KR20010087936A - 선형 증폭기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선형 증폭기에 관한 것으로 특히 이동통신용 기지국 대전력 증폭기의 캐리어 신호의 상쇄에 적당하도록 한 선형 증폭기에 관한 것이다. 이와 같은 선형 증폭기는 입력 신호를 분배하는 제 1 분배기와, 상기 제 1 분배기에서 분배된 하나의 신호를 입력받아 신호의 크기를 가변감쇄시키는 가변 감쇄기와, 상기 가변 감쇄기에서 가변되어 출력되는 신호의 위상을 변화시키는 가변위상 변위기와, 상기 가변위상 변위기에서 변위되어 출력되는 신호를 증폭시키는 메인 증폭기와, 상기 메인 증폭기에서 출력되는 신호를 분배하는 제 2 분배기와, 상기 제 1분배기에서 분배된 다른 하나의 신호를 일정시간 지연후 출력시키는 지연기와, 상기 지연기의 출력 신호와 상기 제 2 분배기 출력신호 각각의 크기(amplitude) 및 위상(phase)을 비교하여 크기 및 위상의 차이가 있을 경우 상기 가변 감쇄기 및 상기 가변 위상 변위기로 각각 위상 및 크기의 차이를 보정하기 위한 제어 신호를 발생시키는 캐리어 제거 루프부로 구성된다.
Description
본 발명은 선형 증폭기에 관한 것으로 특히 이동통신용 기지국 대전력 증폭기의 캐리어 신호의 상쇄에 적당하도록 한 선형 증폭기에 관한 것이다.
일반적으로 능동 소자들을 이용한 무선주파(이하, RF라 약칭 함)대 증폭기는전력 레벨의 변화에 따라 원하지 않는 왜곡 성분들을 많이 발생시킨다.
특히 증폭기가 포화 영역 부근에서 동작하게 되면, 비직선 현상이 현저하게 나타나게 되어 출력의 크기와 위상이 왜곡되며, 2개 이상의 신호를 입력하였을 경우 입력 신호간 상호 변조 성분들이 발생하여 인접 채널에 큰 영향을 미치게 된다.
이러한 상호 변조 성분들은 잡음원으로 작용하여 통신 시스템의 전송 품질을 저하시키는 요인이 된다.
이러한 이유로 해서 RF 송신단에서는 증폭기가 직선 영역에서 동작할 수 있도록 동작점을 포화영역으로부터 수 dB 백 오프(Back-off)하여 사용하게 되는데, 이럴 경우 잡음원은 줄일 수 있으나, 입력 레벨을 작게 해야하므로 출력 레벨이 너무 낮아지는 단점이 있다.
이런 문제를 해결하기 위한 방법의 하나로 증폭기에 선형화부를 추가하는 방법이 연구되어 왔으며, 이러한 방법을 사용하면 포화영역 부근인 비직선 영역에서 동작하더라도 상호 변조 성분이 작은, 원하는 크기의 출력 신호를 얻을 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래 선형 증폭기를 설명하기로 한다.
도 1은 종래 선형 증폭기를 나타낸 블록 구성도이다.
종래 선형 증폭기는 입력 신호를 증폭하는 전치 증폭기(Pre-Amp)(1)와, 상기 전치 증폭기(1)에서 증폭된 신호를 분배하는 제 1 분배기(2)와, 상기 제 1 분배기(2)에서 분배된 일 신호를 입력받아 입력신호를 실제로 증폭시키는 메인 증폭부(6)와, 상기 메인 앰프(6)에서 증폭된 신호를 분배하는 제 2 분배기(7)와, 상기 제 2 분배기(7)에서 분배된 신호를 일정시간 지연 후 출력시키는 제 2지연기(8)와, 상기 제 1 분배기(2)에서 분배된 다른 신호를 일정시간 지연 출력하는 제 1 지연기(10)와, 상기 제 2 분배기(7)에서 분배된 신호와 상기 제 1 지연기(10)에서 지연되어 출력되는 신호를 결합시키는 제 1 결합기(11)와, 상기 제 1 결합기(11)에서 출력되는 신호를 증폭시키는 에러 증폭부(15)와, 상기 제 2 지연기(8)에서 지연되어 출력된 신호와 상기 에러 증폭부(15)에서 증폭되어 출력되는 신호를 결합하여 출력하는 제 2 결합기(9)로 구성된다.
