KR19980085453A - 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 주파수 대역의 RF(radio frequency) 신호에 대해서 우수한 증폭 특성을 가지도록하는 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기에 구조가 간단하면서도 증폭기의 특성을 향상시키는 바이어스부(38) 즉, 각 경우에 따라 코일(coil), 캐패시터(capacitor), 선로 등으로 이루어지는 바이어스부(38)의 회로 구성과 적절한 대역 통과 여파기(band pass filter)(402,404) 또는 대역 제거 여파기(band stop filter)(406,408)를 사용하여 그 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기가 다중 주파수 대역의 RF 신호에 대해서 우수한 증폭 특성을 가지도록함으로써 그 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기를 소형화 및 저가격화하기가 용이하므로 경쟁력있는 휴대 단말기의 제작이 가능한 것이다.

Description

다중 주파수 대역 초고주파 증폭기
본 발명은 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기(multi-frequency band microwave amplifier)에 관한 것으로 특히, 다중 주파수 대역의 RF(radio frequency)에 대해서 우수한 증폭 특성을 가지도록 하는 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기에 관한 것이다.
먼저, 이동 통신 서비스는 이동성, 신속성, 편의성의 이유로 큰 폭의 성장을 보이고 있으며, 이에 따라 각기의 장점을 가지는 여러 통신 방식이 연구되고 있다. 또한, 다양한 신호 처리와 주파수 대역들을 사용하는 방식의 효과적 운용을 위해서는 소형, 경량, 저가격의 무선 단말기가 필요하며 이를 위해 핵심 RF(radio frequency) 소자들의 뒷받침이 필수적이다.
최근 국내외적으로 이들 여러 통신 방식을 동시에 지원하는 방향으로 연구가 진행되고 있으며, 이의 한 예가 셀룰라(cellular) 시스템의 CDMA/AMPS 겸용 단말기이다. 그러나 이는 동일 주파수 대역에서 통신 방식만이 다른 경우이며, 향후에는 이보다 발전하여 각기 다른 주파수 대역의 다른 통신 방식까지 같이 사용할 수 있는 단말기가 필요하다.
이와 같은 다중 주파수 대역 단말기에는 반드시 이를 지원하는 이득 증폭기 및 전력 증폭기가 필요하다.
이에, 본 발명은 간단한 구조 및 우수한 증폭 특성과 소형, 저가격으로 구현이 가능한 회로 구조에 대한 것으로, 여러 종류의 증폭기 중에서 전력 증폭기를 예로 들어 설명하기로 한다.
전력 증폭기는 이동 통신 기기의 RF 모듈중에 가장 중요한 부품이며 통신 기기의 품질과 소비 전력에 큰 영향을 미치며 특히, 한정된 축전지를 사용하는 단말기용의 경우에 있어서는 더욱 중요하다. 특히, 최대 출력 전력 조건 및 동작 대기 상태에서 우수한 효율 특성과 선형성이 확보되어야 한다. 그리고 아날로그 방식의 경우에는 고효율 특성이 중요하며, 디지털 방식의 경우에는 효율 뿐만아니라 선형성도 우수해야 한다.
이와 같은 전력 증폭기 모듈은 사용 주파수 대역, 출력 전력, 선형성 및 효율 등의 시스템 요구 사양을 확인하여 부품의 수급이 용이한 전력 소자를 적절히 선택하고, 최적의 설계 이론과 방법을 이용하여 설계, 제작해야 한다.
이와 관련하여, 도 1은 종래의 기술에 따른 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기의 일 실시예를 나타낸 개략도이며, 도 2는 종래의 기술에 따른 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기의 다른 실시예를 나타낸 개략도이다.
먼저, 도 1에 있어서 각기 다른 주파수 대역을 담당하는 다수의 제1,제2 증폭기 모듈(2,6)을 RF 스위치(SW2)를 통해 선택하도록하는 가장 초보적인 방식이며, RF 부품중에서 가장 고가인 전력 증폭을 위한 다수의 제1,제2 증폭기 모듈(2,6)과 RF 스위치(SW2) 및 다수의 아이솔레이터(isolator)(4,8)까지 사용해야 하기 때문에 비용이 많이 들고 크기도 커지며, RF 스위치(SW2)의 스위칭 작용을 위한 제어 회로가 별도로 필요하다.
