KR20000032967A - 전력증폭기 합성 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력증폭기의 합성에 관해 개시한다. 특히, 본 발명은 고출력의 전력 증폭기 3 개가 합성되는 구조에 있어서, 동작 중에 각각 증폭기의 출력을 검출하여 인접 증폭기와 비교 감시하는 기능을 수행하여 위상 및 이득을 실시간에 미세조정하여 합성손실을 최소화하기 위한 전력증폭기의 합성 시스템에 관한 것이다. 본 장치는 가변위상조절기 및 가변감쇄기를 입력과 각각의 출력 단자사이에 삽입시킨 전력분배기와; 상기 전력분배기와 연결되어 전력을 증폭하는 전력증폭기와; 상기 전력증폭기와 연결되어 각 입력단자 사이에 신호를 검출할 수 있는 신호검출기를 포함하는 전력합성기와; 상기 전력합성기에서 검출된 신호를 연결하는 제어부를 구비하여 이루어진다. 본 장치는 전력합성기의 입력단자에서 각 증폭기의 출력신호를 검출하여 감시함으로써, 인접 증폭기와의 위상 및 이득의 균형을 이룰 수 있도록 한다. 그리하여 전력증폭기의 합성손실을 최소화한다. 또한, 전력증폭기의 효율 및 신뢰성을 좋게 하고 주파수 밴드와 상관없이 적용하여 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

전력증폭기 합성 시스템

본 발명은 전력증폭기의 합성에 관한 것으로, 특히 고출력 증폭기(High Power Amplifier : HPA) 3 개가 합성되는 구조에 있어서, 동작 중에 각각 증폭기의 출력을 검출하여 인접 증폭기와 비교 감시하는 기능을 수행하여 위상 및 이득을 실시간에 미세조정하여 합성손실을 최소화하기 위한 전력증폭기의 합성 시스템에 관한 것이다.

이동통신 기지국 장비중의 하나인 고출력 증폭기의 전력합성에 있어서, 기존의 전력합성기는 동위상 합성의 구조를 가지고 있다. 그러나, 이 경우에 N 개의 고출력 증폭기가 합성되는 구조를 가질 경우는, 각 증폭기의 출력신호는 동위상 및 동일한 크기를 가져야만 합성손실을 최소화 할 수 있다.

하지만, 실제로 각각의 고출력 증폭기는 방사신호를 제거하기 위한 선형화기가 포함되어 있기 때문에, 각 모듈의 출력신호는 위상과 크기에 항상 오프셋이 있을 수 있다. 즉 각각의 전력증폭기는 독립적으로 동작하기 때문에 인접모듈과 상호 감시기능을 할 수가 없게 되어 있다. 고로, 초기에 각각의 전력증폭기가 동위상 및 동일이득을 가지고 있더라도 N 개의 고출력 증폭기가 합성이 될 경우는 전력분배기와 전력합성기의 특성과, 온도 및 습도 등과 같은 작동환경에 따라서 전력증폭기 특성을 동일하게 유지하는 것은 현실적으로 매우 어려운 일이다.

도 1 은 종래의 전력증폭기 합성 시스템이다. 도 1 에 도시한 바와 같이 전력증폭기(20)(30)(40)와 전력분배기(10) 및 전력합성기(50)로 구성되는 것으로, 종래의 전력증폭기(20)(30)(40)의 합성에 있어서는 동작환경이 바뀔 때 적절하게 대응하지 못하는 경우가 발생하여 실시간으로 보정 할 수 없었으며, 전력증폭기(20)(30)(40)의 특성이 동작환경에 따라 불균형이 발생할 경우에 합성손실이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같이 구성되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 가변적인 환경조건에서도 3 개의 전력증폭기가 합성이 될 경우, 인접모듈과의 상대적인 위상 및 크기를 감시하여 실시간 내에 보정 하기 위한 전력증폭기의 합성 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적과 장점은 하기된 발명의 상세한 설명을 읽고 첨부된 도면을 참조하면 보다 명백해질 것이다.

도 1 은 종래의 전력증폭기 합성 시스템 블록도.

도 2 는 본 발명 전력증폭기 합성 시스템 블록도.

