KR20000066147A

KR20000066147A - 이동통신 단말기의 전력 증폭장치

Info

Publication number: KR20000066147A
Application number: KR1019990013028A
Authority: KR
Inventors: 봉필경; 강명구
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2000-11-15

Abstract

본 발명은 전력 증폭단(Pre-Amp, Drive-Amp, Power Module) 설계시 전력 증폭기의 전단에 온도 보상용 π형 감쇄기를 부가하여 전력 증폭기의 온도 변화에 따른 출력 변동폭을 감소시키도록 한 이동통신 단말기의 전력 증폭장치에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 전력 증폭기의 온도에 따라 감쇄값을 가변시켜 전력 증폭기의 온도에 따른 출력 변동을 보상해주는 온도 보상 및 감쇄부를 전력 증폭기의 전단에 구비시킴으로써, 온도 변화에 무관하게 항상 일정한 전력 증폭기의 출력을 얻을 수 있다.

Description

이동통신 단말기의 전력 증폭장치{Apparatus for power amplification of mobile communication terminal}

본 발명은 이동통신 단말기(D-TRS 단말기, DCS 단말기, PCS 단말기)의 전력 증폭단 온도 보상에 관한 것으로, 특히 전력 증폭단(Pre-Amp, Drive-Amp, Power Module) 설계시 전력 증폭기의 전단에 온도 보상용 π형 감쇄기를 부가하여 전력 증폭기의 온도 변화에 따른 출력 변동폭을 감소시키도록 한 이동통신 단말기의 전력 증폭장치에 관한 것이다.

일반적으로, 이동통신 단말기는 무선으로 통신을 하기 때문에 송신 신호의 전력 증폭이 필요하다. 이를 위해 이동통신 단말기의 안테나 바로 전단에는 반드시 송신할 고주파(RF) 신호를 전력 증폭하는 전력 증폭단이 구성된다.

첨부한 도면 도1은 일반적인 이동통신 단말기의 전력 증폭장치 블록도이다.

도시된 바와 같이, 전치 증폭기(10)에서 송신할 고주파를 전치 증폭하며, 이렇게 전치 증폭된 고주파 신호는 감쇄기(20)에서 설정 레벨로 감쇄된다. 감쇄된 고주파는 전력 증폭기(30)에서 다시 전력 증폭된 후, 아이솔레이터(40)를 통해 듀플렉서(50)에 전달된다. 상기 듀플렉서(50)는 송,수신 신호를 절체해주는 역할을 수행하며, 송신 신호는 안테나(60)로 전송해주어 무선으로 송신이 이루어지도록 한다.

첨부한 도면 도2는 상기 감쇄기(20)의 내부 회로도로서, 일반적인 π형 감쇄기의 회로도이다.

이러한 π형 감쇄기는, 하기한 ＜수학식1＞과 같이 감쇄값이 고정되어 있다.

상기에서 Z는 임피던스를 나타낸다.

한편, 도1에 적용된 전력 증폭기(30)는 온도에 매우 민감하여, 온도가 높아지면 출력이 감소되고, 온도가 낮아지면 출력이 증가되는 특성이 있다.

첨부한 도면 도3은 Raytheon사 파워 모듈(RMPA0911-53)의 온도에 대한 이득 및 입력 전력의 특성 그래프를 보인 것이다.

도시된 바와 같이, 전력 증폭기의 온도에 따라 그 출력이 증,감됨을 알 수 있다.

이를 좀 더 상세히 설명하면 먼저 다음과 같은 두가지의 가정을 한다.

[가정1]

1) 원하는 최종 전력 증폭기의 출력 전력 : +30.5dBm

2) π형 감쇄기의 감쇄값 : 8dB(R1 : 110Ω, R2 : 52Ω, Z : 50Ω)

3) π형 감쇄기로 입력되는 전력 : +9dBm

[가정2]

1) 원하는 최종 전력 증폭기의 출력 전력 : +14.5dBm

2) π형 감쇄기의 감쇄값 : 8dB(R1 : 110Ω, R2 : 52Ω, Z : 50Ω)

3) π형 감쇄기로 입력되는 전력 : -9dBm

상기 [가정1],[가정2]에서 1),3)번 항목은 도3과 같은 그래프를 쉽게 이용하기 위해 임의로 선택했으며, 상온(+25℃)을 기준으로 한다.

위 가정을 기본으로 도2와 같은 일반적인 π형 감쇄기가 있는 전력 증폭기의 각 온도(일반적인 이동통신 단말기의 동작 온도)에 따른 이론적인 출력 전력 계산값은 하기 [표1]와 같다.