또한, 도 2와 같이 제1 RF 스위치(SW4)에 의해 RF 입력하는 다수의 제1,제2 증폭기 모듈(10,12)의 출력단에 제2 RF 스위치(SW6)를 사용할 경우 제2 RF 스위치(SW6)의 삽입 손실이 출력 전력과 효율 특성의 직접적 저하를 가져오며, 선형성 보장을 위해서는 고가의 대전력용 스위치가 필요하다. 이와 같이 출력 전력이 크기 때문에 고 선형성을 유지하면서 출력단을 구현하는 데 어려움이 따른다.
도 3은 종래의 기술에 따른 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기의 또 다른 실시예를 나타낸 개략도로, 전력 증폭을 위한 증폭 소자가 광대역 특성을 가지도록 설계하여 여러 주파수 대역을 담당하도록하는 방식으로서, 증폭 소자(Q2)의 입력단 및 출력단 각각에 제1,제2 광대역 정합부(14,16)가 각각 접속되어 이루어진다.
이와 같은 방식은 증폭기를 구현하는데 사용되는 전력 증폭 소자(Q2)와 수동 소자를 최소로 할 수 있는 장점이 있는 반면, 광대역 정합에 기인하는 정합 손실과 각 주파수에 따른 바이어스 회로(bias circuit) 및 선형 전력 증폭기의 최적 설계가 불가능한 단점을 가지고 있다.
즉, 전력 증폭기 제조 원가의 80 내지 90% 이상과 크기의 50 내지 60% 이상을 차지하는 전력 소자들과 함께 사용하여 소형이면서 저가격으로 모듈을 구현할 수 있지만, 일반적으로 주파수의 차가 2배인 전력 소자의 광대역 정합에는 2 내지 3dB의 정합 손실이 발생한다. 특히, 최종 전력 증폭단에서의 정합 손실은 최대 출력 전력 및 효율 특성을 저하시키는 치명적인 단점이 된다.
또한, 전력 증폭기의 바이어스 회로는 동작 주파수에서는 개방 회로로 동작하고 또한 고조파에서는 효율 및 선형성 개선을 위해 특정 임피던스(impedance)(예를 들면, 2차 고조파 임피던스를 단락시킬 경우 효율 및 선형성이 개선됨)로 보이게 하기 위해 설계해야 하는데, 종래의 RF 초오크 인덕터나 특정 주파수 신호의 1/4 파장 선로를 사용할 수는 없다.
또한, 고 효율 및 고 선형성 보장을 위한 최적 정합 특성은 주파수에 따라 크게 바뀌게 되는데 광대역 정합의 경우에는 이들 모두를 정확히 정합시킬 수가 없는 결점이 있다.
도 4는 종래의 기술에 따른 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기의 네 번째 실시예를 나타낸 개략도로, 도 1 내지 도 3을 적절히 합친 것으로, 효율 및 선형성에 크게 영향을 주지 않는 이득단은 광대역 정합을 시키고 특성에 큰 영향을 주는 최종 전력 증폭단을 스위칭시키는 구조로서, 제1,제2,제3,제4 광대역 정합부(18,20,22,24), 제1,제2,제3 증폭 소자(Q4,Q6,Q8), 제1,제2 RF 스위치(SW8,SW10)로 이루어진다.
이와 같은 경우, 이득단을 제1 증폭 소자(Q4)로서 공유하여 크기와 가격을 줄인 점과 우수한 출력 특성을 얻기 위해 각기 주파수 대역을 담당하는 출력 증폭단(제2,제3 증폭 소자(Q6,Q8))을 사용한 장점이 있으나, 이 역시 가장 고가인 최종 출력 전력 소자(Q6,Q8)를 다수 개 사용해야 하고 제1,제2 RF 스위치(SW8,SW10) 및 이를 제어하기 위한 스위칭 제어 회로가 필요한 단점을 가지고 있다.