여기서, 메인 증폭부(6)와, 에러 증폭부(15)는 각각 입력된 신호를 가변 감쇄시키는 가변 감쇄기(3,12)와, 가변 감쇄기(3,12)에서 감쇄되어 출력되는 각각의 신호의 위상을 바꿔주는 가변위상변위기(4,13)와, 가변위상변위기(4,13)에서 위상 변위되어출력되는 가각의 신호를 증폭시키는 메인 증폭기(5)와 에러 증폭기(14)로 구성된다.
이와 같은 종래 선형 증폭기에서 입력된 신호는 미소한 입력신호를 증폭하는 전치 증폭기(1)에서 증폭된 신호는 분배기(2)에 의해 두 개의 신호로 분배되고, 분배된 신호중 하나는 메인 증폭부(6)에서 증폭되고, 또 하나의 신호는 제 1 지연기(10)로 입력된다.
이중 메인 증폭부(6)로 입력된 신호는 메인 증폭기(5)를 지나면서 원래의 신호가 증폭되는데, 이때 많은 양의 고조파(Harmonics)가 발생된다.
메인 증폭부(6)를 통과한 신호는 다시 제 2 분배기(7)에서 분배되어 신호의 일부분이 제 1 결합기(11)로 출력되고 대부분의 신호 성분들은 제 2 지연기(8)로 출력된다.
제 2 분배기(7)에서 출력된 신호는 제 1 결합기(11)에서 제 1 분배기(2)에서 분배된 신호와 결합되는데, 이때 제 1 분배기(2)에서 분배된 신호가 제 1 결합기(11)에 입력되기 전에 제 1 지연기(10)에서 일정시간 지연되어 제 1 결합기(11)로 입력되도록 함으로써, 제 1 분배기(2)에서 메인 증폭부(6)를 통과한 신호와의 시간차를 조정한다.
뿐만 아니라 제 1 결합기(11)에서 만나는 신호는 메인 증폭부(6)의 가변 감쇄기(3) 및 가변위상변위기(4)의 조절에 의해 실제 제 1 지연기(10)를 통과한 신호와 정확히 크기는 같고, 위상은 정반대(180°)인 신호가 된다.
따라서 이 두 개의 신호가 제 1 결합기(11)에서 결합되어 나오는 신호는 전치 증폭기(1)를 통과한 신호는 없어지고, 메인 증폭기(5)에서 발생한 고조파 성분만 남게된다.
이와 같은 고조파 신호는 에러 증폭부(15)로 입력되며, 제 2 분배기(7)를 통과한 다른 신호는 제 2 지연기(8)에서 다시 일정시간 지연되어 제 2 결합기(9)에 입력된다. 이때, 제 2 분배기(7)를 통과한 다른 신호는 제 2 지연기(8)에서 제 1 결합기(11)가 에러 증폭부(15)를 통과하는 시간만큼 지연된다.
그리고, 제 1 결합기(11)에서 결합된 신호는 메인 증폭부(6)와 거의 유사한 구조를 갖고 있는 에러 증폭부(15)를 통과하는데, 에러 증폭부(15)의 에러 증폭기(14)는 제 1 결합기(11)에서 출력된 신호의 크기만 증폭시키고, 고조파 성분을 발생시키지 않는다. 따라서 제 2 분배기(7)에서 분배되어 제 1 결합기(11)에서 결합된 신호와 함께 입력되면서 제 2 분배기(7)에서 분배된 신호의 위상이 가변위상 변위기(13)에서 180°변위되고, 고조파 성분 역시 에러 증폭기(14)에 의해 증폭된다. 즉 실제로 에러 증폭기(14)에서는 고조파를 발생시키지 않지만 제 2 분배기(7)에서 제 1 결합기(11)를 통해 들어온 고조파가 증폭되는 것이다. 이때의 증폭양은 메인 증폭기(5)에서 제 2 분배기(7)를 통해 제 2 지연기(8)를 거쳐 제 2 결합기(9)에 입력되는 양만큼 증폭한다.
