KR20010064900A - 적응성 선왜곡 선형화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 송신 장치에서 사용되는 전력증폭기의 비선형 특성에 따른 왜곡을 개선시키기 위해 포락선 궤환 방식을 이용하는 적응성 선왜곡 선형화 장치에 관한 것이다.
이에 대해 본 발명에서는 시간이나 외부환경(온도, 바이어스 등)의 변화에 따른 전력증폭기의 비선형 특성(AM-AM 왜곡 특성, AM-PM 왜곡 특성)의 변화를 따라가지 못하는 선왜곡 방식을 적용한 선형화 회로의 단점을 보안하고, 전력증폭기의 선형 특성 및 효율을 효과적으로 개선시킬 수 있도록 포락선 궤환 방식을 이용하는 적응성 선왜곡 선형화 장치를 제공한다.

Description

적응성 선왜곡 선형화 장치{adaptive predistortion linearizer}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 송신 장치에서 사용되는 전력증폭기의 비선형 특성에 따른 왜곡을 개선시키기 위해 포락선 궤환 방식을 이용하는 적응성 선왜곡 선형화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기적 신호 증폭기는 입력되는 전기적 신호의 전력을 증가시키는데 사용되는 것으로, 전기적 신호의 전력을 증가시키는데 있어서 입력되는 신호를 왜곡시키지 않고 단지 선형적으로 그 신호의 세기만을 증가시키는 증폭기가 가장 이상적이라고 할 수 있다.
그러나, 모든 신호 증폭기는 다수의 능동소자를 갖고 있고, 이들 능동소자의 비선형 특성은 신호 증폭기로 하여금 입력되는 신호를 선형적으로 증폭시키는데 장해가 된다.
따라서, 신호 증폭기로부터 출력되는 신호가 왜곡되지 않게 하기 위해서는 입력된 신호의 선형성이 유지되는 레벨 이하로 입력신호의 세기를 유지시켜야 한다.
통신 시스템에 사용되는 증폭기의 경우, 입력되는 신호의 세기가 작다면 증폭기 전달 함수의 선형 영역에서 증폭기를 동작시키는데는 큰 문제가 없다. 그러나, 대부분의 무선 송신 장치는 신호 송출에 대한 효율을 최대한 높이기 위해 증폭기 전달 함수의 비선형 영역에까지 증폭기를 동작시키게 된다.
이는 무선 송신 장치가 한 개의 반송파를 증폭시키는데 있어서 신호 왜곡에 따른 장치 전체의 성능 저하는 별 문제가 되지 않지만, 이동통신 시스템과 개인 휴대 통신 시스템과 같이 다수의 반송파를 증폭시켜야 되거나, 직교 위상 편이 변조(Quadrature Phase Shift Keying : QPSK)와 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation : QAM)와 같이 주파수 효율이 우수한 디지탈 변조 방식을 사용하는 무선 송신 장치에 경우에는 신호 증폭기의 비선형 특성에 의해 발생되는 상호변조 신호왜곡(Intermodulation Distortion : 이하, IMD라 약칭함) 성분 때문에 전체 무선 송신 장치의 성능이 심각한 영향을 받게 된다.
이러한 무선 송신 장치에 사용되는 신호 증폭기의 IMD 특성을 개선하기 위해서는 선형 특성이 우수한 A급 증폭기가 사용되어야 하며, 증폭기의 선형성을 충분히 보장하기 위해 입력되는 신호의 세기가 제한되어야 한다. 그러나, 이 또한 무선 송신 장치의 신호 송출에 대한 효율 저하가 발생되며, 효율 저하를 극복하기 위해 출력이 높은 증폭기가 제작됨에 따라 증폭기의 크기가 매우 커지게 된다.
최근에는 이와 같은 신호 증폭기가 갖는 비선형 특성에 따른 저효율, 고비용의 문제점을 해결하기 위해 여러 가지 방식의 선형화 회로가 제안되었고, 최근 무선 이동통신 시스템의 고전력 증폭기에는 정방향 이송(Feed Forward) 방식을 적용한 선형화 방법, 선왜곡(Predistortion) 방식을 적용한 선형화 방법, 극 포락선 정정(Polar Envelope Correction) 방식을 적용한 선형화 방법, 그리고 바이어스 보정(bias compensation) 방식을 적용한 선형화 방법을 사용하고 있다.