이와 같은 이유에서 서로 다른 주파수 대역을 동시에 지원하는 전력 증폭기의 효율적인 구현을 위해서는 새로운 기술이 필요하다.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 결점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 구조가 간단하면서도 증폭기의 특성을 향상시키는 바이어스 회로의 구성과 적절한 대역 통과 여파기(band pass filter) 또는 대역 제거 여파기(band stop filter)를 사용하여 다중 주파수 대역의 RF 신호에 대해서 우수한 증폭 특성을 가지도록하는 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기의 일 실시예를 나타낸 개략도,
도 2는 종래의 기술에 따른 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기의 다른 실시예를 나타낸 개략도,
도 3은 종래의 기술에 따른 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기의 또 다른 실시예를 나타낸 개략도,
도 4는 종래의 기술에 따른 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기의 네 번째 실시예를 나타낸 개략도,
도 5는 본 발명에 따른 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기의 일 실시예를 나타낸 블록도,
도 6은 도 5에 따른 바이어스부의 일 실시예를 나타낸 회로도,
도 7은 도 5에 따른 바이어스부의 다른 실시예를 나타낸 회로도,
도 8은 도 5에 따른 바이어스부의 또다른 실시예를 나타낸 회로도,
도 9는 도 5에 따른 제1 부하 선택부의 일 실시예를 나타낸 블록도,
도 10은 도 9에 따른 대역 통과 여파기의 일 실시예를 나타낸 회로도,
도 11은 도 5에 따른 제1 부하 선택부의 다른 실시예를 나타낸 블록도,
도 12는 도 11에 따른 대역 제거 여파기의 일 실시예를 나타낸 회로도,
도 13은 도 5에 따른 제1 부하 선택부의 또다른 실시예를 나타낸 블록도,
도 14는 도 13에 따른 공진부의 일 실시예를 나타낸 회로도,
도 15는 도 5에 따른 제1 부하 선택부의 네 번째 실시예를 나타낸 블록도,
도 16은 도 8에 따라 도 5의 바이어스부의 해석을 나타낸 챠트,
도 17은 도 13에 따라 도 5의 제1 부하 선택부의 해석을 나타낸 챠트.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
30,34 : 제1,제2 광대역 정합부32,36 : 제1,제2 증폭부
38 : 바이어스부40,46 : 제1,제2 부하 선택부
42,44 : 제1,제2 정합부382 내지 396, 414 내지 420 : 선로
402,404 : 제1,제2 대역 통과 여파기
406,408 : 제1,제2 대역 제거 여파기
410,412 : 제1,제2 공진부
Q10,Q12 : 증폭 소자L2 내지 L24 : 코일
C2 내지 C30 : 캐패시터
본 발명의 상술한 목적 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명에 따른 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기의 일 실시예를 나타낸 블록도로서, RF 신호 입력과 다음단을 광대역 정합시키는 제1 광대역 정합부(30)와, 증폭 소자(Q10)로 이루어져, 상기 제1 광대역 정합부(30)로부터 RF 신호를 입력하여 증폭시키는 제1 증폭부(32)와, 상기 제1 증폭부(32)의 RF 신호 출력과 다음단을 광대역 정합시키는 제2 광대역 정합부(34)와, 증폭 소자(Q12)로 이루어져, 상기 제2 광대역 정합부(34)로부터 상기 제1 증폭부(32)의 RF 신호 출력을 입력하여 증폭시키는 제2 증폭부(36)와, 상기 제2 증폭부(36)의 출력단과 전원 사이에서 다수의 주파수 대역에서 원하는 기본파 및 고조파 임피던스를 갖는 바이어스부(38)와, 상기 제2 증폭부(36)의 RF 신호 출력을 인가받아 해당 주파수 대역의 RF 신호를 통과시키는 제1 부하 선택부(40)와, 상기 제1 부하 선택부(40)의 특정 RF 신호 출력을 인가받아 특정 주파수 대역의 RF 신호를 다음단에 정합시키는 제1 정합부(42)와, 상기 제1 부하 선택부(40)의 다른 RF 신호 출력을 인가받아 다른 주파수 대역의 RF 신호를 다음단에 정합시키는 제2 정합부(44)와, 상기 제1,제2 정합부(42,44)의 RF 신호 출력을 인가받아 해당 주파수 대역의 RF 신호를 통과시키는 제2 부하 선택부(46)를 포함하여 이루어진다.
이와 같이 이루어지는 본 발명을 도 6 내지 도 17을 참조하여 보면 다음과 같다.