이어서, 에러 증폭부(15)를 통과한 신호는 제 2 결합기(9)에서 제 2 지연기(8)를 통과한 신호와 서로 만나게 된다. 이때의 신호 결합에 의해 제 2 지연기(8)를 통과한 고조파가 많은 성분과, 에러 증폭부(15)에서 증폭된 고조파 성분이 서로 상쇄되어 원래의 입력신호와 유사한 고조파가 없는 신호만 출력(out)된다
이와 같은 종래 선형 증폭기에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 불필요한 고조파 성분을 제거하기 위하여 시간지연소자(지연기)의 시간 지연이 각각의 메인 증폭기와 에러 증폭기를 통과하면서 발생하는 시간지연과 정확히 일치할수록 좋은 고조파 성분의 제거 효과를 얻고, 메인 증폭부 및 에러 증폭부의 가변감쇄기 및 가변위상 변위기의 정확한 통제를 통해 정반대의 위상을 얻어야 하는데 이와 같은 조절이 쉽지 않다.
둘째, 증폭기가 두 개가 있으므로 소자의 부피가 상당히 커저 종래 선형 증폭기를 이용한 장치의 경박단소화에 문제가 발생된다.
셋째, 특히 제 2 지연기에서의 시간지연 때문에 증폭기의 효율이 저하된다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한것으로서, 이동 통신용 기지국 대전력 증폭기의 캐리어 신호를 상쇄할 수 있는 선형 증폭기를 제공하기 위한 것이다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 입력 신호를 분배하는 제 1 분배기와, 상기 제 1 분배기에서 분배된 하나의 신호를 입력받아 신호의 크기를 가변감쇄시키는 가변 감쇄기와, 상기 가변 감쇄기에서 가변되어 출력되는 신호의 위상을 변화시키는 가변위상 변위기와, 상기 가변위상 변위기에서 변위되어 출력되는 신호를 증폭시키는 메인 증폭기와, 상기 메인 증폭기에서 출력되는 신호를 분배하는 제 2 분배기와, 상기 제 1분배기에서 분배된 다른 하나의 신호를 일정시간 지연후 출력시키는 지연기와, 상기 지연기의 출력 신호와 상기 제 2 분배기 출력신호 각각의 크기(amplitude) 및 위상(phase)을 비교하여 크기 및 위상의 차이가 있을 경우 상기 가변 감쇄기 및 상기 가변 위상 변위기로 각각 위상 및 크기의 차이를 보정하기 위한 제어 신호를 발생시키는 캐리어 제거 루프부로 구성된다.
도 1은 종래 기술에 따른 선형 증폭기를 나타낸 도면
도 2는 본 발명에 따른 선형 증폭기를 나타낸 도면
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명 선형 증폭기의 캐리어 제거 루프부를 상세하게 나타낸 도면
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
21,25 : 분배기 22 : 가변 감쇄기
23 : 가변 위상 변위기 24 : 메인 증폭기
26 : 지연기 27 : 캐리어 소거 루프부
30 : 위상 제어부 31,32,33,36,37,38 : 신호 분배기
34,35,39 : 결합기 40 : 크기 제어부
이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 선형 증폭기를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 나타낸 본 발명 선형 증폭기의 캐리어 제거 루프부를 상세하게 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 선형 증폭기는 입력 신호를 증폭하는 전치 증폭기(Pre-Amp)(도시하지 않음)에서 증폭된 신호를 분배하는 제 1 분배기(21)와, 상기 제 1분배기(21)에서 분배된 하나의 신호를 입력받아 신호의 크기를 가변감쇄시키는 가변 감쇄기(22)와, 가변 감쇄기(22)에서 가변되어 출력되는 신호의 위상을 변화시키는 가변위상 변위기(23)와, 가변위상 변위기(23)에서 변위되어 출력되는 신호를 증폭시키는 메인 증폭기(24)와, 상기 메인 증폭기(24)에서 출력되는 신호를 분배하는 제 2 분배기(25)와, 상기 제 1분배기(21)에서 분배된 다른 하나의 신호를 일정시간 지연 후 출력시키는 지연기(26)와, 지연기(26)의 출력 신호와 상기 제 2 분배기(25)에서 분배되어 출력되는 하나의 신호를 각각 수신하여 상기 지연기(26)의 출력과, 상기 제 2 분배기의 출력신호에서 크기(amplitude) 및 위상(phase)을 비교하여 크기 및 위상의 차이가 있을 경우 상기 가변 감쇄기(22) 및 상기 가변 위상 변위기(23)로 각각 위상 및 크기의 차이를 보정하기 위한 제어 신호를 발생시키는 캐리어 제거 루프부(27)로 구성된다.
