KR19980070303A - 선형증폭장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
피드포워드 방식의 선형증폭장치가, 혼변조신호를 검출하는 상쇄기의 입력단에 인가되는 신호들의 진폭 및 위상을 직접 비교하여 증폭신호에 포함된 혼변조 왜곡신호를 정확하게 추출하고, 상쇄기에서 출력되는 혼변조 왜곡신호와 주경로 상의 혼변조 왜곡신호들의 진폭 및 위상을 직접 비교하여 혼변조 왜곡신호들을 제거한다.
Description
본 발명은 선형증폭장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 피드포워드 방식의 선형증폭장치 및 방법에 관한 것이다.
통신 시스템에서 사용되는 RF증폭기(Radio Frequency amplifier)는 고출력 레벨에서 비선형(nonlinear) 특성을 갖는 소자로 구성되어 있다. 하나 이상의 신호가 RF 증폭기에 입력되면, 상기 RF 증폭기의 비선형 특성 때문에 증폭 과정에서 원치 않는 혼변조 왜곡성분들(Intermodulation Distortion signals)이 신호에 포함된다. 이러한 왜곡 성분들은 상기 RF증폭기의 사용 주파수 범위에서 간섭과 왜곡을 발생시킨다.
상기와 같은 왜곡신호 성분들을 억제하는 선형 증폭기(Linear Power Amplifier: LPA)의 제어방식으로는 증폭기의 입력단에 미리 역왜곡 성분을 만들어서 입력시켜주는 전치왜곡(predistortion) 방식, 출력단의 신호 및 왜곡신호 성분을 입력단으로 부궤환(negative feedback)시켜서 왜곡 성분을 억제하는 부궤환 방식 및 왜곡 성분만을 추출하여 역의 위상으로 만들어 왜곡 성분을 억압하는 피드포워드 방식 등이 있다. 상기 피드포워드 방식의 선형증폭기는 위성 지구국용, 또는 이동통신 지구국용으로 많이 사용되는 것으로, 다른 방식에 비해 개선 효과는 뛰어나지만, 큰 용적과 용량을 필요로 하고 다른 방식에 비해 회로가 복잡하며 선형화기에서 어느 정도 신호 전력의 손실이 발생하는 단점이 있다.
도 1은 상기 피드포워드 방식을 사용하는 선형증폭기의 기본 구성을 도시하고 있다. 상기 도 1에 도시된 피드포워드 방식은 증폭기의 출력에서 혼변조 왜곡신호 만을 추출하여 다시 증폭기의 출력단에 역위상으로 결합시키므로써 C/I비율(Carrier to Intermodulation ratio)을 개선시킨다.
상기 도 1을 참조하여 피드포워드 방식을 사용하는 선형증폭기의 구성을 살펴보면, 분배기(power divider)111은 상기 입력되는 RF신호를 분배하여 주경로 및 보조경로로 출력한다. 상기 분배기111은 방향성 결합기(directional coupler)를 사용할 수 있다. 상기 주증폭기(main power amplifier)112는 상기 분배기111에서 출력되는 주경로의 RF 입력신호를 전력 증폭하여 출력한다. 제2지연기121은 상기 주증폭기112에서 출력되는 RF신호를 입력하며, 에러증폭 시간 동안 상기 혼변조신호를 지연하는 기능을 수행한다.
제1지연기(delay line)114는 상기 주 경로 상에서 상기 주증폭기112가 입력 RF신호를 증폭하는 동안 보조경로의 RF신호를 지연한다. 제1가변감쇄기(variable attenator)115는 상기 제1지연기114를 통해 입력되는 보조경로의 RF신호 이득을 감쇄한다. 제1가변위상기(variable phase shifter)116은 상기 제1가변감쇄기115의 출력을 입력받아 보조경로에서 감쇄된 RF신호의 위상을 제어한다.
분배기113은 상기 주증폭기112에서 출력단에 위치되며, 상기 주증폭기112의 출력을 분배 출력한다. 상기 분배기113은 방향성 결합기를 사용할 수 있다. 상쇄기(signal canceler)117은 상기 제1가변위상기116에서 출력되는 RF신호와 상기 주증폭기112에서 출력되는 증폭된 RF신호를 입력한다. 상기 상쇄기117은 상기 주증폭기112의 출력에서 상기 보조경로 상의 RF신호를 상쇄시켜 증폭시 발생되는 혼변조신호만 검출한다. 상기 상쇄기117은 감산기(subtractor)로 구현할 수 있다.
제2가변감쇄기118은 상기 상쇄기117에서 출력되는 혼변조신호를 입력하여 혼변조신호의 이득을 제어한다. 제2가변위상기119는 상기 제2가변감쇄기118에서 출력되는 혼변조신호를 입력하여 혼변조신호의 위상을 제어한다. 보정증폭기(error amplifier)120은 상기 제2가변위상기119에서 출력되는 혼변조신호를 증폭하여 출력한다. 결합기(canceler)122는 상기 보정증폭기119의 출력을 상기 제2지연기121의 출력단에 결합한다. 상기 결합기122는 방향성 결합기를 사용할 수 있다.
도 2의 2a-2e는 도 1에서 각 부 동작에 따라 발생되는 신호의 특성을 도시하는 도면으로, 2개의 톤(two tone)의 경우를 가정하여 도시하고 있다.
상기 2a는 입력되는 RF신호이다. 상기 2b는 상기 주증폭기112에서 2a와 같은 입력 RF신호를 증폭한 신호이다. 2c는 상쇄기117에서 상기 2b와 같은 증폭 RF신호에서 상기 2a와 같은 신호 성분을 상쇄시켜 추출한 혼변조신호이다. 상기 2d는 상기 2c와 같은 혼변조신호의 크기를 조정하고 상기 주경로 상에서 주증폭기112의 출력과 역위상으로 조정된 신호이다. 상기 2e는 상기 2b와 같은 증폭 RF신호와 2d와와 같은 추출된 혼변조신호를 역위상으로 결합시켜 혼변조신호을 억압한 최종 출력신호이다.
상기 도 1 및 도 2를 참조하여 피드포워드 방식의 선형증폭기 동작을 살펴보면, 입력 신호는 전력분배기(power divider)111에서 전력 분배하여 주경로(main-path)의 노드NA 및 보조경로(sub-path)의 노드NA`에 인가되며, 이때의 입력신호 특성은 도 2의 2a와 같은 동일한 크기 및 위상을 갖는다. 상기 주경로 상의 입력신호는 주증폭기(main amplifier)112에서 증폭되어 노드NB에 출력된다. 이때 상기 주증폭기112에 출력되는 신호는 도 2의 2b와 같이 원하는 레벨 까지 증폭되면서 혼변조 왜곡신호도 포함된다. 그러면 상쇄기117은 상기 2b와 같은 신호에서 2a와 같은 입력 RF신호를 상쇄시켜 2c와 같은 혼변조신호를 발생한다.
이때 가변감쇄기118은 상기 주증폭기112에서 발생되는 혼변조 왜곡신호와 신호 레벨을 맞추는 기능을 수행하고, 가변위상기119는 상기 혼변조신호를 주경로 상에 다시 결합될 때 역위상(180°)이 되도록하는 기능을 수행한다. 따라서 상기 가변위상기119를 출력하는 신호는 주증폭기112의 출력에 포함된 혼변조신호와 역위상이 되는 2d와 같은 신호가 된다. 상기 2d와 같은 혼변조신호를 입력하는 보정증폭기120은 상기 혼변조신호를 증폭 출력하며, 이때 상기 제2지연기121은 상기 주경로 상의 2b와 같은 증폭신호를 지연하여 상기 보정증폭기119의 출력과 결합기122에 동일시점에 도달하도록 보상한다. 따라서 상기 제2지연기121을 통해 출력되는 2b와 같은 증폭신호에 포함된 혼변조신호는 결합기122에 인가되는 상기 2d와 같은 역위상의 혼변조신호와 결합되어 제거된다. 따라서 최종적으로 출력되는 증폭신호는 도 2의 2e와 같은 특성을 가지게 되는 것이다.