최근에는 이들 선형화 방법들 중에서 여러 장점들을 갖는 선왜곡 방식이 널리 이용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 선왜곡 방식을 적용한 선형화 회로의 일반적인 구성을 나타낸 블록구성도로써, 종래의 선왜곡 방식을 이용한 선형화 회로는 일단 비선형 특성을 갖는 전력증폭기의 전단에 위치하며, 이하 설명은 전력증폭기가 선왜곡기(1) 및 주증폭기(2)를 모두 포함한다는 개념 하에서 전개된다.
도 1을 참조하면, 선왜곡기(predistorter)(1)가 주증폭기(main amplifier) (2) 전단에 위치한다.
선왜곡기(1)는 기본적으로 전계 효과 트랜지스터(FET : Field Effect Transistor) 또는 다이오드 등으로 구성된다.
주증폭기(2)에서는 입력되는 신호에 따라 크기와 위상이 비선형으로 바뀌어 출력된다. 이를 진폭변조 대 진폭변조(AM to AM ; 이하, AM-AM 이라 약칭함) 왜곡 내지 진폭변조 대 위상변조(AM to PM ; 이하, AM-PM 이라 약칭함) 왜곡이라 한다.
이에 따라 선왜곡기(1)는 주증폭기(2)의 AM-AM 왜곡 특성 및 AM-PM 왜곡 특성에 반대되는 특성을 갖도록 설계된다.
도 1에서 도시된 것과 같이, 선왜곡기(1)의 이득 및 위상 특성이 주증폭기(2)의 이득 및 위상 특성과 정반대 특성이라면, 주증폭기(1)는 AM-AM 왜곡및 AM-PM 왜곡이 없는 신호를 출력한다.
이상에서 설명한 선왜곡 방식을 적용한 선형화 회로인 선왜곡기(1)는 비선형 특성을 갖는 주증폭기(2)의 전단에 위치하면서 주증폭기(2)가 갖는 이득 특성 및 위상 변화와 반대되는 특성을 갖기 때문에 무선 송신 장치의 전체적인 이득 특성과 위상 변화 특성을 선형화 시킬 수 있게 된다.
그런데 정방향 이송(Feed Forward) 방식을 적용한 선형화 방법은 신호의 왜곡 특성을 개선하는데는 매우 효과적이지만, 입력신호를 증폭시킴으로써 발생되는 왜곡 정도에 따라 오차 신호의 세기 및 위상을 적절히 조절하여 증폭시켜야 하기 때문에 선왜곡 방식을 적용한 선형화에 비해 매우 복잡한 하드웨어 구조를 갖게 된다.
또한 선왜곡 방식을 적용한 선형화 방법은, 극 포락선 정정 방식을 적용한 선형화 방법과 비교해 볼 때 대역폭에 대한 제한이 없으며, 바이어스 보정 방식을 적용한 선형화 방법에 비교해 볼 때도 훨씬 적용이 간단하다.
그러나 선왜곡 방식을 적용한 선형화 회로는 주증폭기의 비선형 특성(AM-AM 왜곡 특성, AM-PM 왜곡 특성)이 시간이나 외부환경(온도, 바이어스 등)의 따라 변화할 경우, 선왜곡기가 이러한 비선형 특성을 따라가지 못하기 때문에 전체 전력증폭기의 선형 특성이 저하된다는 문제점이 있다.
이를 선형화 회로의 설계 측면에서 보면, 선형화 회로에 적합한 비선형 특성을 갖는 소자를 구하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 이 소자를 이용하여 주증폭기들이 갖는 이득 및 위상 특성과 반대되도록 선형화 회로를 구성하는데 어려움이 따른다. 또한 주증폭기에서 신호 증폭으로 인해 발생되는 왜곡 정도를 확인하고, 이에 따른 선형화 회로의 역왜곡 특성을 조절하는데도 어려움이 따르게 된다.
