사한다.
이때 상기 동작을 수행하는 과정에서 이상 상태임을 표시하는 세트된 플래그가 검사되면, 상기 CPU911은 1253단계에서 이를 인지하고, 1259단계에서 해당하는 플래그에 대응되는 카운터의 값을 리드한다. 이때 상기 카운터는 상기한 바와 같이 대응되는 이상 상태의 지속된 시간값을 누적하여 저장하고 있는 상태가 된다. 상기 카운터 값을 리드한 후, 상기 CPU911은 1261단계에서 이상상태를 표시하는 플래그에 대응되는 카운터의 값이 제2설정시간 값인가를 검사한다. 여기서 상기 제2설정시간 값이라 함은 상기 선형증폭기LPA의 동작을 중단시키기 위해 설정된 시간으로, 본 발명의 실시예에서는 약 7초로 설정한다. 여기서 상기 이상 상태의 카운터가 누적 저장하고 있는 시간이 상기 7초 이내의 값을 유지하는 경우에는 상기 1255단계로 되돌아가 다음 플래그의 상태를 검사한다.
그러나 상기 1261단계에서 상기 카운터에 누적 저장된 시간 값이 제2설정시간 값인 경우, 상기 CPU911은 1263단계에서 해당하는 선형증폭기LPA로 입출력되는 RF신호를 차단하기 위한 스위치제어신호SWC를 발생하고, 통신부916에 발생된 경보 정보를 출력한다. 이때 상기 통신부916을 통해 출력되는 경보 정보는 운용자 측에 인가되어 처리된다. 또한 상기 스위치제어신호SWC가 발생되면, 상기 전력분배모듈100의 대응되는 RF스위치SWI가 오프되고 상기 전력합성모듈300의 대응되는 RF스위치SWO가 오프된다. 따라서 이상 상태가 발생된 선형증폭기LPA는 RF신호의 전달 통로가 차단되므로 증폭 동작을 자동으로 중단하게 된다.
이때 상기 도 2에서 설명한 바와 같이 전력분배모듈100은 이상 상태가 발생된 선형증폭기LPA와 연결되는 출력 단자가 오픈 상태가 되며, 이로인해 노드NI에 입력되는 RF신호의 전력이 이상 상태의 선형증폭기LPA를 제외한 나머지 선형증폭기LPA 들에 균등 분배되어 인가된다. 또한 상기 전력합성모듈300도 상기 이상 상태가 발생된 선형증폭기LPA와 연결되는 입력 단자가 오픈 상태가 되므로, 이상 상태의 선형증폭기의 출력 통로가 차단되며, 정상 상태의 선형증폭기들에서 출력되는 신호들만 합성 출력된다.
따라서 상기한 바와 같이 합성 선형증폭장치를 구성하는 임의의 선형증폭기LPA에 이상이 발생되면 해당하는 선형증폭기LPA는 자동적으로 자신과 연결되는 RF 통로를 차단하며, 합성 선형증폭장치는 정상적인 선형증폭기LPA 들에 RF신호의 전력을 균등 분배한 후 선형증폭 동작을 수행시키고 증폭된 신호를 다시 합성 출력하게 된다. 이때 분배 및 합성과정에 신호 전력의 손실 없이 RF 증폭신호를 발생하므로, 합성 선형증폭장치는 설정된 크기의 RF신호로 증폭하여 출력할 수 있음을 알 수 있다.
상기와 같이 스위치제어신호SWC를 활성화시킨 후, 상기 CPU911은 1265단계에서 현재 RF신호를 차단하기 위하여 스위치제어신호SWC를 오프시켰음을 표시하기 위한 스위치오프플래그(swich-off flag)를 세트시키고, 1267단계에서 스위치오프 타이머(switch-off timer)를 활성화시킨다. 여기서 상기 스위치오프 플래그는 현재 선형증폭기LPA가 이상 상태에서 RF신호의 통로가 차단되어 증폭 동작이 중단되었음을 표시하는 플래그이며, 스위치오프 타이머는 증폭 동작이 중단된 시간 값을 누적 저장하기 위한 타이머이다. 그리고 상기 RF스위치가 차단되면, 상기 CPU911은 1269단계 및 1271단계에서 OVP, TEMP, VSWR, DCF, LOP, LWP, FAN 등의 이상 상태를 표시하는 플래그들 및 이상 상태가 지속된 시간을 누적 저장하는 타이머들을 모두 클리어시킨다.