이동통신 및 개인 휴대통신 기지국용 RF 증폭기의 출력 레벨은 가입자의 이용 정도에 따라 변화한다. 이때 출력 레벨이 달라짐에 따라 RF증폭기에 인가되는 입력 신호 레벨도 달라지고, 또한 RF증폭기에서 발생되는 혼변조 왜곡신호들의 특성도 달라진다. 이런 이유로 도1의 상쇄기117의 입출력단에 연결된 가변감쇄기115,118 및 가변위상기116,119들은 선형화 개선 특성을 최적화하기 위해 지속적으로 변화시켜야 한다. 또한 RF증폭기의 입력 레벨이 일정하게 유지된다고 하더라도 RF 증폭기의 환경 조건에 따라서 그 출력 특성이 변화하므로, 역시 상쇄기117의 입출력단에 연결되는 가변감쇄기115,118 및 가변위상기116,119 들은 선형화 개선 특성을 최적화하기 위해 지속적으로 변화시켜야 한다.
상기와 같은 가변감쇄기115,118들 및 가변위상기116,119들의 조정을 위해 그동안 사용했던 방법이 파이롯트 톤(pilot tone)을 입력단 전력분배기111의 전단과 RF증폭기 전후에 입력하고 상쇄기117 출력단과 최종 결합기122출력단에서 파이롯트 톤을 검출하므로써 가변감쇄기115,118 및 가변위상기116,119들을 조정할 수 있다. 그러나 상기와 같이 파이롯트 톤을 사용하는 경우 RF증폭기의 사용 가능 출력을 저하시키고, 여러 부가장치들을 이용하여야 하므로서 선형증폭기의 구성이 복잡해지며, 실시간 대역에서 즉각적으로 감쇄 및 위상을 조정할 수 없었던 문제점이 있었다.
또한 디지털 신호 프로세서를 사용하는 경우, 전력분배기111 입력단과 상쇄기117 출력단과 최종 결합기122 출력단에서 입력 신호 및 혼변조 왜곡신호를 추출 및 검색하여 분석한 후, 그 분석결과에 따라 상기 가변감쇄기115,118들 및 가변위상기116,119들을 조정할 수 있다. 그러나 이런 방법 역시 여러 부가 장치를 이용하여야 하므로 전체 시스템을 복잡하게 하고, 실시간 대역에서 즉각적인 가변감쇄기115,118 및 가변위상기116,119의 조정이 이루어지지 않는 단점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 실시간 대역에서 입력되는 신호를 즉각적으로 선형증폭할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 피드포워드 방식을 사용하는 선형증폭기에서 상쇄기 및 최종결합기에 입력되는 두 입력단의 신호 크기를 판별하는 평균전력검출기 및 입력신호간의 상대위상을 검출하는 위상검출기 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 피드포워드 방식의 선형증폭기에서 상쇄기의 두 입력단에 인가되는 신호들의 진폭과 위상을 직접 비교하여 신호의 감쇄 및 위상을 조정할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 피드포워드 방식 선형증폭기의 상쇄기에서 발생되는 혼변조왜곡신호를 주경로에 결합할 시 주경로 상의 혼변조 왜곡신호와 상쇄기에 발생하는 혼변조신호를 직접 비교하여 혼변조신호를 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 피드포워드 방식의 선형증폭장치가, 혼변조신호를 검출하는 상쇄기의 입력단에 인가되는 신호들의 진폭 및 위상을 직접 비교하여 상기 상쇄기에서 증폭신호에 포함된 혼변조 왜곡신호를 정확하게 추출하고, 상기 상쇄기에서 출력되는 혼변조 왜곡신호와 주경로 상의 혼변조 왜곡신호들의 진폭 및 위상을 직접 비교하여 혼변조 왜곡신호들을 제거하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 피드포워드 방식의 선형증폭장치의 기본 구성을 도시하는 도면
도 2는 상기 도 1과 같은 구성의 선형증폭장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선형증폭장치의 구성을 도시하는 도면
도 4는 다이오드의 전압 대 전류 특성을 도시하는 도면
도 5는 하나의 비선형 다이오드를 이용하는 종래의 전력검출기의 구성을 도시하는 도면
도 6은 다이오드 하나로 구성된 종래의 전력검출기의 입출력신호 특성을 도시하는 도면
도 7은 두 개의 다이오드를 이용하여 반대 극성으로 연결된 초고주파 다이오드 전력검출기의 입출력신호 특성을 도시하는 도면
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 평균전력검출기의 구성을 도시하는 도면
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 평균전력검출기의 구성을 도시하는 도면
도 10은 상대 위상 차정보를 위상검출기의 구성을 도시하는 도면
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 위상검출기의 구성을 도시하는 도면
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 위상검출기에서 위상차 검출시 발생되는 벡터 합성 특성을 도시하는 도면
도 13은 도 3의 감쇄/위상제어기 중 감쇄제어기의 내부 구성을 도시하는 도면
도 14은 도 3의 감쇄/위상제어기 중 위상제어기의 내부 구성을 도시하는 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 피드포워드 방식의 선형증폭장치의 구성을 도시하는 도면이다. 상기 도 3을 참조하면, 제1분배기341은 입력신호를 전력분배하여 출력한다. 주증폭기311은 상기 제1분배기341에서 제1분배된 입력신호를 원하는 레벨로 전력 증폭하여 출력한다. 이때 상기 주증폭기311의 출력에는 증폭 과정에서 발생되는 혼변조신호가 포함되어 있다. 상기 혼변조신호를 제거하기 위하여, 본 발명의 실시예에서는 먼저 제1상쇄기313의 두 입력단에 인가되는 신호들의 진폭과 위상을 직접 비교하여 제1상쇄기313 입력단의 가변감쇄기322 및 가변위상기323을 제어하여 제1상쇄기313의 특성을 구한다. 두 번째로 상기 제1상쇄기313에서 출력된 혼변조 왜곡신호를 다시 주경로 결합할 때, 상기 주 경로에 존재하는 혼변조 왜곡신호들과 제1상쇄기313의 출력단으로부터 출력되어 주경로에 결합되어지는 혼변조 왜곡신호들의 진폭과 위상을 직접 비교하므로써 혼변조 왜곡신호들을 제거하는 선형화 개선 특성을 얻는다.
먼저 상기 제1상쇄기313에서 두 입력신호를 직접 비교하여 그 결과신호를 입력신호의 감쇄 및 위상을 제어하는 과정을 살펴본다.
제1지연기331은 상기 주증폭기311에서 제1분배신호가 증폭되는 시간 동안 상기 제2분배된 입력신호를 지연하여 출력한다. 제4분배기344는 상기 제1지연기331에서 출력되는 지연된 입력신호를 전력 분배하여 출력한다. 제1가변감쇄기322는 수신되는 제1감쇄제어신호ATC1에 의해 상기 제4분배기344에서 출력되는 입력신호의 진폭을 감쇄 조정한다. 제1위상가변기323은 수신되는 제1위상제어신호PIC1에 의해 상기 제1가변감쇄기323에서 진폭 조정된 입력신호의 위상을 조정한다. 제5분배기345는 상기 제1가변위상기323에서 출력되는 신호를 전력분배하여 출력한다. 상기 제5분배기345의 출력은 상기 제1감쇄/위상제어기321의 제1입력신호DS11로 입력되고, 나머지 한 출력은 상기 제1상쇄기313의 한 입력으로 인가된다.
또한 제2분배기342는 상기 주증폭기311에서 출력되는 증폭신호를 분배 출력한다. 제6분배기346은 상기 제2분배기342에서 출력되는 분배신호를 다시 분배하여 출력한다. 이때 상기 제6분배기346의 분배신호 중 하나는 상기 제1상쇄기313의 입력신호로 인가되고, 하나는 제1감쇄/위상제어기321의 제2입력신호DS12로 인가된다.
그러면 상기 제1감쇄/위상제어기321은 상기 전력 증폭된 제2신호DS12와 입력신호 레벨의 제1신호DS11을 직접 비교하여 상기 제1상쇄기313이 순수 혼변조신호만을 추출할 수 있도록 입력신호의 진폭 및 위상을 제어하기 위한 상기 제1감쇄제어신호ATC1 및 제1위상제어신호PIC1을 발생한다. 제1상쇄기313은 상기 제6분배기346에서 출력되는 전력 증폭된 신호에서 상기 제5분배기345에서 출력되는 입력신호를 상쇄시켜 혼변조신호를 검출한다. 상기 제1상쇄기313을 감산기로 구성하는 경우, 상기 전력증폭신호에 입력신호를 감산하여, 상기 전력증폭된 신호에 포함된 혼변조 왜곡신호들을 추출한다.
