KR20010027655A

KR20010027655A - 지연보상을 위한 증폭기를 가지는 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기

Info

Publication number: KR20010027655A
Application number: KR1019990039514A
Authority: KR
Inventors: 안창엽; 김종헌
Original assignee: 안창엽; 창원전자 주식회사; 김종헌
Priority date: 1999-09-15
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2001-04-06
Also published as: KR100309720B1

Abstract

본 발명에 의한 선형 전력증폭기는, 신호루프의 보조경로의 지연선로를 지연증폭기로 대체하여 회로의 구성을 효율화한다. 본 발명에 의한 또 다른 선형 전력증폭기는, 신호루프의 주경로에 위치하던 주 전력증폭기를 에러루프의 주경로로 이동시키고, 신호루프의 주경로에는 구동 증폭기를 위치시키고 신호루프의 보조경로에 혼변조 증폭기를 배치하여 구동 증폭기에 의하여 발생되는 동작 지연시간을 보상하며, 또한 주 전력증폭기가 에러루프에 위치하기 때문에 방향성 결합기 대신 하이브리드 결합기를 사용하여 주경로의 신호를 추출함으로써, 신호루프의 가변감쇄기의 감쇄정도를 최소화한다. 본 발명에 의한 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기는, 일반적인 피드포워드 선형 전력증폭기에서 발생된 부피와 미세 조정 문제의 주원인이었던 지연선로를 이에 상응하는 지연 증폭기 또는 혼변조 증폭기로 대체함으로써 제거하여, 회로를 소형화하고 미세 조정을 효율적으로 제어 가능하게 하여 혼변조 왜곡성분의 억압 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

지연보상을 위한 증폭기를 가지는 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기{FEED-FORWARD LINEAR POWER AMPLIFIER WITH AMPLIFIER FOR COMPENSATING DELAY}

본 발명은 무선 통신 시스템을 위한 선형화된 전력증폭기(Linear Power Amplifier)에 관한 것으로서, 특히 피드포워드(Feed-forward) 방식을 사용하는 선형화 전력증폭기(Linear Power Amplifier)의 지연선로(Delay Line)를 그에 상응하는 지연 증폭기(Delay Amplifier) 및 혼변조 증폭기(Inter-modulation Amplifier)로 대체한, 지연보상을 위한 증폭기를 가지는 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기에 관한 것이다.

일반적으로 위성 통신이나 이동통신 등과 같은 장거리 통신시에는 신호를 단 한번에 전송할 수 없기 때문에, 일정 거리마다 중계국 또는 기지국을 두어 신호를 다시 증폭 송출한다. 이를 위하여 중계국 또는 기지국에서 사용되는 전력증폭기는 최대 출력을 얻기 위해 비선형 특성(Non-linear)을 갖는 포화 영역(Saturation region)에서 동작하게 된다.

상기와 같은 경우, 다중 반송파(Multi-carrier)가 전력증폭기로 입력될 때 이들 다중 반송파가 상호 혼변조 왜곡성분(Inter-modulation Distortion: IMD)을 발생시키게 되므로, 증폭기의 성능은 크게 저하된다. 상호 혼변조 왜곡성분은 두 개 이상의 반송파가 인가될 때 비선형 소자를 통과하면서 두 반송파의 상호 작용으로 인하여 발생된다.

이러한 상호 혼변조 왜곡성분들을 기존의 필터를 이용해서 제거하는 것은 매우 힘들며, 통화 품질에도 커다란 영향을 미치는 일종의 잡음으로 작용한다. 따라서 이러한 전력증폭기의 비선형 특성을 줄이기 위해 대표적인 방법으로 피드포워드(Feed-forward)를 이용한 선형화(Linearization) 방법이 사용된다.

피드포워드는 입력의 일부를 출력단으로 공급함으로써 출력결과를 수정하여 시스템의 특징을 개선하는 방식이며, 선형화란 비선형(Non-Linear) 특성을 갖는 소자나 신호를 선형 특성을 가지도록 변환하는 것이다.

선형 증폭기는 증폭기의 일종으로 부하에 전력을 공급하는 것을 목적으로 하며, 주파수에 따라서 저주파 전력증폭기와 고주파 전력증폭기로 나뉜다. 전력증폭기는 일그러짐이 적고, 효율적으로 전력을 부하에 공급할 수 있도록 하는 것이 중요하다.