상기 도 11d의 1251단계-1271단계에서는 제1설정시간 주기로 각 상태들을 검사한 후, 특정 이상 상태가 제2설정시간 동안 지속되면 RF스위치를 오프시켜 해당 선형증폭기의 동작을 중단시키며, 이를 표시하기 위한 스위치오프 플래그를 세트하고 또한 RF스위치의 차단 시간을 누적하는 스위치오프 타이머를 구동한다. 이때 이상 상태가 발생된 상기 선형증폭기LPA는 설정 시간이 경과되면 다시 재기동하며, 이는 이전의 이상 상태가 일시적인 것인지를 아닌지를 판단하기 위함이다. 따라서 상기 스위치오프 타이머는 RF스위치 차단 후 재기동할 시점을 결정하기 위한 타이머이다. 또한 상기와 같이 상기 RF스위치를 차단한 후 각 플래그들 및 타이머들을 클리어시키는 이유는 다시 재 기동할 때 정상적으로 이상 상태 유무를 검출하기 위함이다.
그러나 상기 1103단계에서 스위치오프 플래그가 세트 상태이면, 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300에서 대응되는 선형증폭기LPA의 RF스위치가 오프된 상태이다. 이런 경우, 상기 CPU911은 스위치SWI 및 SWO가 오프 시간이 제3설정시간을 경과하였는가 검사한다. 이는 상기 스위치SWI 및 SWO를 오프시켜 선형증폭기LPA의 구동을 중단한 후 일정시간이 경과되면 다시 선형증폭기LPA의 구동을 재개시켜 선형증폭기LPA의 이상 상태가 일시적인 것인지 아니면 치명적인 것인지를 검사하기 위함이다. 따라서 상기 CPU911은 1285단계에서 스위치 오프 타이머 값을 리드한 후, 1287단계에서 상기 스위치오프 타이머의 값이 제3설정시간을 경과하였는가 검사한다. 이때 상기 스위치오프 타이머의 값이 상기 제3설정시간을 경과하지 않은 경우에는 상기 1289단계로 진행하여 스위치오프 타이머의 값을 갱신하고 리턴한다.
상기와 같이 일단 스위치오프 플래그가 세트되면, 상기 CPU911은 상기 스위치오프 타이머의 값이 제3설정시간의 값이 될 때 까지 스위치SWI-SWO를 오프시킨다. 이때 상기 1287단계에서 스위치오프 타이머의 값이 제3설정시간이 되면, 상기 CPU911은 1291단계에서 스위치오프 카운터(switch-off counter)의 값을 리드한다. 여기서 상기 스위치오프 카운터는 스위치 오프시킨 횟수를 누적 저장하는 카운터로서, 스위치 횟수가 설정 횟수 이상이 되면, 해당 선형증폭기LPA는 치명적인 이상이 발생된 상태이므로 더 이상의 구동을 중단하도록 제어한다. 따라서 상기 스위치오프 카운터의 값이 설정횟수N을 초과하는 경우, 상기 CPU911은 1293단계에서 이를 감지하고, 1305단계에서 선형증폭기LPA의 구동을 중단하도록 세트시키고, 통신부916을 제어하여 운용자 측에 해당 선형증폭기의 이상 상태 발생을 통보한다.
그러나 상기 1293단계에서 상기 스위치오프 카운터의 값이 N이 되지 않은 경우, 상기 CPU911은 1295단계에서 스위치제어신호SWC를 온시키고, 상기 통신부916을 통해 해당 경보의 해제 정보를 출력한다. 따라서 합성 선형증폭장치의 이상 상태 검출 및 해제 상태를 상기 통신부916을 통해 자동으로 출력하므로써, 운용자는 장치의 이상 상태 유무를 판별할 수 있게 된다. 또한 상기 스위치제어신호SWC가 온된 경우, 상기 선형증폭기LPA의 이상상태에 의해 동작이 중단된 상태에서 제3설정시간이 경과한 후 다시 선형증폭기LPA의 동작을 재개시킴을 의미한다. 이런 경우, 상기 스위치제어신호SWC에 의해 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300의 RF 스위치SWO 및 SWI는 온되며, 이로 해당하는 선형증폭기LPA는 RF신호를 입출력할 수 있는 통로가 형성된다. 이후 상기 CPU911은 1297단계 및 1299단계에서 스위치오프 플래그 및 스위치오프 타이머를 클리어시키고 스위치오프 카운터의 값을 증가시켜 다음 상태에 대비한다. 그리고 상기 CPU911은 1303단계에서 스위치온 플래그 및 스위치온 타이머를 활성화시킨 후 리턴한다.