두 번째로 상기 제1상쇄기313에서 검출된 혼변조신호 들과 주경로 상의 전력 증폭신호에 포함된 혼변조신호의 진폭 및 위상을 직접 비교하여 혼변조신호를 제거하는 구성을 살펴본다.
제2지연기332는 상기 제4분배기344에서 출력되는 신호를 지연한다. 제2가변감쇄기325는 상기 제2지연기332에서 출력되는 신호을 입력하며, 수신되는 제2감쇄제어신호ATC2에 의해 상기 지연신호의 진폭을 조정한다. 제2가변위상기326은 상기 제2가변감쇄기325에서 출력되는 진폭 조정된 신호를 입력하며, 수신되는 제2위상제어신호PIC2에 의해 상기 진폭된 신호의 위상을 조정한다. 제7분배기347은 상기 제2가변위상기326에서 출력되는 신호의 전력을 분배하여 출력한다. 상기 제7분배기347에서 출력되는 분배신호는 제2상쇄기314에 인가되는 동시에 제2감쇄/위상제어기324의 제1입력신호DS21로 인가된다.
상기 제3지연기333은 상기 제2분배기342에서 출력되는 전력증폭신호를 입력하며, 상기 보정증폭기312에서 혼변조신호를 증폭하는 시간 동안 지연하여 출력한다. 제3분배기343은 상기 제3지연기333에서 출력되는 증폭신호를 분배하며, 이중 한 분배신호는 결합기315로 출력한다. 제8분배기348은 상기 제3분배기343에서 출력되는 분배신호를 다시 전력분배하여 출력한다. 상기 제8분배기348에서 출력되는 신호는 상기 제2상쇄기314에 인가되는 동시에 상기 제2감쇄/위상제어기324에 제2입력신호DS22로 인가된다.
그러면 상기 제2감쇄/위상제어기324는 상기 전력 증폭된 제2신호DS22와 입력신호 레벨의 제1신호DS21을 직접 비교하여 상기 제2상쇄기314가 순수 혼변조신호만을 추출할 수 있도록 입력신호의 진폭 및 위상을 제어하기 위한 상기 제2감쇄제어신호ATC2 및 제2위상제어신호PIC2를 발생한다. 제2상쇄기314는 상기 제8분배기348에서 출력되는 전력 증폭된 신호에서 상기 제7분배기347에서 출력되는 입력신호를 상쇄시켜 혼변조신호를 검출한다. 상기 제2상쇄기314를 감산기로 구성하는 경우, 상기 전력증폭신호에 입력신호를 감산하여, 상기 전력증폭된 신호에 포함된 혼변조 왜곡신호들을 추출한다
제3가변감쇄기328은 상기 제1상쇄기313에서 출력되는 혼변조신호를 입력하며, 수신되는 제3감쇄제어신호ATC3에 의해 추출된 혼변조 왜곡신호의 진폭을 조정한다. 제3가변위상기329는 상기 제3가변감쇄기328에서 출력되는 진폭 조정된 혼변조신호를 입력하며, 수신되는 제3위상제어신호PIC3에 의해 혼변조 왜곡신호의 위상을 조정한다. 보정증폭기312는 상기 제3가변위상기329에서 출력되는 진폭 및 위상이 조정된 혼변조신호를 증폭 출력한다. 제9분배기349는 상기 보정증폭기312에서 출력되는 증폭된 혼변조 왜곡신호를 전력 분배하여 출력한다. 상기 제9분배기349의 출력은 상기 결합기315에 인가되는 동시에 제3감쇄/위상제어기327의 제2입력신호DS32로 인가된다. 상기 제3감쇄/위상제어기327은 상기 제2상쇄기314에서 출력되는 신호는 제1신호DS31 로 입력하고 상기 제9분배기349에서 출력되는 신호를 제2신호DS32로 입력하며, 상기 두 신호를 비교하여 상기 제3감쇄제어신호ATC3 및 제3위상제어신호PIC3을 발생한다.
상기한 바와 같이 상기 제1상쇄기313에서 추출되는 혼변조신호를 상기 주경로 상의 결합기315를 통해 역위상으로 결합하여 주증폭기311의 출력에 포함된 혼변조 왜곡신호를 제거할 시, 상기 주경로 상의 혼변조 왜곡신호들과 제1상쇄기313의 출력단으로부터 추출된 혼변조신호들의 진폭과 위상을 직접 비교하여 혼변조 왜곡신호들을 제거한다.
상기 도 3과 같은 본 발명의 실시예에 따른 피드포워드 방식의 선형증폭장치에서, 분배기341-349는 입력되는 RF신호들의 전력을 분배하여 여러 출력단으로 출력하며, 결합기315는 여러 입력단으로 입력된 RF신호들을 한 출력단으로 결합하여 출력하고, RF 주증폭기311은 입력된 RF신호 레벨을 증폭시키며, 가변감쇄기322, 325, 328은 입력되는 RF신호의 레벨을 조정하고, 가변위상기323, 326, 329는 입력된 RF신호의 위상을 조정한다. 또한 제1상쇄기313, 314는 두 입력단에 인가된 신호 중 같은 주파수 성분을 가지면서 같은 진폭과 역 위상의 정보를 갖는 신호들을 서로 상쇄한 후 나머지 신호들 만을 출력하며, 보정증폭기312는 상기 제1상쇄기313에서 추출된 혼변조 왜곡신호들을 증폭하고, 감쇄/위상제어기321, 324, 327은 두 입력단에서 인가된 신호들의 진폭과 위상을 서로 비교하여 각각 대응되는 가변감쇄기322, 325, 328 및 가변위상기323, 326, 329의 조정에 필요한 DC전압 형태의 감쇄제어신호ATC 및 위상제어신호PIC를 출력하며, 지연기331-333은 RF신호의 전달 시간을 보상하기 위한 시간 지연 기능을 수행한다.
상기와 같은 구성을 갖는 피드포워드 방식의 선형증폭장치에서 감쇄/위상제어기321, 324, 327은 각각 감쇄제어기 및 위상제어기들로 구성되며, 여기서 상기 감쇄제어기는 도 13과 같이 구성할 수 있으며, 상기 위상제어기는 도 14와 같이 구성할 수 있다.
먼저 상기 도 13을 참조하여 감쇄제어기의 동작을 살펴본다.
상기 감쇄/위상제어기321, 322,327에서 상기 감쇄제어기는 입력되는 신호DS11 및 DS12를 입력하여 각각 전력 분배하는 제1분재기1301 및 1302와, 상기 전력 분배된 신호를 순차적으로 스위칭하는 제1스위치(RF 2:1 switch)1303과, 상기 제1스위치1303에서 출력되는 신호를 입력하여 평균전력을 검출하는 평균전력 검출기1304와, 상기 평균전력 검출기1304에서 출력되는 신호를 스위칭 출력하는 제2스위치(1:2 switch)1305와, 상기 스위치1303 및 1305의 스위칭 제어신호를 발생하는 클럭발생기1306과, 상기 제2스위치1305에서 출력되는 두 스위치 신호를 비교하여 감쇄제어신호ATC로 발생하는 비교기1307로 구서된다. 여기서 설명의 편의를 위하여, 상기 도 13과 같은 감쇄제어기가 상기 제1감쇄/위상제어기321의 제1감쇄제어기인 경우로 가정하여 설명한다.
상기 도 13에서, 상기 제1신호DS11은 고주파 입력신호 RFin을 의미하며, 제2신호DS2는 주증폭기311에 의해 전력 증폭된 고주파 입력신호 RFin을 의미한다. 제2신호DS12는 상기 주증폭기311의 비선형 특성에 따른 신호 왜곡 성분이 포함되어 있는 신호이다. 서로 다른 경로상에 있는 제1신호DS1 및 제2신호DS2가 동일한 시점에 제1분배기1301, 제2분배기1302로 인가된다.