먼저, 제1 광대역 정합부(30)는 RF 입력과 다음단을 광대역 정합시키며, 제1 증폭부(32)는 증폭 소자(Q10)를 통하여 상기 제1 광대역 정합부(30)로부터 RF를 입력하여 증폭시켜 출력하고, 제2 광대역 정합부(34)는 상기 제1 증폭부(32)의 RF 출력과 다음단을 광대역 정합시키며, 제2 증폭부(36)는 증폭 소자(Q12)를 통하여 상기 제2 광대역 정합부(34)로부터 상기 제1 증폭부(32)의 RF 출력을 입력하여 증폭시켜 출력한다.
다음, 바이어스부(38)는 상기 제2 증폭부(36)의 출력단과 전원 사이에서 다수의 주파수 대역에서 원하는 기본파 및 고조파 임피던스를 갖고 해당하는 대역의 각 주파수 신호에 대해서 상기 제2 증폭부(36)의 출력 효율이 좋도록한다.
또한, 제1 부하 선택부(40)는 상기 제2 증폭부(36)의 RF 출력을 인가받아 해당 주파수 대역의 RF 신호를 통과시키며, 제1 정합부(42)는 상기 제1 부하 선택부(40)의 특정 RF 출력을 인가받아 특정 주파수 대역의 RF 신호를 다음단에 정합시키고 제2 정합부(44)는 상기 제1 부하 선택부(40)의 다른 RF 출력을 인가받아 다른 주파수 대역의 RF 신호를 다음단에 정합시키며, 제2 부하 선택부(46)는 상기 제1,제2 정합부(42,44)의 RF 출력을 인가받아 해당 주파수 대역의 RF 신호를 통과시킨다.
여기서, 본 발명에 따른 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기에는 동시에 여러 주파수 신호가 입력되는 것이 아니라 일정동안씩 각기 다른 주파수 신호가 순차적으로 입력되어 이를 증폭시키는 회로로서, 각 주파수 신호가 인가될 때 능동 소자가 이에 맞는 최적 출력 정합 조건을 가지고 있으면 된다.
이에, 상기 바이어스부(38)의 세가지 실시예를 도 6 내지 도 8을 참조하여 보면 다음과 같다.
도 6은 도 5에 따른 바이어스부(38)의 일 실시예를 나타낸 회로도이고 도 7은 도 5에 따른 바이어스부(38)의 다른 실시예를 나타낸 회로도이며, 도 8은 도 5에 따른 바이어스부(38)의 또다른 실시예를 나타낸 회로도이다.
먼저, 도 6과 같이 바이어스부(38)는 공진 회로를 이용하는 것으로서, 전원과 제2 증폭부(36)의 출력단 사이에 원하는 주파수 대역의 개수에 따라 다수의 선로(382,384)를 직렬로 연결하고 전원과 접지 사이에 캐패시터(C2) 및 코일(L2)을 직렬로 연결시키고 전원과 접지 사이에 바이패스(bypass)용 캐패시터(C4)를 연결시키며, 선로(384)의 상단과 접지 사이에 캐패시터(C6) 및 코일(L4), 캐패시터(C8) 및 코일(L6)을 각각 직렬로 연결시킨다.
이때, 캐패시터(C6) 및 코일(L4)은 특정 대역의 주파수 신호를 공진하도록 캐패시턴스값 및 인덕턴스값을 각각 설정하고 캐패시터(C8) 및 코일(L6)은 특정 대역의 주파수의 2배에 해당하는 주파수 신호를 공진하도록 캐패시턴스값 및 인덕턴스값을 각각 설정하며, 캐패시터(C2) 및 코일(L2)은 원하는 대역의 주파수의 2배에 해당하는 주파수 신호를 공진하도록 캐패시턴스값 및 인덕턴스값을 각각 설정한다.
또한, 선로(384)의 길이는 상기 특정 대역의 주파수의 1/4 파장과 같도록 설정하고 선로(382)의 길이는 직렬 연결된 나머지 선로(384)를 모두 함께 연결한 상태의 길이가 상기 원하는 대역의 주파수 신호의 1/4 파장에 해당하도록한다.
이때, 작은 대역의 주파수 신호가 제2 증폭부(36) 측의 선로(384) 부분에서 공진되도록 하고 큰 대역의 주파수 신호는 전원 측의 선로(382) 부분에서 공진되도록 설계해야 한다.
