KR20020070572A - Linear power amplifier having a linearizer using delay line - Google Patents

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KR20020070572A KR1020010010704A KR20010010704A KR20020070572A KR 20020070572 A KR20020070572 A KR 20020070572A KR 1020010010704 A KR1020010010704 A KR 1020010010704A KR 20010010704 A KR20010010704 A KR 20010010704A KR 20020070572 A KR20020070572 A KR 20020070572A
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강원태
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(주)알에프씨씨
강원태
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Abstract

PURPOSE: A linearized power amplifier having a linearization device using a delay line is provided to perform a realtime phase control operation by using a delay line. CONSTITUTION: The first power divider(2) divides a carrier signal received from a carrier input terminal(1) into a main path and an auxiliary path. The first variable attenuator(4) and the first variable phase shifter(5) change the intensity and a phase of the carrier signal of the main path. A power amplifier(6) is connected with each rear end of the first variable attenuator(4) and the first variable phase shifter(5). A subtraction circuit(10) outputs only cross modulation distortion signals. The first directional coupler(7) extracts the carrier signals and the cross modulation distortion signals from the power amplifier(6) and applies a comparative signal to the subtraction circuit(10). The first delay line(3) delays the carrier signal of the auxiliary path. The second variable attenuator(14) and the second variable phase shifter(15) changes the intensity and phases of the cross modulation distortion signals. An auxiliary amplifier(16) is connected with each rear end of the second variable attenuator(14) and the second variable phase shifter(15). The second directional coupler(18) extracts and outputs the carrier signals.

Description

지연선로를 이용한 선형화기를 갖는 선형전력증폭기{LINEAR POWER AMPLIFIER HAVING A LINEARIZER USING DELAY LINE}Linear power amplifier with linearizer using delay line {LINEAR POWER AMPLIFIER HAVING A LINEARIZER USING DELAY LINE}

본 발명은, 선형화기를 갖는 선형전력증폭기에 관한 것으로, 특히 지연선로(delay line)를 사용한 피드포워드(feedforward)형 선형화기를 갖는 선형전력증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to a linear power amplifier having a linearizer, and more particularly, to a linear power amplifier having a feedforward linearizer using a delay line.

기지국용 대전력증폭기(High Power Amplifier: HPA)와 같은 코렉션 증폭기(correction amplifier)는 최소한의 전력으로 압력 및 외부환경의 영향을 받지 않고 시스템이 요구하는 선형성을 만족시키는 것이 중요하며, 단말기의 경우는 최대 출력조건 및 동작대기 상태에서 우수한 효율특성과 선형성 확보가 중요하다.Correction amplifiers, such as high power amplifiers (HPAs) for base stations, are required to satisfy the linearity required by the system without the influence of pressure and external environment with minimal power. It is important to ensure excellent efficiency characteristics and linearity at maximum output conditions and standby conditions.

그런데, 일반적으로 RF 및 마이크로파 회로에 사용된 능동소자의 비선형 특성에 의해 이러한 증폭기는 비선형 회로 특성을 갖는 것이 보통이다. 특히, 도 1에서 보는 바와 같이, 대전력증폭기는 최대 전력을 추출하기 위해 주 능동소자인 트랜지스터를 비선형 특성이 강한 포화영역에서 동작시키며, 포화영역에서 동작되는 대전력증폭기의 경우, 이득과 위상이 왜곡되는 것이 보통이다.However, in general, due to the nonlinear characteristics of active devices used in RF and microwave circuits, these amplifiers generally have nonlinear circuit characteristics. In particular, as shown in FIG. 1, a large power amplifier operates a transistor, which is a main active element, in a saturation region having a strong nonlinear characteristic to extract maximum power, and in the case of a large power amplifier operated in a saturation region, gain and phase are different. It is common to be distorted.

또한, 다중 채널을 이용하는 디지털 이동통신 및 위성통신의 경우 대전력증폭기에 2개 이상의 반송파가 입력되어 공동증폭될 때, 도 2에서 보는 바와 같이, 포화영역 부근의 비선형 특성으로 인하여 혼변조 신호들이 발생하게 된다.In addition, in the case of digital mobile communication and satellite communication using multiple channels, when two or more carriers are input and co-amplified to a large power amplifier, intermodulation signals are generated due to nonlinear characteristics near the saturation region, as shown in FIG. Done.

즉, 2개의 반송파(f1, f2)가 대전력증폭기(HPA)를 거쳐 증폭되면, 증폭된 반송파 외에도 여러 혼변조 신호(3f1-2f2, 2f1-f2, 2f2-f1, 3f2-2f1)들이 나타나게 된다. 이들 혼변조 신호들은 혼신(cross-talk) 또는 잡음(noise)으로 작용하여 전송품질을 저하시키는 요인이 된다.That is, when two carriers f1 and f2 are amplified through the HPA, various intermodulation signals 3f1-2f2, 2f1-f2, 2f2-f1, and 3f2-2f1 appear in addition to the amplified carrier. . These intermodulation signals act as cross-talk or noise, causing a drop in transmission quality.

이 경우, 대전력증폭기의 포화영역 동작에 따른 비선형 특성을 보상하는 선형화기(linearizer)를 전력증폭기와 함께 사용하게 되면 포화영역에서도 다수 반송파의 공동증폭시 발생하는 혼변조 신호들을 대폭 감소시키면서도 원하는 출력 전력을 얻을 수 있다. 즉, 선형화기를 사용하는 선형전력증폭기(LPA)를 사용하는 경우에는, 도 3에서 보는 바와 같이, 원하는 반송파만이 증폭되게 된다.In this case, when a linearizer is used together with the power amplifier to compensate for the nonlinear characteristics of the saturation region operation of the large power amplifier, the desired output can be greatly reduced while significantly reducing the intermodulation signals generated during the co-amplification of multiple carriers in the saturated region. Power can be obtained. That is, when using a linear power amplifier (LPA) using a linearizer, as shown in Figure 3, only the desired carrier is amplified.

선형화란 대전력증폭기에 다중채널 신호가 인가될 때 트랜지스터의 포화영역 부근의 비선형 특성으로 인하여 신호왜곡(Intermodulation Distortion)성분이 인접채널의 신호에 영향을 주는 것을 최소화시키는 것으로서, 신호왜곡은 여파기로 제거할 수 있으며, 통화품질에 큰 영향을 준다.Linearization is the minimization of the effects of intermodulation distortion on the signals of adjacent channels due to the nonlinear nature of the transistors near the saturation region when a multichannel signal is applied to a large power amplifier. Can greatly affect the call quality.

그 동안 제안된 선형화 방법은 크게 네 가지로 분류할 수 있으며, 이는 '입력전력 back-off 방식', 'negative feedback 방식', 'predistortion 방식' 및 'feedforward 방식'이 있는 바, 본 발명에서는 피드포워드(feedforward)방식을 적용하였다.In the meantime, the proposed linearization methods can be classified into four types, which include 'input power back-off', 'negative feedback', 'predistortion' and 'feedforward'. The feedforward method was applied.

피드포워드방식이란 대전력증폭기에서 발생된 IMD와 같은 스펙트럼 모양을 가지며 180°위상 차이가 나는 신호를 만들어 대전력증폭기 출력단에서 결합시켜, 주 신호 이외의 신호(IMD)를 제거하는 방식이다. 이 방식은 위성 지구국용 혹은 육상 이동통신 기지국용으로 많이 사용되는 것으로 타 방식에 비하여 개선 효과가 우수하다. 그런데, 피드포워드 방식으로서 대표적인 것은, 파일럿톤(pilot tone)을 사용하게 되는 바, 이는 광대역 특성을 유지하기 위해 다수의 파일럿톤을 사용하여야 하고, 이퀄라이저와 모니터링 부분 역시 특정주파수를 담당하는 여러 개의 블록으로 구성되므로 회로가 복잡하며, 파일럿톤이 증폭기를 통과하면서 원하지 않는 신호왜곡을 발생시킨다는 문제점이 있었다.The feedforward method removes signals other than the main signal (IMD) by creating a signal with the same spectral shape as the IMD generated in the large power amplifier and having a 180 ° phase difference and combining the same at the output of the large power amplifier. This method is widely used for satellite earth stations or land mobile communication base stations, and has an improvement effect compared to other methods. By the way, the typical example of a feedforward scheme is to use pilot tones, which must use a plurality of pilot to maintain the broadband characteristics, and the equalizer and the monitoring part also have several blocks that are responsible for a specific frequency. Since the circuit is complicated, there is a problem that the pilot tone generates unwanted signal distortion as it passes through the amplifier.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은,파일럿톤을 사용하지 않으면서 입력신호 전력의 변화와 다양한 신호에 대한 왜곡을 최소화시키는 것이 가능하며, 지연선로를 사용함으로써 실시간으로 위상제어가 가능한 선형화기를 갖는 선형전력증폭기를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention, it is possible to minimize the change of the input signal power and distortion of various signals without using the pilot tone, by using a delay line It is to provide a linear power amplifier having a linearizer capable of phase control in real time.

본 발명의 추가의 목적이나 효과는, 첨부한 도면을 참고하여 기술한 이하의 발명의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.Further objects and effects of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 대전력증폭기의 비선형성을 도시한 그래프.1 is a graph illustrating the nonlinearity of a large power amplifier.

도 2는 대전력증폭기의 입출력 스펙트럼 특성을 도시하고 있다.2 shows input / output spectrum characteristics of a large power amplifier.

도 3은 선형전력증폭기의 입출력 스펙트럼 특성을 도시하고 있다.3 illustrates input and output spectral characteristics of the linear power amplifier.

도 4는 본 발명에 관한 피드포워드(feedforward) 선형화 방식의 개념도.4 is a conceptual diagram of a feedforward linearization scheme according to the present invention.

도 5는 본 발명의 최적 실시예에 따른 지연선로를 이용한 피드포워드 선형화 방식 구성도.5 is a configuration diagram of a feedforward linearization method using a delay line according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 선형화기의 신호전력 계산 방식을 도시하고 있다.6 shows a signal power calculation method of the linearizer according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 선형화 시스템의 블록 구성도.7 is a block diagram of a linearization system according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 선형화 시스템의 지연선로 구성도.8 is a configuration of a delay line of the linearization system according to the present invention.

도 9a 내지 9h는 각각, 도 7의 A모듈 내지 H모듈의 회로도.9A to 9H are circuit diagrams of the A to H modules of Fig. 7, respectively.

도 10은 본 발명의 시스템에서 세기 및 위상 제어기능 자동화 회로.10 is an intensity and phase control automation circuit in the system of the present invention.

도 11은 선형화기 전력 측정 지점을 도시하고 있다.11 shows the linearizer power measurement points.

도 12a 및 12b는 각각, 본 발명에 관한 선형화기를 갖는 증폭기 및 갖지 않는 증폭기의 특성별 출력신호를 도시하는 그래프.12A and 12B are graphs showing output signals for each characteristic of an amplifier having a linearizer and an amplifier having no linearizer according to the present invention, respectively.

도 13a 및 도 13b는 각각, 세기제어회로의 구성도 및 회로.13A and 13B are diagrams and circuitry of the intensity control circuit, respectively.