제1신호DS11은 제1분배기1301에 인가되어 제1신호DS111과 제2신호DS112로 분배되고, 제2신호DS12는 제1분배기1302에 인가되어 제1신호DS121과 제2신호DS122로 분배된다. 제1신호DS111과 DS121은 RF2:1스위치1303에 인가되며, 상기 RF2:1 스위치1303은 상기 클럭발생기1306의 출력신호에의해 스위칭 제어되어 반주기 동안 입력되는 두신호 중 한 신호를 출력하고, 나머지 반주기 동안 또 다른 신호를 출력하게 된다. 상기 RF2:1스위치1303에서 출력된신호는 평균전력검출기1304에 인가되어 DC전압으로 변환 출력된다. 그리고 상기 평균전력검출기1304의 DC출력전압은 1:2스위치1305에 인가되고, 클럭발생기1306의 반주기신호에 의해 캐패시터C1에 충전되며, 클럭발생기1306의 또다른 반주기신호에 의해 캐패시터C2에 충전되며 캐패시터C1, C2에 충전된 전압 V1, V2가 비교기1307에 인가된다.
상기 직류전압값 V1과 V2를 입력하는 비교기1307은 상기 직류전압값 V1을 기준의 전압값으로 입력하고 직류전압값 V2를 비교의 전압값으로 입력하여 비교한 후, 그 결과신호로를 감쇄제어신호ATC로 출력한다. 이때 비교기1307은 상기 비교전압값 V2가 기준전압값 V1보다 작은 경우에는 “음(-)”의 직류전압신호를, 큰 경우에는 “양(+)”의 직류전압신호를 감쇄제어신호ATC로 출력한다.
그러면 가변감쇄기 322는 상기 비교기1307로부터 출력되는 직류전압신호에 따라 전력분배기344로부터 가변감쇄기322에 인가되는 고주파 입력신호 RFin의 세기에 대한 감쇄량을 증가시키거나 감소시킨다. 즉, 가변감쇄기322는 비교기1307로부터 “양(+)”의 직류전압신호가 인가되는 경우에는 감쇄량을 증가시키고, “음(-)”의 직류전압신호가 인가되는 경우에는 감쇄량을 감소시켜 최종적으로 V1과 V2가 같아지게 수렴시킨다. 여기서 감쇄량이 증가하는 경우는 고주파 입력신호 RFin의 세기가 주증폭기342에 의해 전력증폭된 고주파신호의 세기보다 큰 경우로 고주파 입력신호 RFin의 세기를 감쇄시킬 필요가 있는 경우이다. 이와 달리 감쇄량이 감소하는 경우는 고주파 입력신호 RFin의 세기가 주증폭기311에 의해 전력증폭된 고주파신호의 세기보다 작은 경우로 고주파 입력신호 RFin의 세기를 감쇄시킬 필요가 없는 경우에 해당한다.
이때 본 발명의 실시예에 따른 선형화회로에 사용된 평균전력 검출기1304에 대하여 살펴본다. 상기 평균전력 검출기1304는 실시간 대역에서 입력신호의 수에 관계없이 신호들의 평균전력을 검출할 수 있어야 한다.
일반적으로 전력검출기(power detector)는 RF신호의 전부 또는 일부를 인가하여 DC전압으로 변환하므로써, RF신호의 크기를 알 수 있게 하는 소자를 말한다. 상기와 같은 전력검출기는 주로 초고주파 다이오드를 이용하여 구현한다. 이때 상기 다이오드는 비선형 저항소자로 생각할 수 있으며, 상기 다이오드의 I-V 특성은 하기 (수학식1)로 표현할 수 있다.
상기 (수학식1)에서 α=q/nkT이다. 그리고 q는 전하량(charge of electron), n은 이상계수(ideality factor), k는 볼츠만 상수(Boltzmann`s constant), T는 절대온도(absoulte temperature)이다.
도 4는 일반적인 다이오드의 DC I-V 특성을 도시하고 있다. 상기와 같은 특성을 갖는 다이오드에 하기 (수학식2)와 같은 다이오드 전압이 인가되었다면, 상기 (수학식1)은 테일러 시리즈(Taylor series)에 의해 하기 (수학식3)과 같이 표현할 수 있다.
여기서 Vo는 DC 바이어스 전압(DC bias voltage)이고, v는 소신호전압(small AC signal voltage)이다.
여기서 상기 Io= I(Vo)는 DC 바이어스 전류(bias current)이다.
상기 (수학식3)에서 1차 미분방정식은 하기 (수학식4)와 같이 표현할 수 있으며, 2차 미분방정식은 하기 (수학식5)와 같이 표현할 수 있다.
여기서 상기 Rj는 접합 저항(junction resistor)이고, Gd는 다이내믹 컨덕턴스(dynamic conductance)이다.
여기서 상기 (수학식4) 및 (수학식5)을 이용하면 상기 (수학식3)은 하기 (수학식6)과 같이 DC 전류와 AC 전류의 합으로 표현할 수 있다.
여기서 또한 계산의 편의를 위하여 세 번째 항까지 고려된 수학식에 하기 (수학식7)과 같은 DC 전압과 소신호 RF전압이 인가되었다면, 상기 (수학식6)은 하기 (수학식8)과 같은 전류를 얻을 수 있다.
상기 (수학식8)에 표현된 바와 같이, 상기 출력 DC 전류는 바이어스 전류 성분 외에 RF신호 전압의 제곱에 비례하는 성분이 있음을 알 수 있으며, 이는 입력 전력에 비례하는 성분임을 알 수 있다.
도 5는 일반적인 비선형 다이오드를 이용하는 전력검출기의 블록 구성을 도시하는 도면으로서, 하나의 다이오드를 이용하여 전력을 검출하는 형태를 도시하고 있다. 도 6은 상기 도 5와 같이 다이오드 하나로 구성된 다이오드 전력검출기의 입출력 신호의 특성을 도시하는 도면이다.
상기 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 도 5의 다이오드D1에 소신호 RF전압이 인가되면, 상기 도 6의 입출력신호 특성에 도시된 바와 같이 입력신호에 대해 반주기 동안만 전류가 출력되는 것을 알 수 있다. 이는 RF 입력신호의 피크 전압(peak voltage)에 따라 출력전류가 변함을 도시하는 것이다. 따라서 임의 소자에 인가되는 피크 전압은 같은 평균 전력을 갖는 신호일지라도 입력되는 신호의 수에 따라 달라진다. 따라서 입력신호 신호의 톤(tone) 수가 수시로 변하는 시스템에서는 정확한 검출 전압을 얻을 수 없게된다. 따라서 상기 도 5와 같은 전력검출기는 평균 전력은 같으나 입력신호의 수가 다른 신호들이 입력되는 경우 정확하게 검출 전압을 검출할 수 없게 된다.
따라서 본 발명의 실시예에서는 실시간 대역에서 입력신호의 수가 변할 때 입력신호의 수에 관계없이 전체 입력신호의 평균 전력을 검출할 수 있는 장치를 사용한다. 이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 평균전력 검출장치는 초고주파 다이오드 2개를 반대의 극성으로 연결하여 입력되는 RF신호들의 평균전력을 검출한다.