또한 상기 1101단계에서 제1설정시간이 되지 않은 경우, 상기 CPU911은 1311단계에서 상기 스위치오프 카운터 값을 리드한 후, 1313단계에서 스위치오프 카운터의 값을 검사한다. 이때 상기 스위치오프 카운터의 값이 0가 아니면 이전 상태에서 선형증폭기LPA의 동작이 중지되었던 상태가 존재함을 의미한다. 이런 경우 일정시간 스위치 온 시간이 지속되면 상기 스위치오프 카운터의 값을 클리어시킬 수 있어야 한다. 즉, 상기 스위치오프 카운터에 스위치 오프한 횟수를 누적하여 저장한 상태에서 다시 정상 기능을 회복하더라도 상기 스위치오프 카운터에는 해당 횟수가 계속 저장된 상태를 유지하게 된다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 상기 선형증폭기LPA가 제4설정시간 이상 정상 상태를 유지하면, 해당 선형증폭기LPA가 정상적으로 동작하는 것으로 판단하고 상기 스위치오프 카운터의 값을 클리어시킨다. 여기서 상기 제4설정시간은 상기 제3설정시간 보다 더 큰 값을 갖도록 설정한다. 따라서 상기 1313단계에서 상기 스위치오프 카운터의 값이 0가 아니면, 1315단계에서 상기 스위치온 타이머의 값을 갱신하고, 1317단계에서 상기 스위치온 타이머의 값의 값이 제4설정시간 값이 되었는가 검사한다. 이때 상기 스위치온 타이머의 값이 상기 제4설정시간 값을 초과하면, 상기 CPU911은 1319단계에서 상기 스위치오프 카운터 값을 클리어하고 리턴한다.
상기와 같은 구성을 갖는 이상검출기238의 동작을 종합하면, 하기 표 1과 같다.
경보종류 발생조건 점검 및 조치 사항
OVPover power alarm 선형증폭기의 출력이 과전력일 시 발생 입력신호의 레벨 점검입력 신호레벨을 규정치 이하로 낮춘 후 초기화
TEMPhigh temperature alarm 선형증폭기 내부의 온도가 82℃±5℃ 이상일 시 발생 팬의 정상 동작 여부 확인
VSWRVSWR alarm VSWR이 3:1(-6dB±2dB) 이상일 때 발생 출력단의 오픈 여부 확인
DCFDC fail alarm DC/DC PSU에서 발생되는 공급전원 이상시 발생 선형증폭기의 PSU에서 출력되는 DC전압 확인
LOPloop fail alarm 상쇄기의 출력에서 RF신호 상쇄가 정상적으로 이루어지 않았을 때 발생 상쇄기의 이득 측정
LWPlow power alarm 선형증폭기 내부의 이상으로 이득이 +2dB+0/-1dB 이상 차이가 발생될 때 선형증폭기의 전체 이득 측정
FANfan fail alarm 팬의 구동이 정상적으로 이루어지 않았을 때 발생 팬 교체
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 합성 선형증폭장치는 제1설정주기로 상기 표 1과 같은 검출기들의 출력을 검사하며, 임의 검출기에서 이상 상태신호 발생시 해당 검출기의 플래그를 세트하고 이상 상태의 지속 시간을 저장하기 위한 타이머를 활성화시킨다. 상기와 같은 과정을 반복하여 각 검출기들의 출력을 검사한 후, 상기 플래그들의 상태를 순차적으로 검사한다. 이때 상기 검사과정에서 세트된 플래그가 없으면, 선형증폭기LPA는 정상적인 동작을 수행하는 상태이므로 리턴하여 다음 제1설정시간 까지 대기한다. 이때 상기 검출 동작을 대기하는 상태에서 상기 선형증폭기LPA는 상기 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300과 RF신호를 입출하기 위한 통로가 형성된 상태이다. 따라서 상기 전력분배모듈100는 입력되는 RF신호를 선형증폭기LPA의 수에 대응되도록 전력분배하여 출력하며, 각 선형증폭기LPA들은 전력 분배되어 입력되는 RF신호를 선형증폭한 후 출력한다. 그러면 전력합성모듈300은 상기 각 선형증폭기LPA들에서 출력되는 증폭된 RF신호들을 합성하여 출력한다.
그러나 상기 검사과정에서 검출기들의 플래그 중 임의 플래그가 세트된 상태이면 해당 검출기들의 타이머 값을 순차적으로 리드하여 제2설정시간 값이 경과되었는가 검사한다. 이때 상기 제2설정시간 값을 경과하지 않은 경우에는 타이머 값을 갱신한 후 상기 제1설정시간이 될 때 까지 대기한다. 그러나 상기 검출기의 타이머 값이 상기 제2설정시간을 경과한 경우, 이는 선형증폭기LPA의 이상 상태가 심각한 상태로 판단하여, 해당 선형증폭기LPA는 자신과 연결된 전력분배모듈100 및 전력합성모듈의 스위치SWI 및 SWO를 오프시킨다. 그러면 전력분배모듈100은 해당 선형증폭기와 연결되는 RF신호의 입력단이 오픈 상태가 되며, 이로인해 해당 선형증폭기LPA로 입력될 RF신호의 전력을 분배하여 정상적으로 구동되는 선형증폭기LPA 들에 입력시킨다. 또한 전력합성모듈300은 이상 상태가 발생된 선형증폭기LPA와 연결되는 입력단이 오픈 상태가 되므로, 정상적인 선형증폭기LPA 들에서 출력되는 증폭된 RF신호를 전력 합성하여 출력한다. 이때 상기 선형증폭기모듈200에서 이상 상태의 선형증폭기LPA는 RF신호의 통로가 차단되어 선형 증폭 동작이 중단되며, 정상적인 선형증폭기LPA 들은 상기 전력분배모듈100에 의해 더 큰 레벨의 RF신호를 입력하게 되므로, 더 큰 이득을 갖는 RF신호로 선형 증폭 출력하게 된다. 따라서 상기 전력합성모듈300에서 합성 출력되는 최종 RF신호의 전력은 정상적인 상태에서의 RF신호 전력과 동일한 값을 가지게 된다.