[표1]

첨부한 도면 도4는 Rockwell사 파워 모듈(RI 21003)의 온도에 대한 이득 및 입력 전력의 특성 그래프로서, 이 경우에도 일반적인 π형 감쇄기를 사용하면, 온도가 증가할수록 이득이 낮아져 출력 전력이 감소되고, 온도가 감소하면 할수록 이득이 높아져 출력 전력이 증가됨을 알 수 있다.

다시 말해, 상기와 같은 일반적인 이동통신 단말기에 적용된 전력 증폭기는, 전단 감쇄기의 감쇄값이 고정되므로, 온도 특성에 따라 전력 증폭기의 출력이 크게 변화한다.

즉, 온도가 높아지면 이득이 감소되어 전력 증폭기의 출력이 감소되고, 온도가 낮아지면 이득이 증가되어 전력 증폭기의 출력 전력이 증가된다.

이와 같이 온도에 따라 민감하게 작용하는 전력 증폭기의 출력을 항상 일정하게 유지하기 위해서는, 별도의 온도 보상 회로가 요구되어지며, 종래에는 별도의 온도 보상 회로를 부가하여 전력 증폭기의 출력 안정화를 도모하였다.

그러나 상기와 같이 별도의 온도 보상 회로를 전력 증폭단에 부가하게 되면, 전력 증폭단의 회로 구성이 복잡해짐은 물론 전력 증폭단 제작 비용이 많이 소요되는 단점을 발생한다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 이동통신 단말기의 전력 증폭단 설계시 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명의 목적은, 전력 증폭단(Pre-Amp, Drive-Amp, Power Module) 설계시 전력 증폭기의 전단에 온도 보상용 π형 감쇄기를 부가하여 전력 증폭기의 온도 변화에 따른 출력 변동폭을 감소시키도록 한 이동통신 단말기의 전력 증폭장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

전치 증폭기, 전력 증폭기, 아이솔레이터, 듀플렉서 순으로 이루어져 송신 신호를 전력 증폭하는 이동통신 단말기의 전력 증폭 장치에 있어서,

상기 전력 증폭기의 전단에 개재되고, 상기 전력 증폭기의 온도에 따라 감쇄값을 가변시켜 전력 증폭기의 온도에 따른 출력 변동을 보상해주는 온도 보상 및 감쇄부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기에서, 온도 보상 및 감쇄부는 일반적인 π형 감쇄기와, 상기 π형 감쇄기의 고주파 입,출력 경로 저항에 병렬로 개재되어 온도에 따라 감쇄값을 가변시키는 NTC 서미스터로 구성된 것을 특징으로 한다.

도1은 일반적인 이동통신 단말기의 전력 증폭장치 블록도,

도2는 종래 감쇄기의 상세 회로도,

도3은 Raytheon사 파워 모듈(RMPA0911-53)의 온도에 대한 이득 및 입력 전력의 특성 그래프,

도4는 Rockwell사 파워 모듈(RI 21003)의 온도에 대한 이득 및 입력 전력의 특성 그래프,

도5는 본 발명에 의한 이동통신 단말기의 전력 증폭장치 블록도,

도6은 도5의 온도 보상 및 감쇄부 상세 회로도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

30 : 전력 증폭기

70 : 온도 보상 및 감쇄부

R1,R2 : 저항

RT : NTC 서미스터

이하, 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도면 도5는 본 발명에 의한 이동통신 단말기의 전력 증폭장치 블록도이다.

이에 도시된 바와 같이, 송신할 고주파(RF)를 전치 증폭하는 전치 증폭기(10)와, 상기 전치 증폭기(10)에서 증폭된 고주파를 전력 증폭하는 전력 증폭기(30)와, 아이솔레이터(40)와, 송,수신 신호를 절체해주는 역할을 수행하는 듀플렉서(50)와, 안테나(60)는 기존의 이동통신 단말기의 전력 증폭장치와 동일하다.

본 발명은, 상기와 같은 기존의 이동통신 단말기의 전력 증폭장치에, 상기 전력 증폭기(30)의 온도에 따라 감쇄값을 가변시켜 전력 증폭기(30)의 온도에 따른 출력 변동을 보상해주는 온도 보상 및 감쇄부(70)를 상기 전력 증폭기(30)의 전단에 구비하여 구성된다.

상기에서, 온도 보상 및 감쇄부(70)는 입력 고주파를 감쇄시키는 저항(R1,R2)으로 이루어지는 π형 감쇄기와, 상기 π형 감쇄기의 고주파 입,출력 경로 저항(R2)에 병렬로 개재되어 온도에 따라 감쇄값을 가변시키는 NTC(Nagative Temperature Compensation) 서미스터(RT)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 이동통신 단말기의 전력 증폭장치는, 입력되는 고주파(RF)를 전치 증폭기(10)에서 소정 레벨로 전치 증폭한다.