일반적인 피드포워드 선형화기는 전력증폭기의 출력에서 얻어진 반송파와 혼변조 왜곡된 신호로부터 혼변조 왜곡성분만을 추출하고, 추출된 혼변조 왜곡성분을 다시 증폭기의 출력에 역위상으로 결합하여 혼변조 왜곡신호를 상쇄시킴으로써, 반송파의 전력과 혼변조 왜곡신호의 전력의 비인 반송파 대 혼변조 비(Carrier to Inter-modulation Ratio; C/I, dB)를 개선시키는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 일반적인 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기의 회로 구성도를 나타낸 것으로서, 알려진 바와 같이, 상기 도 1 의 회로에 의하여 도 2 와 같은 회로의 각 부분에서의 신호 파형을 얻는다.

상기 도 1 및 도 2 를 참조하여 종래의 일반적인 피드포워드 선형 전력증폭기의 동작 원리를 각 경로별로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1 의 RFin과 A간의 경로와, RFin과 A'간의 경로에 대하여 설명하면 다음과 같다.

2개의 반송파( f1,f2)가 도 1 의 선형 전력증폭기의 입력(RFin)으로 인가되면, 윌킨슨 전력 분배기(Wilkinson Power Splitter)(105)에 의해 상기 입력된 반송파가 주경로의 지점 A와 보조경로의 지점 A'로 같은 크기로 나누어진다. 이때 각 지점 A와 A'에서의 신호 파형은 도 2 의 (가)에 나타낸 바와 같이, 반송파 f1과 f2이다.

주경로의 지점 A로 인가된 반송파는 주 전력증폭기(110)를 통과하여 지점 B를 통과하면서 주 전력증폭기(110)의 비선형 특성으로 인하여 도 2 의 (나)와 같이 반송파(f1, f2)의 증폭과 함께 혼변조 왜곡성분들(3f1-2f2, 2f1-f2, 2f2-f1, 3f2-2f1)이 함께 발생하게 된다.

지점 B의 주 전력증폭기(110) 출력신호는 방향성 결합기(120)를 통해 일부는 손실없이 지점 D로 인가되어 주경로의 지연선로(115)로 전달되고, 일부는 90°의 위상차를 갖고 가변감쇄기(125)에 의하여 일정량 감쇄되어서 보조경로의 윌킨슨 전력 결합기(Wilkinson Power Combiner)(145)에 입력된다. 이때 윌킨슨 전력 결합기(145)로 입력되는 지점 C의 신호 파형은 도 2 의 (다)와 같다.

주경로에서 방향성 결합기(120)로부터 출력된 지점 D의 신호는 지연선로(115)를 사용하여 보조경로의 에러 증폭기(150)에 의해서 발생하는 지연 시간을 보상받은 후, 방향성 결합기(165)로 입력된다. 이때 방향성 결합기(165)로 입력되는 지점 E의 신호 파형은 도 2 의 (나)와 같이 변함이 없다.

이와 동시에 보조경로의 지점 A'에서는, 주경로 A-B에서 전력증폭기를 통과하는데 발생된 지연시간을 지연선로(130)를 사용하여 보상한 후, 지점 B'로 인가한다. 지연선로(130)는 어떤 소자를 통과하는 데 걸리는 지연 시간을 보상하기 위해 사용되는 선로로서, 주로 동축 케이블(Coaxial cable)이나 마이크로 스트립 선로(Micro-strip line)를 사용하여 구성된다.

지연선로(130)를 통과한 지점 B'의 신호는 가변감쇄기(135)와 위상변환기(140)에 의하여, 주경로에서 윌킨슨 전력 결합기(145)로 입력되는 반송파 성분과 크기는 같고 위상은 180°차이가 나도록 조정된다. 따라서 가변감쇄기(135)와 위상변환기(140)를 통해 보조경로로부터 윌킨슨 전력 결합기(145)로 입력되는 지점 C'의 신호는 도 2 의 (라)와 같다.

주경로의 지점 C와 보조경로의 지점 C'으로부터 윌킨슨 전력 결합기(145)로 입력된 신호들이 결합하면, 도 2 의 (마)와 같이 반송파 신호는 제거되고 지점 D'에서는 혼변조 왜곡신호들(3f1-2f2, 2f1-f2, 2f2-f1, 3f2-2f1)만이 남게된다.

보조경로의 윌킨슨 전력 결합기(145)로부터 출력된 혼변조 왜곡성분만을 가진 신호는 주경로의 혼변조 왜곡신호에 비해서 상대적으로 작기 때문에, 에러 증폭기(150)를 사용하여 도 2 의 (바)와 같이 증폭시켜 지점 E'로 출력한다.