여기서, 상기 캐리어 제거 루프부(27)는 상기 제 2 분배기(25)에서 분배되어 출력되는 메인 증폭기(24)의 출력신호를 분배하는 제 1 신호 분배기(31)와, 상기 지연기(26)에서 출력되는 출력신호를 분배하는 제 2 신호 분배기(28)와, 상기 제 1 및 제 2 신호 분배기(31,38)의 각각의 하나의 분배 신호를 수신하여 에러 증폭부(Error Amp)로 출력하는 제 1 (39)결합기와, 상기 제 1 신호 분배기(31)의 다른 하나의 분배 신호를 수신하여 다시 분배하는 제 3 신호 분배기(32)와, 상기 제 2 신호 분배기(38)의 다른 하나의 분배 신호를 수신하여 다시 분배하는 제 4 신호 분배기(37)와, 상기 제 3 및 제 4 신호 분배기(32,37)에서 각각 분배된 하나의 신호를 수신하여 제 3 및 제 4 신호 분배기(32,37)의 하나의 신호의 크기 차이를비교하여 두 신호의 차이가 발생할 경우 상기 가변 감쇄기(22)로 상기 크기의 차이를 보정하기 위한 제어신호를 발생시키는 크기 제어부(40)와, 상기 제 3 및 제 4 신호 분배기(32,37)에서 각각 분배된 다른 하나의 신호를 수신하여 제 3 및 제 4 신호 분배기(32,37)의 위상 차이를 비교하여 두 신호의 차이가 발생할 경우 상기 가변위상 변위기(23)로 상기 위상의 차이를 보정하기 위한 제어 신호를 발생시키는 위상 제어부(30)로 구성된다.
그리고, 상기 위상 제어부(30)는 상기 제 3 신호 분배기(32)에서 분배된 또 다른 하나의 신호를 입력받아 다시 분배하는 제 5 분배기(33)와, 상기 제 4 신호 분배기(37)에서 분배된 또 다른 하나의 신호를 입력받아 다시 분배하는 제 6 분배기(36)와, 상기 제 5 분배기(33)에서 분배된 하나의 신호와, 상기 제 6 분배기(36)에서 분배된 하나의 신호를 결합하는 제 2 결합기(34)의 출력신호와, 상기 5 분배기(33)에서 분배된 다른 하나의 신호와, 상기 제 6 분배기(36)에서 분배된 다른 하나의 신호를 결합하는 제 3 결합기(35)의 출력신호를 비교하여 상기 가변위상 변위기(23)로 위상차이를 제어하는 신호를 발생시킨다.
이와 같은 본 발명 선형 증폭기에서는 입력 신호를 증폭하는 전치 증폭기(Pre-Amp)(도시하지 않음)에서 증폭된 신호를 제 1 분배기(21)에서 두 개의 신호로 분리되어 하나는 가변 감쇄기(22)로 다른 하나는 지연기(26)로 출력된다.
가변 감쇄기(22)로 출력된 신호는 가변위상 변위기(23)를 거쳐 메인 증폭기(24)로 입력되고, 제 2 분배기(25)에서 분배된 신호의 대부분의 출력은 출력(OUTPUT)되지만 일부는 캐리어 제거 루프부(27)로 출력된다.