도 14a 및 도 14b는 각각, 위상제어회로의 구성도 및 회로.14A and 14B are diagrams and circuitry of the phase control circuit, respectively.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 반송파 입력단 2 : 제1 전력분배기1: carrier input stage 2: first power divider

3 : 제1 지연선로 4 : 제1 가변감쇠기3: first delay line 4: first variable attenuator

5 : 제1 가변위상 변환기 6 : 주증폭기5: first variable phase converter 6: main amplifier

7 : 제1 방향성결합기 8 : 제3 방향성 결합기7: First Directional Coupler 8: Third Directional Coupler

9 : 제2 전력분배기 10 : 빼기회로9: second power divider 10: subtraction circuit

11 : 반송파 출력단11: carrier output stage

13 : 제2 지연선로 14 : 제2 가변감쇠기13: second delay line 14: second variable attenuator

15 : 제2 가변위상 변환기 16 : 보조증폭기15: second variable phase converter 16: auxiliary amplifier

17 : 제2 방향성결합기 18 : 제5 방향성 결합기17: second directional coupler 18: fifth directional coupler

19 : 제4 전력분배기19: fourth power distributor

21 : 증폭기 22 : 동기검정기21: amplifier 22: synchronous checker

24 : 제1 이득제어기 25 : 제1 위상제어기24: first gain controller 25: first phase controller

28 : 제4 방향성 결합기 29 : 제3 전력분배기28: fourth directional coupler 29: third power splitter

31 : 증폭기 32 : 아이솔레이터31: amplifier 32: isolator

33 : 제3 지연선로 34 : 제2 이득제어기33: third delay line 34: second gain controller

35 : 제2 위상제어기 36 : 증폭기35 second phase controller 36 amplifier

37 : 제한기(limiter) 38 : 제6 방향성 결합기37: limiter 38: sixth directional coupler

39 : 제5 전력분배기39: fifth power splitter

100 : A블럭 200 : B블럭100: A block 200: B block

300 : C블럭 400 : D블럭300: C block 400: D block

500 : E블럭 600 : F블럭500: E block 600: F block

700 : G블럭 800 : H블럭700: G block 800: H block

201 : RF 스위치 202 : 오실레이터201: RF switch 202: oscillator

203 : 분주기 204 : 검출기203: Divider 204: Detector

205 : DC 스위치 206 : ALC(Automatic Level Control)205: DC switch 206: Automatic Level Control (ALC)

207 : 감쇠기207: attenuator

701 : 전력분배기 702 : 90 커플러701: power divider 702: 90 coupler

703 : RF 스위치 704 : 오실레이터703: RF Switch 704: Oscillator

705 : 분주기 706 : 믹서705: Divider 706: Mixer

707 : 전력분배기 708 : DC 스위치707: power divider 708: DC switch

709 : 디바이더 710 : ALC709: Divider 710: ALC

711 : 위상 쉬프터711: phase shifter

즉, 이상의 본 발명의 목적을 달성하기 위한 선형화기를 갖는 선형전력증폭기는,That is, the linear power amplifier having a linearizer for achieving the above object of the present invention,

반송파 입력단(1)을 통해 입력된 반송파 신호를 주경로 및 보조경로로 분배하는 제1 전력분배기(2); 상기 주경로에서의 상기 신호의 세기 및 위상을 변경하는 제1 가변감쇠기(4) 및 제1 가변위상변환기(5); 상기 제1 가변감쇠기(4) 및 제1 가변위상 변환기(5) 후단에 접속되며, 원하는 출력레벨까지 증폭하는 대전력증폭기(6); 상기 주경로에서 생긴 반송파와 혼변조 왜곡신호들 중에서 혼변조 왜곡신호들만을 출력하는 빼기회로(10); 상기 대전력증폭기(6)의 출력에서 반송파와 혼변조 왜곡 신호 성분들을 일부 추출하여 상기 빼기회로(10)에 비교신호로 인가해 주는 제1 방향성 결합기(7); 상기 보조경로에서의 반송파 신호를 신호지연시켜 상기 빼기회로(10)에 기준신호로 인가하는 제1 지연선로(3); 상기 빼기회로(10)에서 얻어진 혼변조 왜곡신호 성분들의 세기 및 위상을 변경하는 제2 가변감쇠기(14) 및 제2 가변위상 변환기(15); 상기 제2 가변감쇠기(14) 및 제2 가변위상 변환기(15) 후단에 접속되며, 원하는 출력레벨까지 증폭하는보조증폭기(16); 상기 보조증폭기(16)에서 적당한 크기로 증폭된 상기 보조경로 상의 혼변조 왜곡신호 성분들과 상기 주경로 상에서 제2 지연선로(13)를 거쳐온 반송파와 혼변조 왜곡신호들의 합신호를 결합하여 반송파 신호만을 추출하여 출력하는 제2 방향성 결합기(18); 를 포함하되, 상기 반송파 신호 성분은 상기 기준신호와 상기 비교신호의 스펙트럼이 일치하도록, 상기 비교신호 정보를 추출하여 제1 크기제어회로(AGC1)(24)와 제1 위상제어회로(APC1)(25)에 인가되도록, 그리고 상기 기준신호 정보를 추출하여 상기 제1 크기제어회로(AGC1)(24)와 상기 제1 위상제어회로(APC1)(25)에 인가되도록 함으로써, 상기 주경로 및 보조경로에서 반송파 신호 성분이 서로 동일 스펙트럼이 되도록, 상기 제1 크기제어회로(AGC1)(24)와 상기 제1 위상제어회로(APC1)(25)가 상기 제1 가변감쇠기(4) 및 제1 가변위상 변환기(5)로 하여금 비교신호의 크기 및 위상을 적절히 변경하도록 제어하는 B블럭(200); 및 상기 빼기회로의 출력신호가 상기 주경로에 다시 결합될 때에 상기 주경로상의 혼변조 왜곡성분과 크기가 같고 역(180°)의 위상으로 되도록, 상기 빼기회로의 출력신호 정보를 추출하여 제2 크기제어회로(AGC2)(34)와 제2 위상제어회로(APC2)(35)에 인가되도록, 그리고 상기 보조 증폭기(16)의 출력신호 정보를 추출하여 상기 제2 크기제어회로(AGC2)(34)와 상기 제2 위상제어회로(APC2)(35)에 인가되도록 함으로써, 상기 제2 크기제어회로(AGC2)(34)와 상기 제2 위상제어회로(APC2)(35)가 상기 주경로 및 보조경로에서 혼변조 왜곡신호 성분이 서로 반대 스펙트럼이 되도록, 상기 제2 가변감쇠기(14) 및 제2 가변위상 변환기(15)로 하여금 상기 빼기회로의 출력신호의 크기 및 위상을 적절히 변경하도록 제어하는 G블럭(700); 을 더 포함함으로써, 최종출력은 혼변조신호 성분들은 제거되어지고 순수한 반송파만이 남게 되도록 하는 것을 특징으로 한다.A first power divider (2) for distributing the carrier signal input through the carrier input terminal (1) to the main path and the auxiliary path; A first variable attenuator (4) and a first variable phase converter (5) for changing the strength and phase of the signal in the main path; A large power amplifier (6) connected to the rear end of the first variable attenuator (4) and the first variable phase converter (5) and amplifying to a desired output level; A subtraction circuit 10 outputting only intermodulation distortion signals among the carrier wave and intermodulation distortion signals generated in the main path; A first directional coupler (7) which partially extracts carrier and intermodulation distortion signal components from the output of the large power amplifier (6) and applies them as a comparison signal to the subtraction circuit (10); A first delay line (3) for delaying the carrier signal in the auxiliary path and applying it as a reference signal to the subtraction circuit (10); A second variable attenuator 14 and a second variable phase converter 15 for changing the intensity and phase of the intermodulation distortion signal components obtained by the subtraction circuit 10; An auxiliary amplifier 16 connected to the rear end of the second variable attenuator 14 and the second variable phase converter 15 and amplifying to a desired output level; A carrier wave by combining the intermodulation distortion signal components on the auxiliary path amplified to an appropriate size by the auxiliary amplifier 16 and a sum signal of the carrier wave and the intermodulation distortion signals passing through the second delay line 13 on the main path; A second directional coupler 18 for extracting and outputting only the signal; Wherein the carrier signal component extracts the comparison signal information such that the spectrum of the reference signal and the comparison signal coincide with each other so that the first magnitude control circuit (AGC1) 24 and the first phase control circuit (APC1) ( 25), and extracts the reference signal information to be applied to the first magnitude control circuit (AGC1) 24 and the first phase control circuit (APC1) 25, thereby causing the main path and the auxiliary path. The first amplitude control circuit (AGC1) 24 and the first phase control circuit (APC1) 25 are the first variable attenuator 4 and the first variable phase so that the carrier signal components are in the same spectrum with each other. A B block 200 for controlling the converter 5 to appropriately change the magnitude and phase of the comparison signal; And extracting output signal information of the subtraction circuit so that, when the output signal of the subtraction circuit is coupled back to the main path, the output signal information of the subtraction circuit is extracted so as to have the same magnitude as that of the intermodulation distortion component on the main path and have an inverse (180 °) phase. The second magnitude control circuit AGC2 34 to be applied to the magnitude control circuit AGC2 34 and the second phase control circuit APC2 35 and to extract the output signal information of the auxiliary amplifier 16. ) And the second phase control circuit (AGC2) 34 and the second phase control circuit (APC2) 35 are applied to the main path and auxiliary by being applied to the second phase control circuit (APC2) 35. G for controlling the second variable attenuator 14 and the second variable phase converter 15 to appropriately change the magnitude and phase of the output signal of the subtraction circuit so that the intermodulation distortion signal components in the path are in opposite spectra. Block 700; By further including, the final output is characterized in that intermodulation signal components are removed and only pure carriers remain.

바람직하게는, 상기 빼기회로(10)의 입력신호에 대해서 제3 방향성 결합기(8)가 결합되며, 여기에서 추출된 신호는 제2 전력분배기(9)를 거쳐 상기 제1 크기제어회로(AGC1)(24)와 제1 위상제어회로(APC1)(25)에 인가되며, 상기 제1 전력분배기(2)의 보조경로 상의 신호에 대해 제4 방향성 결합기(28)가 결합되며, 여기에서 추출된 신호는 제3 전력분배기(29)를 거쳐 상기 제1 크기제어회로(AGC1)(24)와 제1 위상제어회로(APC1)(25)에 인가됨으로써, 상기 제1 크기제어회로(AGC1)(24)와 제1 위상제어회로(APC1)(25)에 의해 상기 제1 가변감쇠기(4) 및 제1 가변위상 변환기(5)가 입력신호의 크기 및 위상을 적절히 변경하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Preferably, a third directional coupler 8 is coupled to the input signal of the subtraction circuit 10, and the extracted signal is passed through the second power divider 9 to the first magnitude control circuit AGC1. And a fourth directional coupler 28 coupled to the signal on the auxiliary path of the first power divider 2, which is applied to the first phase control circuit APC1 25 and the signal extracted therefrom. Is applied to the first magnitude control circuit (AGC1) 24 and the first phase control circuit (APC1) 25 via a third power divider (29), thereby providing the first magnitude control circuit (AGC1) 24. And the first phase control circuit (APC1) 25 controls the first variable attenuator 4 and the first variable phase converter 5 to appropriately change the magnitude and phase of the input signal.