다음, 도 7과 같이 바이어스부(38)는 1/4 파장 선로를 이용하는 것으로서, 전원과 접지 사이에 바이패스용 캐패시터(C10)를 연결하고 전원과 제2 증폭부(36)의 출력단 사이에 원하는 주파수 대역의 개수에 따라 다수의 선로(386,392)를 직렬로 연결하며, 선로(392)의 상단과 접지 사이에 선로(388,390)를 각각 연결시킨다.
이때, 선로(390,392)의 길이는 해당 대역의 주파수 신호의 1/4 파장과 같도록 설정하고 선로(388)의 길이는 해당 대역의 주파수의 2배에 해당하는 주파수 신호의 1/4 파장과 같도록 설정한다.
또한, 도 8과 같이 바이어스부(38)는 835MHz와 1,750MHz 주파수 대역에서 전력 증폭기의 증폭도를 개선시키기 위한 실시예로서, 전송 선로에 병렬로 연결된 직렬 공진 회로는 공진 주파수 신호에서는 단락 회로로 동작하고 그 외의 주파수 신호에서는 전송 선로의 특성 임피던스로 동작한다.
즉, 전원과 접지 사이에는 바이패스용 캐패시터(C12)(1,000pF)가 접속되고 전원과 제2 증폭부(36)의 출력단 사이에 선로(394)와 1,750MHz에서의 1/4 파장 선로(396)가 직렬로 연결되며, 두 선로(394,396)의 접점과 접지 사이에 코일(L8)(5nH)과 캐패시터(C14)(7.3pF)가 직렬로 연결되어 853MHz의 주파수 신호를 공진시키고 두 선로(394,396)의 접점과 접지 사이에 코일(L10)(1.6nH)과 캐패시터(C16)(5.2pF)가 직렬로 연결되어 1,750MHz의 주파수 신호를 공진시킨다.
이때, 상기 선로(394)의 길이는 1,750MHz에서의 1/4 파장 선로(396)에 연장시켰을 경우 835MHz에서의 1/4 파장의 길이가 되도록한다.
그리고 도 9는 도 5에 따른 제1 부하 선택부(40)의 일 실시예를 나타낸 블록도로서, 두 주파수 대역만을 사용하고자하는 경우에 있어서는 제1 대역 통과 여파기(402)는 제2 증폭부(36)의 출력을 인가받아 일정 대역의 주파수 신호만를 통과시켜서 제1 정합부(42)에 인가하며, 제2 대역 통과 여파기(404)는 제2 증폭부(36)의 출력을 인가받아 제1 대역 통과 여파기(402)가 통과시키는 대역의 주파수 신호와는 다른 특정 대역의 주파수 신호만를 통과시켜서 제2 정합부(44)에 인가한다.
이때, 상기 제1,제2 대역 통과 여파기(402,404)는 도 10과 같이 코일(L12), 캐패시터(C18), 코일(L14) 그리고 캐패시터(C20)가 제2 증폭부(36)의 출력단에 직렬 연결되고 캐패시터(C18)와 코일(L14)의 접점과 접지 사이에 캐패시터(C22)와 코일(L16)이 병렬로 접속되어 해당 대역의 주파수 신호만 통과시키며, 제2 부하 선택부(46)도 제1 부하 선택부(40)와 같은 구성을 갖고 제1,제2 정합부(42,44)의 출력을 인가받아 원하는 대역의 주파수 신호를 RF 출력한다.
도 11은 도 5에 따른 제1 부하 선택부(40)의 다른 실시예를 나타낸 블록도로서, 제1,제2 대역 제거 여파기(406,408)는 제2 증폭부(36)의 출력단에 병렬로 연결되어 제2 증폭부(36)의 출력을 각각 인가받아 서로 상대 주파수 대역의 신호를 통과시키지 않고 자기 주파수 대역의 신호를 포함하는 다른 주파수 성분은 통과시켜 제1,제2 정합부(42,44)에 각각 인가한다.