물론, 선왜곡 방식을 적용한 종래의 선형화 회로에서도 입력신호의 증가에 따라 이득 특성이 증가하는 회로를 구성하기 위해 주로 핀 다이오드(PIN Diode)의 비선형 특성을 이용한다거나 전계 효과 트랜지스터의 비선형 특성을 이용하기도 하고, 신호의 세기를 가변적으로 변화시킬 수 있는 가변 신호 감쇄기(Variable Attenuator)나 신호의 위상을 가변적으로 변화시킬 수 있는 가변위상 변위기(Variable Phase Shifter)를 사용하기도 하지만, 증폭기의 왜곡 정도와 동일하도록 선형화 회로의 신호 감쇠량 및 위상 변화량 조절하는 작업은 매우 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 시간이나 외부환경(온도, 바이어스 등)의 변화에 따른 전력증폭기의 비선형 특성(AM-AM 왜곡 특성, AM-PM 왜곡 특성)의 변화를 따라가지 못하는 선왜곡 방식을 적용한 선형화 회로의 단점을 보안하고, 전력증폭기의 선형 특성 및 효율을 효과적으로 개선시킬 수 있도록 포락선 궤환 방식을 이용하는 적응성 선왜곡 선형화 장치를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적응성 선왜곡 선형화 장치의 제1특징은, 입력되는 신호를 제1경로, 제2경로 및 제3경로로 분리하는 디바이더와,
상기 제1경로로 분리된 신호의 크기와 위상을 조절하는 고속 이득/위상 조정기와, 상기 고속 이득/위상 조정기로부터 출력된 신호의 크기와 위상을 조절하는저속 이득/위상 조정기와, 입력되는 신호의 크기를 일정 레벨만큼 증폭하고, 상기 두 이득/위상 조정기의 조절량만큼 그 신호의 크기와 위상을 보상하여 출력하는 주증폭기와, 상기 제2경로로 분리된 신호에서 검출된 포락선에 따라 상기 고속 이득/위상 조정기의 조절량을 제어하는 고속 이득/위상 제어기와, 상기 제3경로로 분리된 일정 시간만큼 지연시킨 기준신호(R)로부터 포락선을 검출하고 상기 제1경로에서 상기 주증폭기의 출력이 커플링되어 궤환된 궤환신호(M)로부터 또다른 포락선을 검출한 후 이 두 검출값을 비교한 결과에 따른 차이값으로, 상기 저속 이득/위상 조정기의 조절량을 제어하는 저속 이득/위상 제어기로 구성된다.
바람직하게는 상기 두 이득/위상 조정기가, 벡터 모듈레이터로 구성하여 사용하며, 경우에 따라 신호의 세기를 가변적으로 변화시킬 수 있는 가변 신호 감쇄기(Variable Attenuator)와 신호의 위상을 가변적으로 변화시킬 수 있는 가변위상 변위기(Variable Phase Shifter)를 직렬로 연결한 구성을 사용한다.
또한 상기 저속 이득/위상 제어기가, 상기 제3경로로 분리된 일정 시간만큼 지연시킨 기준신호(R)로부터 포락선을 검출하고, 상기 제1경로에서 상기 주증폭기의 출력이 커플링되어 궤환된 궤환신호(M)로부터 또다른 포락선을 검출하는 복수 개의 포락선 검파기와, 상기 검출된 포락선들의 일부로부터 신호 크기를 비교하여, 그에 따른 차이값에 해당되는 전압을 출력하는 제1비교기와, 상기 검출된 포락선들의 일부로부터 신호 위상을 비교하여, 그에 따른 위상차에 해당되는 전압을 출력하는 제2비교기로 구성된다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적응성 선왜곡 선형화 장치의제2특징은, 입력되는 신호를 제1경로 및 제2경로로 분리하는 디바이더와, 상기 제1경로로 분리된 신호의 크기와 위상을 조절하는 이득/위상 조정기와, 상기 제2경로로 분리된 신호에서 포락선을 검출하는 포락선 검파기와, 상기 포락선 검파기에서 검출된 포락선에 따라 상기 이득/위상 조정기의 조절량을 제어하는 고속 이득/위상 제어기와, 입력되는 신호의 크기를 일정 레벨만큼 증폭하고, 상기 이득/위상 조정기의 조절량만큼 그 신호의 크기와 위상을 보상하여 출력하는 주증폭기로 구성된다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적응성 선왜곡 선형화 장치의 제3특징은, 입력되는 신호를 제1경로 및 제2경로로 분리하는 디바이더와, 상기 제1경로로 분리된 신호의 크기와 위상을 조절하는 이득/위상 조정기와, 입력되는 신호의 크기를 일정 레벨만큼 증폭하고, 상기 이득/위상 조정기의 조절량만큼 그 신호의 크기와 위상을 보상하여 출력하는 주증폭기와, 상기 주증폭기의 출력을 커플링하는 방향성 커플러와, 상기 제2경로로 분리된 일정 시간만큼 지연시킨 기준신호(R)로부터 포락선을 검출하고 상기 방향성 커플러에 의해 커플링되어 궤환된 궤환신호(M)로부터 또다른 포락선을 검출한 후 이 두 검출값을 비교한 결과에 따른 차이값으로, 상기 이득/위상 조정기의 조절량을 제어하는 이득/위상 제어기로 구성된다.