또한 바람직하게는, 상기 보조증폭기(16)의 증폭된 신호에 대해서 제5 방향성 결합기(18)가 결합되며, 여기에서 추출된 신호는 제4 전력분배기(19)를 거쳐 상기 제2 크기제어회로(AGC2)(34)와 제2 위상제어회로(APC2)(35)에 인가되며, 상기 빼기회로(10)의 출력신호에 대해 제6 방향성 결합기(38)가 결합되며, 여기에서 추출된 신호는 제3 지연선로(33) 및 제5 전력분배기(39)를 거쳐 상기 제2 크기제어회로(AGC2)(34)와 제2 위상제어회로(APC2)(35)에 인가됨으로써, 상기 제2 크기제어회로(AGC2)(34)와 제2 위상제어회로(APC2)(35)에 의해 상기 제2 가변감쇠기(14) 및 제2 가변위상 변환기(15)가 왜곡신호의 크기 및 위상을 적절히 변경하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the fifth directional coupler 18 is coupled to the amplified signal of the auxiliary amplifier 16, and the extracted signal is passed through the fourth power divider 19 to the second magnitude control circuit ( AGC2) 34 and a second phase control circuit (APC2) 35, which are coupled to the sixth directional coupler 38 with respect to the output signal of the subtraction circuit 10, wherein the extracted signal is The second magnitude control circuit is applied to the second magnitude control circuit (AGC2) 34 and the second phase control circuit (APC2) 35 through the third delay line 33 and the fifth power divider 39. (AGC2) 34 and the second phase control circuit (APC2) 35 control the second variable attenuator 14 and the second variable phase converter 15 to appropriately change the magnitude and phase of the distortion signal. It is characterized by.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명에 관련된 피드포워드형 선형화기를 도 4를 참조하여 설명한다.First, the feedforward linearizer according to the present invention will be described with reference to FIG.

일반적으로 대전력증폭기에 단일 주파수로 된 입력신호가 인가되면 AM-to-AM과 AM-to-PM 효과에 의해 입력 신호의 크기가 커짐에 따라 출력 이득의 저하와 위상의 지연이 일어난다. 또한 여러 주파수로 된 입력 신호가 입력되면 입력 신호와 동일 주파수를 갖는 출력 신호 외에 각각 다른 비선형 전달 특성을 갖는 혼변조 왜곡 신호 성분들이 발생한다. 대전력증폭기에서 출력에서 발생한 왜곡 신호만을 추출하는 곳을 신호 경로(signal loop)라고 하며, 이 왜곡 신호를 조정하여 대전력증폭기 출력단에 결합시키는 곳을 오차경로(error loop)라고 한다.In general, when a single frequency input signal is applied to a large power amplifier, the output gain decreases and the phase delay occurs as the size of the input signal increases due to the effects of AM-to-AM and AM-to-PM. In addition, when an input signal having multiple frequencies is input, intermodulated distortion signal components having different nonlinear propagation characteristics are generated in addition to an output signal having the same frequency as the input signal. The signal loop is used to extract only the distortion signal generated from the output of the large power amplifier, and it is called an error loop to adjust the distortion signal and couple it to the output of the large power amplifier.

즉, 도 4에서 보는 바와 같이, 반송파 입력단(1)을 통해 입력으로 인가된 2개의 반송파는, 전력분배기(2)에 의해 주경로와 보조경로로 똑같은 크기와 위상을 나누어 갖게 된다(점 A 및 점 A'의 스펙트럼 참조). 주경로(점 A)에서는 대전력증폭기(6)에 의해 원하는 출력레벨까지 증폭되면서, 혼변조 왜곡 신호들도 함께 발생된다(점 B의 스펙트럼 참조).That is, as shown in FIG. 4, the two carriers applied as inputs through the carrier input stage 1 have the same size and phase divided by the power divider 2 into the main path and the auxiliary path (point A and See spectrum of point A '). In the main path (point A), a large power amplifier 6 is amplified to a desired output level, and intermodulation distortion signals are also generated (see spectrum at point B).

상기 주증폭기(6)의 출력에서 반송파와 혼변조 왜곡 신호 성분들을 방향성 결합기(7)에 의해 일부 추출하여 빼기회로(10)에 인가해 주는 한편, 보조경로(점 A')에서의 순수한 반송파는 지연선로(3)를 거치고 가변감쇠기(4) 및 가변위상 변환기(5)를 거쳐 역시 상기 빼기회로(10)에 인가한다.The carrier and intermodulation distortion signal components at the output of the main amplifier 6 are partially extracted by the directional coupler 7 and applied to the subtraction circuit 10, while the pure carrier at the auxiliary path (point A ') The delay line 3 is applied to the subtraction circuit 10 via the variable attenuator 4 and the variable phase converter 5.

빼기회로에서는 주경로에서 생긴 반송파와 혼변조 왜곡신호들 중에서 혼변조왜곡신호들만으로 출력하게 된다. 빼기회로에서 얻어진 혼변조 왜곡신호 성분들(점 C의 스펙트럼)은 다시 가변감쇠기(14) 및 가변위상 변환기(15)를 거쳐 보조 증폭기(16)에서 적당한 크기로 증폭된 후(점 D의 스펙트럼 참조), 주경로 상의 방향성 결합기(17)로 인가되는 바, 이때 주증폭기(6)에 의해 증폭되었던 신호도 지연선로(13)에 의해 소정 시간동안 지연된 후에 방향성 결합기에서 보조경로로부터의 혼변조 왜곡신호 성분들과 결합된다. 따라서, 주경로상 및 보조경로상의 혼변조 왜곡신호 성분들은 서로 상쇄되고, 증폭된 반송파 신호 성분들(점 E의 스펙트럼)만이 출력단으로 출력된다.The subtraction circuit outputs only the intermodulation distortion signals among the carrier wave and intermodulation distortion signals generated in the main path. The intermodulation distortion signal components (spectrum of point C) obtained in the subtraction circuit are again amplified to an appropriate magnitude in the auxiliary amplifier 16 through the variable attenuator 14 and the variable phase converter 15 (see the spectrum of point D). ), Which is applied to the directional coupler 17 on the main path, wherein the signal amplified by the main amplifier 6 is also delayed for a predetermined time by the delay line 13 and then intermodulated distortion signal from the auxiliary path in the directional coupler. Combined with the components. Therefore, the intermodulation distortion signal components on the main path and the auxiliary path cancel each other out, and only the amplified carrier signal components (spectrum of point E) are output to the output terminal.

여기에서, 가변감쇠기(A)는 대전력증폭기에서 나타나는 혼변조 왜곡신호의 레벨을 맞추어주기 위한 것이고, 가변위상 변환기(Φ)는 주경로에 다시 결합된 때에 역(180°)의 위상을 맞추어주기 위해 미세조정을 하기 위한 것이다. 결국 주경로의 출력단의 결합기(17)에서 결합되기 직전에, 주경로상의 혼변조 신호레벨의 크기와 위상이 반대가 되도록 하여 줌으로써, 선형화기의 최종출력은 점 E의 경우와 같이, 혼변조신호 성분들은 제거되어지고 순수한 반송파만이 남게 된다.Here, the variable attenuator (A) is for adjusting the level of the intermodulation distortion signal appearing in the large power amplifier, the variable phase converter (Φ) is to adjust the phase of the inverse (180 °) when coupled back to the main path For fine tuning. Finally, just before the coupler 17 at the output of the main path is coupled, the magnitude and phase of the intermodulation signal level on the main path are reversed, so that the final output of the linearizer is the same as for point E. The components are removed and only pure carriers remain.

본 발명에 관한 선형화기의 전체 구성은, 도 5에서 보는 바와 같이, 신호의 크기, 위상, 시간지연을 조정하는 가변감쇠기, 가변 위상변환기, 빼기회로, 지연 선로 등과 이 회로들을 조정하기 위한 제어부 등으로 구분한다.As shown in FIG. 5, the overall configuration of the linearizer according to the present invention includes a variable attenuator for adjusting the magnitude, phase, and time delay of a signal, a variable phase shifter, a subtraction circuit, a delay line, a control unit for adjusting these circuits, and the like. Separate by.

이를 위해, 먼저, 선형화기 설계시 초기작업으로서 대전력증폭기의 출력 특성을 측정하여야 한다. 도 4의 대전력증폭기(MAU)(6)의 주 신호와 3차 왜곡 신호의 최대 출력전력을 측정하여 설계에 적용하여야 입력 신호의 크기가 감쇠될 경우에도정상적인 동작이 가능하다. 왜곡 신호 증폭기(CAU)(16)는 IM 신호만을 증폭하므로 출력 신호에서 부가적인 왜곡이 발생하지 않도록 선형성을 유지하여야 한다. 그리고 크기제어회로와 위상제어회로의 가변 입력 신호 전력에 대한 동작 범위를 측정, 고려하여야 한다.To do this, first, the output characteristics of the large power amplifier should be measured as the initial work in designing the linearizer. The maximum output powers of the main signal and the third-order distortion signal of the MAU 6 of FIG. 4 should be measured and applied to the design so that normal operation can be performed even when the magnitude of the input signal is attenuated. The distortion signal amplifier (CAU) 16 amplifies only the IM signal, so it must maintain linearity to avoid additional distortion in the output signal. In addition, the operating range of the variable input signal power of the magnitude control circuit and the phase control circuit should be measured and considered.

도 6은, 각 모듈별 동작특성을 고려하여 신호 전력을 계산한 간략화된 전체 회로구성도이다. 각 소자에서의 출력전력의 세기가 dBm으로 표시되어 있다.6 is a simplified overall circuit diagram of signal power calculated in consideration of operating characteristics of each module. The intensity of the output power in each device is indicated in dBm.

한편, 도 6 이하에서는, 도 5에서와 동일한 기능을 하는 소자에는 동일한 부재번호를 붙이고 자세한 설명은 생략한다.In addition, in FIG. 6 and below, the same member number is attached | subjected to the element which has the same function as FIG. 5, and detailed description is abbreviate | omitted.

도 5는, 본 발명의 피드포워드 선형화기 전체 시스템의 모듈별 구성도이다. 먼저 동작 원리를 알아보면, 입력 신호는 전력분배기(2)를 통하여 두 개의 신호로 나누어지며, 그 중에서 한 신호는 가변감쇠기(4) 및 가변위상 변환기(5)를 통해 대전력증폭기(6)로 입력되며 이때의 출력 신호는 왜곡 성분을 가지게 된다. 이 신호를 방향성 결합기(7)를 통해 빼기회로(10)에 비교신호로 보낸다. 한편, 상기 전력분배기에서 분배된 또다른 신호는 지연선로(3)를 거쳐 기준신호로서 상기 빼기회로(10)에 인가된다. 한편, 상기 기준신호는 최초 입력 신호가 지연선로(3)를 경유하여 비교 신호의 지연시간을 보상한 빼기회로(10)의 다른 입력 신호이다.5 is a configuration diagram for each module of the feedforward linearizer entire system of the present invention. First of all, the operating signal is divided into two signals through the power divider (2), and one signal is converted into the large power amplifier (6) through the variable attenuator (4) and the variable phase converter (5). The output signal at this time has a distortion component. This signal is sent as a comparison signal to the subtraction circuit 10 via the directional coupler 7. Meanwhile, another signal distributed by the power divider is applied to the subtraction circuit 10 as a reference signal via the delay line 3. On the other hand, the reference signal is another input signal of the subtraction circuit 10 whose initial input signal compensates for the delay time of the comparison signal via the delay line 3.