이와 같은 회로 구조는 각각의 주파수에서 최적의 부하를 가진 두 개의 증폭단을 갖는 것과 동일한 역할을 기대할 수 있으며, 이득단 전체와 출력 전력 증폭단의 입력 및 전력 소자를 공유하여 크기와 가격을 줄일 수 있고 스위치나 그 스위치의 제어 회로 없이 우수한 출력 특성(효율, 출력 전력, 선형성 등)을 얻기 위해 각각 주파수 대역의 출력을 정합시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고 도 6 및 도 7과 같은 다중 주파수에서 최적의 바이어스 조건을 제공하는 회로와 함께 사용하여 보다 우수한 전력 증폭기를 구현할 수 있으며, 제2 부하 선택부(46)도 제1 부하 선택부(40)와 같은 구성을 갖고 제1,제2 정합부(42,44)의 출력을 인가받아 원하는 대역의 주파수 신호를 RF 출력한다.
도 12는 도 11에 따른 제1,제2 대역 제거 여파기(406,408)의 일 실시예를 나타낸 회로도로서, 제2 증폭부(36)의 출력단에 코일(L18)과 캐패시터(C24)가 병렬로 접속되고 그 제2 증폭부(36)의 출력단의 반대측의 그 코일(L18)과 캐패시터(C24)의 접점에 코일(L20)과 캐패시터(C26)가 병렬로 접속되며, 상기 두 병렬접속의 접점과 접지 사이에 코일(L22)과 캐패시터(C28)가 직렬로 접속되어 이루어진다.
도 13은 도 5에 따른 제1 부하 선택부(40)의 또다른 실시예를 나타낸 블록도로서, 제1,제2 공진부(410,412)는 제2 증폭부(36)의 출력을 각각 인가받아 자신의 공진 특성에 맞는 주파수 신호만 각각 통과시켜 제1,제2 정합부(42,44)에 각각 인가하며, 제2 부하 선택부(46)도 제1 부하 선택부(40)와 같은 구성을 갖고 제1,제2 정합부(42,44)의 출력을 인가받아 원하는 대역의 주파수 신호를 RF 출력한다.
도 14는 도 13에 따른 제1,제2 공진부(410,412)의 일 실시예를 나타낸 회로도로서, 제2 증폭부(36)의 출력단에 코일(L24) 및 캐패시터(C30)가 병렬로 접속되어 이루어져서 제2 증폭부(36)의 출력중에서 공진되는 해당 주파수만을 통과시킨다.
도 15는 도 5에 따른 제1 부하 선택부(40)의 네 번째 실시예를 나타낸 블록도로서, 첫 번째 주파수 대역의 신호의 1/4 파장의 길이와 같은 두 선로(414,416)와 두 번째 주파수 대역의 신호의 1/4 파장의 길이와 같은 두 선로(418,420)를 차례로 직렬로 연결해서 두 선로(416,418)의 접점에 제2 증폭부(36)의 출력이 인가되도록한다.
이에, 두 선로(414,416)에 의해 상기 첫 번째 주파수 대역의 신호가 공진될 수 있도록하고 두 선로(418,420)에 의해 상기 두 번째 주파수 대역의 신호가 공진될 수 있도록해서 두 선로(414,416)의 접점과 두 선로(418,420)의 접점으로 각각 공진된 주파수 신호가 출력되어 제1,제2 정합부(42,44)에 각각 인가되도록한다.
또한, 제2 부하 선택부(46)도 제1 부하 선택부(40)와 같은 구성을 갖고 제1,제2 정합부(42,44)의 출력을 인가받아 원하는 대역의 주파수 신호를 RF 출력한다.
그리고 도 16은 초고주파 CAD 프로그램 HP-EEsof사의 MDS를 사용하여 도 8에 따라 도 5의 바이어스부(38)의 해석을 나타낸 챠트로서, 바이어스부(38)가 기본파에서는 개방회로로 동작하고 2차 고조파에서는 단락회로로 동작하는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 바이어스부(38)는 전력 증폭기의 효율, 출력 전력 및 선형성 개선에 많은 도움을 준다.
또한, 도 17은 도 13에 따라 도 5의 제1 부하 선택부(40)의 해석을 나타낸 챠트로서, 상용으로 사용하고 있는 수동 소자(공진회로를 구성하는 코일 및 캐패시터)를 실제로 측정하고 이를 이용하여 835MHz와 1,750MHz 주파수 대역에서 동작하는 병렬 공진회로를 사용한 제1 부하 선택부(40)의 해석 결과이다.