제 2 분배기(25)에서 캐리어 제거 루프부(27)에 입력된 신호와, 지연기(26)에서 입력된 신호가 정확한 크기와 위상 그리고 시간지연으로 동시에 만나는 경우에는 캐리어 성분만이 사라지고, IMD(Inter modulation distortion) 성분 즉 왜곡 성분만 존재한다. 여기까지의 과정은 종래에 설명한 제 1 결합기(도 1의 11)의 입력과 동일하다.
그러나 앞에서도 설명한 바와 같이 서로 만나서 없어져야 하는 두 신호의 크기와 위상이 정확히 일치하면 많은 양의 캐리어 제거(cancellation)를 기대할 수 있지만 그렇지 않은 경우에는 많은 양의 캐리어가 제거되는 것을 기대할 수 없다.
따라서 본 발명에서는 제 2 신호 분배기(25)에서 분배되어 입력되는 신호는 제 1 신호 분배기(31)에서 두 개의 신호로 분배되어 하나의 신호는 제 1 결합기(39)로 다른 하나의 신호는 제 3 분배기(32)로 분배된다.
그리고 지연기(26)를 통과한 신호는 제 2 신호 분배기(38)에서 두 개의 신호로 분배되어 하나의 신호는 제 1 결합기(39)로 다른 하나의 신호는 제 4 분배기(37)로 분배된다.
만약 제 1 결합기(39)로 분배되는 제 1 및 제2 신호 분배기(31,38)의 하나의 신호의 크기와 위상이 일치된다면 제 1 결합기(39)에서는 에러 앰프(Error Amp)로 출력되는 신호는 캐리어 성분은 모두 없어지고, 왜곡(IMD) 성분만이 존재하게 된다.
제 3 신호 분배기(32)로 입력된 신호는 다시 두 개로 나뉘어져 하나의 신호는 제어 크기 변조부(40), 다른 하나의 신호는 제 5 분배기(33)로 출력된다.
그리고, 제 4 신호 분배기(37)로 입력된 신호는 다시 두 개로 나뉘어져 하나의 신호는 제어 크기 변조부(40), 다른 하나의 신호는 제 6 분배기(36)로 출력된다.
크기 제어부(40)에서는 입력된 두 개의 신호를 서로 비교하여 두 개의 신호의 차이가 발생하면 두 신호의 차이를 보정하기 위한 제어 신호를 발생시키며, 이 신호는 가변 감쇄기(22)를 제어한다. 이와 같은 루프(LOOP)는 메인 증폭기(24)가 동작하는 동안 계속해서 진행되며 항상 두 신호의 크기를 일치시키도록 한다.
이어서, 제 5 신호 분배기(33)로 입력된 신호는 두 개의 신호로 나뉘어져 제 2, 제 3 결합기(34,35)로 출력된다. 즉 각각 다른 경로로 입력된다. 그리고, 제 2 결합기(34)로 입력되는 경로를 θ1이라 하고, 제 3 결합기(35)로 입력되는 경로를 θ2라 하기로 한다.
또한, 제 6 신호 분배기(36)로 입력된 신호는 두 개의 신호로 나뉘어져 제 2, 제 3 결합기(34,35)로 출력된다. 이때도 각각 다른 경로로 입력된다. 그리고, 제 2 결합기(34)로 입력되는 경로를 θ2라 하고, 제 3 결합기(35)로 입력되는 경로를 θ1이라 하기로 한다.