상기와 같이 이상상태 발생으로 선형증폭기의 동작이 중단되면, 해당 선형증폭기는 제3설정시간 동안 동작을 중단한 후, 다시 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300의 스위치SWI 및 SWO를 온시켜 다시 위와 같은 검출 동작을 재수행한다. 이는 선형증폭기LPA의 이상상태가 일시적인 것인지 아니면 치명적인 것인지를 확인하기 위함이다. 따라서 상기 선형증폭기LPA는 다시 검출동작을 수행하여 이상 상태의 발생 유무를 검사하며, 이때 이상상태가 제2설정시간 이상 유지될 시 다시 선형증폭기LPA의 RF신호 입출력 통로를 차단하고 제3설정시간이 경과할 때 까지 대기한다. 이와 같은 동작은 N회 반복 수행하며, N회 반복 수행할 때 까지 이상상태가 지속되면 선형증폭기LPA는 더 이상의 검출 동작을 중단하고 외부에 통보한다.
그러나 상기 검출과정에서 각 검출기들의 상태가 정상 상태로 판단되면, 상기 선형증폭기LPA는 상기 카운터의 값을 검사하여 이전 상태에서 선형증폭기LPA가 동작이 중단되었는가 검사한다. 이때 동작이 중단된 경우, 상기 선형증폭기LPA는 정상적으로 구동되는 시간을 검사하여 제4설정시간 경과시 상기 카운터의 값을 클리어시키고 다시 정상 구동 상태로 천이한다.
여기서 상기 제1설정시간은 일정 주기로 반복 발생하는 타이머 인터럽트신호를 사용할 수 있으며, 이때 상기 설정시간들은 제4설정시간〉제3설정시간〉제2설정시간〉제1설정시간으로 설정할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에서는 상기 제2설정시간을 7초로 설정하고, 제3설정시간을 1분으로 설정한다고 가정한다.
도 12a,b,c,d는 본 발명의 제2실시예에 따른 선형증폭기LPA의 상태 검사 및 제어 과정을 도시하는 흐름도이다.
상기 도 12a,b,c,d를 참조하면, 먼저 CPU111은 1402단계에서 상기 실장감지기917의 출력을 검사하여 해당하는 선형증폭기LPA가 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300에 장착되었는가 검사한다. 이때 상기 실장감지기917이 미장착 신호를 발생하면, 상기 CPU911은 1402단계에서 이를 감지하고, 1404단계 및 1406단계에서 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300과 연결된 스위치SWI 및 SWO를 오프시킨 후 리턴한다. 그러나 상기 1402단계에서 실장 상태이면, 상기 CPU911은 1406단계에서 상기 선형증폭기LPA가 최초 장착된 상태인가 검사한다. 이때 상기 선형증폭기LPA가 최초 장착된 상태이면, 상기 CPU911은 1408단계에서 상기 전력분배모듈100과 연결되는 RF스위치SWI와 상기 전력합성모듈300과 연결되는 RF스위치SWO를 온 시킨 후, 1410단계로 진행하여 선형 증폭기LPA의 동작 상태를 검사하기 시작한다. 그러나 상기 1406단계에서 최초 장착된 상태가 아니면 곧바로 1410 단계로 되돌아가 상기 선형증폭기LPA의 동작 상태를 검사하기 시작한다.
상기 선형증폭기LPA의 동작 상태 검사는 일정 시간 단위로 수행된다. 따라서 상기 CPU911은 1410단계에서 경보 검사 주기가 되었음을 감지하면, 1412단계에서 경보 검사 시간을 초기화시킨 후, 이상검출기238의 출력을 순차적으로 선택하면서 이상 유무를 검사한다. 이때 상기 검사시간은 200msec 주기로 수행한다고 가정한다. 따라서 상기 CPU911은 200msec 주기로 상기 도 12a,b,c,d와 같은 루틴을 반복 수행하게 된다.