이 과정에서 주 신호 성분은 기준 신호와 비교 신호의 스펙트럼이 일치하도록, 크기제어회로(AGC1)(24)와 위상제어회로(APC1)(25)에 의해 조정된다. 이를 위해, 비교신호에 대해 방향성 결합기(8)가 결합되며, 여기에서 추출된 신호는 전력분배기(9)를 거쳐 크기제어회로(AGC1)(24)와 위상제어회로(APC1)(25)에 인가되고,기준신호에 대해서도 방향성 결합기(28)가 결합되며, 여기에서 추출된 신호는 전력분배기(29)를 거쳐 크기제어회로(AGC1)(24)와 위상제어회로(APC1)(25)에 인가됨으로써, 상기 크기제어회로(AGC1)(24)와 위상제어회로(APC1)(25)에 의해 상기 가변감쇠기(4) 및 가변위상 변환기(5)가 비교신호의 크기 및 위상을 적절히 변경하도록 한다.In this process, the main signal component is adjusted by the magnitude control circuit AGC1 24 and the phase control circuit APC1 25 so that the spectrum of the reference signal and the comparison signal coincide. For this purpose, the directional coupler 8 is coupled to the comparison signal, and the extracted signal is applied to the magnitude control circuit AGC1 24 and the phase control circuit APC1 25 via the power distributor 9. The directional coupler 28 is coupled to the reference signal, and the extracted signal is applied to the magnitude control circuits AGC1 24 and the phase control circuits APC1 25 through the power divider 29. The magnitude control circuit (AGC1) 24 and the phase control circuit (APC1) 25 allow the variable attenuator 4 and the variable phase converter 5 to appropriately change the magnitude and phase of the comparison signal.

주 신호 성분은 서로 동일 스펙트럼이므로 빼기회로(10)에서 상쇄되어 출력으로서 왜곡 신호만 나타난다. 이 신호는 신호경로에서 크기 및 위상제어 회로(14, 15)와 왜곡 신호 증폭기(16)에 의해 대전력증폭기의 왜곡 신호와 크기는 같고 위상이 180°차이가 있는 신호로 조정된다.Since the main signal components are in the same spectrum, they are canceled by the subtraction circuit 10 so that only the distortion signal appears as an output. This signal is adjusted by the magnitude and phase control circuits 14 and 15 and the distortion signal amplifier 16 in the signal path to a signal having the same magnitude and 180 degrees out of phase with the distortion signal of the large power amplifier.

역시, 상기 보조회로의 왜곡신호 및 주회로의 왜곡신호 성분들의 스펙트럼이 크기는 같고 위상이 180°차이나도록, 크기제어회로(AGC2)(34)와 위상제어회로(APC2)(35)에 의해 조정된다. 이를 위해, 왜곡신호에 대해 방향성 결합기(38)가 결합되며, 여기에서 추출된 신호는 지연선로(33) 및 전력분배기(39)를 거쳐 크기제어회로(AGC2)(34)와 위상제어회로(APC2)(35)에 인가되고, 증폭된 신호에 대해서도 방향성 결합기(18)가 결합되며, 여기에서 추출된 신호는 전력분배기(19)를 거쳐 크기제어회로(AGC2)(34)와 위상제어회로(APC2)(35)에 인가됨으로써, 상기 크기제어회로(AGC2)(34)와 위상제어회로(APC2)(35)에 의해 상기 가변감쇠기(14) 및 가변위상 변환기(15)가 왜곡신호의 크기 및 위상을 적절히 변경하도록 한다.Also, adjustment is made by the magnitude control circuit (AGC2) 34 and the phase control circuit (APC2) 35 so that the spectra of the distortion signal of the auxiliary circuit and the distortion signal components of the main circuit are equal in magnitude and 180 ° out of phase. do. To this end, the directional coupler 38 is coupled to the distortion signal, and the extracted signal is passed through the delay line 33 and the power divider 39 to the magnitude control circuit AGC2 34 and the phase control circuit APC2. The directional coupler 18 is applied to the amplified signal, and the extracted signal is passed through the power divider 19 to the magnitude control circuit AGC2 34 and the phase control circuit APC2. By the magnitude control circuit (AGC2) 34 and the phase control circuit (APC2) 35 so that the variable attenuator 14 and the variable phase converter 15 are magnitude and phase of the distortion signal. Make the appropriate changes.

결국, 최종 출력단(11) 이전의 방향성 결합기(17)에서, 주경로의지연선로(13)를 거친 신호와 보조경로의 크기 및 위상이 적절히 변경된 신호가 결합하게 되어, 왜곡 신호는 서로 상쇄되고 주 신호 성분만 남게 되므로 선형화기의 기능을 수행하게 되는 것이다.As a result, in the directional coupler 17 before the final output stage 11, the signal passing through the delay line 13 of the main path and the signal whose size and phase of the auxiliary path are appropriately combined are combined so that the distortion signals cancel each other and Since only the signal components remain, it will function as a linearizer.

시스템 설계시에는 회로의 효율성을 고려하여 8개의 모듈로 구분하였으며, 도 7에 A-H블록(100-800)이 도시되어 있다. 미설명 부호 21, 31 및 36은 증폭기이고, 37은 제한기(limiter)이고, 22는 동기검정기(synchronizer)이며, 32는 아이솔레이터(isolator)이다.The system is divided into eight modules in consideration of the efficiency of the circuit, the A-H block (100-800) is shown in FIG. Reference numerals 21, 31 and 36 are amplifiers, 37 are limiters, 22 are synchronizers, and 32 are isolators.

도 9a 내지 도 9h는, 도 7에서의 A블럭 내지 H블럭의 회로도의 일례이다.9A to 9H are examples of circuit diagrams of blocks A to H in FIG.

본 발명의 피드포워드 선형화기 설계상의 특징을 보면, 첫째, 지연선로를 사용함으로써 실시간으로 위상제어가 가능하다. 지연선로는 신호가 선형화기내의 여러 소자들을 거치면서 발생하는 시간적 지연을 일치시킴으로써 시간지연의 불일치에서 오는 대역폭의 협대역화를 막기 위한 것이다. 일반적인 위상제어방법은 이전신호와 현재신호를 상호 비교하여 우수한 특성을 나타내는 신호를 적용하는 방법을 사용하므로 실시간 신호처리가 불가능하여 어느 정도의 오차범위를 허용하게 된다. 그러나, 본 발명에서는 부피가 커지는 단점이 있지만 지연선로의 길이를 조정하는 방법을 사용하여 실시간으로 정확한 위상제어 기능을 구현하였다. 사용된 지연선로는 MICRO-COAX사의 141A-TP형이며, 이의 내부직경은 0.92mm, 외부직경은 2.9mm이고, 1미터 당 약 5ns의 지연시간 특성과 약 0.73dB의 삽입손실 특성이 측정되었다.According to the feedforward linearizer design of the present invention, first, phase control is possible in real time by using a delay line. The delay line is intended to prevent the narrowing of the bandwidth resulting from the inconsistency of the time delay by matching the time delay that occurs as the signal passes through the various elements in the linearizer. In general, the phase control method compares the previous signal with the current signal and applies a signal that exhibits excellent characteristics. Therefore, real-time signal processing is not possible, thereby allowing a certain error range. However, although the present invention has a disadvantage in that the volume becomes large, the accurate phase control function is implemented in real time using a method of adjusting the length of the delay line. The delay line used is MICRO-COAX's 141A-TP type, whose internal diameter is 0.92mm and its external diameter is 2.9mm, and the delay time characteristics of about 5ns and the insertion loss characteristics of about 0.73dB were measured per meter.

본 발명에서는 도 8에서와 같이, 신호경로(signal loop)에 위상보상 용으로 지연선로 DL1을 사용하였고, 오차경로(error loop)의 위상보상용으로 지연선로 DL2및 위상제어 용으로 지연선로 DL3을 사용하였다. 특히 위상제어용 지연선로인 DL3의 기능은 본 발명의 주요 이론으로서 이에 대하여 알아보면, 주 신호 구간 B와 D1사이에 사용되는 DL2는 수동소자로서 선형동작을 하지만, 보조신호 구간에 위치하는 왜곡 신호 증폭기는 트랜지스터의 비선형 영역에서의 동작에 의해 입력신호에 대하여 비선형적인 출력신호 특성을 나타내므로 이를 보상하여 왜곡 신호 증폭기의 이득이 일정한 값으로 유지되도록 하여야 피드포워드 선형화 기능이 가능하다. 이를 위해 신호의 크기와 위상을 자동으로 제어하는 기능이 필요하며, 이 중에서 자동위상제어 기능을 후술할 자동위상제어(automatic phase control) 회로와 지연선로로서 수행토록 한다. 즉, 빼기회로의 출력신호의 위상이 자동 위상제어회로의 동작영역이내에서 변화되도록 왜곡 신호 증폭기의 위상지연 시간을 보상하여 지연선로의 길이를 계산하여 회로에 적용한다. 위상제어용으로 피드포워드 선형화기에 사용한 지연선로인 DL3의 길이는, 빼기회로의 출력지점인 E1에서 왜곡 신호 증폭기를 거쳐 G-블럭 입력지점인 E3까지의 지연시간을 측정하여 이 값과 동일하게 E1에서 E2까지의 지연시간을 적용하면 된다. 그리고 DL1의 길이를 구하기 위해서는, 입력단자 A지점에서 대전력증폭기를 통과한 C1지점까지의 지연시간을 측정하여 이 값과 동일하게 A지점에서 C2지점까지의 지연시간을 적용하면 된다. DL2의 길이는, B지점에서 빼기회로와 왜곡 신호 증폭기를 경유한 D2지점까지의 지연시간을 측정하여 이 값과 동일하게 B지점에서 D1지점까지의 지연 시간을 적용하면 된다.In the present invention, as shown in FIG. 8, the delay line DL1 is used for phase compensation in the signal loop, the delay line DL2 for phase compensation of the error loop, and the delay line DL3 for phase control. Used. In particular, the function of DL3, a phase control delay line, is a main theory of the present invention. In this regard, the DL2 used between the main signal sections B and D1 performs a linear operation as a passive element, but is a distortion signal amplifier located in the auxiliary signal section. Since the nonlinear output signal characteristic of the input signal is exhibited by the operation in the nonlinear region of the transistor, the feedforward linearization function is required to compensate for this so that the gain of the distortion signal amplifier is maintained at a constant value. For this purpose, a function for automatically controlling the magnitude and phase of the signal is required, and the automatic phase control function is performed as an automatic phase control circuit and a delay line, which will be described later. That is, the phase delay time of the distortion signal amplifier is compensated so that the phase of the output signal of the subtraction circuit is changed within the operating region of the automatic phase control circuit, and the length of the delay line is calculated and applied to the circuit. The length of DL3, the delay line used for the feedforward linearizer for phase control, measures the delay time from the output point E1 of the subtraction circuit to the G-block input point E3 through the distortion signal amplifier. The delay time up to E2 can be applied. In order to calculate the length of DL1, the delay time from the input terminal A to the C1 point passing through the large power amplifier is measured and the delay time from the A point to the C2 point is applied in the same way as this value. As for the length of DL2, the delay time from the point B to the point D2 via the subtraction circuit and the distortion signal amplifier is measured, and the delay time from the point B to the point D1 is equally applied to this value.