이와 같은 도 17에서 dB(S21)과 dB(S31)은 제1 부하 선택부(40)를 통과한 신호의 크기를 나타내는 것으로, 0dB는 신호가 전부 통과함을 나타내고 음으로 커지는 것은 격리도가 커지고 있음을 나타낸다.
여기서 완전한 부하 선택 특성을 확인할 수 있으며, 이와 같은 제1 부하 선택부(40)는 출력 정합 뿐만아니라 입력 정합에도 사용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기에 구조가 간단하면서도 증폭기의 특성을 향상시키는 바이어스부(38)의 구성과 적절한 대역 통과 여파기(402,404) 또는 대역 제거 여파기(406,408)를 사용하여 그 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기가 다중 주파수 대역의 RF 신호에 대해서 우수한 증폭 특성을 가지도록함으로써 그 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기를 소형화 및 저가격화하기가 용이하므로 경쟁력있는 휴대 단말기의 제작이 가능한 효과가 있다.

Claims (12)

  1. RF 신호 입력과 다음단을 광대역 정합시키는 제1 광대역 정합부(30);
    상기 제1 광대역 정합부(30)로부터 RF 신호를 입력하여 증폭시키는 제1 증폭부(32);
    상기 제1 증폭부(32)의 RF 신호 출력과 다음단을 광대역 정합시키는 제2 광대역 정합부(34);
    상기 제2 광대역 정합부(34)로부터 상기 제1 증폭부(32)의 RF 신호 출력을 입력하여 증폭시키는 제2 증폭부(36);
    상기 제2 증폭부(36)의 출력단과 전원 사이에서 다수의 주파수 대역에서 원하는 기본파 및 고조파 임피던스를 갖는 바이어스부(38);
    상기 제2 증폭부(36)의 RF 신호 출력을 인가받아 해당 주파수 대역의 RF 신호를 통과시키는 제1 부하 선택부(40);
    상기 제1 부하 선택부(40)의 특정 RF 신호 출력을 인가받아 특정 주파수 대역의 RF 신호를 다음단에 정합시키는 제1 정합부(42);
    상기 제1 부하 선택부(40)의 다른 RF 신호 출력을 인가받아 다른 주파수 대역의 RF 신호를 다음단에 정합시키는 제2 정합부(44);
    상기 제1,제2 정합부(42,44)의 RF 신호 출력을 인가받아 해당 주파수 대역의 RF 신호를 통과시키는 제2 부하 선택부(46)를 포함하는 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이어스부(38)는 상기 전원과 상기 제2 증폭부(36)의 출력단 사이에 원하는 주파수 대역의 개수에 따라 다수의 선로(382,384)가 직렬로 연결되고 상기 전원과 접지 사이에 캐패시터(C2) 및 코일(L2)이 직렬로 연결되어 원하는 대역의 주파수의 2배에 해당하는 주파수 신호가 공진되도록하며, 상기 전원과 접지 사이에 바이패스(bypass)용 캐패시터(C4)가 연결되며, 상기 다수의 선로(382,384) 중에서 상기 제2 증폭부(36)의 출력단 측의 선로(384) 상단과 접지 사이에 캐패시터(C6) 및 코일(L4), 캐패시터(C8) 및 코일(L6)이 각각 직렬로 연결되어 각각 특정 대역의 주파수 신호를 공진 및 특정 대역의 주파수의 2배에 해당하는 주파수 신호를 공진하도록함을 특징으로하는 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 증폭부(36)의 출력단 측의 선로(384) 길이는 상기 특정 대역의 주파수의 1/4 파장과 같도록 설정하고 상기 전원 측의 상기 선로(382)의 길이는 직렬 연결된 나머지 선로(384)를 모두 함께 연결한 상태의 길이가 상기 원하는 대역의 주파수 신호의 1/4 파장과 같도록 설정함을 특징으로 하는 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이어스부(38)는 상기 전원과 접지 사이에 바이패스용 캐패시터(C10)를 연결되고 상기 전원과 상기 제2 증폭부(36)의 출력단 사이에 원하는 주파수 대역의 개수에 따라 다수의 선로(386,392)가 직렬로 연결되며, 상기 제2 증폭부(36)의 출력단 측의 선로(392) 상단과 접지 사이에 두 선로(388,390)가 각각 연결됨을 특징으로하는 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 두 선로(388,390) 중에 하나의 선로(390)와 상기 제2 증폭부(36)의 출력단 측의 선로(392) 길이는 해당 대역의 주파수 신호의 1/4 파장과 같도록 설정하고 상기 두 선로(388,390) 중에 나머지 선로(388)의 길이는 해당 대역의 주파수의 2배에 해당하는 주파수 신호의 1/4 파장과 같도록 설정함을 특징으로 하는 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 부하 선택부(40)는,