상기 합성 선형 증폭장치를 구성하는 선형증폭기LPA 들의 CPU911은 상기 도 9에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 이상검출기238의 출력을 순차적으로 입력하여 이상 유무를 판단한다. 상기 CPU911은 1422단계-1428단계에서 과전압검출기811의 출력을 선택하여 해당 선형증폭기LPA의 과전압 발생 유무를 검사하며, 1432단계-1438단계에서 상기 고온검출기812의 출력을 선택하여 해당 선형증폭기LPA의 고온 발생 유무를 검사하고, 1442단계-1448단계에서 상기 정재파겸출기813의 출력을 선택하여 해당 선형증폭기LPA의 정재파비 이상 유무를 검사하며, 1452단계-1458단계에서 상기 전원이상검출기814의 출력을 선택하여 해당 선형증폭기LPA의 전원 이상 유무를 검사하고, 1462단계-1468단계에서 상기 루프이상검출기815의 출력을 선택하여 해당 선형증폭기LPA의 루프 이상 유무를 검사하며, 1472단계-1478단계에서 상기 저전력검출기816의 출력을 선택하여 해당 선형증폭기LPA의 송신 전력이 저전력인가 검사하고, 1482단계-1488단계에서 팬이상검출기817의 출력을 선택하여 해당 선형증폭기LPA의 냉각 상태의 이상 유무를 검사한다.
상기 각 검출기811-817의 출력을 검사하는 과정에서 비정상적인 신호의 발생이 검출되면, 상기 CPU911는 해당 검출기에 대응되는 경보를 온시키고 대응되는 경보 카운터를 구동한다. 그리고 이미 경보 카운터가 구동된 상태에서 경보 상태가 계속 유지되면, 상기 CPU911은 해당 경보카운터의 구동을 유지시켜 경보의 발생 시간을 누적하여 저장한다. 이는 도 12a,b,c,d에서 각각 해당하는 경보를 처리하는 1426단계, 1436단계, 1446단계, 1456단계, 1466단계, 1476단계 및 1486단계에 수행되며, 상기 도 11의 각 해당 경보 처리 과정과 비슷하게 수행할 수 있다.
그리고 상기 각 검출기811-817의 출력을 검사하는 과정에서 해당 검출기의 출력이 정상으로 환원되면, 상기 CPU911은 해당하는 경보카운터의 값을 초기화시킨다. 이는 도 12a,b,c,d에서 각각 해당하는 경보를 처리하는 1428단계, 1438단계, 1448단계, 1458단계, 1468단계, 1478단계 및 1488단계에서 수행되며, 상기 도 11의 해당 경보 해제 과정과 비슷하게 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이 상기 CPU911은 임의 검출기에서 비정상신호를 입력하게 되면, 해당하는 경보카운터를 구동한 후 비정상 상태로 유지되는 시간을 카운트하여 누적하며, 해당 검출기가 정상 상태로 환원되면 해당 경보 카운터를 초기화시켜 이전 까지 누적된 시간을 지운다.
상기 1488단계를 수행하여 각 검출기들의 상태를 검사한 후, 상기 CPU911은 1492단계에서 모든 검출기의 출력이 정상 상태인가 검사한다. 이때 각 검출기들의 출력이 정상 상태를 유지하는 경우, 상기 CPU911은 1492단계에서 이를 감지하고, 1494단계에서 모든 경보카운터들을 초기화시킨 후, 상기 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300에 선형증폭기LPA를 연결하는 스위치SWI 및 SWO를 온시킨 후 상기 1402단계로 진행한다.
그러나 상기 1492단계에서 임의 검출기의 출력이 비정상 신호를 출력하고 있는 경우, 상기 CPU911은 1502단계에서 비정상 상태의 경보카운터 값을 리드한 후, 1504단계에서 리드한 경보카운터의 값과 기준 시간 값을 비교한다. 여기서 상기 기준시간 값은 경보의 발생 시간이 일정 시간 경과될 시 상기 스위치 SWI 및 SWO를 오프시키기 시키기 위한 시간으로써, 상기 제1실시예에서와 같이 7초 정도로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 1514단계에서 상기 경보카운터의 값이 상기 기준시간 보다 작으면, 상기 CPU911은 1506단계로 진행하여 비정상 상태의 또 다른 경보가 있는가 검사한다. 이때 또 다른 경보가 있는 경우, 상기 CPU911은 상기 1502단계로 진행하여 경보카운터의 값과 기준 시간 값을 비교하는 동작을 반복 수행하며, 없는 경우에는 상기 1402단계로 되돌아가 다음 검사 주기 까지 대기한다.
그러나 상기 1504단계에서 상기 경보카운터의 값이 상기 기준 시간 값 보다 큰 경우, 이는 해당 선형증폭기LPA에 치명적인 에러 상태가 설정 시간을 초과하여 발생되고 있음을 의미한다. 이런 경우 상기 CPU911은 1508단계에서 통신부916을 제어하여 해당하는 이상 상태의 경보를 운용자 측에 전송한다. 그리고 상기 CPU911은 1510단계에서 모든 경보카운터의 값을 초기화시킨 후, 1512단계에서 전력분배모듈100 및 전력합성모듈300과 연결되는 스위치SWI 및 SWO를 오프시켜, 해당 선형증폭기LPA의 입출력을 차단한 후 루틴을 종료한다.