도 1은 종래 기술에 따른 선왜곡 방식을 적용한 선형화 회로의 일반적인 구성을 나타낸 블록구성도.
도 2는 본 발명에 따른 포락선 궤환 방식을 적용한 적응성 선왜곡 선형화 장치의 구성을 나타낸 블록구성도.
도 3은 본 발명에 따른 적응성 선왜곡 선형화 장치에서 주증폭기의 비선형 특성, 고속 이득/위상 조정기의 역왜곡 특성 및 최종 전력증폭기 출력 특성의 일 예를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 적응성 선왜곡 선형화 장치의 이득/위상 조정기로 벡터 모듈레이터를 사용할 경우의 내부 구성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 벡터 모듈레이터에서 사용되는 진폭고정 위상쉬프터의 회로 구성을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 벡터 모듈레이터의 I-Q 위상 관계를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 적응성 선왜곡 선형화 장치의 저속 이득/위상 제어기의 내부 구성을 나타낸 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 디바이더(divider) 20 : 고속 이득/위상 조정기
30 : 저속 이득/위상 조정기 40 : 포락선 검파기
50 : 고속 이득/위상 제어기 60 : 저속 이득/위상 제어기
70 : 지연 선로(delay line) 80 : 주증폭기
90 : 방향성 커플러(directional coupler)
이하, 본 발명에 따른 적응성 선왜곡 선형화 장치 및 방법에 대한 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
시간이나 외부환경(온도, 바이어스 등)에 따른 전력증폭기의 비선형 특성(AM-AM 왜곡 특성, AM-PM 왜곡 특성)이 느리게 변화하므로, 본 발명에서는 전력증폭기의 입력과 출력의 포락선을 비교하여 그 차이만큼의 크기(진폭)와 위상을 변화시킴으로써, 시간이나 외부환경 변화에 따라 선왜곡기의 비선형 특성을 조절한다.
또한 본 발명에서는 전력증폭기의 입력과 출력의 포락선을 검출하기 위해 포락선 검파기를 사용하며, 전력증폭기의 선형화를 실현할 수 있도록 진폭과 위상을 변화시켜 주기 위한 벡터 모듈레이터(vector modulator), 또는 가변 신호 감쇄기(Variable Attenuator)와 가변위상 변위기(Variable Phase Shifter)를 결합하여 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 포락선 궤환 방식을 적용한 적응성 선왜곡 선형화 장치의 구성을 나타낸 블록구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 적응성 선왜곡 선형화 장치에서 주증폭기(80)의 비선형 특성, 고속 이득/위상 조정기(20)의 역왜곡 특성 및 최종 전력증폭기 출력 특성의 일 예를 나타낸 그래프이다.
도 2a를 참조하면, 입력신호는 먼저 디바이더(10)에 의해 3개의 경로로 나누어진다. 제1경로가 메인경로(main path)이며, 제2경로는 선왜곡 경로이고, 제3경로는 주증폭기(80)의 시간이나 외부환경에 따른 비선형 특성 변화를 보상해 주기 위한 기준경로이다.
먼저 제2경로의 신호는 포락선 검파기(envelope detector)(40)로 입력된다. 포락선 검파기(40)는 입력신호의 포락선을 검출하여 출력하며, 고속 이득/위상 제어기(fast gain/phase controller)(50)는 포락선 검파기(40)에 의해 검출된 포락선에 따라 고속 이득/위상 조정기(20)를 제어한다. 즉 고속 이득/위상 조정기(20)는 주증폭기(80)로 입력되는 신호의 크기(진폭)와 위상 특성에 대해 역이 되도록 제어된다.
결과적으로 도 3에서 보인 예처럼, 주증폭기(80)의 비선형 특성이 도 3a와 같다면, 고속 이득/위상 제어기(50)는 고속 이득/위상 조정기(20)의 역왜곡 특성이 도 3b가 되도록 제어하여 최종적으로 전력증폭기에서 출력되는 신호 특성이 도 3c와 같이 되도록 한다.
다음 제3경로에서는 디바이더(10)를 통해 입력되는 신호를 일정 시간만큼 지연시킨 기준신호(R)와, 상기의 제1경로에서 고속 이득/위상 조정기(20)와 주증폭기(80)를 거쳐 방향성 커플러(90)를 통해 궤환된 궤환신호(M)가 저속 이득/위상 제어기(slow gain/phase controller)(60)에 입력된다.