    상기 제2 증폭부(36)의 출력을 인가받아 일정 대역의 주파수 신호만를 통과시켜서 상기 제1 정합부(42)에 인가하는 제1 대역 통과 여파기(402);
    상기 제2 증폭부(36)의 출력을 인가받아 상기 제1 대역 통과 여파기(402)가 통과시키는 대역의 주파수 신호와는 다른 특정 대역의 주파수 신호만을 통과시켜서 상기 제2 정합부(44)에 인가하는 제2 대역 통과 여파기(404)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 대역 통과 여파기(402) 또는 상기 제2 대역 통과 여파기(404)는 코일(L12), 캐패시터(C18), 코일(L14) 그리고 캐패시터(C20)가 상기 제2 증폭부(36)의 출력단에 직렬로 연결되고 상기 캐패시터(C18)와 코일(L14)의 접점과 접지 사이에 캐패시터(C22)와 코일(L16)이 병렬로 접속되어 해당 대역의 주파수 신호만 통과시키도록함을 특징으로 하는 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 부하 선택부(40)는 상기 제2 증폭부(36)의 출력단에 병렬로 연결되어 상기 제2 증폭부(36)의 출력을 각각 인가받아 서로 상대 주파수 대역의 신호를 통과시키지 않고 자기 주파수 대역의 신호를 포함하는 다른 주파수 성분은 통과시켜 상기 제1,제2 정합부(42,44)에 각각 인가하는 제1,제2 대역 제거 여파기(406,408)로 이루어짐을 특징으로 하는 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 대역 제거 여파기(406) 또는 제2 대역 제거 여파기(408)는 상기 제2 증폭부(36)의 출력단에 코일(L18)과 캐패시터(C24)가 병렬로 접속되고 상기 제2 증폭부(36)의 출력단의 반대측의 상기 코일(L18)과 캐패시터(C24)의 접점에 코일(L20)과 캐패시터(C26)가 병렬로 접속되며, 상기 두 병렬접속의 접점과 접지 사이에 코일(L22)과 캐패시터(C28)가 직렬로 접속되어 이루어짐을 특징으로 하는 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 부하 선택부(40)는 상기 제2 증폭부(36)의 출력을 인가받아 자신의 공진 특성에 맞는 주파수 신호만 각각 통과시켜 상기 제1,제2 정합부(42,44)에 각각 인가하는 제1,제2 공진부(410,412)로 이루어짐을 특징으로 하는 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 공진부(410) 또는 제2 공진부(412)는 상기 제2 증폭부(36)의 출력단에 코일(L24) 및 캐패시터(C30)가 병렬로 접속되어 상기 제2 증폭부(36)의 출력중에서 공진되는 해당 주파수만을 통과시킴을 특징으로 하는 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 부하 선택부(40)는 첫 번째 주파수 대역의 신호의 1/4 파장의 길이와 같은 두 제1,제2 선로(414,416);
    두 번째 주파수 대역의 신호의 1/4 파장의 길이와 같은 두 제3,제4 선로(418,420)를 차례로 직렬로 연결해서 상기 두 제2,제3 선로(416,418)의 접점에 상기 제2 증폭부(36)의 출력이 인가되도록하여 상기 두 제1,제2 선로(414,416)에 의해 상기 첫 번째 주파수 대역의 신호가 공진될 수 있도록하고 상기 두 제3,제4 선로(418,420)에 의해 상기 두 번째 주파수 대역의 신호가 공진될 수 있도록해서 상기 두 제1,제2 선로(414,416)의 접점과 상기 두 제3,제4 선로(418,420)의 접점으로 각각 공진된 주파수 신호가 출력되도록 하여 상기 제1,제2 정합부(42,44)에 각각 인가되도록함을 특징으로 하는 다중 주파수 대역 초고주파 증폭기.
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