도 7은 반대 극성으로 연결된 초고주파 다이오드들을 구비하는 전력검출기의 입출력신호 특성을 도시하는 도면이다. 상기와 같이 초고주파 다이오드 2개를 반대의 극성으로 연결하여 소신호 RF전압을 인가하면, 상기 초고주파 다이오드들에 의해 입력되는 신호의 모든 주기 동안에 전류가 출력되는 것을 알 수 있다. 따라서 입력신호의 수에 관계없이 전체 입력신호 전압에 비례한 전류의 특성을 얻을 수 있게 되는 것이다. 이는 입력신호들의 평균전력이 같으면 입력신호의 수가 달라져도 동일한 검출 전압을 얻을 수 있다는 것이다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 평균전력 검출기1304의 구성을 도시하는 도면으로서, 분배기(push-pull divider)81은 입력되는 RF신호를 두 출력단자 역위상으로 분배하여 출력한다. 상기 분배기81은 입력전력을 두 출력단자에 역위상으로 분배하는 4단자 소자이다. 정합기82는 상기 분배기81의 제1출력단자와 제1다이오드D1 사이에 연결되며, 동작 주파수에서 상기 제1다이오드D1의 특성 임피던스가 상기 분배기51의 제1출력단자의 특성 임피던스로 변환한다. 정합기83은 상기 분배기81의 제2출력단자와 제2다이오드D2 사이에 연결되며, 동작 주파수에서 상기 제2다이오드D2의 특성 임피던스가 상기 분배기81의 제2출력단자의 특성 임피던스로 변환한다. 제1다이오드D1 및 제2다이오드D2는 초고주파 다이오드로서, 상기 정합기82 및 83을 통해 각각 입력되는 RF신호를 DC 전류로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 제1다이오드D1 및 제2다이오드D2는 각각 역위상으로 분배되어 입력되는 상기 RF신호를 정류시켜 출력한다. 상기 제1다이오드D1 및 제2다이오드D2의 캐소드 전극 측에 병렬 연결되는 저항R2 및 캐패시터C3은 평균전력에 대응되는 전압을 발생하는 기능을 수행한다. 상기 저항R2 및 캐패시터C3은 상기 다이오드D1-D2에서 정류된 신호 전류들을 충전 및 방전하면서 평균전력에 따른 전압 값을 검출하여 출력한다. 분배기81의 출력단들과 상기 정합기82 및 83에 각각 연결되는 캐패시터C1,C2는 RF신호와 초고주파 다이오드D1,D2에서 발생하는 DC전류를 격리하는 블로킹 캐패시터(blocking capacitor)이다. 또한 상기 블로킹 캐패시터C1 및 C2와 정합기82 및 83 사이에 각각 병렬 연결되는 접속 인덕터L1 및 L2는 해당하는 초고주파 다이오드D1 및 D2에서 발생하는 DC전류의 경로를 형성한다.
상기 도 8을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 평균전력 검출기1304의 동작을 살펴보면, 분배기 801은 입력단에 인가되는 RF신호를 역위상으로 분배하여 제1출력단자 및 제2출력단자로 출력한다. 이때 상기 분배기801의 고립단자는 저항R1을 연결하며, 상기 저항R1은 50Ω으로 정합시킨다. 상기 분배기801에서 출력되는 역위상의 두 RF신호는 정합기802 및 803을 통해 전력검출 소자인 초고주파 다이오드D1 및 D1에 각각 인가된다. 이때 상기 정합기802 및 803은 상기 다이오드D1 및 D2가 동작주파수에서 갖는 특성 임피던스를 분배기801의 출력단자 측성 임피던스로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 정합기802 및 803은 분산회로(distribute circuit)로 구현할 수 있다.
상기 초고주파 다이오드D1 및 D2에 소신호인 RF전압이 인가되었을 때 출력전류를 테일러 시리즈로 전개하면 하기 (수학식9)와 같이 표현된다.
상기 (수학식9)에서 입력신호v에 대한 짝수 모드에 파생되는 DC 성분들은 다이오드D1 및 D2에 연결되어 있는 저항R2를 통해서 검출할 수 있고, 홀수 모드 신호들은 서로 상쇄되어 제거할 수 있다. 이때 상기 캐패시터C1 및 C2는 초고주파 다이오드D1 및 D2에서 발생되는 DC전압을 RF신호와 분리하는 블록킹 캐패시터이다. 또한 캐패시터C3은 검출된 전류의 시정수를 맞추는 기능을 수행하며, 저항R2는 캐패시터C3과 함께 시정수를 맞추어면서 상기 다이오드D1 및 D2에서 검출된 전류를 전압값으로 변환시키는 기능을 수행한다. 그리고 인덕터L1 및 L2는 DC 경로를 형성한다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 평균전력 검출기1304의 구성을 도시하는 도면으로서, 정합기901은 입력단에 연결되며, 분배기902의 입력 특성 임피던스를 평균전력검출기의 입력단의 특성 임피던스로 변환하는 기능을 수행한다. 분배기(push-pull divider)902는 입력되는 RF신호를 두 출력단자 역위상으로 분배하여 출력한다. 상기 분배기901은 입력전력을 두 출력단자에 역위상으로 분배하는 4단자 소자이다.
제1다이오드D1의 애노드전극이 상기 분배기902의 제1출력단자에 연결되고, 제2다이오드D2의 애노드전극이 상기 분배기의 제2출력단자에 연결되며, 두 다이오드D1 및 D2의 캐소드는 공통 접속되어 평균전력 검출장치의 출력단에 연결된다. 상기 제1다이오드D1 및 제2다이오드D2는 초고주파 다이오드로서, 상기 분배기902에서 출력되는 역 위상의 RF신호들을 입력하여 DC 전류로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 제1다이오드D1 및 제2다이오드D2는 각각 역위상으로 분배되어 입력되는 상기 RF신호를 정류시켜 출력한다. 상기 제1다이오드D1 및 제2다이오드D2의 캐소드 전극 측에 병렬 연결되는 저항R2 및 캐패시터C3은 평균전력을 발생하는 기능을 수행한다. 상기 저항R2 및 캐패시터C3은 상기 다이오드D1-D2에서 정류된 신호 전류들을 충전 및 방전하면서 평균전력에 따른 전압 값을 검출하여 출력한다. 분배기902의 출력단 들과 상기 다이오드 D1 및 D2에 각각 연결되는 캐패시터C1,C2는 RF신호와 초고주파 다이오드D1,D2에서 발생하는 DC전류를 격리하는 블로킹 캐패시터(blocking capacitor)이다. 또한 상기 블로킹 캐패시터C1 및 C2와 다이오드 D1 및 D2 사이에 각각 병렬 연결되는 접속 인덕터L1 및 L2는 해당하는 초고주파 다이오드D1 및 D2에서 발생하는 DC전류의 경로를 형성한다.
상기 도 13과 같은 감쇄제어기의 구성은 제1감쇄/위상제어기321, 324, 327의 내부에 구성되는 감쇄제어기들과 동일하며, 그 기능도 동일한 방법으로 두 입력 고주파수신호의 DC 전압을 검출한 후 이를 비교하여 감쇄제어신호ATC로 출력한다.
두 번째로 상기 도 14를 참조하여 상기 감쇄/위상제어기321,324 및 327의 내부에 구성된 위상제어기들의 동작을 살펴본다.
상기 위상제어기의 구성을 살펴보면, 제1신호DS11은 제1분배기1301에 인가되어 제1신호DS111과 제2신호DS112로 분배되고, 제2신호DS12는 제1분배기1302에 인가되어 제1신호DS121과 제2신호DS122로 분배된다. 제2신호DS112와 DS122는 위상검출기1401에 인가되어 전압V2를 출력시키고, 이 출력전압V2는 비교기1402로 인가되며 또다른 기준전압V1이 비교기1402에 인가되어 V1과 V2를 비교하게 된다. 여기서 비교전압V1은 두 입력신호 DS112와 DS122의 상대적 기준위상값에 해당된다.
상기 직류전압값 V1과 V2를 입력하는 비교기1402는 상기 직류전압값 V1을 기준의 전압값으로 입력하고 직류전압값 V2를 비교의 전압값으로 입력하여 비교한 후, 그 결과신호로를 감쇄제어신호ATC로 출력한다. 이때 비교기1402는 상기 비교전압값 V2가 기준전압값 V1보다 작은 경우에는 “음(-)”의 직류전압신호를, 큰 경우에는 “양(+)”의 직류전압신호를 감쇄제어신호ATC로 출력한다.
그러면 위상제어기323은는 상기 비교기1402로부터 출력되는 직류전압신호에 따라 제1가변감쇄기322로부터 위상제어기323에 인가되는 고주파 입력신호의 위상을 선행시키거나 지연시킨다. 즉, 위상제어기323은 비교기1402로부터 “양(+)”의 직류전압신호가 인가되는 경우에는 위상을 지연시키고, “음(-)”의 직류전압신호가 인가되는 경우에는 위상을 선행시켜 최종적으로 V1과 V2가 같아지게 수렴시킨다.
본 발명의 실시예에 따른 선형화회로는 상대 위상차 정보를 검출할 수 있는 위상검출기1401을 사용한다. 일반적으로 상대적 위상차 정보를 검출하기 위해 가장 많이 사용되는 소자는 다이오드 혼합기 또는 IQ복조기(I & Q demodulator)이다. 상기 IQ복조기는 상기 다이오드 혼합기를 2개 결합한 형태가 되며, 도 10은 상기 IQ복조기의 구성을 도시하고 있다.