둘째, 본 발명은, 파일럿톤을 사용하지 않으면서 입력신호 전력의 변화와 다양한 신호에 대한 왜곡을 최소화 시켰다. 파일럿톤을 사용하는 방식은 인위적으로인가된 파일럿톤을 기준으로 왜곡 신호 성분의 제거 정도를 판정, 조정하는 것으로, 파일럿톤은 혼변조 신호에 비해 전력이 크므로 등화기(equalizer)의 조정정도 판별이 상대적으로 쉽다. 최종 출력단 결합기에서 합쳐진 각 파일럿톤의 위상이 180°차이가 나고 크기가 같을 때, 자동적으로 대전력증폭기에서 발생된 혼변조 신호가 최소화된다. 그러나, 광대역 특성을 유지하기 위해서는 다수의 파일럿톤의 사용이 불가피하며, 등화기(equalizer)와 감시기(monitor) 회로 부분 역시 특정 주파수 대역을 담당하는 여러 개의 블록으로 구성되므로 회로가 매우 복잡하여진다. 또한 파일럿톤이 대전력증폭기를 통과하면서 원하지 않는 신호 왜곡을 발생시키며, 신호를 초기화하는데 상당한 시간이 소요된다.Second, the present invention minimizes the variation of input signal power and distortion of various signals without using a pilot tone. The pilot tone method is to determine and adjust the degree of removal of the distortion signal component based on the artificially applied pilot tone. Since the pilot tone has a larger power than the intermodulation signal, the degree of adjustment of the equalizer is determined. This is relatively easy. When the phases of each pilot tone combined at the final output coupler are 180 ° out of phase and equal in magnitude, the intermodulation signal generated by the large power amplifier is automatically minimized. However, in order to maintain the broadband characteristics, the use of a large number of pilot tones is inevitable, and the circuit of the equalizer and monitor circuits is also complicated by several blocks covering a specific frequency band. In addition, the pilot tones pass through the large power amplifier, causing unwanted signal distortion, and it takes considerable time to initialize the signal.

또한, 능동회로(active circuit)를 선형화기에서 기준 값으로 사용되는 구간에 사용하지 않음으로 신호의 왜곡과 발진을 방지하여 회로의 안정성을 개선하였다. 이 방식은 대전력증폭기 앞 단에 감쇠기와 위상 변환기를 배치시킴으로 이 회로들의 삽입손실에 따른 출력신호의 감쇠를 발생시키는 단점이 있었다. 본 발명에서는 약 1∼2 dB의 삽입손실이 발생하였다. 회로 설계 시 고려사항을 살펴보면, 크기제어회로에 입력되는 두 개의 신호는 크기가 동일하여야 한다. 그리고 위상제어회로에 입력되는 두 개의 신호는 위상제어회로 내의 혼합기 입력단 지점에서 상호 위상이 일치하여야 한다. 빼기회로의 비정상적인 동작을 고려하여 주 신호의 크기가 3차 혼변조 신호 크기보다 클 경우, 왜곡 신호를 발생하지 않도록 입력신호의 크기를 제한해 주는 일종의 제한기(limiter) 회로를 적용하는 것이 바람직하다. 선형화기의 RF회로와 디지털회로는 분리하여 설계, 배치하여야 상호간에 신호의 간섭현상을 방지할 수 있다. 대전력증폭기를 지나는 주 신호 구간(main path)은 35W의 대전력 신호가 통과하므로 그 구간에 있는 회로(본 논문에서는 방향성 결합기)들은 별도 분리하여 배치하여야 주위 회로들에 미치는 신호 간섭영향을 최소화시킬 수 있다.In addition, since the active circuit is not used in the section used as a reference value in the linearizer, the circuit stability is improved by preventing signal distortion and oscillation. This method has a disadvantage in that the attenuator and phase shifter are placed in front of the large power amplifier to cause attenuation of the output signal due to insertion loss of these circuits. In the present invention, an insertion loss of about 1 to 2 dB occurred. Considering the circuit design considerations, the two signals input to the magnitude control circuit must be the same magnitude. The two signals input to the phase control circuit must be mutually in phase at the mixer input point in the phase control circuit. Considering the abnormal operation of the subtraction circuit, if the magnitude of the main signal is larger than the third-order intermodulation signal, it is preferable to apply a kind of limiter circuit that limits the size of the input signal so as not to generate a distortion signal. . RF circuit and digital circuit of linearizer should be designed and arranged separately to prevent signal interference between each other. The main path through the high power amplifier passes through the 35W high power signal, so the circuits (directional coupler in this paper) must be separated to minimize the effects of signal interference on the surrounding circuits. Can be.

본 발명의 선형화기 설계 및 제작상의 특징을 살펴보면, A블럭과 E블럭의 구조가 감쇠기와 위상 변환기를 주 회로로 구성되도록 하여 동일한 구조로서 제작과 특성측정이 용이하도록 하였다. B블럭과 G블럭도 주 회로가 크기제어회로와 위상제어회로로 하여 상호 동일성을 추구하였으며 이는 회로의 측정과 제작에 많은 편이성을 제공한다. 또한 내부회로 설계 시 디지털회로 부분과 RF회로 부분을 분리하여 신호 간섭이 최소화되도록 고려하였으며, 회로의 집적도를 최대한 반영하였다.Looking at the design and fabrication features of the linearizer of the present invention, the structure of the A block and the E block has the attenuator and the phase converter as the main circuit to facilitate the fabrication and characterization as the same structure. In the B and G blocks, the main circuits are the size control circuit and the phase control circuit, which seeks mutual identity, which provides much convenience in measuring and fabricating the circuit. In addition, when designing the internal circuit, the signal interference is minimized by separating the digital circuit part and the RF circuit part, and the circuit integration degree is reflected to the maximum.

상용 선형화기는 일반적으로 대전력증폭기보다 크지 않도록 개발되고 있으며, 대전력증폭기와 선형화기가 상호 마주보는 구조가 보편적이다. 또한 방열, 경보, 충격보호 등의 회로들이 추가되므로 순수한 선형화 기능 회로들의 집적화는 중요 기술의 일부이다. 본 발명의 선형화기 집적화는 대전력증폭기의 크기와 비교하여 상용 수준이 되려면 더욱 직접도를 높여야 할 필요가 있으며, 상호 신호간섭 문제도 개선되어야 할 것이다. 동기신호 발생기인 H블럭은 순수 디지털회로만으로 구성되어 상호 신호 간섭 문제를 최소화 시켰다.Commercial linearizers are generally developed not to be larger than large power amplifiers, and the structure in which the large power amplifier and the linearizer face each other is common. In addition, integration of pure linearization circuits is an important part of the technology because circuits such as heat dissipation, alarm and shock protection are added. The linearizer integration of the present invention needs to increase the degree of directness more to be commercial level compared to the size of a large power amplifier, and the problem of mutual signal interference should also be improved. The H block, which is a synchronous signal generator, consists of pure digital circuits to minimize the mutual signal interference problem.

빼기회로인, C블럭은 제작 및 입력 신호의 일치성 측정과 출력 신호의 상쇄지수 측정이 용이하도록 단독 블럭화시키는 것이 바람직하다. 최종 출력단에 연결되는 F블럭은 선형화 정도의 정확한 측정 및 조정 작업이 용이하도록 블럭화시키는것이 바람직하며, 왜곡 신호 증폭기 출력 신호의 반사특성 개선을 위하여 대용량의 아이솔레이터를 추가하는 것이 좋다. 제한기 회로인 D블럭은 신호의 크기 조정 및 빼기회로의 상쇄지수에 따라 조정이 용이하도록 블럭화시키는 것이 바람직하다. 선형화기의 측정을 위해서는 먼저 구간별로 회로들의 지연시간(delay time)을 측정하여 필요한 지연선로의 길이를 구하여야 한다. 측정 결과, 신호 경로(signal loop)의 위상보상용 지연선로는 지연시간 23.42nSec., 삽입손실 값 -2.9dB이었으며, 에러경로(error loop)의 위상보상 용 지연선로는 지연시간 26.83nSec., 삽입손실 값 -4.2dB이었고, 빼기회로 출력단에 위치하는 위상제어용 지연선로는 지연시간 6.19nSec., 삽입손실 값 -0.74dB이었다.The C block, which is a subtraction circuit, is preferably made to block alone so that the fabrication and measurement of the input signal can be easily measured and the offset signal of the output signal can be easily measured. It is preferable to block the F block connected to the final output stage to facilitate accurate measurement and adjustment of the degree of linearization, and to add a large-capacity isolator to improve the reflection characteristic of the distortion signal amplifier output signal. It is preferable to block D block, which is a limiter circuit, so that the block can be easily adjusted according to the offset of the signal adjusting and subtracting circuit. In order to measure the linearizer, first, the delay time of the circuits should be measured for each section to obtain the required length of the delay line. As a result, phase compensation delay line of signal loop was 23.42nSec., Insertion loss value -2.9dB, and error compensation phase delay delay line was 26.83nSec., Insertion The loss value was -4.2dB, and the delay line for phase control located at the minus circuit output was 6.19nSec. And the insertion loss value was -0.74dB.

다음 순서로, B블럭의 크기와 위상제어 기능을 자동화를 시키는 것으로서, 이를 도 10을 참조하여 설명한다. 먼저 크기제어의 자동화 후 위상제어를 조정한다.In the following order, as to automate the size and phase control function of the B block, this will be described with reference to FIG. First adjust the phase control after automation of the size control.

도 10의 B블럭의 크기제어는, 도 10의 F지점에서의 주 신호의 크기를 일치시키면 된다. 이를 위하여 A지점을 통해 크기제어 신호인 DC신호를 감쇠기에 입력시켜 입력 신호 변화에 의한 비선형적인 대전력증폭기 출력신호 변화량을 조정한다. 이 때 F지점에서의 신호는 입력 신호의 변화에 선형적으로 응답하기 때문에 기준 신호가 된다. 신호크기 제어회로의 설계 시, 적용된 기준신호의 크기는 12dBm 이었으며, 감쇠기의 감쇠량은 약 3dB정도가 되도록 조정하였다. 이 때의 감쇠기 제어신호는 약 5.7[V]이었다. B블럭의 위상제어도 역시 E, F지점에서 양쪽 신호가 동위상이 되도록 B지점에서의 제어신호에 의해 위상변환기를 동작시키면 된다. 이를 위해먼저, B블럭 내의 위상 제어회로 부분의 입력위상을 일치시켜야 한다. 즉, D지점으로 입력되는 신호는 기준신호로서 혼합기의 LO신호로 작용하므로 이 신호의 혼합기 입력지점에서의 위상 값과, 혼합기의 RF 신호로 작용하는 C지점으로 입력되는 신호의 위상 값이 혼합기의 RF 신호 입력지점에서 일치시켜야 한다. 즉, RF 신호는 방향성 결합기와 RF 스위치를 경유하여 혼합기로 입력되므로 이의 위상지연시간을 LO 신호 입력구간에서 보상해주어야 한다. 혼합기는 LO 신호가 RF 신호보다 크기가 커야 정상적인 동작을 하므로 이를 고려하여 크기를 조정하여야 한다. 혼합기의 출력 신호는 DC 스위치에 의하여 I 신호 및 Q 신호로 나누어지며, 신호의 크기 성분은 동일하므로 나누기 회로에 의해 서로 상쇄되어 버리고 순수한 위상성분만 남게 된다. ALC 입력 시, 기준 값으로 0[V]를 적용하였으며, 나누기 회로의 출력 값도 초기값으로 0[V]를 적용하였다. 즉, 분모인 I 신호는 0[V]보다 커야 하며, 분자인 Q신호를 0[V]로 조정하면 된다. 빼기회로의 기능이 주 신호의 상쇄이지만, 선형화기의 안정적인 동작을 위해서는 상쇄된 주 신호의 발진현상이 없어야 하므로 상쇄량보다는 안정화에 비중을 두어야 한다. 즉, 출력 신호중 주 신호 크기가 IM신호 크기보다 약간 높아도 대전력증폭기의 출력 신호에 비하면 무시할 수 있는 미약한 크기이므로 문제가 되지 않는다. 약 15dB의 입력 신호 변화 범위에서 대전력증폭기의 위상변화량은 약 18°정도였으며, 위상변환기 제어신호는 약 5[V]가 입력되도록 조정하였다.The magnitude control of the B block of FIG. 10 is sufficient to match the magnitude of the main signal at the point F of FIG. For this purpose, the DC signal, which is a magnitude control signal, is input to the attenuator through point A to adjust the nonlinear high power amplifier output signal variation due to the change of the input signal. At this time, the signal at the point F becomes a reference signal because it linearly responds to the change of the input signal. In designing the signal size control circuit, the applied reference signal was 12dBm in size and the attenuation of the attenuator was adjusted to be about 3dB. At this time, the attenuator control signal was about 5.7 [V]. The phase control of the B block may also be operated by the control signal at the B point so that both signals are in phase at the E and F points. To do this, first, the input phase of the phase control circuit part in the B block must be matched. That is, since the signal input to the D point acts as the LO signal of the mixer as a reference signal, the phase value at the mixer input point of this signal and the phase value of the signal input to the C point acting as the RF signal of the mixer are Match at the RF signal input point. That is, since the RF signal is input to the mixer via the directional coupler and the RF switch, its phase delay time must be compensated in the LO signal input section. Since the mixer operates normally when the LO signal is larger than the RF signal, the mixer needs to be adjusted in consideration of this. The output signal of the mixer is divided into the I signal and the Q signal by the DC switch. Since the magnitude components of the signals are the same, they are canceled with each other by the division circuit and only the pure phase components remain. For ALC input, 0 [V] was applied as the reference value and 0 [V] was applied as the initial value of the divider circuit. That is, the denominator I signal must be greater than 0 [V], and the Q signal of the numerator can be adjusted to 0 [V]. Although the function of the subtraction circuit cancels the main signal, in order for the linearizer to operate stably, there should be no oscillation of the canceled main signal. That is, even if the main signal size of the output signal is slightly higher than the IM signal size, it is not a problem because it is a negligible size compared to the output signal of the large power amplifier. The phase change amount of the large power amplifier was about 18 ° in the input signal change range of about 15dB, and the phase shifter control signal was adjusted to input about 5 [V].