보조경로의 지점 E'에서 에러 증폭기(150)를 통과한 신호는 가변감쇄기(155)와 위상변환기(160)를 이용하여 주경로에서 방향성 결합기(165)로 입력되는 신호와 크기는 같고 위상은 180°차이가 나도록 조정된다. 따라서 보조경로로부터 방향성 결합기(165)로 입력되는 지점 F의 신호는 도 2 의 (사)와 같다.

따라서, 주경로의 지점 E와 보조경로의 지점 F로부터 방향성 결합기(165)에 입력된 신호들이 결합하면 도 2 의 (아)와 같이 혼변조 왜곡신호는 제거되고 입력된 반송파만 증폭된다.

상기와 같이 동작하는 종래의 일반적인 피드포워드 선형화기는 혼변조 왜곡성분(IMD)의 개선효과는 우수하지만 회로의 부피가 크다는 단점이 있다. 즉, 일반적으로 피드포워드 선형화기는 신호 루프(Signal Loop)에서 주 전력증폭기의 동작 시간을 보상하기 위하여, 보조경로에 지연선로를 사용하게 된다.

지연선로로는 동축케이블이나 마이크로 스트립 선로를 사용하는데, 이러한 지연선로의 부품들은 회로의 부피를 크게 하고 미세 조정에 어려움을 주는 주된 요인이 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은. 피드포워드 방식의 선형화기에서 지연선로의 사용을 줄여 회로의 부피를 줄이고 효율적인 미세 조정을 가능하도록 하여, 광대역 특성을 가지는 무선통신 시스템에 적합한 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광대역 특성의 무선통신 시스템에서 고출력 전력증폭기의 출력 특성을 선형화하는, 소형화된 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기를 제공하는 것이다.

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

도 1 은 일반적인 피드포워드 방식을 이용한 선형 전력증폭기의 구성도.

도 2 는 일반적인 피드포워드 선형 전력증폭기의 각 부분에서의 신호 파형도.

도 3 은 본 발명에 의한 피드포워드 방식을 이용한 선형 전력증폭기의 일 실시예를 나타낸 구성도.

도 4 는 도 3 의 각 부분에서의 신호 파형도.

도 5 는 본 발명에 의한 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기의 다른 실시예를 나타낸 구성도.