저속 이득/위상 제어기(60)는 이 두 입력을 비교하여 시간이나 외부환경에 의한 주증폭기(80)의 비선형 특성 변화를 따라가도록 저속 이득/위상 조정기(30)를 제어한다.
이 때 제3경로에서는 기준신호(R)와 궤환신호(M)가 동시에 저속 이득/위상 제어기(60)에 입력되도록, 신호들의 지연시간을 적절히 맞춰준다. 앞에서도 언급했듯이 시간이나 외부환경(온도, 바이어스 등)에 따른 전력증폭기의 비선형 특성(AM-AM 왜곡 특성, AM-PM 왜곡 특성)은 느리게 변화되므로, 이 지연시간이 크더라도 상관없다.
특히 본 발명에서는 도 2b 내지 도 2c에 보인 바와 같이 두 개의 이득/위상 조정기(gain/phase adjuster)와 두 개의 이득/위상 제어기(gain/phase controller)를 따로 독립적으로 구성하여 주증폭기(80)의 비선형 특성(AM-AM 왜곡 특성, AM-PM 왜곡 특성) 변화에 따라 입력신호의 크기(진폭) 또는 위상을 조절해 줄 수 있다.
또한 고속 이득/위상 조정기(fast gain/phase adjuster)(20) 내지 저속 이득/위상 조정기(slow gain/phase adjuster)(30)와 같이 시간이나 외부환경의 변화에 의한 주증폭기(80)의 비선형 특성(AM-AM 왜곡 특성, AM-PM 왜곡 특성) 변화에 따라 입력신호의 크기(진폭) 또는 위상을 조절하는 이득/위상 조정기(gain/phase adjuster)(20,30)를 선택적으로 구성할 수 있다. 그 중 하나는 신호의 세기를 가변적으로 변화시킬 수 있는 가변 신호 감쇄기(Variable Attenuator)와 신호의 위상을 가변적으로 변화시킬 수 있는 가변위상 변위기(Variable Phase Shifter)를 직렬로 연결하여 구성할 수 있다. 다른 하나는 벡터 모듈레이터(vector modulator)로 구성할 수 있다.
이하 본 발명에서는 이득/위상 조정기를 벡터 모듈레이터로 구성할 경우에 대한 구성 예를 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 적응성 선왜곡 선형화 장치의 이득/위상 조정기로 벡터 모듈레이터를 사용할 경우의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 이득/위상 조정기(Gain/phase adjuster)(20,30)로써 사용되는 벡터 모듈레이터(vector modulator)에는 초고주파(RF) 신호가 입력된다.
직교 하이브리드 커플러(Quadrature hybrid coupler)(100)는 입력되는 신호를 동일한 진폭의 90°위상차를 갖는 I채널신호와 Q채널신호로 출력한다. 여기서 마이크로스트립 선로(microstrip line)로 구현할 경우 직교 하이브리드 커플러(100)는 분기선(branch line)이나 Lange 커플러 또는 윌킨슨 디바이더(wildinson divider)로 구현할 수 있다. 예로써 윌킨슨 디바이더로 구현할 경우에는 이 디바이더의 두 출력포트에 서로 90°위상차가 나는 선로를 연결하면 된다.
그러나 직교 하이브리드 커플러(100)는 입력신호에 대해 I경로 및 Q경로를 결정해 주는 중요한 역할을 한다. 즉 직교 하이브리드 커플러(100)에 의한 진폭의 균형 및 위상의 균형에 따라 벡터 모듈레이터의 전체 특성이 좌우된다. 따라서 직교 하이브리드 커플러(100)의 진폭/위상 불균형은 벡터 모듈레이터의 특성 오차로 작용한다.
다음단의 제1 진폭고정 위상쉬프터(Amplitude invariant phase shifter) (110)는 직교 하이브리드 커플러(100)의 출력 중 하나인 Q채널신호에 대해 진폭은 변화시키지 않고 위상만을 0°에서 +90°까지의 범위 내에서 쉬프팅시킨다.
또한 제2 진폭고정 위상쉬프터(120)는 직교 하이브리드 커플러(100)의 출력 중 다른 하나인 I채널신호에 대해 진폭은 변화시키지 않고 위상만을 0°에서 +90°까지의 범위 내에서 쉬프팅시킨다.