이렇게 전치 증폭된 고주파는 온도 보상 및 감쇄부(70)에서 후단의 전력 증폭기(30)의 온도에 따라 가변되는 감쇄값 만큼 감쇄된 후 상기 전력 증폭기(30)에 전달된다.

즉, 도6과 같이 온도 보상 및 감쇄부(70)를 구현하는 경우, 감쇄값은 하기 [수학식2]와 같다.

상기에서 RT는 NTC 서미스터의 저항 값이다.

상기 [수학식2]를 살펴보면, 감쇄값이 RT에 따라 달라짐을 알 수 있다.

즉, 전력 증폭기(30)의 입력 전력은, 온도가 높아지면 RT의 저항값이 감소되어 감쇄기의 감쇄값이 작아지며, 그로 인해 전력 증폭기(30)로 입력되는 전력은 상대적으로 커지게 된다.

이와는 달리 온도가 낮아지면 RT의 저항값이 증가되어 감쇄기의 감쇄값이 커지며, 그로 인해 전력 증폭기(30)로 입력되는 전력은 상대적으로 작아지게 된다.

따라서 전력 증폭기(30)는 온도에 따라 서로 다른 전력을 입력받게 되므로 그때의 온도에 따른 이득을 가지고 동작하여, 항상 일정한 전력 증폭을 수행하게 된다.

상기에서 R2없이 RT만 이용한다면 온도에 따른 감쇄 가변폭이 너무 클 수 있으므로, 상기 R2와 RT를 병렬로 사용하여 감쇄 가변폭을 줄여 사용하는 것이 바람직하다.

이하 아이솔레이터(40), 듀플렉서(50), 안테나(60)의 동작은 도1의 일반적인 이동통신 단말기의 전력 증폭장치 동작과 동일하므로 생략한다.

상기와 같은 본 발명에 의한 온도 보상 및 감쇄부(70)의 작용을 좀 더 구체적으로 설명하기 위해서 Raython사의 파워 모듈(RPMA0911-53)에 적용하여 이론적인 출력 전력을 계산해 보았다.

여기서 가정은 일반적인 π형 감쇄기가 있는 전력 증폭기와 동일하다.

[표2] 온도 보상용 π형 감쇄기 적용시 전력 증폭기의 출력 특성

하기 [표3]은 일반적인 이동통신 단말기에 적용된 π형 감쇄기를 이용한 경우와 본 발명에 의한 온도 보상용 감쇄부를 사용한 경우의 전력 증폭기의 출력 전력, 출력 편차, 변동폭을 보인 표이다.

[표3]

[표3]을 보면 알 수 있듯이 전력 증폭기 입력단에 본 발명에 의한 온도 보상용 π형 감쇄기를 사용하면 일반적인 π형 감쇄기를 사용할 때 보다 전력 증폭기의 온도에 따른 출력 변동폭이 훨씬 줄어 들어 단말기 출력 전력이 일정하게 되므로 시스템과 전력 제어시 매우 안정적이다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 이동통신 단말기의 전력 증폭기 전단에 온도 보상용 π형 감쇄기를 부가 함으로써, 온도 변화에 관계없이 항상 일정한 전력 증폭기의 출력을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 종래와 같이 온도 보상을 위해 별도의 온도 보상 회로를 부가할 필요없이 기존의 일반적인 π형 감쇄기에 온도 보상용 서미스터만을 부가하여 온도 보상이 가능토록 함으로써 회로 구성의 복잡화를 해소하고, 전력 증폭단 제작 비용도 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

전치 증폭기, 전력 증폭기, 아이솔레이터, 듀플렉서 순으로 이루어져 송신 신호를 전력 증폭하는 이동통신 단말기의 전력 증폭 장치에 있어서,

상기 전력 증폭기의 전단에 개재되고, 상기 전력 증폭기의 온도에 따라 감쇄값을 가변시켜 전력 증폭기의 온도에 따른 출력 변동을 보상해주는 온도 보상 및 감쇄부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 전력 증폭장치.
제1항에 있어서, 상기 온도 보상 및 감쇄부는, 입력 고주파를 감쇄시키는 저항(R1,R2)로 이루어진 π형 감쇄기와, 상기 π형 감쇄기의 고주파 입,출력 경로 저항(R2)에 병렬로 개재되어 온도에 따라 감쇄값을 가변시키는 NTC 서미스터(RT)로 구성된 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 전력 증폭장치.