도 6 은 도 5 의 각 부분에서의 신호 파형도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

105,205,305 : 윌킨슨 전력분배기

110,210,320 : 주 전력증폭기

115,130,215 : 지연선로

120,165,220,265,365 : 방향성 결합기

125,135,155,225,230,255,310,335,355 : 가변감쇄기

140,160,240,260,340,360 : 가변 위상변환기

145,245,345 : 윌킨슨 전력결합기

150,250,350 : 에러 증폭기

235 : 지연 증폭기

315 : 구동 증폭기

325 : 하이브리드 결합기

330 : 혼변조 증폭기

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여 창안된 본 발명에 따른 지연보상을 위한 증폭기를 가지는 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기의 바람직한 제 1 실시예는, 입력 고주파 신호를 주경로와 보조경로로 분배하는 전력 분배기, 상기 주경로로 분배된 신호를 증폭하여 혼변조 왜곡된 신호를 출력하는 주 전력증폭기, 상기 주 전력증폭기와 연결된 제 1 방향성 결합기, 상기 제 1 방향성 결합기를 통해 상기 주 전력증폭기로부터 출력된 신호를 지연시키는 지연선로, 상기 보조경로로 분배된 신호를 감쇄시키는 제 1 가변감쇄기, 상기 주 전력증폭기에 의해 발생된 동작 지연시간을 보상하기 위해 상기 감쇄된 신호를 증폭하는 지연 증폭기, 상기 지연 증폭기의 출력신호를 위상변환하는 제 1 가변 위상변환기, 상기 제 1 방향성 결합기로부터 출력된 신호를 감쇄시키는 제 2 가변감쇄기, 상기 제 1 가변 위상변환기의 출력신호와 상기 제 2 가변감쇄기의 출력신호를 결합하는 전력 결합기, 상기 전력 결합기의 출력신호를 증폭하는 에러 증폭기, 상기 에러 증폭기의 출력신호를 감쇄시키는 제 3 가변감쇄기, 상기 제 3 가변감쇄기의 출력신호를 위상변환하는 제 2 가변 위상변환기 및 상기 지연선로의 출력신호와 상기 제 2 가변 위상변환기의 출력신호를 결합하는 제 2 방향성 결합기를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 지연보상을 위한 증폭기를 가지는 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기의 바람직한 제 2 실시예는, 입력 고주파 신호를 주경로와 보조경로로 분배하는 전력 분배기, 상기 주경로로 분배된 신호를 감쇄시키는 제 1 가변감쇄기, 상기 제 1 가변감쇄기에 의하여 감쇄된 신호를 증폭하는 구동 증폭기, 상기 구동 증폭기와 연결된 하이브리드 결합기, 상기 하이브리드 결합기를 통해 상기 구동 증폭기로부터 출력된 신호를 증폭시켜 혼변조 왜곡된 신호를 출력하는 주 전력증폭기, 상기 구동 증폭기에 의해 발생된 동작 지연시간을 보상하기 위해 상기 보조경로로 분배된 신호를 증폭하는 혼변조 증폭기, 상기 혼변조 증폭기에 의하여 증폭된 신호를 감쇄시키는 제 2 가변감쇄기, 상기 제 2 가변감쇄기에 의하여 감쇄된 신호를 증폭하는 제 1 가변 위상변환기, 상기 제 1 가변 위상변환기의 출력신호와 상기 하이브리드 결합기를 통해 상기 구동 증폭기로부터 출력된 신호를 결합하는 전력 결합기, 상기 주 전력증폭기에 의해 발생된 동작 지연시간을 보상하기 위해 상기 전력 결합기의 출력신호를 증폭하는 에러 증폭기, 상기 에러 증폭기의 출력신호를 감쇄시키는 제 3 가변감쇄기, 상기 제 3 가변감쇄기의 출력신호를 위상변환하는 제 2 가변 위상변환기 및 상기 주 전력증폭기의 출력신호와 상기 제 2 가변 위상변환기의 출력신호를 결합하는 방향성 결합기를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 선형 전력증폭기의 제 1 실시예는 지연선로를 대신하여 같은 지연 시간을 갖는 지연 증폭기를 사용함으로써, 지연 시간을 보상한다. 지연 증폭기는 전력증폭기를 통과하는 데 걸리는 지연 시간을 보상하기 위해서 사용하는 증폭기이다.

즉, 지연 증폭기의 앞에 위치한 가변감쇄기를 조절하여 지연 증폭기를 선형 영역에서 동작시킴으로써 지연 증폭기에서 혼변조 왜곡성분 발생을 억제하여, 종래의 회로에서 발생되었던 지연선로에서의 왜곡을 제거한다. 따라서 본 발명에 따른 선형 전력증폭기는 회로에서 큰 부피를 차지하고 미세 조정이 어려운 지연선로를 제거하여, 혼변조 왜곡신호(IMD)의 억압능력을 향상시킨다.

본 발명에 따른 선형 전력증폭기의 제 2 실시예에서는 주 전력증폭기를 신호루프(Signal Loop)에서 에러루프(Error Loop)의 주경로로 옮기고, 주경로에는 구동 증폭기(Driver Amplifier)를 구비하고 보조경로에는 혼변조 증폭기(Inter-Modulation Amplifier: IM AMP)를 구비한다. 마찬가지로 구동 증폭기의 전단에는 구동 증폭기의 혼변조 왜곡신호 발생을 억제하기 위한 가변감쇄기를 구비한다.

따라서 본 발명의 제 2 실시예는, 신호루프(Signal Loop)의 주경로에서는 순수 반송파 성분만을 출력하고 보조경로에서는 순수 혼변조 왜곡성분만을 출력하도록 하여, 신호루프의 지연선로를 제거하였다.

또한 에러루프에서는 주 전력증폭기와 에러증폭기를 사용하여 지연선로를 제거함으로써, 신호루프와 에러루프의 지연선로를 모두 제거하여 회로의 부피를 대폭 감소시키고 미세 조정도 효과적으로 제어할 수 있도록 하여 혼변조 왜곡성분의 억압이 보다 향상되도록 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다. 도 3 은 본 발명에 의한 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기의 일 실시예를 나타낸 회로 구성도로서, 상기 도 3 의 회로에 의하여 도 4 와 같은 각 부분에서의 신호 파형을 얻는다.