이러한 진폭고정 위상쉬프터(110,120)는 위상 변화에 따라 삽입 손실(insertion loss)이 변하는 것이 일반적인 특성이며, 위상 변화 범위와 위상 변화에 따른 삽입 손실의 변화량이 얼마나 적은가 하는 것이 진폭고정위상쉬프터(110,120)의 품질 판단의 중요한 척도가 된다. 위상 변화에 따른 삽입 손실의 변화는 벡터 모듈레이터의 오류량을 좌우하며, 실제로 1㏈ 이내의 삽입 손실과 0.2㏈/90°이내의 특성을 갖도록 구현한다. 진폭고정 위상쉬프터(110,120)의 구현 예를 다음 도 5에 나타내었다.
그 다음 동위상 컴바이너(In-phase combiner)(130)는 제1 진폭고정 위상쉬프터(110)의 출력과 제2 진폭고정 위상쉬프터(120)의 출력을 입력으로 하여 벡터합을 산출한 후 출력한다.
도 5는 본 발명의 벡터 모듈레이터에서 사용되는 진폭고정 위상쉬프터(110,120)의 회로 구성을 나타낸 도면으로, 진폭고정 위상쉬프터(110,120)는 일반적으로 바렉터 다이오드(varactor diode)나 핀 다이오드(PIN Diode)로 구현되며, 도시된 구현 예들은 모두 반사형(reflection type) 구조이다.
도 5a 내지 도 5b는 핀 다이오드를 사용한 구현 예이며, 도 5c는 바렉터 다이오드를 사용한 구현 예이다.
진폭고정 위상쉬프터(110,120)를 핀 다이오드로 구현할 경우, 초고주파수에서 핀 다이오드의 접합 콘덴서(junction capacitor)는 낮은 주파수 값을 가지며, 반면에 순방향 바이어스 상태에서는 그 값이 증가한다. 또한 핀 다이오드는 온도에 둔감하며 큰 전력을 조절할 수 있을 뿐만 아니라 고조파(harmonic)를 적게 발생시키는 장점을 가진다.
도 5a의 구현 예를 보면, 이는 핀 다이오드(111)와서큘레이터(circulator)(112)로 구성되며, 핀 다이오드(111)와 접지(ground)는 전송 선로(transmission line)로 연결된다. 이 전송 선로의 길이에 의해 위상 변화의 량이 결정된다.
또한 도 5b의 구현 예를 보면, 이는 90°하이브리드 커플러 형태로 구성되는데, 각 커플링 경로에는 두 개의 핀 다이오드(113,114)가 존재한다. 이 경우에도 두 개의 핀 다이오드(113,114)와 접지가 전송 선로로 연결된다.
이와 같은 도 5a와 도 5b의 구현 예에서 사용되는 핀 다이오드(111,113,114)는 두 상태로 동작하는데, 이는 저저항 모드(Low resistance mode)인 ON 상태와 고저항 모드(high resistance mode)인 OFF 상태로 동작한다.
ON 상태에서 핀 다이오드(111,113,114)로 입력되는 신호는 전송 선로 끝까지 전달되어 그 끝에서 반사되며, OFF 상태에서는 입력신호가 핀 다이오드(111,113,114)에서 반사된다. 이 반사된 신호는 그대로 출력되며, 핀 다이오드(111,113,114)와 접지의 길이(전송 선로 길이) △L에 따라 위상 변화량은 다음 식 1과 같이 구해진다.
(여기서, λ는 입력신호의 파장)
다음 도 5c의 구현 예를 보면, 이는 90°하이브리드 커플러 형태로 구성되는데, 각 커플링 경로에는 두 개의 바렉터 다이오드(115,116)가 존재한다. 이 경우에 사용되는 바렉터 다이오드(115,116)는 가변 리액턴스 소자(variable reactance device)로써, 역방향 바이어스 전압이 증가함에 따라 자신의캐패시턴스(capacitance) 값이 감소하는 성질을 가진다. 이같은 바렉터 다이오드(115,116)의 성질을 이용하여 바이어스 전압에 따라 위상을 변화시킨다.
바렉터 다이오드(115,116)는 저항 성분(R), 인덕턴스 성분(L) 및 캐패시턴스 성분(C)을 모두 가지고 있으나, 저항 성분을 무시하고 순수한 리액턴스 성분만이 있다고 가정하면 위상 변화량은 다음 식 2에 의해 구해진다.