도 3 은 본 발명 전력증폭기 합성 시스템의 일실시 예.

도 4 는 본 발명 이득정보를 전력검출기를 이용한 경우의 전력증폭기 합성 시스템의 일실시 예.

도 5 는 본 발명 위상 및 이득정보를 모두 믹서로 이용한 경우의 전력증폭기 합성 시스템의 일실시 예.

도 6 은 본 발명 N 개 증폭기를 결합할 경우의 전력증폭기 합성 시스템의 일실시 예.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10, 100 : 전력분배기

20, 30, 40, 210, 220, 230 : 전력증폭기

50, 300 : 전력합성기

110, 120, 130 : 가변감쇄기

140, 150, 160 : 가변위상조절기

310, 320, 330 : 신호검출기

400 : 제어부

410, 420, 430, 440 : 스위치

450 : 로직(logic) 회로

460, 480 : 믹서

470 : 전력검출기

490 : 위상분배기

495 : 90°하이브리드

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명에 따른 전력증폭기의 합성 시스템의 바람직한 실시예는, 가변위상조절기 및 가변감쇄기를 입력과 각각의 출력 단자사이에 삽입시킨 전력분배기와;

상기 전력분배기와 연결되어 전력을 증폭하는 전력증폭기와;

상기 전력증폭기와 연결되어 각 입력단자 사이에 신호를 검출할 수 있는 신호검출기를 포함하는 전력합성기; 및

상기 전력합성기에서 검출된 신호를 연결하는 제어부를 구비하여 이루어진다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는 스위치를 제어하는 로직 회로를 포함하며,

이득정보를 전력검출기를 이용한 경우의 상기 제어부는, 1 개의 믹서와 1개의 전력검출기를 포함하며,

위상 및 이득정보를 모두 믹서로 이용하는 경우의 상기 제어부는, 2 개의 믹서를 포함하며,

N 개의 증폭기를 결합하는 경우의 상기 제어부는, 1 개의 스위치와 위상 및 이득정보를 모두 믹서로 이용하는 경우의 구성 N 개를 포함한다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명 전력증폭기(210)(220)(230)의 합성 시스템이다. 도 2 에 도시한 바와 같이, 가변위상조절기(140)(150)(160) 및 가변감쇄기(110)(120)(130)를 입력과 각각의 출력 단자사이에 삽입시킨 전력분배기(100)와, 각 입력단자 사이에 신호를 검출할 수 있는 신호검출기(310)(320)(330)를 포함하는 전력합성기(300)와, 전력합성기(300)에서 검출된 신호를 연결하는 제어부(400)와, 제어부(400)속에서 스위치(410)를 제어하는 로직(logic) 회로(450)로 구성된다. 이의 작용 및 효과를 도 3, 도 4, 도 5, 도 6 을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 전력합성기(300) 및 전력분배기(100)와 2+1 리던던시 구조를 갖는 고출력 증폭기(210)(220)(230)의 실시 예이다. 정상 동작의 경우, 3 대의 증폭기(210)(220)(230) 중 2 대(210)(220)는 정상 동작을 하고, 나머지 1 대(230)는 리던던시용이다. 따라서, 예비로 실장되어 동작중인 2 대(210)(220)중 1 대(210)가 오동작을 하는 경우 전력합성기(300)의 스위치(420)가 스위칭 되어 리던던시용 증폭기(230)로 연결되어 동작한다.

전력합성기(300)내의 스위치(420)는 동작중인 전력증폭기(210)의 경로를 전력합성기(300)의 출력단으로 신호가 나갈 수 있도록 경로를 온/오프 시킨다. 이 경우 스위치(420)는 트랜지스터-트랜지스터 논리(Transistor-Transistor Logic : TTL) 레벨의 HIGH/LOW로 제어된다. 그리고, 이 신호는 제어부(400)의 제 1 스위치(410), 제 2 스위치(420), 제 3 스위치(430), 제 4 스위치(440)의 제어를 하게된다.