도시된 바와 같이 구성되는 피드포워드 선형 전력증폭기의 제 1 실시예는 신호루프(Signal Loop)의 지연선로대신에 전력증폭기와 같은 동작 시간을 갖는 지연 증폭기를 사용하여 회로의 부피를 줄이고 위상과 크기 조절도 용이하게 하였다.

도 3 의 피드포워드 선형 전력증폭기의 동작 원리에 대하여 설명하면 다음과 같다. 2개의 반송파(f1, f2)가 도 3 의 선형 전력증폭기의 입력(RFin)으로 인가되면, 윌킨슨 전력 분배기(205)에 의해, 상기 입력된 반송파가 주경로의 지점 A와 보조경로의 지점 A'로 같은 크기로 나누어진다. 이때 각 지점 A 와 A'에서의 신호 파형은 도 4 의 (가)에 나타낸 바와 같이, 반송파 f1과 f2이다.

주경로의 지점 A로 인가된 반송파들(f1,f2)은 주 전력증폭기(210)를 통해 지점 B를 통과하면서 주 전력증폭기(210)의 비선형 특성으로 인하여 도 4 의 (나)와 같이 반송파(f1, f2)의 증폭과 함께 혼변조 왜곡성분들(3f1-2f2, 2f1-f2, 2f2-f1, 3f2-2f1)이 함께 발생하게 된다.

지점 B의 주 전력증폭기(210) 출력신호는 방향성 결합기(220)를 통해 일부는 손실이 없이 에러 루프의 지점 D로 전달되고, 일부는 90°의 위상차를 갖고 가변감쇄기(225)에 의하여 일정량 감쇄되어 보조경로의 윌킨슨 전력 결합기(245)에 입력된다. 이때 윌킨슨 전력 결합기(245)로 입력되는 지점 C의 신호 파형은 도 4 의 (다)와 같다.

이와 동시에 보조경로의 지점 A'에서는 지연 증폭기(235)를 사용하여, 반송파들이 주 전력증폭기(210)를 통과하면서 주경로 A-B에서 발생된 지연시간을 보상한다. 이때, 지연 증폭기(235) 앞의 가변감쇄기(230)에 의하여 지연 증폭기(235)가 선형 영역에서 동작하도록 하여, 지연 증폭기(235)의 출력인 지점 B'의 신호에는 도 4 의 (라)와 같이 혼변조 왜곡성분이 발생하지 않고 증폭된 반송파 성분만(f1, f2)이 남도록 한다.

지연 증폭기(235)를 통과한 지점 B'의 신호는 위상변환기(240)에 의하여, 주경로에서 윌킨슨 전력 결합기(245)로 입력되는 반송파 성분과 크기는 같고 위상이 180°차이가 나도록 조정된다. 따라서 위상변환기(240)를 통해 보조경로로부터 윌킨슨 전력 결합기(245)로 입력되는 지점 C'의 신호는 도 4 의 (마)와 같다.

주경로의 지점 C와 보조경로의 지점 C'로부터 윌킨슨 전력 결합기(245)에 입력된 신호들이 결합하면, 도 4 의 (바)와 같이 반송파 신호는 제거되고 지점 D'에는 혼변조 왜곡신호들(3f1_2f2, 2f1-f2, 2f2-f1, 3f2-2f1)만이 남게된다.

보조경로의 윌킨슨 전력 결합기(245)로부터 출력된 혼변조 왜곡성분만을 가진 지점 D'의 신호는 주경로의 혼변조 왜곡신호에 비해 상대적으로 작기 때문에 에러 증폭기(250)를 사용하여 도 4 의 (사)와 같이 증폭시켜 지점 E'로 출력한다.

이때 주경로의 방향성 결합기(220)에서 출력된 지점 D의 신호는 지연선로(215)를 사용하여 보조경로의 에러 증폭기(250)에 의해서 발생하는 지연 시간을 보상받은 후, 방향성 결합기(265)로 입력된다. 이때 방향성 결합기(265)로 입력되는 지점 E의 신호 파형은 도 4 의 (나)와 같이 변함이 없다.

보조경로에서 에러 증폭기(250)를 통과한 지점 E'의 신호는 가변감쇄기(255)와 위상변환기(260)를 이용하여 주경로에서 방향성 결합기로 인가되는 지점 E의 신호와 크기는 같고 위상은 180°차이가 나도록 조정된다. 따라서 보조경로로부터 방향성 결합기(265)로 입력되는 지점 F의 신호는 도 4 의 (아)와 같다.