여기서, C는 바렉터 다이오드(115,116)의 캐패시턴스(capacitance), L은 바렉터 다이오드(115,116)의 인덕턴스(inductance)이고, XC은 바렉터 다이오드(115,116)의 용량성 리액턴스(capacitive reactance), XL은 바렉터 다이오드(115,116)의 유도성 리액턴스(inductive reactance)이다.
벡터 모듈레이터에서 사용되는 진폭고정 위상쉬프터(110,120)를 도 5와 같이 구성할 때, 벡터 모듈레이터의 I-Q 위상 관계는 도 6과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 벡터 모듈레이터의 I-Q 위상 관계를 나타낸 도면으로, 벡터 모듈레이터의 출력과 진폭고정 위상쉬프터(110,120)의 각 위상 변화값과와의 관계는 다음 식 3 및 식 4와 같다.
여기서 K는 정규화된 출력 벡터의 크기이다.
여기서는 출력 벡터의 위상이다.
도 7은 본 발명에 따른 적응성 선왜곡 선형화 장치의 저속 이득/위상 제어기의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 저속 이득/위상 제어기(60)로는 앞에서 설명된 도 2의 제3경로에서 디바이더(10)를 통해 입력되는 신호를 일정 시간만큼 지연시킨 기준신호(R)와, 도 2의 제1경로에서 고속 이득/위상 조정기(20)와 주증폭기(80)를 거쳐 방향성 커플러(90)를 통해 궤환된 궤환신호(M)가 입력된다. 이어 저속 이득/위상 제어기(60)는 시간이나 외부환경(온도, 바이어스 등)의 변화에 의한 주증폭기(80)의 비선형 특성(AM-AM 왜곡 특성, AM-PM 왜곡 특성) 변화에 따라 저속 이득/위상 조정기(30)로 하여금 입력신호의 크기(진폭) 또는 위상을 조절하도록 제어한다.
저속 이득/위상 제어기(60)로 입력된 기준신호(R)와 궤환신호(M)는 각각 3개의 경로로 나누어진다.
경로1 및 경로A에서, 경로1의 포락선 검파기(61)와 경로A의 포락선 검파기(62)는 두 신호의 크기를 각각 검출하며, 제1비교기(63)는 이 두 신호 크기를 비교하여 그에 따른 차이(△VAS)를 저속 이득/위상 조정기(30)에 출력한다. 여기서 제1비교기(63)로 입력되는 두 신호 크기가 같으면 제1비교기(63)의 출력은 "0"이며, 반면에 두 신호 크기의 차이가 있으면 이 때 출력되는 차이값은 주증폭기(80)의 비선형 특성에 따라 보상되어야할 오차값이다. 이에 따라 저속 이득/위상 조정기(30)가 △VAS가 "0"이 되도록 입력신호의 크기(진폭)를 조절함으로써 전체 전력증폭기로부터 출력되는 신호의 이득이 일정해진다(이는 다시 말해서 AM-AM 왜곡 특성이 없어진다는 것이다).
다음으로 위상 오차 검출은 경로2/경로B와 경로3/경로C를 통해 이루어진다. 예로써, 저속 이득/위상 제어기(60)로 입력되어 경로2/경로B 및 경로3/경로C를 경유하는 기준신호(R)와 궤환신호(M)가 크기는 동일하고 위상만 θ만큼 차이가 나는 다음 식 5의 두 신호라 할 경우, 그 결과 경로2/경로B의 포락선 검파기(64) 및 경로3/경로C의 포락선 검파기(65)를 통과한 후 제2비교기(66)로부터 출력된 위상 차이값(△VφS)은 다음 식 6이 된다.
, (경로2/경로B)
, (경로3/경로C)
이에 따라 저속 이득/위상 조정기(30)가 △VφS가 "0"이 되도록 입력신호의 위상을 조절함으로써 전체 전력증폭기로부터 출력되는 신호의 위상이 일정해진다(이는 다시 말해서 AM-PM 왜곡 특성이 없어진다는 것이다).
이 때 저속 이득/위상 제어기(60)에서 포락선 검파기(61,62,64,65)로 사용되는 다이오드들은 특성이 잘 일치되는 다이오드 쌍을 사용한다.
이와 같이 본 발명에 따른 적응성 선왜곡 선형화 장치 및 방법에 따르면, 전력증폭기의 입력과 출력의 포락선을 검출 및 상호 비교하여 그 차이만큼의 크기(진폭)와 위상을 변화시켜 주기 때문에, 주증폭기들의 비선형 특성에 대한 선형화 회로의 역왜곡 특성을 구현하기가 쉽다.