G블럭의 크기 및 위상제어기능의 자동화는 왜곡 신호 증폭기에 의한 비선형적인 크기 및 위상의 변화를 고정 값을 갖도록 조정하는 것이다. 즉, G-블럭의 입력 지점인 G, K 지점에서 양쪽의 크기가 일치하도록 크기제어 신호의 출력 지점인 H지점을 통해 감쇠기를 제어시키면 된다. 위상제어도 역시 G, K지점에서 양쪽 신호가 동위상을 유지하도록 J지점에서의 제어신호에 의해 위상변환기를 동작시키면 된다.The automation of the magnitude and phase control of the G-block is to adjust the non-linear magnitude and phase change by the distortion signal amplifier to have a fixed value. That is, the attenuator may be controlled through the H point, which is the output point of the magnitude control signal, so that the magnitudes of the two parts coincide at the G and K points, which are the input points of the G-block. The phase control may also be operated by the control signal at the point J so that both signals remain in phase at the points G and K.

자동화 방법은 B블럭과 동일하다. D블럭은 빼기회로의 주 신호 상쇄기능이 정상적이지 못할 때, 큰 크기의 신호가 왜곡 신호 증폭기로 입력되는 것을 방비하기 위한 일종의 제한기 기능을 수행하는 회로이다. 위에서 기술한 과정의 성공적 수행을 위해서는, 크기제어회로와 위상제어회로의 동작범위를 사전에 측정하여 시스템 설계 시 반영하여야 한다. 또한, 나누기 회로의 정상적인 동작을 위하여 입력 신호가 양(+)의 성분을 가져야 하며, RF 신호들의 상호 간섭도 고려하여야 한다. 최종단에서 신호의 결합 과정에서 IM 신호는 180°의 위상차를 가져야 하므로 L 지점에서 위상을 조정한다. 즉, IM 신호는 서로 상쇄되고 주 신호 성분만 출력되게 함으로써 선형화기의 기능을 성공적으로 수행하게 된다. 본 논문에서 연구한 선형화기는 PCS기지국용 선형화기로서, 중심주파수는 1855 MHz이며 입력신호는 2-Tone을 적용하였고, 톤(Tone)간격은 0.6MHz이다. 선형화 대상인 대전력증폭기는 'KMW사'의 35W용량의 상용 제품을 적용하였다. 선형화기에 의한 C/I 개선량은 약 18∼24dB, 17∼25dB로서, 설계 시 요구한 수준의 결과를 얻었으며, 상용화가 가능한 수준이다.The automation method is the same as the B block. The D block is a circuit that performs a kind of limiter function to prevent a large signal from being input into the distortion signal amplifier when the main signal canceling function of the subtraction circuit is not normal. For the successful execution of the above process, the operating range of the size control circuit and the phase control circuit should be measured in advance and reflected in the system design. In addition, the input signal must have a positive component for the normal operation of the division circuit, and the mutual interference of the RF signals should be considered. In the final stage, the IM signal should have a 180 ° phase difference, so adjust the phase at the L point. In other words, the IM signals cancel each other and only the main signal components are outputted, thereby successfully performing the function of the linearizer. The linearizer studied in this paper is a linearizer for PCS base station. The center frequency is 1855 MHz, the input signal is 2-Tone, and the tone interval is 0.6MHz. The large power amplifier, which is to be linearized, applied a commercial product of 35MW capacity of 'KMW'. The C / I improvement by the linearizer is about 18 ~ 24dB and 17 ~ 25dB, which resulted in the required level of design and is commercially available.

이제, 세기제어회로의 일례를 도 13a를 참조하여 설명한다. 도 13a에서, 입력신호 A를 기준신호로 B를 압력신호라고 하면, RF스위치(201)에서, 동기신호에 의해 10kHz 주기로 A, B 신호를 출력하며 (동기신호는 오실레이터(202)에서 생성된 1MHz 신호를 분주기(203)에서 10kHz 신호로 하여 출력한다), 이를 검출기(204)에서 DC전압으로 변환하여 DC스위치(205)로 보낸다. DC스위치는 동기신호가 '하이" 상태에서만 동작하므로, 이를 반전 및 비반전 상태로 입력시키면, A, B 신호를 교대로 출력시킨다. 출력신호 중 A 신호를 Vref, B 신호를 Vi라고 하면, ALC(206)에서 Vref신호세기를 기준으로 하여 Vi신호세기를 감쇠기(207)를 이용하여 Vref값과 동일한 크기로 일치시키면, 자동세기제어회로가 된다.An example of the intensity control circuit will now be described with reference to FIG. 13A. In FIG. 13A, if the input signal A is a reference signal and B is a pressure signal, the RF switch 201 outputs the A and B signals at a 10 kHz period by the synchronization signal (the synchronization signal is a 1 MHz signal generated by the oscillator 202). The signal is output as a 10 kHz signal by the frequency divider 203), and it is converted into a DC voltage by the detector 204 and sent to the DC switch 205. If the DC switch is that because synchronization signal is operating only in "high" state, when the input it to the inverting and non-inverting state, A, a B signal and alternately outputs the output signals of the A signal V ref, the B signal V i , V i by matching the signal strength on the basis of the signal strength V ref in the ALC (206) by using the attenuator 207 of the same size as the value of V ref, and an automatic intensity control circuit.

동작원리를 살펴보면, 증폭기의 출력전력이 지나치게 크면 Vi가 Vref보다 크게 되고, Vout은 시정수 τ=RC로 증가하게 되어, 반사기의 감쇠기는 감쇠값을 키우게 된다.In operation principle, if the output power of the amplifier is too large, V i is larger than V ref , and V out is increased to the time constant τ = RC, and the attenuator of the reflector increases the attenuation value.

감쇠값이 지나치게 커지게 되면, Vi가 Vref보다 작게 되어 이번에는 Vout가 감소하므로 감쇠기의 감쇠가 줄게 된다. 이 RF출력은 DC전압으로 검출될 때 Vref를 중신으로 커졌다 작아졌다를 하게 되는 데, 회로의 동작시간이 시정수보다 매우 작으므로 고정되어 버림을 알 수 있다. 이렇게 Vout가 고정되면 어떤 입력이 인가되더라도 일정한 출력을 낼 수 있게 된다. 따라서, Vref의 값에 따라 출력신호의 레벨이 일정하게 결정된다. 이때 DC전압인 출력 Vout는 Vi값과 Vref값이 일치하도록 감쇠기의 감쇠량을 조정하는 값에 접근하여, 이 값을 일정하게 내보낸다. 또한 ALC 내의 저항값은 감쇠기의 DC 전압 특성을 고려해서 결정할 수 있으며, ALC의 기준전압보다 작은 값으로 검출되는 신호가 입력될 때는 입력전력을 키울 수 없기 때문에 ALC가 되지 않는다.If the attenuation value becomes excessively large, V i becomes smaller than V ref and this time V out decreases, thus reducing the attenuation of the attenuator. When the RF output is detected as a DC voltage, V ref increases and decreases due to the center of gravity. It can be seen that the operation time of the circuit is fixed because it is much smaller than the time constant. If V out is fixed in this way, it can produce constant output no matter what input is applied. Therefore, the level of the output signal is determined constant according to the value of V ref . At this time, the output Vout, which is the DC voltage, approaches the value that adjusts the attenuation amount of the attenuator so that the Vi value and the Vref value coincide, and outputs this value constantly. In addition, the resistance value in the ALC can be determined in consideration of the DC voltage characteristics of the attenuator. When the signal detected with a value smaller than the reference voltage of the ALC is input, the input power cannot be increased, so that the ALC is not ALC.

도 13b에는 이상의 세기제어회로의 일례가 나타나 있다.13B shows an example of the above intensity control circuit.

다음, 위상제어회로의 일례를 도 14a를 참조하여 설명한다. 도 14a에서, 대전력증폭기의 출력신호인 B∠φ를 전력분배기(701)를 통해 위상제어회로의 입력신호로 하여, 90°3dB 커플러(702)에 입력시켜, 신호의 크기가 각각이며, 90°위상차를 가지는 cosφ와 sinφ의 2가지 신호를 생성시킨다.Next, an example of the phase control circuit will be described with reference to FIG. 14A. In Fig. 14A, B∠φ, which is an output signal of the large power amplifier, is input to the 90 ° 3dB coupler 702 as the input signal of the phase control circuit through the power divider 701, and the magnitudes of the signals are respectively. It generates two signals, cosφ and sinφ, which have a 90 ° phase difference.

이를 tanφ 형태로 변환하여 위상의 크기를 제어가능하도록 한다.This is converted into a tanφ form so that the magnitude of the phase can be controlled.

이 신호들은 RF스위치(703)에서 동기신호에 의해 10kHz 주기로 교대로 출력되어(동기신호는 오실레이터(704)에서 생성된 1MHz 신호를 분주기(705)에서 10kHz 신호로 하여 출력한다), 주파수 혼합기(706)의 RF신호로서 입력된다.These signals are alternately output by the synchronous signal from the RF switch 703 in 10 kHz periods (the synchronous signal is output as the 1 kHz signal generated by the oscillator 704 as the 10 kHz signal in the divider 705), and a frequency mixer ( 706 is inputted as an RF signal.