따라서, 주경로의 지점 E와 보조경로의 지점 F로부터 방향성 결합기(265)로 각각 입력된 신호들이 결합하면 도 4 의 (자)와 같이 혼변조 왜곡신호 성분은 제거되고 입력된 반송파만 증폭된다.

본 발명에 따른 제 1 실시예는 상기와 같은 지연 증폭기(235)의 동작을 통해 신호루프의 지연선로를 제거한다.

또한, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다. 도 5 는 본 발명에 의한 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기의 제 2 실시예를 나타낸 회로 구성도로서, 상기 도 5 의 회로에 의하여 도 6 과 같은 각 부분에서의 신호 파형을 얻는다.

도시된 바와 같이 구성되는 제 2 실시예의 선형 전력증폭기에서는 주경로의 구동 증폭기와 보조경로의 혼변조 증폭기를 사용하여 신호루프의 지연선로를 제거하고, 에러루프에서는 전력증폭기를 사용하여 지연선로를 제거하므로 회로의 부피를 줄이고 조정을 용이하게 한다.

도 5 의 피드포워드 선형 전력증폭기의 동작 원리에 대하여 설명하면 다음과 같다. 2개의 반송파(f1,f2)가 도 5 의 선형 전력증폭기의 입력(RFin)으로 인가되면, 윌킨슨 전력 분배기(305)에 의해 상기 인가된 반송파가 주경로의 지점 A와 보조경로의 지점 A'로 같은 크기로 나누어진다. 이때 각 지점 A와 A'에서의 신호 파형은 도 6 의 (가)에 나타낸 바와 같이, 반송파 f1과 f2이다.

주경로의 지점 A로 인가된 반송파는 구동 증폭기(Driver Amplifier)(315)가 선형 영역에서 동작하도록 하는 가변감쇄기(310)에 의하여, 구동 증폭기(315)를 통과하더라도 혼변조 왜곡성분이 발생하지 않는다. 따라서 지점 B의 신호에는 도 6 의 (나)와 같이 반송파 성분만 증폭된다.

지점 B의 구동 증폭기(315) 출력 신호는 90°하이브리드 결합기(hybrid coupler)(325)를 통해 일부는 3 dB 감쇄를 가지고 고출력 주 전력증폭기(320)의 입력인 지점 D로 전달되고, 일부는 3 dB 감쇄와 90°의 위상차를 갖고 윌킨슨 전력 결합기(345)로 입력된다. 이때, 윌킨슨 전력 결합기(345)에 입력되는 지점 C의 신호 파형은 도 6 의 (다)와 같다.

본 발명의 제 2 실시예의 경우, 주 전력증폭기(320)가 후단인 에러루프에 위치하기 때문에, 방향성 결합기(220) 대신 하이브리드 결합기(325)를 사용하여, 신호루프의 가변감쇄기(335)의 감쇄정도를 최소화한다.

주경로에서 90°하이브리드 결합기(325)를 통과한 지점 D의 신호는 주 전력증폭기(320)를 통과하면서 도 6 의 (라)와 같이, 증폭된 반송파와 함께 발생한 혼변조 왜곡성분들을 가지고 방향성 결합기(365)에 입력된다.

이와 동시에 보조경로의 지점 A'에서는, 혼변조 증폭기(Inter-Modulation Amplifier: IM AMP)(330)를 사용하여 반송파가 주경로 A-B에서 구동 증폭기(315)를 통과하면서 발생된 지연시간을 보상한 후, 지점 B'로 인가한다. 혼변조 증폭기(330)를 통과한 지점 B'의 신호는 도 6 의 (마)와 같이 증폭된 반송파 성분과 혼변조 왜곡성분을 갖는다.

이때 보조경로는 주경로의 왜곡된 신호를 선형화하기 위하여 순수한 혼변조 왜곡성분을 발생시키고자 하는 것을 목적으로 하기 때문에, 혼변조 증폭기(330)는 가변 감쇄기(335)의 앞단에 위치한다.

보조경로에서 혼변조 증폭기(330)를 통과한 지점 B'의 신호는 가변감쇄기(335)와 위상변환기(340)에 의하여, 주경로에서 윌킨슨 전력 결합기(345)로 입력되는 반송파 성분과 크기는 갖고 위상이 180°차이가 나도록 조정된다. 따라서 가변감쇄기(335)와 가변 위상변환기(340)를 통해 보조경로로부터 윌킨슨 전력 결합기(345)로 입력되는 지점 C'의 신호는 도 6 의 (바)와 같다.