이와 같은 경우 상기 선형증폭기LPA는 합성 선형증폭장치에서 분리된 상태가 되며, 따라서 상기 전력분배모듈100은 정상적으로 동작되는 선형증폭기들에 균등 분배하여 인가한다. 그러면 동작 상태의 선형증폭기들은 더 크게 분배되어 입력되는 신호들을 전력 증폭하여 출력하며, 전력 합성기300은 상기 선형증폭기들에서 출력되는 신호를 합성하여 출력한다. 따라서 상기 합성 선형 증폭장치에서 임의 선형증폭기에 이상이 발생되어 자동으로 증폭 기능이 중단되더라도 합성 선형증폭장치의 출력은 동일한 전력 증폭 기능을 수행하게 됨을 알 수 있다.
상기 제1실시예에 따른 합성 선형증폭장치의 상태 검사 및 제어 방법은 일정시간 동안 경보가 유지되면 해당 선형증폭기의 동작을 중단시킨 후 해당 선형증폭기를 다시 구동하며, 이와 같은 같은 동작을 설정 횟수 동안 반복하는 동안 계속하여 해당 선형증폭기의 비정상 상태가 계속되면 선형증폭기의 동작을 완전히 중단시킨다. 그러나 상기 제2실시예에 따른 합성 선형증폭장치의 상태 검사 및 제어 방법은 일정시간 경보가 유지되면 해당하는 선형증폭기의 동작을 중단시키는 방법이다. 이때 상기 제2실시예에서 각 상태의 이상 상태 지속 시간을 누적 저장하기 위한 카운터들을 별도로 구비하지 않고 하나의 카운터를 이용하는 방법을 사용하여도 된다. 즉, 선형증폭기에서 여러종류의 이상상태가 동시에 발생될 확률이 매우 적으며, 따라서 각 경보 상태 검사시 단순하게 경보 발생 유무만 검사하고, 하나의 카운터를 이용하여 경보의 발생 시간을 누적시키면 된다. 이때 두개 이상의 경보가 발생될 수도 있지만, 이런 경우는 극히 드문 경우가 되므로 단순한 방법으로 선형증폭기의 이상 유무를 판단하여 선형증폭기 동작을 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 합성 선형증폭장치는 선형증폭기들이 자신의 상태를 주기적으로 검사하여 이상 상태 감지시 자신의 입출력 통로를 차단하며, 이런 경우 전력분배모듈 및 전력합성모듈은 해당 선형증폭기를 오픈 상태로 판단하고 RF신호의 전력을 분배 및 합성한다. 따라서 합성 선형증폭장치에서 임의의 선형증폭기에 이상이 발생되더라도 동일한 RF신호를 합성 증폭할 수 있다. 또한 합성 선형증폭장치를 구성하는 선형증폭기들은 자신의 상태를 자가 진단하여 자신의 상태에 따라 선형 증폭 기능을 수행할 수 있으며, 또한 선형증폭기의 상태를 외부의 운용자에 통보할 수 있는 이점이 있다.

Claims (14)

  1. 합성 선형증폭장치에 있어서,
    하나의 입력단과 다수의 출력단들 사이에 각각 연결되는 선로들과, 상기 각 출력단에 스위치가 연결되는 구성을 가지며, 입력되는 RF신호의 전력을 분배하여 상기 출력단에 각각 출력하는 전력분배모듈과,
    다수의 입력단들과 하나의 출력단 사이에 각각 연결되는 선로들과, 상기 각 입력단에 스위치가 연결되는 구성을 가지며, 입력되는 RF신호들의 전력을 합성하여 출력하는 전력합성모듈과,
    상기 전력분배모듈의 출력단과 상기 전력합성모듈의 입력단 사이에 연결되며, 상기 전력분배모듈에서 전력 분배된 RF신호를 선형증폭하여 상기 전력합성모듈에 출력하며, 내부 이상 감지시 상기 스위치를 오프시켜 RF신호의 통로를 차단하는 선형증폭기들로 구성된 것을 특징으로 하는 합성 선형증폭장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전력분배모듈이,
    상기 RF신호 입력단과 공통 입력노드 사이에 연결되며 Z1 특성임피던스를 갖는 제1입력선로와,
    상기 공통 입력노드에 병렬 연결되며, Z2 특성임피던스를 갖는 제2입력선로들과,
    상기 제2입력선로들에 각각 연결되며, Z3특성임피던스를 갖는 제3입력선로들과,
    상기 제3입력선로들과 선형증폭기들 사이에 연결되며, 상기 선형증폭기에 의해 스위칭 제어되는 RF스위치들로 구성되며,
    상기 제1-제3입력선로들이 각각 λ/4 길이를 가지며, 상기 RF스위치 오프시 해당하는 출력단이 오픈되어 상기 공통 입력노드에 전반사되는 것을 특징으로 하는 합성 선형증폭장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전력합성모듈이,
    상기 선형증폭기들의 출력단에 연결되며, 상기 선형증폭기에 의해 스위칭 제어되는 RF스위치들과,