상기 제10도를 참조하면, RF단자에 인가되는 RF신호들은 방향성결합기(directional coupler)1001에 의해 출력 두 단자에 90°의 위상차를 가지면서 분배되며, 이렇게 양분되는 신호들은 각각 혼합기(mixer)1002 및 1003에 입사된다. 또한 상기 LO단자에 인가되는 LO신호들은 동위상 전력분배기(in-phase power divider)1004에 의해 출력 두 단자에 동위상으로 분배되며, 이렇게 양분된 LO신호들은 각각 상기 혼합기1002 및 1003에 입사된다. 이를 식으로 전개하면, 혼합기1002의 경우 RF신호는 이고, LO신호는 가 된다.
따라서 상기 혼합기1002에서 출력되는 IF1(Intermediate Frequency)은 하기의 (수학식10)과 같이 표현할 수 있다.
그리고 상기 (수학식10)과 같은 IF1 출력신호를 저역통과여파기에 인가하면 고주파 성분이 제거되어 최종 출력되는 IF1의 출력신호는 다음 (수학식11)과 같이 표현된다.
여기서 상기 (수학식10) 및 (수학식11)에서 K1은 혼합기1002의 변환손실을 포함한다. 위와 같은 방법으로 혼합기103에 출력되는 IF2의 출력은 하기의 (수학식12)와 같이 표현할 수 있다.
이후 상기 VIF1및 VIF2를 상기 IQ복조기의 I신호 및 Q신호로 하여 RF단자와 LO단자에 인가되는 RF신호 간의 상대적 위상차 정보를 추출한다.
그러나 상기와 같은 동작을 수행하는 IQ복조기를 이용하여 RF신호들 간의 위상차 정보를 구하는 경우에는 하기와 같은 문제점들이 야기된다. 먼저 상기 IQ복조기의 LO 단자에 인가되어야 하는 신호의 전력크기는 10dBm이 되어야 한다. 이는 상대 위상차 정보를 얻기 위하여 RF신호의 일부를 전력 분배하여 IQ복조기의 RF단자 및 LO단자에 입사시켜야 하기 때문이다. 따라서 상기 입사되는 RF신호의 크기 큰 경우에는 문제가 없지만, 신호의 크기가 작은 경우에는 RF신호를 증폭하여 상기 LO단자에 인가하여야 한다. 이때 상기 RF신호를 증폭하여 LO단자에 인가하는 경우에는 RF신호의 위상 정보를 그대로 유지하여야 하므로, 위상 정보를 유지하기 위하여 구동증폭기에서는 위상의 왜곡이 발생되지 않도록 증폭하여야 한다. 따라서 상기 IQ복조기 구동용 증폭기의 1dB 압축점(comprossion point)은 10dBm 보다 훨씬 커야하며, 이는 상대 위상차 정보를 측정하는 위상검출기 회로의 제조를 어렵게하는 동시에 제작 단가를 상승시키는 문제점을 야기한다. 두 번째로 상기 IQ복조기는 I 및 Q단자에서 구해지는 DC 전압을 이용하여 위상 정보를 제어하는데 많은 부가적인 장치들을 필요로하며, 이로인해 상기 IQ복조기의 가격이 상승되는 문제점이 있었다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 위상검출기의 구성을 도시하는 도면으로 두 RF 입력신호 들을 동위상으로 합성하는 전력합성기1101과, 상기 전력합성기1101의 출력단과 접지단 사이에 연결되며 상기 합성된 신호를 DC전압으로 변환하는 평균전력검출기로 구성된다. 도 12는 본 발명의 실시예에 따라 위상검출기에서 두 신호의 벡터 합성 특성을 도시하는 도면이다.
따라서 본 발명의 실시예에 따라 상대 위상차 정보 검출을 위한 위상검출기는 상기 도11에 도시된 바와 같이 상대 위상차 정보를 알고자하는 RF신호 들을 동위상 전력합성기1101의 두 입력단자에 각각 연결하면, 상기 전력합성기1101이 입력되는 두 신호를 동위상으로 전력합성하며, 평균전력검출기1102가 상기 합성된 신호의 DC 전압을 검출하므로서, 입력 RF신호들 간의 상대 위상차 정보를 검출할 수 있게된다.
상기 도 11 및 도 12를 참조하면, 같은 주파수 성분을 갖는 RF신호들이 동위상 전력합성기1101의 두 입력단자에 각각 입력되면, 상기 동위상 전력합성기1101의 출력단에서는 상기 도 12에 도시된 바와 같이 입력된 RF신호들이 벡터적으로 합성된다. 따라서 상기 전력합성기1101의 입력단에 인가되는 동일 진폭의 RF신호들의 상대 위상차가 0°이면 한 입력단에서 인가된 신호 진폭의 2배로 출력되며, RF신호들의 상대적 위상차가 180°이면 아무 신호도 출력되지 않게 된다. 따라서 입력되는 동일 진폭의 RF신호들의 상대 위상차가 θ이면, 상기 전력합성기1101은 입력되는 RF신호들을 벡터적으로 합성된 신호들을 출력하게 된다.
이때 상기 전력합성기1101의 출력단에 연결되는 평균전력검출기1102는 상기 전력합성기1101에서 벡터적으로 합성하여 출력하는 RF신호를 입력하여 DC 값으로 변환 출력한다. 이때 상기 동일 진폭을 갖는 RF신호 들을 벡터적으로 합성하는 경우의 출력 RF신호의 진폭은 입력 RF신호의 연속적인 상대 위상 변화에 따라 연속적으로 변하게 되므로, 정확한 상대 위상차 정보를 알 수 있게된다. 이때 상기 평균전력검출기1102는 동위상전력합성기1101의 입력단자에 인가되는 RF신호의 수가 두 개 이상일 때도 동일한 DC전압 값을 출력할 수 있어야 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 피드포워드 방식의 선형증폭기 동작을 살펴보면, 입력되는 RF신호는 제1분배기341에 의해 전력분배되어 RF 주증폭기311 및 제1지연기331에 인가된다. 그러면 상기 RF 주증폭기311은 입력되는 RF신호를 증폭하는데, 원하는 레벨까지 RF신호를 증폭하는 과정에서 RF신호 이외에 혼변조 왜곡신호가 포함된다. 제2분배기342는 상기 주증폭기311에서 출력되는 RF신호의 일부를 전력 분배하여 제6분배기346에 인가하고, 나머지 증폭된 RF신호 전부를 제3지연기333에 인가한다. 상기 제3지연기333은 통해 지연되는 증폭된 RF신호는 제3분배기343에 의해 전력 분배되어 일부가 상기 제8분배기348에 인가되고 나머지 증폭된 RF신호들은 결합기315에 인가된다.
상기 제2분배기342에서 추출된 RF 주증폭기311의 일부 출력신호들은 다시 제6분배기346에 인가되어 두 출력단으로 양분되며, 일부는 제1상쇄기313에 인가되고 또다른 일부는 제1감쇄/위상제어기321의 제2신호DS12로 인가된다. 상기 제1분배기341에서 분배되어 제1지연기331에서 출력되는 신호는 제4분배기344에서 다시 분배된다. 이때 상기 제4분배기344에서 분배되는 신호의 일부는 제1가변감쇄기322에 인가되고, 나머지신호는 제2지연기332에 인가된다. 그러면 상기 제1가변감쇄기322는 상기 제1감쇄/위상제어기321에서 출력되는 제1감쇄제어신호ATC1에 의해 상기 제4분배기344에서 출력되는 RF신호의 진폭을 조정하여 제1가변위상기323에 인가하며, 상기 제1가변위상기323은 상기 제1가변감쇄기322에서 출력되는 RF신호의 위상을 조정하여 상기 제5분배기345에 인가한다.
이때 상기 제1감쇄/위상제어기321은 상기 제5분배기345에서 출력되는 DS11신호 및 제6분배기346에서 출력되는 DS12를 직접 비교하여 입력되는 RF신호의 진폭 및 위상을 조정하기 위한 제1감쇄제어신호ATC1 및 제1위상제어신호PIC1을 발생한다. 이때 상기 제1감쇄제어신호ATC1은 상기 제1가변감쇄기322가 상기 증폭된 RF신호의 진폭과 같은 레벨이 될 수 있도록 상기 입력 RF신호의 레벨을 조정하기 위한 신호로 생성되며, 상기 제1위상제어신호ATC1은 상기 제1가변위상기323이 상기 제1상쇄기313에 인가되는 RF신호의 위상이 상기 주증폭기311에서 출력되는 증폭신호와 역위상이 되도록 상기 RF신호의 위상을 조정하기 위한 신호로 생성된다.