한편, 기준신호인 A∠θ를 전력분배기(707)를 통해 주파수 혼합기(706)의 LO신호로 입력한다. 주파수 혼합기는 변환손실 K의 비율이 곱해진 크기를 가지며, 출력신호인 IF신호의 주파수 위상은 RF와 LO신호의 주파수와 위상에 의해 정해진다.The reference signal A 신호 θ is input to the LO signal of the frequency mixer 706 through the power divider 707. The frequency mixer has a magnitude multiplied by the ratio of the conversion loss K, and the frequency phase of the output IF signal is determined by the frequency and phase of the RF and LO signals.

RF신호가 LO신호의 주파수와 같은 경우 주파수혼합기의 IF출력 주파수는 직류성분(DC)과 그 외 여러 주파수 성분이 생긴다. 이때 직류성분의 크기는 RF신호와 LO신호의 위상관계에 의해 결정된다.When the RF signal is equal to the frequency of the LO signal, the IF output frequency of the frequency mixer generates a DC component and other frequency components. At this time, the magnitude of the DC component is determined by the phase relationship between the RF signal and the LO signal.

이를 수식으로 전개하면 수학식 1과 같으며, 여기서 주파수 혼합기의 입력신호 세기를 동일하게 각각,로 적용하였다.Expanding the equation by Equation 1, the input signal strength of the frequency mixer equally , Was applied.

IF출력신호를 저역통과 여파기로 고조파 성분을 제거하면, IF출력신호는 수학식 2와 같다.When the harmonic component is removed by the low pass filter of the IF output signal, the IF output signal is expressed by Equation 2 below.

동일한 방법을 IF2에 적용하면, 수학식 3과 같다.Applying the same method to IF2, Equation 3 is obtained.

주파수 혼합기(706)에서 DC전압으로 변환된 이 IF1, IF2 신호를 DC스위치(708)로 보내면, DC스위치는 10kHz 주기로 IF1, IF2 신호를 교대로 출력시킨다.When the frequency mixer 706 sends these IF1 and IF2 signals converted to DC voltage to the DC switch 708, the DC switch alternately outputs the IF1 and IF2 signals at a 10 kHz period.

이들 출력신호들은 90°위상차를 가지므로 IF1 신호를 I신호(In-phase), IF2신호를 Q신호(Quadrature-phase)로 적용이 가능하다. 이를 나누기 회로(709)에 I신호를 분모값으로 Q 신호를 분자값으로 입력시키면, Q/I 의 나누기 회로의 경과로서 (4/K)AB 크기 성분은 없어지고, tan(φ- θ)의 순수한 위상 성분 값만 추출할 수 있다.Since these output signals have a 90 ° phase difference, the IF1 signal can be applied as an I signal (In-phase) and the IF2 signal as a Q signal (Quadrature-phase). When the I signal is used as the denominator value and the Q signal is input as the numerator value, the (4 / K) AB magnitude component disappears as the elapse of the Q / I division circuit, and tan (φ-θ) Only pure phase component values can be extracted.

ALC(710)의 기준값을 0V로 설정하고, DC성분인 tan(φ- θ)의 위상값을 입력값으로 하여 ALC에 입력한다.The reference value of the ALC 710 is set to 0 V, and the phase value of tan (?-?) Which is a DC component is input to the ALC as an input value.

ALC의 동작원리는 세기제어와 동일하며, 여기서 기준값으로 0V를 선정한 것은 초기입력값으로 tan(φ- θ)의 위상값을 φ= θ로 하여 tan값을 0으로 설정하기 때문이다.The operation principle of the ALC is the same as that of the intensity control, where 0 V is selected as the reference value because the tan value is set to 0 with the phase value of tan (φ−θ) as φ = θ as the initial input value.

즉, 대전력증폭기의 위상이 변하여 φ값이 변하면, ALC에서 φ= θ조건이 만족되도록 Vout값을 위상변환기(711)로 보내어 위상변환기에서 대전력증폭기의 위상을 제어하게 된다.That is, when the phase of the large power amplifier is changed and the value of φ is changed, the V out value is sent to the phase converter 711 so as to satisfy the condition of φ = θ in the ALC to control the phase of the large power amplifier in the phase converter.

도 13b에는 이상의 위상제어회로의 일례가 나타나 있다.13B shows an example of the above phase control circuit.

도 11은 본 발명에 관한 선형화기의 측정지점을 도시하고 있다. 일례로, PCS 기지국용 선형화기로서, 중심주파수는 1855MHz이며 입력신호는 2 Tone을 적용하였고, 톤(Tone) 간격은 0.6MHz이다. 선형화 대상 대전력증폭기는 KMW사의 35W 용량의 상용제품을 적용하였다. 측정방법은 먼저 전체 시스템을 구성한 후 정상동작 상태하에서 수행한다.Fig. 11 shows the measuring points of the linearizer according to the present invention. For example, as a linearizer for a PCS base station, the center frequency is 1855 MHz, the input signal is applied 2 Tone, and the tone interval is 0.6 MHz. The large power amplifier for linearization applied KMW's 35W commercial product. The measuring method is composed of the whole system first and then under normal operating conditions.

'측정 1'은 MAU(6) 출력신호를 측정하는 것으로서, 30dB 방향성결합기(7)의쓰루포트(through port)는 50ohm 단락시키고 커플드포트(coupled port)의 출력신호를 스펙트럼 분석기에 연결하여 수행한다.'Measurement 1' measures the MAU (6) output signal. The through port of the 30dB directional coupler (7) is shorted by 50 ohms and the output signal of the coupled port is connected to the spectrum analyzer. do.

'측정 2'는 빼기회로(10)의 출력신호를 측정하는 것으로서, 빼기회로 출력단의 신호를 스펙트럼 분석기에 연결하여 수행한다.'Measure 2' measures the output signal of the subtraction circuit 10, and is performed by connecting the signal of the subtraction circuit output terminal to the spectrum analyzer.

'측정 3'은 CAU((16) 출력단과 10dB 방향성결합기(17) 사이를 연결시켜 선형화기능을 적용한 경우의 출력신호를 측정하고, 동일 지점을 단락시켜 선형화 기능을 적용하지 않은 경우의 출력신호를 측정한다. 측정은 상기 측정지점에서 선형화 기능을 적용한 경우와 적용하지 않은 경우에 대해, MAU(6)출력이 1W, 2W, 10W, 20W, 25W 및 30W에서 각각 수행하였다.'Measurement 3' measures the output signal when the linearization function is applied by connecting between the CAU ((16) output terminal and the 10dB directional coupler 17), and outputs the output signal when the linearization function is not applied by shorting the same point. The measurement was performed at 1 W, 2 W, 10 W, 20 W, 25 W and 30 W, respectively, with and without linearization at the measurement points.

선형화기에 의한 IM개선량은 약 18-24 dBm, 17-25 dBc 로서, 상당히 우수한 효과를 나타냈다.IM improvement by the linearizer was about 18-24 dBm and 17-25 dBc, showing a fairly good effect.

표 1은 MAU 출력신호 및 빼기회로의 출력신호이며, 표 2와 표 3은 선형화기를 적용하지 않은 대전력증폭기의 출력 특성과 본 발명에서 설계 및 제작한 피드포워드 선형화기를 적용하였을 때의 최종단에서 출력 신호를 나타내며, 선형화기에 의한 3rd-IM 과 C/I의 개선량을 dBc로 나타낸 것이다.Table 1 shows the output signal of the MAU output signal and the subtraction circuit, and Tables 2 and 3 show the output characteristics of the large power amplifier without the linearizer and the final stage when the feedforward linearizer designed and manufactured in the present invention is applied. The output signal is shown, and the improvement amount of 3rd-IM and C / I by the linearizer is expressed in dBc.

출력전력(dBm/tone)Output power (dBm / tone) MAU 출력전력MAU output power 빼기회로 출력전력Subtraction Circuit Output Power f-3f-3 f+3f + 3 f-3f-3 f+3f + 3 30W (41.7)30 W (41.7) 0.620.62 -2.40-2.40 -38.80-38.80 -42.45-42.45 25W (41.0)25 W (41.0) -1.25-1.25 -3.60-3.60 -38.17-38.17 -40.15-40.15 20W (40.0)20 W (40.0) -1.00-1.00 -3.12-3.12 -37.77-37.77 -39.32-39.32 10W (37.0)10 W (37.0) -2.52-2.52 -3.65-3.65 -38.97-38.97 -39.77-39.77 2W (30.0)2 W (30.0) -9.75-9.75 -9.70-9.70 -49.40-49.40 -49.40-49.40 1W (27.0)1W (27.0) -19.10-19.10 -16.40-16.40 -57.65-57.65 -57.65-57.65

출력전력(dBm/tone)Output power (dBm / tone) 피드포워드 사용않음No feedforward 피드포워드 사용함Use feedforward 개선량(dB)Improvement amount (dB) f-3f-3 f+3f + 3 f-3f-3 f+3f + 3 f-3f-3 f+3f + 3 30W (41.7)30 W (41.7) -5.17-5.17 -7.30-7.30 -26.62-26.62 -26.05-26.05 21.4521.45 18.7518.75 25W (41.0)25 W (41.0) -4.92-4.92 -7.52-7.52 -26.67-26.67 -25.65-25.65 21.7521.75 18.1318.13 20W (40.0)20 W (40.0) -2.92-2.92 -4.25-4.25 -27.30-27.30 -27.32-27.32 24.3824.38 23.0723.07 10W (37.0)10 W (37.0) -4.68-4.68 -5.89-5.89 -23.71-23.71 -27.54-27.54 19.0319.03 21.6521.65 2W (30.0)2 W (30.0) -13.62-13.62 -13.15-13.15 -32.87-32.87 -32.20-32.20 19.2519.25 19.0519.05 1W (27.0)1W (27.0) -20.62-20.62 -20.72-20.72 -37.37-37.37 -37.30-37.30 16.7516.75 16.5816.58

출력전력(dBm/tone)Output power (dBm / tone) 피드포워드 사용않음No feedforward 피드포워드 사용함Enable feedforward 개선량(dB)Improvement amount (dB) 30W (41.7)30 W (41.7) 41.4741.47 62.9462.94 21.4721.47 25W (41.0)25 W (41.0) 41.2941.29 63.1763.17 21.8821.88 20W (40.0)20 W (40.0) 38.1738.17 62.7562.75 24.5824.58 10W (37.0)10 W (37.0) 36.6836.68 60.1860.18 23.5023.50 2W (30.0)2 W (30.0) 39.1939.19 58.4958.49 19.3019.30 1W (27.0)1W (27.0) 42.9442.94 59.8459.84 16.9016.90

이상 본 발명을 첨부도면에 도시된 일 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자가 용이하게 생각해 낼 수 있는 범위내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 한계는 다음의 특허청구범위에 의해서만 한정되어야 한다.The present invention has been described above with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto, and various modifications are possible within a range easily conceived by those skilled in the art. Therefore, the limitation of the present invention should be limited only by the following claims.