    대응되는 상기 RF스위치에 연결되며 Z3 특성임피던스를 갖는 제3출력선로들과,
    대응되는 상기 제3출력선로들과 공통 출력노드에 연결되며 Z2 특성임피던스를 갖는 제2출력선로들과,
    상기 공통 출력노드에 연결되며 Z1 특성임피던스를 갖는 제1출력선로로 구성되며,
    상기 제1-제3출력선로들이 각각 λ/4 길이를 가지며, 상기 RF스위치 오프시 해당하는 입력단이 오픈되어 상기 공통 출력노드에 전반사되는 것을 특징으로 하는 합성 선형증폭장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 선형증폭기들이,
    피드포워드 방식의 선형증폭기로서 내부의 대응되는 이상 상태를 감지하는 검출기들을 구비하며, 상기 검출기들의 출력을 분석하여 이상 상태 감지시 대응되는 상기 전력분배모듈 및 전력합성모듈의 RF스위치를 오프시키는 것을 특징으로 하는 합성 선형증폭장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 검출기들이,
    선형증폭기의 출력을 입력하며, 상기 출력전압을 설정 출력전압과 비교하여 과전압 이상상태를 검출하는 과전압검출기와,
    온도센서를 구비하며, 상기 온도센서로부터 감지되는 선형증폭기의 내부온도와 설정 온도를 비교하여 고온 이상상태를 검출하는 고온검출기와,
    상기 선형증폭기의 출력을 입력하며, 상기 선형증폭기의 출력전압과 반사전압 차를 검출하여 정재파비 이상상태를 검출하는 정재파비검출기와,
    상기 선형증폭기의 공급전원을 입력하며, 상기 공급전원을 검출하여 설정 전원 범위를 벗어날 시 공급전원 이상상태를 검출하는 전원이상검출기와,
    RF 상쇄회로의 출력을 입력하며, 상기 상쇄회로에서 출력되는 RF신호가 설정 값을 초과하는 루프 이상상태를 검출하는 루프이상검출기와,
    상기 선형증폭기의 입력 및 출력신호를 입력하며, 두 신호의 전압 차를 검출하여 설정 값 이하인 저전력 이상상태를 검출하는 저전력검출기로 구성된 것을 특징으로 하는 합성 선형증폭장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 선로들의 특성임피던스가 Z2〉Z3〉Z1인 것을 특징으로 합성 선형증폭장치.
  7. RF신호의 전력을 분배하는 전력분배모듈 및 합성하는 전력합성모듈을 구비하는 합성 선형증폭장치에 있어서,
    다수의 선형증폭기들이 상기 전력분배모듈의 각 출력단과 전력합성모듈의 각 입력단 사이에 대응되는 사이에 연결되고 상기 선형증폭기들의 입력과 출력단에 RF스위치가 각각 연결되며, 상기 선형증폭기가 동작 상태를 자가 진단하여 이상 상태 발생시 대응되는 RF스위치를 차단하는 것을 특징으로 합성 선형증폭장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 선형증폭기가,
    선형증폭기의 출력을 입력하며 상기 출력전압을 설정 출력전압과 비교하여 과전력 이상상태를 검출하는 과전력검출기와,
    온도센서를 구비하며, 상기 온도센서로부터 감지되는 선형증폭기의 내부온도와 설정 온도를 비교하여 고온 이상상태를 검출하는 고온검출기와,
    상기 선형증폭기의 출력을 입력하며, 상기 선형증폭기의 출력전압과 반사전압 차를 검출하여 정재파비 이상상태를 검출하는 정재파비검출기와,
    상기 선형증폭기의 공급전원을 입력하며, 상기 공급전원을 검출하여 설정 전원 범위를 벗어날 시 공급전원 이상상태를 검출하는 전원이상검출기와,
    RF 상쇄회로의 출력을 입력하며, 상기 상쇄회로에서 출력되는 RF신호가 설정 값을 초과하는 루프 이상상태를 검출하는 루프이상검출기와,
    상기 선형증폭기의 입력 및 출력신호를 입력하며, 두 신호의 전압 차를 검출하여 설정 값 이하인 저전력 이상상태를 검출하는 저전력검출기들을 구비하며,
    상기 검출기들의 출력을 분석하여 이상 상태 감지시 대응되는 상기 RF스위치를 오프시키는 것을 특징으로 하는 합성 선형증폭장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전력분배모듈이,
    상기 RF신호 입력단과 공통 입력노드 사이에 연결되며 Z1 특성임피던스를 갖는 제1입력선로와,
    상기 공통 입력노드에 병렬 연결되며, Z2 특성임피던스를 갖는 제2입력선로들과,