상기 제5분배기345는 진폭 및 위상이 조정된 신호를 전력 분배하여 일부를 상기 제1감쇄/위상제어기321의 제1신호DS11로 인가하는 동시에 상기 제1상쇄기313에 인가한다. 상기 제5분배기345와 제6분배기346의 출력신호가 인가되는 제1상쇄기313은 상기 주증폭기311에서 출력되는 증폭 RF신호와 혼변조 왜곡신호 중에서 상기 RF신호를 상쇄시켜 혼변조 왜곡신호 성분들만을 추출하여 출력한다.
상기 제1상쇄기313에서 출력되는 혼변조 왜곡신호들은 제3가변감쇄기328에 인가되며, 상기 제3가변감쇄기328은 수신되는 제3감쇄제어신호ATC3에 의해 상기 혼변조 왜곡신호의 진폭을 조정하여 제3위상제어기329에 인가하고, 상기 제3위상제어기329는 상기 진폭이 조정된 혼변조 왜곡신호를 제3위상제어신호PIC3에 의해 위상을 조정하여 보정증폭기312에 출력한다. 그러면 상기 보정증폭기312는 상기 진폭 및 위상이 조정된 혼변조 왜곡신호를 증폭하여 제9분배기349에 출력한다.
상기 제3분배기343에서 전력 분배되는 주증폭기311의 출력은 제8분배기348에 인가되어 양분되며, 이중 한 신호는 제2상쇄기314에 인가되고 나머지 한 신호는 제2감쇄/위상제어기324의 제2신호DS22로 인가된다. 한편 상기 제4분배기344에서 분배된 신호는 제2지연기332에 의해 전송 시간 지연이 된 후, 제2가변감쇄기325에 인가된다. 그러면 상기 제2가변감쇄기325는 제2감쇄제어신호ATC2에 의해 입력되는 RF신호의 진폭을 조정한 후 제2가변위상기326에 출력하고, 상기 제2가변위상기326은 상기 진폭 조정된 입력 RF신호를 제2위상제어신호ATC2에 의해 위상을 조정한 후 제7분배기347에 출력한다. 그러면 상기 제7분배기347의 일부신호를 제1신호DS21로 입력하고 제8분배기348의 일부신호를 제2신호DS2로 입력하는 제2감쇄/위상제어기324는 두 신호의 진폭과 위상을 서로 비교하여 진폭은 같고 위상은 역위상이 되도록 상기 제2감쇄제어신호ATC2 및 제2위상제어신호PIC2를 생성하여 출력한다.
그러면 상기 제7분배기347의 출력과 상기 제8분배기348의 출력을 입력하는 제2상쇄기314는 상기 두 입력신호에서 RF신호를 제거한 혼변조왜곡신호들을 추출하여 출력한다. 이후 상기 제2상쇄기314의 출력을 제1신호DS31로 입력하고 상기 상기 제9분배기349의 출력을 제2신호DS32로 입력하는 제3감쇄/위상제어기327은 상기 두 신호의 진폭 및 위상을 비교하여, 상기 결합기315의 출력단에서 RF 주증폭기311에서 발생된 혼변조 왜곡신호들이 최소가 될 수 있도록 상기 제3감쇄제어신호ATC3을 발생하고, 또한 상기 결합기315의 출력단에서 상기 RF 주증폭기311에서 발생되는 혼변조 왜곡신호의 위상과 역위상이 되도록 상기 제3위상제어신호PIC3을 발생한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 피드포워드 방식의 선형증폭장치는 상기 혼변조신호를 제거하기 위하여, 먼저 제1상쇄기313의 두 입력단에 인가되는 신호들의 진폭과 위상을 직접 비교한 후, 그 결과에 따라 제1상쇄기313 입력단에 위치되는 가변감쇄기322 및 가변위상기323을 제어하여 제1상쇄기313에서 RF 증폭 과정에서 발생되는 혼변조 왜곡신호들만을 추출한다. 그리고 두 번째로 상기 제1상쇄기313에서 구한 혼변조 왜곡신호를 다시 주경로 결합할 때, 상기 주 경로에 존재하는 혼변조 왜곡신호들과 상기 제1상쇄기313에서 추출되어 주경로에 결합되어지는 혼변조 왜곡신호들의 진폭과 위상을 직접 비교한 후, 그 결과에 따라 가변감쇄기328 및 위상제어기329를 제어하여 상기 주증폭기311의 출력에 포함된 혼변조 왜곡신호들을 제거한다.
상술한 바와 같이 피드포워드 방식의 선형증폭장치에서 평균전력을 측정할 수 있는 평균전력검출기와 입력신호들간의 상대위상을 검출할 수 있는 위상검출기를 이용하고, 상쇄기와 최종 출력단의 결합기에 인가되는 RF신호들의 진폭과 위상을 직접 비교하는 방법을 이용하므써, 실시간으로 증폭신호에 포함된 혼변조 왜곡신호 성분들을 제거할 수 있는 이점이 있다.
Claims (18)
- 피드포워드 방식의 선형증폭장치에 있어서,혼변조신호를 검출하는 상쇄기의 입력단에 인가되는 신호들의 진폭 및 위상을 직접 비교하여 상기 상쇄기에서 증폭신호에 포함된 혼변조 왜곡신호를 정확하게 추출하고, 상기 상쇄기에서 출력되는 혼변조 왜곡신호와 주경로 상의 혼변조 왜곡신호들의 진폭 및 위상을 직접 비교하여 혼변조 왜곡신호들을 제거하는 것을 특징으로 하는 피드포워드 선형증폭장치.
- 피드포워드 선형증폭장치의 혼변조신호 제거방법에 있어서,증폭신호와 입력신호의 진폭 및 위상을 직접 비교한 후 입력신호의 진폭 및 위상을조정한 후 상쇄시켜 상기 증폭신호에 포함된 혼변조 왜곡신호를 정확하게 추출하고, 상기 추출된 혼변조 왜곡신호와 주경로 상의 혼변조 왜곡신호들의 진폭 및 위상을 직접 비교하여 상기 혼변조신호의 진폭 및 위상을 조정한 후 상기 증폭신호에 결합시켜 상기 증폭신호에 포함된 혼변조 왜곡신호들을 제거함을 특징으로 하는 피드포워드 선형증폭장치의 혼변조 왜곡신호 제거방법.
- 전력증폭기를 구비하는 피드포워드 방식의 선형증폭장치에 있어서,상기 전력증폭된 신호의 진폭 및 위상과 입력되는 RF신호의 진폭 및 위상을 비교하여 상기 RF신호의 진폭 및 위상을 조정하는 제1감쇄/위상제어부와,상기 증폭신호에서 상기 제1진폭 및 위상조정된 신호를 상쇄하여 증폭신호에서 혼변조 왜곡신호를 추출하는 제1상쇄기와,지연된 상기 증폭신호의 진폭 및 위상과 지연된 상기 RF신호의 진폭 및 위상을 비교하여 상기 지연된 RF신호의 진폭 및 위상을 조정하는 제2감쇄/위상제어부와,상기 지연된 증폭신호에서 상기 제2진폭 및 위상조정된 신호를 상쇄하여 상기 지연된 증폭신호에서 혼변조신호를 추출하는 제2상쇄기와,상기 제2상쇄기 출력신호의 진폭 및 위상과 보정증폭기의 출력신호의 진폭 및 위상을 비교하여 추출된 혼변조신호의 진폭 및 위상을 조정하는 제3감쇄/위상제어부와,상기 보정증폭기를 구비하며, 상기 제3진폭 및 위상조정신호를 증폭하여 상기 증폭신호에 결합하여 증폭신호에 포함된 혼변조 왜곡신호를 제거하는 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 피드포워드 선형증폭장치.