또한 전력 증폭기에서 발생되는 왜곡 정도에 따른 신호의 세기와 위상을 보다 적절하게 조절할 수 있음으로 인해 전력 증폭기의 비선형 특성을 보다 효율적으로 개선할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 입력되는 신호를 제1경로, 제2경로 및 제3경로로 분리하는 디바이더와,
    상기 제1경로로 분리된 신호의 크기와 위상을 조절하는 고속 이득/위상 조정기와,
    상기 고속 이득/위상 조정기로부터 출력된 신호의 크기와 위상을 조절하는 저속 이득/위상 조정기와,
    입력되는 신호의 크기를 일정 레벨만큼 증폭하고, 상기 두 이득/위상 조정기의 조절량만큼 그 신호의 크기와 위상을 보상하여 출력하는 주증폭기와,
    상기 제2경로로 분리된 신호에서 검출된 포락선에 따라 상기 고속 이득/위상 조정기의 조절량을 제어하는 고속 이득/위상 제어기와,
    상기 제3경로로 분리된 일정 시간만큼 지연시킨 기준신호(R)로부터 포락선을 검출하고 상기 제1경로에서 상기 주증폭기의 출력이 커플링되어 궤환된 궤환신호(M)로부터 또다른 포락선을 검출한 후 이 두 검출값을 비교한 결과에 따른 차이값으로, 상기 저속 이득/위상 조정기의 조절량을 제어하는 저속 이득/위상 제어기로 구성되는 것을 특징으로 하는 적응성 선왜곡 선형화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 두 이득/위상 조정기는, 벡터 모듈레이터로 구성하여 사용하며, 경우에 따라 신호의 세기를 가변적으로 변화시킬 수 있는 가변 신호 감쇄기(Variable Attenuator)와 신호의 위상을 가변적으로 변화시킬 수 있는 가변위상 변위기(Variable Phase Shifter)를 직렬로 연결한 구성을 사용하는 것을 특징으로 하는 적응성 선왜곡 선형화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 저속 이득/위상 제어기는,
    상기 제3경로로 분리된 일정 시간만큼 지연시킨 기준신호(R)로부터 포락선을 검출하고, 상기 제1경로에서 상기 주증폭기의 출력이 커플링되어 궤환된 궤환신호(M)로부터 또다른 포락선을 검출하는 복수 개의 포락선 검파기와,
    상기 검출된 포락선들의 일부로부터 신호 크기를 비교하여, 그에 따른 차이값에 해당되는 전압을 출력하는 제1비교기와,
    상기 검출된 포락선들의 일부로부터 신호 위상을 비교하여, 그에 따른 위상차에 해당되는 전압을 출력하는 제2비교기로 구성되는 것을 특징으로 하는 적응성 선왜곡 선형화 장치.
  4. 입력되는 신호를 제1경로 및 제2경로로 분리하는 디바이더와,
    상기 제1경로로 분리된 신호의 크기와 위상을 조절하는 이득/위상 조정기와,
    상기 제2경로로 분리된 신호에서 포락선을 검출하는 포락선 검파기와,
    상기 포락선 검파기에서 검출된 포락선에 따라 상기 이득/위상 조정기의 조절량을 제어하는 고속 이득/위상 제어기와,
    입력되는 신호의 크기를 일정 레벨만큼 증폭하고, 상기 이득/위상 조정기의 조절량만큼 그 신호의 크기와 위상을 보상하여 출력하는 주증폭기로 구성되는 것을특징으로 하는 적응성 선왜곡 선형화 장치.
  5. 입력되는 신호를 제1경로 및 제2경로로 분리하는 디바이더와,
    상기 제1경로로 분리된 신호의 크기와 위상을 조절하는 이득/위상 조정기와,
    입력되는 신호의 크기를 일정 레벨만큼 증폭하고, 상기 이득/위상 조정기의 조절량만큼 그 신호의 크기와 위상을 보상하여 출력하는 주증폭기와,
    상기 주증폭기의 출력을 커플링하는 방향성 커플러와,
    상기 제2경로로 분리된 일정 시간만큼 지연시킨 기준신호(R)로부터 포락선을 검출하고 상기 방향성 커플러에 의해 커플링되어 궤환된 궤환신호(M)로부터 또다른 포락선을 검출한 후 이 두 검출값을 비교한 결과에 따른 차이값으로, 상기 이득/위상 조정기의 조절량을 제어하는 이득/위상 제어기로 구성되는 것을 특징으로 하는 적응성 선왜곡 선형화 장치.
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