그러면 제 5 신호 분배기(33)를 통해 제 2 결합기(34)로 입력된 신호와 제 6 분배기(36)를 통해 제 2 결합기(34)로 입력된 신호는 크기는 같고 서로의 위상 차이는┃θ1 - θ2┃가 되고, 제 5 신호 분배기(33)를 통해 제 3 결합기(35)로 입력된 신호와 제 6 분배기(36)를 통해 제 3 결합기(35)로 입력된 신호는 크기는 같고 서로의 위상 차이는┃θ2 - θ1┃이 된다. 이때 실질적으로 위상이 정확히 일치되어 위상 제어 신호가 발생하지 DSKG는 경우는 제 2, 제 3 신호 결합기(34,35)에 입력되는 신호(전력)의 위상이 정확히 180°차이가 발생할 때이다. 즉 위상차이가 정확하게 일치하지는 않아도 일치하는 대역(Band)이 상당히 넓어지게 만들어 줄수 있으므로 두 신호의 위상이 서로 바뀌더라도 신호의 제거(cancellation)은 서로 바뀌어진 위상에 따라 일어나게 된다.
따라서, 제 2, 제 3 결합기(34,35)의 출력이 위상 제어부(30)로 입력되어 위상 제어부(30)는 위상차이에 따른 제어신호를 가변 위상 변위기(23)로 출력할 수 있다.
그러므로 메인 증폭기에서 제 1 신호 분배기(31)를 통해 제 1 결합기(39)로 출력되는 신호와 제 2 신호 분배기(38)를 통해 제 1 결합기(39)로 출력되는 신호는 캐리어(cappier)는 없어지고, 왜곡만 존재하는 신호가 출력된다.
이상의 설명에서와 같은 본 발명은 넓은 범위(Band)에서 캐리어 제거를 실시할 수 있으며, 신호의 크기나 위상이 변화하더라도 별도의 조작없이 원하는 캐리어의 제거 효과를 얻을 수 있다.
Claims (2)
- 입력 신호를 분배하는 제 1 분배기와,상기 제 1 분배기에서 분배된 하나의 신호를 입력받아 신호의 크기를 가변감쇄시키는 가변 감쇄기와,상기 가변 감쇄기에서 가변되어 출력되는 신호의 위상을 변화시키는 가변위상 변위기와,상기 가변위상 변위기에서 변위되어 출력되는 신호를 증폭시키는 메인 증폭기와,상기 메인 증폭기에서 출력되는 신호를 분배하는 제 2 분배기와,상기 제 1분배기에서 분배된 다른 하나의 신호를 일정시간 지연후 출력시키는 지연기와,상기 지연기의 출력 신호와 상기 제 2 분배기 출력신호 각각의 크기(amplitude) 및 위상(phase)을 비교하여 크기 및 위상의 차이가 있을 경우 상기 가변 감쇄기 및 상기 가변 위상 변위기로 각각 위상 및 크기의 차이를 보정하기 위한 제어 신호를 발생시키는 캐리어 제거 루프부로 구성됨을 특징으로 하는 선형 증폭기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캐리어 제거 루프부는 상기 제 2 분배기에서 분배되어 출력되는 메인 증폭기 출력신호를 분배하는 제 1 신호 분배기와, 상기 지연기에서 출력되는 출력신호를 분배하는 제 2 신호 분배기와, 상기 제 1 및 제 2 신호 분배기의 각각의 하나의 분배 신호를 수신하여 에러 증폭부로 출력하는 결합기와, 상기 제 1 신호 분배기의 다른 하나의 분배 신호를 수신하여 다시 분배하는 제 3 신호 분배기와, 상기 제 2 신호 분배기의 다른 하나의 분배 신호를 수신하여 다시 분배하는 제 4 신호 분배기와, 상기 제 3 및 제 4 신호 분배기에서 각각 분배된 하나의 신호를 수신하여 제 3 및 제 4 신호 분배기의 하나의 신호의 크기 차이를 비교하여 두 신호의 차이가 발생할 경우 상기 가변 감쇄기로 상기 크기의 차이를 보정하기 위한 제어신호를 발생시키는 크기 제어부와, 상기 제 3 및 제 4 신호 분배기에서 각각 분배된 또 다른 하나의 신호를 수신하여 제 3 및 제 4 신호 분배기의 위상 차이를 비교하여 두 신호의 차이가 발생할 경우 상기 가변위상 변위기로 상기 위상의 차이를 보정하기 위한 제어 신호를 발생시키는 위상 제어부로 구성됨을 특징으로 하는 선형 증폭기.
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