주경로의 지점 C와 보조경로의 지점 C'으로부터 윌킨슨 전력 결합기(345)로 각각 입력된 신호들이 결합하면, 지점 D'에서는 도 6 의 (사)와 같이 반송파 신호는 제거되고 혼변조 왜곡신호들(3f1-2f2, 2f1-f2, 2f2-f1, 3f2-f1)만이 남게된다.

윌킨슨 전력 결합기(345)에서 출력되어 혼변조 왜곡성분만을 가지는 상기 지점 D'의 신호는 주경로의 주 전력증폭기(320)에 의하여 발생된 혼변조 왜곡신호에 비해 상대적으로 작기 때문에 에러 증폭기(150)를 사용하여 도 6 의 (아)와 같이 증폭시킨다. 이때 보조경로에서는 주경로 D-E에서 발생된 주 전력증폭기(320)의 동작 시간을 에러 증폭기(350)로 보상한다.

보조경로에서 에러 증폭기(350)를 통과한 지점 E'의 신호는 가변감쇄기(355)와 위상변환기(360)를 이용하여 주경로에서 방향성 결합기(365)로 인가되는 지점 E의 혼변조 왜곡신호 성분과 크기는 같고 위상은 180°차이가 나도록 조정된 후, 지점 F로 인가된다.

따라서, 주경로의 지점 E와 보조경로의 지점 F로부터 방향성 결합기(365)에 입력된 신호들이 결합하면 도 6 의 (자)와 같이 혼변조 왜곡성분은 제거되고 입력된 반송파만이 증폭된다.

본 발명에 따른 제 2 실시예는 상기와 같은 구동 증폭기와 혼변조 증폭기의 동작을 통해 신호루프와 에러루프의 지연선로를 모두 제거한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 제 1 및 제 2 선형 전력증폭기는 통신 시스템에 적용되어, 아날로그 또는 디지털 신호를 선형화 및 증폭한다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상기 발명의 상세한 설명에서 언급된 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상기와 같이 동작하는 본 발명은 무선 통신 시스템에 쓰이는 피드포워드 방식의 고출력 선형 전력증폭기에서, 선형화기의 지연선로를 제거하여 회로를 소형화하고 미세 조정도 효과적으로 제어할 수 있도록 하였다.

본 발명의 선형 전력증폭기는 전체 무선 통신 시스템에서 송신 시스템의 용량에 큰 영향을 주는 혼변조 왜곡성분으로 인한 인접 채널 간섭의 영향을 줄임으로써 시스템의 용량을 증대시킬 수 있고, 통화 품질도 개선할 수 있다.

상기와 같이 동작하는 고출력 선형 전력증폭기를 더 나아가서 위성 중계기용으로 사용하면 출력 증대 효과는 물론 부수적으로 지구국 안테나 크기를 소형화하며, 위성 중계기 및 지구국 증폭기를 저출력용으로 대체할 경우 증폭기 및 전압 공급 장치의 소형, 경량화는 물론 낮은 직류 전력 소모, 신뢰도의 증대, 저가격화 등의 많은 이점을 얻을 수 있다.

Claims

입력 고주파 신호를 주경로와 보조경로로 분배하는 전력 분배기;

상기 주경로로 분배된 신호를 증폭하여 혼변조 왜곡된 신호를 출력하는 주 전력증폭기;

상기 주 전력증폭기와 연결된 제 1 방향성 결합기;

상기 제 1 방향성 결합기를 통해 상기 주 전력증폭기로부터 출력된 신호를 지연시키는 지연선로;

상기 보조경로로 분배된 신호를 감쇄시키는 제 1 가변감쇄기;

상기 주 전력증폭기에 의해 발생된 동작 지연시간을 보상하기 위해 상기 감쇄된 신호를 증폭하는 지연 증폭기;

상기 지연 증폭기의 출력신호를 위상변환하는 제 1 가변 위상변환기;

상기 제 1 방향성 결합기로부터 출력된 신호를 감쇄시키는 제 2 가변감쇄기;

상기 제 1 가변 위상변환기의 출력신호와 상기 제 2 가변감쇄기의 출력신호를 결합하는 전력 결합기;

상기 전력 결합기의 출력신호를 증폭하는 에러 증폭기;

상기 에러 증폭기의 출력신호를 감쇄시키는 제 3 가변감쇄기;