    상기 제2입력선로들에 각각 연결되며, Z3특성임피던스를 갖는 제3입력선로들과,
    상기 제3입력선로들과 선형증폭기들 사이에 연결되며, 상기 선형증폭기에 의해 스위칭 제어되는 RF스위치들로 구성되며,
    상기 제1-제3입력선로들이 각각 λ/4 길이를 가지며, 상기 RF스위치 오프시 해당하는 출력단이 오픈되어 상기 공통 입력노드에 전반사되는 것을 특징으로 하는 합성 선형증폭장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 전력합성모듈이,
    상기 선형증폭기들의 출력단에 연결되며, 상기 선형증폭기에 의해 스위칭 제어되는 RF스위치들과,
    대응되는 상기 RF스위치에 연결되며 Z3 특성임피던스를 갖는 제3출력선로들과,
    대응되는 상기 제3출력선로들과 공통 출력노드에 연결되며 Z2 특성임피던스를 갖는 제2출력선로들과,
    상기 공통 출력노드에 연결되며 Z1 특성임피던스를 갖는 제1출력선로로 구성되며,
    상기 제1-제3출력선로들이 각각 λ/4 길이를 가지며, 상기 RF스위치 오프시 해당하는 입력단이 오픈되어 상기 공통 출력노드에 전반사되는 것을 특징으로 하는 합성 선형증폭장치.
  11. 통신시스템의 송신신호 증폭 제어방법에 있어서,
    송신 RF신호의 전력의 출력단 수에 대응되는 크기로 균등 분배하여 출력하는 전력분배 과정과,
    다수의 선형증폭 모듈들이 상기 전력분배된 송신 RF신호를 입력하며, 각각 자신의 상태를 자가진단하여 이상 상태일 시 입력 및 출력 경로를 차단하여 선형증폭 동작을 중단하고 정상상태일 시 상기 전력분배된 RF신호를 선형 증폭하여 출력하는 과정과,
    상기 선형 증폭된 RF신호들의 전력을 합성하여 송신하는 전력합성 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 통신시스템의 송신신호 합성 선형증폭 제어방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 선형 증폭모듈의 자가진단 과정이,
    제1설정시간 단위로 송신 전력의 이상 유무 상태를 판단하며, 이상 상태일 시 이상상태 지속 시간을 누적하고 정상이면 누적 시간을 초기화하는 과정과,
    상기 과정에서 상기 이상 상태 유지시간이 제2설정시간 초과시 중단횟수를 증가시킨 후 상기 선형증폭모듈의 입력 및 출력 경로를 차단하여 선형증폭 동작을 제3설정시간 동안 중단하며, 그렇지 않으면 상기 이상유무 판단 과정으로 되돌아가는 과정과,
    상기 제3설정시간 경과후 중단횟수를 검사하여 설정 횟수 초과시 상기 선형증폭동작을 완전 종료하고 그렇지 않으면 상기 이상 유무 판단과정으로 되돌아가는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 통신시스템의 송신신호 합성 선형증폭 제어방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 선형 증폭모듈의 자가진단 과정이,
    제1설정시간 단위로 송신 전력의 이상 유무 상태를 판단하며, 이상 상태일 시 이상상태 지속 시간을 누적하고 정상이면 누적 시간을 초기화하는 과정과,
    상기 과정에서 상기 이상 상태 유지시간이 제2설정시간 초과시 중단횟수를 증가시킨 후 상기 선형증폭모듈의 입력 및 출력 경로를 차단하여 선형증폭 동작을 중단하며, 그렇지 않으면 상기 이상유무 판단과정으로 되돌아가는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 통신시스템의 송신신호 합성 선형증폭 제어방법.
  14. RF신호의 전력을 분배하는 전력분배모듈 및 합성하는 전력합성모듈과, 상기 전력분배모듈의 출력단들과 전력합성모듈들의 입력단 사이에 각각 연결되는 RF스위치와 연결되는 선형증폭기들로 구성되는 합성 선형증폭장치의 제어 방법에 있어서,
    설정시간 주기로 선형증폭기의 내부 동작 상태를 순차적으로 검사하고 검사과정에서 이상 상태가 발생되는 검출신호를 표시 및 시간을 누적 저장하며, 이상상태의 발생 지속시간이 설정시간을 초과할 시 상기 RF스위치를 차단하여 선형증폭기의 RF 입출력 경로를 단절하는 것을 특징으로 하는 합성 선형증폭장치의 제어방법.
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