따라서, 스위치(410)(420)(430)(440)는 동작하는 전력증폭기(210)(220)(230)에서 검출된 신호가 제어부(400)의 믹서(460)로 입력될 수 있도록 경로를 연결해주게 된다. 정상적인 동작의 경우 전력합성기(300)에서는 두 개의 전력증폭기(210) (220)에서 나오는 신호가 검출되어 제어부(400)의 믹서(460)로 입력이 된다. 이 신호 중 하나는 동위상으로 분배되어 각각의 믹서(490)로 입력이 된다. 그리고, 나머지 한 신호는 90。의 위상차를 가지고 분배되어 믹서(495)로 입력된다.

각각의 믹서의 출력은 도 3 과 같이 서술이 된다. 각각의 단자(I 채널, Q 채널)에서는 입력되는 두 신호 성분의 위상차와 레벨의 차를 출력하게 된다. 도 3 에 도시한 바와 같이, 전력합성기(300)에서 검출된 두 신호를 각각 Va, Vb라고 한다. 그러면, V1=Kr*Va*Vb*cosθ이고 V2=Kr*Va*Vb*sinθ이다. 단 θ는 Va와 Vb의 위상차이다. 이때 Va와 Vb 두 신호가 동위상 일 경우 즉, θ값이 '0' 이면 sinθ 값이 0이 되므로 V2=0 이 된다.

그리고, V2가 작은 값이 되도록 전력합성기(300)의 입력단자에 있는 가변위상조절기(140)(150)(160)에 바이어스 전압은 조정된다. 또한, V1은 전력합성기(300)의 가변감쇄기(110)(120)(130)로 연결이 된다. 그리고, 제어부(400)의 이득정보 검출을 위해서 신호검출기(310)(320)(330)를 이용하여 제어부(400)에 들어오는 두 신호의 크기를 비교 분석한다.

그리하여, 전력분배기(100)의 가변감쇄기(110)(120)(130)로 연결되어 제어할 수도 있다. 각 전력증폭기(210)(220)(230)가 가변감쇄기(110)(120)(130) 및 가변위상조절기(140)(150)(160)를 포함하고 있는 전력분배기(100)와, 신호검출을 할 수 있는 전력합성기(300)와 상호 연결되어 동작할 경우, 전력합성기(300)에서는 동위상 및 동일한 이득으로 전력이 합성된다.

따라서, 합성손실을 최소화 할 수 있다. N 개의 전력증폭기(210)(220)(230)를 분배 및 합성하는 구조에서도 이득 및 위상을 검출한다. 그러므로, 위와 같은 개선의 효과를 낼 수 있으나 구조가 복잡해질 수 있으며, 이 경우 믹서(460)(480)를 이용하여 I 및 Q 채널을 이용하는 것이 바람직하다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 전력합성기의 입력단자에서 각 증폭기의 출력신호를 검출하여 감시함으로써 인접증폭기와의 위상 및 이득의 균형을 이룰 수 있도록 하여 전력증폭기의 합성손실을 최소화하며 증폭기의 효율 및 신뢰성을 좋게 하고 주파수 밴드와 상관없이 적용하여 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 가변위상조절기 및 가변감쇄기를 입력과 각각의 출력 단자사이에 삽입시킨 전력분배기와;

   상기 전력분배기와 연결되어 전력을 증폭하는 전력증폭기와;

   상기 전력증폭기와 연결되어 각 입력단자 사이에 신호를 검출할 수 있는 신호검출기를 포함하는 전력합성기; 및

   상기 전력합성기에서 검출된 신호를 연결하는 제어부를 구비하여 이루어지는, 전력증폭기 합성 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 스위치를 제어하는 로직 회로를 포함하는, 전력증폭기 합성 시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 이득정보를 전력검출기를 이용한 경우 상기 제어부가 1 개의 믹서와 1개의 전력검출기를 포함하는, 전력증폭기 합성 시스템.
4. 제 2 항에 있어서, 위상 및 이득정보를 모두 믹서로 이용하는 경우 상기 제어부가 2 개의 믹서를 포함하는, 전력증폭기 합성 시스템.
5. 제 2 항에 있어서, N 개의 증폭기를 결합하는 경우 상기 제어부가 1 개의 스위치와 위상 및 이득정보를 모두 믹서로 이용하는 경우의 구성 N 개를 포함하는, 전력증폭기 합성 시스템.