상기 제 3 가변감쇄기의 출력신호를 위상변환하는 제 2 가변 위상변환기; 및

상기 지연선로의 출력신호와 상기 제 2 가변 위상변환기의 출력신호를 결합하는 제 2 방향성 결합기를 포함하는, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
제 1 항에 있어서, 선형 전력 증폭기 회로의 부피를 줄이고 위상과 크기 조절을 용이하게 하기 위해, 상기 지연 증폭기의 동작 시간이 상기 주 전력증폭기의 동작시간과 같은, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 가변감쇄기는, 상기 지연 증폭기가 선형 영역에서 동작하여 혼변조 왜곡성분을 발생시키지 않도록, 상기 보조경로의 신호를 감쇄시키는, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
제 3 항에 있어서, 상기 전력 분배기는 윌킨슨(Wilkinson) 전력 분배기인, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
제 4 항에 있어서, 상기 전력 결합기는 윌킨슨 전력 결합기인, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
제 5 항에 있어서, 상기 지연 증폭기를 통과한 신호와 상기 위상 변환기에 의해 주경로에서 전력 결합기로 입력되는 반송파 성분과의 위상차는 180。인, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
제 6 항에 있어서, 상기 전력 결합기의 입력신호는 상기 주 전력증폭기의 출력신호와 90。의 위상차를 갖는, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
제 7 항에 있어서, 상기 방향성 결합기의 입력신호는 상기 에러 증폭기의 출력신호와 크기는 같고 위상은 180。차이가 나는, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
입력 고주파 신호를 주경로와 보조경로로 분배하는 전력 분배기;

상기 주경로로 분배된 신호를 감쇄시키는 제 1 가변감쇄기;

상기 제 1 가변감쇄기에 의하여 감쇄된 신호를 증폭하는 구동 증폭기;

상기 구동 증폭기와 연결된 하이브리드 결합기;

상기 하이브리드 결합기를 통해 상기 구동 증폭기로부터 출력된 신호를 증폭시켜 혼변조 왜곡된 신호를 출력하는 주 전력증폭기;

상기 구동 증폭기에 의해 발생된 동작 지연시간을 보상하기 위해 상기 보조경로로 분배된 신호를 증폭하는 혼변조 증폭기;

상기 혼변조 증폭기에 의하여 증폭된 신호를 감쇄시키는 제 2 가변감쇄기;

상기 제 2 가변감쇄기에 의하여 감쇄된 신호를 증폭하는 제 1 가변 위상변환기;

상기 제 1 가변 위상변환기의 출력신호와 상기 하이브리드 결합기를 통해 상기 구동 증폭기로부터 출력된 신호를 결합하는 전력 결합기;

상기 주 전력증폭기에 의해 발생된 동작 지연시간을 보상하기 위해 상기 전력 결합기의 출력신호를 증폭하는 에러 증폭기;

상기 에러 증폭기의 출력신호를 감쇄시키는 제 3 가변감쇄기;

상기 제 3 가변감쇄기의 출력신호를 위상변환하는 제 2 가변 위상변환기; 및

상기 주 전력증폭기의 출력신호와 상기 제 2 가변 위상변환기의 출력신호를 결합하는 방향성 결합기를 포함하는, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
제 9 항에 있어서, 상기 제 1 가변감쇄기는, 상기 구동 증폭기가 선형 영역에서 동작하여 혼변조 왜곡성분을 발생시키지 않도록, 상기 주경로의 신호를 감쇄시키는, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
제 9 항 또는 10 항에 있어서, 상기 전력 분배기는 윌킨슨(Wilkinson) 전력 분배기인, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
제 11 항에 있어서, 상기 전력 결합기는 윌킨슨 전력 결합기인, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
제 12 항에 있어서, 상기 주 전력증폭기의 입력신호는 상기 구동 증폭기의 출력신호를 3dB 감쇄시킨 신호인, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
제 13 항에 있어서, 상기 전력 결합기의 입력신호는 상기 구동 증폭기의 출력신호와 3dB의 감쇄와 90。의 위상차를 갖는 신호인, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
제 14 항에 있어서, 상기 전력 결합기의 입력신호는 반송파성분에 대해 크기는 같고 위상차는 180。인, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
제 15 항에 있어서, 상기 보조경로에서 에러 증폭기를 통과한 신호는 방향성 결합기로 인가되는 신호의 혼변조 성분과 크기는 같고 위상은 180。 차이가 나는, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.
제 1 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 선형 전력증폭기는, 디지털 또는 아날로그 신호를 선형화 및 증폭하는, 피드포워드 방식의 선형 전력증폭기.