도 12a 및 도 12b는 대전력증폭기의 출력 전력이 30W인 경우에 선형화기를적용하지 않은 경우와 선형화기를 적용한 경우의 출력 스펙트럼을 측정한 결과이다. 반송파(1번, 2번)의 신호레벨의 차이는 거의 없는데 비해, 본 발명에 관한 선형화기를 사용한 결과 혼변조 신호레벨(3번 내지 6번)이 현저하게 감소한 것을 알 수 있다.12A and 12B show the results of measuring the output spectrum when the linearizer is not applied when the output power of the large power amplifier is 30W and when the linearizer is applied. While there is almost no difference in the signal levels of the carriers (No. 1, No. 2), it can be seen that the intermodulation signal levels (No. 3 to No. 6) are significantly reduced as a result of using the linearizer according to the present invention.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 코렉션 증폭기 제어용 지연선로를 이용한 새로운 형의 피드포워드 방식의 선형화기를 제안하고 있는 바, 약 15dB 범위의 동작 범위에서 58.5dBc∼63.2dBc IMD 특성을 보였으며, 약 16.9dB∼24.6dB의 C/I 개선을 이루었다. 결국, 효과적인 선형화기가 얻어지는 것이 가능하게 된다.As described above, in the present invention, a novel feedforward linearizer using a delay amplifier for correction amplifier control has been proposed, and has exhibited 58.5 dBc to 63.2 dBc IMD characteristics in an operating range of about 15 dB. A C / I improvement of about 16.9 dB to 24.6 dB was achieved. As a result, it becomes possible to obtain an effective linearizer.

Claims (3)

반송파 입력단(1)을 통해 입력된 반송파 신호를 주경로 및 보조경로로 분배하는 제1 전력분배기(2);A first power divider (2) for distributing the carrier signal input through the carrier input terminal (1) to the main path and the auxiliary path; 상기 주경로에서의 상기 신호의 세기 및 위상을 변경하는 제1 가변감쇠기(4) 및 제1 가변위상변환기(5);A first variable attenuator (4) and a first variable phase converter (5) for changing the strength and phase of the signal in the main path; 상기 제1 가변감쇠기(4) 및 제1 가변위상 변환기(5) 후단에 접속되며, 원하는 출력레벨까지 증폭하는 대전력증폭기(6);A large power amplifier (6) connected to the rear end of the first variable attenuator (4) and the first variable phase converter (5) and amplifying to a desired output level; 상기 주경로에서 생긴 반송파와 혼변조 왜곡신호들 중에서 혼변조 왜곡신호들만을 출력하는 빼기회로(10);A subtraction circuit 10 outputting only intermodulation distortion signals among the carrier wave and intermodulation distortion signals generated in the main path; 상기 대전력증폭기(6)의 출력에서 반송파와 혼변조 왜곡 신호 성분들을 일부추출하여 상기 빼기회로(10)에 비교신호로 인가해 주는 제1 방향성 결합기(7);A first directional coupler (7) which partially extracts carrier and intermodulation distortion signal components from the output of the large power amplifier (6) and applies them as a comparison signal to the subtraction circuit (10); 상기 보조경로에서의 반송파 신호를 신호지연시켜 상기 빼기회로(10)에 기준신호로 인가하는 제1 지연선로(3);A first delay line (3) for delaying the carrier signal in the auxiliary path and applying it as a reference signal to the subtraction circuit (10); 상기 빼기회로(10)에서 얻어진 혼변조 왜곡신호 성분들의 세기 및 위상을 변경하는 제2 가변감쇠기(14) 및 제2 가변위상 변환기(15);A second variable attenuator 14 and a second variable phase converter 15 for changing the intensity and phase of the intermodulation distortion signal components obtained by the subtraction circuit 10; 상기 제2 가변감쇠기(14) 및 제2 가변위상 변환기(15) 후단에 접속되며, 원하는 출력레벨까지 증폭하는 보조증폭기(16);An auxiliary amplifier (16) connected to the second variable attenuator (14) and the second variable phase converter (15), for amplifying to a desired output level; 상기 보조증폭기(16)에서 적당한 크기로 증폭된 상기 보조경로 상의 혼변조 왜곡신호 성분들과 상기 주경로 상에서 제2 지연선로(13)를 거쳐온 반송파와 혼변조 왜곡신호들의 합신호를 결합하여 반송파 신호만을 추출하여 출력하는 제2 방향성 결합기(18);A carrier wave by combining the intermodulation distortion signal components on the auxiliary path amplified to an appropriate size by the auxiliary amplifier 16 and a sum signal of the carrier wave and the intermodulation distortion signals passing through the second delay line 13 on the main path; A second directional coupler 18 for extracting and outputting only the signal; 를 포함하되,Including but not limited to: 상기 반송파 신호 성분은 상기 기준신호와 상기 비교신호의 스펙트럼이 일치하도록, 상기 비교신호 정보를 추출하여 제1 크기제어회로(AGC1)(24)와 제1 위상제어회로(APC1)(25)에 인가되도록, 그리고 상기 기준신호 정보를 추출하여 상기 제1 크기제어회로(AGC1)(24)와 상기 제1 위상제어회로(APC1)(25)에 인가되도록 함으로써, 상기 주경로 및 보조경로에서 반송파 신호 성분이 서로 동일 스펙트럼이 되도록, 상기 제1 크기제어회로(AGC1)(24)와 상기 제1 위상제어회로(APC1)(25)가 상기 제1 가변감쇠기(4) 및 제1 가변위상 변환기(5)로 하여금 비교신호의 크기 및 위상을 적절히 변경하도록 제어하는 B블럭(200); 및The carrier signal component extracts the comparison signal information and applies it to the first magnitude control circuit (AGC1) 24 and the first phase control circuit (APC1) 25 so that the spectrum of the reference signal and the comparison signal coincide. And extract the reference signal information to be applied to the first magnitude control circuit (AGC1) 24 and the first phase control circuit (APC1) 25 so that the carrier signal components in the main path and the auxiliary path The first variable amplitude control circuit (AGC1) 24 and the first phase control circuit (APC1) 25 allow the first variable attenuator 4 and the first variable phase converter 5 to have the same spectrum. A B block 200 for controlling to appropriately change the magnitude and phase of the comparison signal; And 상기 빼기회로의 출력신호가 상기 주경로에 다시 결합될 때에 상기 주경로상의 혼변조 왜곡성분과 크기가 같고 역(180°)의 위상으로 되도록, 상기 빼기회로의 출력신호 정보를 추출하여 제2 크기제어회로(AGC2)(34)와 제2 위상제어회로(APC2)(35)에 인가되도록, 그리고 상기 보조 증폭기(16)의 출력신호 정보를 추출하여 상기 제2 크기제어회로(AGC2)(34)와 상기 제2 위상제어회로(APC2)(35)에 인가되도록 함으로써, 상기 제2 크기제어회로(AGC2)(34)와 상기 제2 위상제어회로(APC2)(35)가 상기 주경로 및 보조경로에서 혼변조 왜곡신호 성분이 서로 반대 스펙트럼이 되도록, 상기 제2 가변감쇠기(14) 및 제2 가변위상 변환기(15)로 하여금 상기 빼기회로의 출력신호의 크기 및 위상을 적절히 변경하도록 제어하는 G블럭(700);When the output signal of the subtraction circuit is coupled to the main path again, the output signal information of the subtraction circuit is extracted to have the same magnitude as that of the intermodulation distortion component on the main path and become in the reverse phase (180 °). The second magnitude control circuit (AGC2) 34 to be applied to the control circuit (AGC2) 34 and the second phase control circuit (APC2) 35, and to extract the output signal information of the auxiliary amplifier (16) And the second phase control circuit (AGC2) 34 and the second phase control circuit (APC2) 35 are applied to the second phase control circuit (APC2) 35 so that the main path and the auxiliary path. A G block for controlling the second variable attenuator 14 and the second variable phase converter 15 to appropriately change the magnitude and phase of the output signal of the subtraction circuit so that the intermodulation distortion signal components are in opposite spectra. 700; 을 더 포함함으로써, 최종출력은 혼변조신호 성분들은 제거되어지고 순수한 반송파만이 남게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 선형화기를 갖는 선형전력증폭기.Wherein the final output is such that intermodulation signal components are removed and only pure carriers remain. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 빼기회로(10)의 입력신호에 대해서 제3 방향성 결합기(8)가 결합되며, 여기에서 추출된 신호는 제2 전력분배기(9)를 거쳐 상기 제1 크기제어회로(AGC1)(24)와 제1 위상제어회로(APC1)(25)에 인가되며, 상기 제1 전력분배기(2)의 보조경로 상의 신호에 대해 제4 방향성 결합기(28)가 결합되며, 여기에서 추출된 신호는 제3 전력분배기(29)를 거쳐 상기 제1 크기제어회로(AGC1)(24)와 제1 위상제어회로(APC1)(25)에 인가됨으로써, 상기 제1 크기제어회로(AGC1)(24)와 제1 위상제어회로(APC1)(25)에 의해 상기 제1 가변감쇠기(4) 및 제1 가변위상 변환기(5)가 입력신호의 크기 및 위상을 적절히 변경하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 선형화기를 갖는 선형전력증폭기.The third directional coupler 8 is coupled to the input signal of the subtraction circuit 10, and the extracted signal is passed through the second power divider 9 to the first magnitude control circuit AGC1 24. A fourth directional coupler 28 is applied to a signal on the auxiliary path of the first power divider 2 and is applied to the first phase control circuit APC1 25, and the extracted signal is a third power. The first magnitude control circuit AGC1 24 and the first phase control circuit APC1 25 are applied to the first magnitude control circuit AGC1 24 and the first phase control circuit AGC1 24 and the first phase through the distributor 29. A linear power amplifier having a linearizer characterized in that the control circuit (APC1) 25 controls the first variable attenuator 4 and the first variable phase converter 5 to appropriately change the magnitude and phase of the input signal. . 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 보조증폭기(16)의 증폭된 신호에 대해서 제5 방향성 결합기(18)가 결합되며, 여기에서 추출된 신호는 제4 전력분배기(19)를 거쳐 상기 제2 크기제어회로(AGC2)(34)와 제2 위상제어회로(APC2)(35)에 인가되며, 상기 빼기회로(10)의 출력신호에 대해 제6 방향성 결합기(38)가 결합되며, 여기에서 추출된 신호는 제3 지연선로(33) 및 제5 전력분배기(39)를 거쳐 상기 제2 크기제어회로(AGC2)(34)와 제2 위상제어회로(APC2)(35)에 인가됨으로써, 상기 제2 크기제어회로(AGC2)(34)와 제2 위상제어회로(APC2)(35)에 의해 상기 제2 가변감쇠기(14) 및 제2 가변위상 변환기(15)가 왜곡신호의 크기 및 위상을 적절히 변경하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 선형화기를 갖는 선형전력증폭기.The fifth directional coupler 18 is coupled to the amplified signal of the auxiliary amplifier 16, and the extracted signal is passed through the fourth power divider 19 to the second magnitude control circuit AGC2 34. And a second phase control circuit (APC2) 35, and a sixth directional coupler 38 is coupled to the output signal of the subtraction circuit 10, and the extracted signal is a third delay line 33. And the second magnitude control circuit (AGC2) 34 and the second phase control circuit (APC2) 35 through the fifth power divider 39, thereby providing the second magnitude control circuit AGC2 (34). And the second variable attenuator 14 and the second variable phase converter 15 are controlled by the second phase control circuit (APC2) 35 so as to appropriately change the magnitude and phase of the distortion signal. Linear power amplifier with group.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100406872B1 (en) * 2001-09-11 2003-11-21 미션텔레콤 주식회사 A postdistortion linearizer using diode mixer for improving intermodulation distortion of power amplifier
KR20040033982A (en) * 2002-10-16 2004-04-28 (주)알에프 인터내셔날 A controller for optimizing feed forward linear power amplifier
US7224223B2 (en) 2004-04-01 2007-05-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Feed-forward power amplifier
KR20100127753A (en) * 2008-02-26 2010-12-06 탈레스 Electronic device for microwave apparatuses onboard a satellite

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