- 제3항에 있어서, 상기 감쇄/위상제어부의 감쇄제어부가,두 입력신호를 순차적으로 스위칭 출력하는 제1스위치와,상기 제1스위치에 출력되는 두 신호의 평균전력을 구하는 평균전력 검출기와,상기 평균전력 검출기의 출력을 스위칭하여 2개의 출력신호로 발생하는 제2스위치와,상기 제2스위치의 두 출력을 비교하여 상기 감쇄제어신호를 발생하는 비교기로 구성된 것을 특징으로 하는 피드포워드 선형증폭장치.
- 제4항에 있어서, 평균전력 검출기가,입력되는 RF신호를 역 위상의 두 RF신호로 분배하여 출력하는 분배기와,전류검출소자가 동작 주파수에서 갖는 특성 임피던스를 상기 분배기의 출력단자의 특성임피던스로 변환하는 정합기들과,상기 전류검출소자로서, 상기 정합기들에서 출력되는 RF신호에 대응되는 전류를 검출하는 초고주파다이오드들과,상기 초고주파다이오드들에서 출력되는 전류를 전압으로 변환하여 출력하는 정류기로 구성된 것을 특징으로 하는 피드포워드 선형증폭장치.
- 제4항에 있어서, 상기 평균전력 검출기가.RF신호를 입력하며, 분배기의 입력단 특성임피던스를 전류검출소자의 특성임피던스로 정합하는 정합기와,상기 정합된 RF신호를 역 위상의 두 RF신호로 분배하여 출력하는 분배기와,상기 전류검출소자로서, 분배된 RF신호를 입력하여 전류를 검출하는 초고주파다이오드들과,상기 초고주파다이오드들에서 출력되는 전류를 전압으로 변환하여 출력하는 정류기로 구성된 것을 특징으로 피드포워드 선형증폭장치.
- 제4항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 감쇄/위상제어부의 위상제어부가,입력되는 RF신호들을 벡터적으로 합성하는 동위상 전력합성기와, 상기 합성 신호의 전압 검출하는 전압검출기를 구비하여, 상기 검출된 전압의 크기를 분석하여 입력된 RF신호들의 상대적 위상차 정보를 검출하는 위상검출기와,상기 위상검출기의 출력과 기준전력을 비교하여 상기 위상제어신호를 발생하는 비교기로 구성된 것을 특징으로 하는 피드포워드 선형증폭장치.
- 피드포워드 선형증폭장치의 혼변조신호 제거방법에 있어서,전력 증폭된 신호의 진폭 및 위상과 입력되는 RF신호의 진폭 및 위상을 비교하여 입력되는 RF신호의 진폭 및 위상을 조정하는 제1감쇄/위상제어과정과,상기 증폭신호에서 상기 제1진폭 및 위상조정된 신호를 상쇄하여 증폭신호에서 혼변조 왜곡신호를 추출하는 제1상쇄과정과,지연된 상기 증폭신호의 진폭 및 위상과 지연된 상기 RF신호의 진폭 및 위상을 비교하여 상기 지연된 RF신호의 진폭 및 위상을 조정하는 제2감쇄/위상제어과정과,상기 지연된 증폭신호에서 상기 제2진폭 및 위상조정된 신호를 상쇄하여 상기 지연된 증폭신호에서 혼변조신호를 추출하는 제2상쇄과정과,상기 제2상쇄된 출력신호의 진폭 및 위상과 보정증폭기의 출력신호의 진폭 및 위상을 비교하여 추출된 혼변조신호의 진폭 및 위상을 조정하는 제3감쇄/위상제어과정과,상기 제3진폭 및 위상조정신호를 증폭하여 상기 증폭신호에 결합하여 증폭신호에 포함된 혼변조 왜곡신호를 제거하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 피드포워드 선형증폭장치의 혼변조신호 제거방법.
- 제8항에 있어서, 상기 감쇄/위상제어과정의 감쇄제어과정이,두 입력신호를 순차적으로 스위칭 출력하는 단계와,,상기 스위칭 출력되는 두 신호의 평균전력을 구하는 단계와,상기 검출된 평균전력을 스위칭하여 2개의 출력신호로 발생하는 단계와,상기 스위칭신호 들을 비교하여 상기 감쇄제어신호를 발생하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 선형증폭장치의 혼변조신호 제거방법.
- 제9항에 있어서, 평균전력 검출단계가,입력되는 RF신호를 역 위상의 두 RF신호로 분배하여 출력하는 단계와,전류검출 소자의 특성임피던스와 분배기 특성임피던스를 정합하는 단계와,상기 정합된 RF신호들에 대응되는 RF신호의 전류를 검출하는 단계와,상기 검출된 전류를 전압으로 변환하여 평균전력을 검출하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 선형증폭장치의 혼변조신호 제거방법.
- 제9항에 있어서, 상기 평균전력 검출단계가,RF신호를 입력하며, 전류검출기 특성임피던스와 분배기 입력 특성임피던스를 정합하는 단계와,상기 정합된 RF신호를 역 위상의 두 RF신호로 분배하여 출력하는 단계와,분배된 RF신호들에 대응되는 RF신호의 전류를 검출하는 단계와,상기 검출된 전류를 전압으로 변환하여 평균전력을 검출하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 선형증폭장치의 혼변조신호 제거방법.
- 제9항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 감쇄/위상제어부의 위상제어과정이,입력되는 RF신호들을 벡터적으로 합성하는 동위상 전력합성단계와,상기 합성 신호의 전압 검출하고 상기 검출된 전압의 크기를 분석하여 입력된 RF신호들의 상대적 위상차 정보를 검출하는 단계와,상기 위상차 정보와 기준전력을 비교하여 상기 위상제어신호를 발생하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 선형증폭장치의 혼변조신호 제거방법.
- 평균전력을 검출하는 장치에 있어서,입력되는 RF신호를 역 위상의 두 RF신호로 분배하여 출력하는 분배기와,전류검출소자가 동작 주파수에서 갖는 특성 임피던스를 상기 분배기의 출력단자의 특성임피던스로 변환하는 정합기들과,상기 전류검출소자로서, 상기 정합기들에서 출력되는 RF신호에 대응되는 전류를 검출하는 초고주파다이오드들과,상기 초고주파다이오드들에서 출력되는 전류를 전압으로 변환하여 출력하는 정류기로 구성된 것을 특징으로 하는 평균전력 검출장치.
- 평균전력을 검출하는 방법에 있어서,입력되는 RF신호를 역 위상의 두 RF신호로 분배하여 출력하는 과정과,전류검출 소자의 특성임피던스와 분배기 특성임피던스를 정합하는 과정과,상기 정합된 RF신호들에 대응되는 RF신호의 전류를 검출하는 과정과,상기 검출된 전류를 전압으로 변환하여 평균전력을 검출하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 평균전력 검출 방법.
- 평균전력을 검출하는 장치에 있어서,RF신호를 입력하며, 분배기의 입력단 특성임피던스를 전류검출소자의 특성임피던스로 정합하는 정합기와,상기 정합된 RF신호를 역 위상의 두 RF신호로 분배하여 출력하는 분배기와,상기 전류검출소자로서, 분배된 RF신호를 입력하여 전류를 검출하는 초고주파다이오드들과,상기 초고주파다이오드들에서 출력되는 전류를 전압으로 변환하여 출력하는 정류기로 구성된 것을 특징으로 하는 평균전력 검출장치.
- 평균전력을 검출하는 방법에 있어서,RF신호를 입력하며, 전류검출기 특성임피던스와 분배기 입력 특성임피던스를 정합하는 과정과,상기 정합된 RF신호를 역 위상의 두 RF신호로 분배하여 출력하는 과정과,분배된 RF신호들에 대응되는 RF신호의 전류를 검출하는 과정과,상기 검출된 전류를 전압으로 변환하여 평균전력을 검출하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 평균전력 검출 방법.
- 위상검출장치에 있어서,입력되는 RF신호들을 벡터적으로 합성하는 동위상 전력합성기와, 상기 합성 신호의 전압 검출하는 전압검출기를 구비하여, 상기 검출된 전압의 크기를 분석하여 입력된 RF신호들의 상대적 위상차 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 위상검출장치.
- 위상검출방법에 있어서,입력되는 RF신호 들을 벡터적으로 합성하기 위하여 동위상으로 전력 합성하는 과정과,상기 합성한 신호의 DC 전압 값을 검출하는 과정과,상기 검출된 전압 크기를 분석하여 상기 RF신호들의 상대 위상차 정보를 검출하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 위상검출방법.
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