KR20030067302A

KR20030067302A - 휴대폰의 전력증폭기

Info

Publication number: KR20030067302A
Application number: KR1020020007415A
Authority: KR
Inventors: 김영훈
Original assignee: 주식회사 어필텔레콤
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-14

Abstract

본 발명은 인접 채널 주파수의 혼 변조 성분을 제거할 수 있도록 하는 저주파 혼 변조 신호 궤환부를 고주파 전력증폭기의 구동회로부에 구성하는 기술에 관련 된 것이다.

본 발명의 고주파 전력증폭기는 입력정합부(125)와, 출력정합부(128) 사이에 구동부(126)를 구성한다. 또, 상기 구동부에는 그 구동부의 비선형성으로 인하여 발생된 혼 변조 성분 중 저주파 혼 변조 성분을 궤환시기고, 그 궤환시 발생되는 추가 혼 변조 성분의 크기와 위상이 궤환전에 발생된 혼 변조 신호와 크기가 같고 역 위상이 되는 신호 궤환부(129)를 구성한다.

Description

휴대폰의 전력증폭기{A power amplifier of the portable phone}

본 발명은 휴대폰의 전력증폭기의 신호증폭 시 발생되는 비선형 특성 개선에 관련된 것이고, 더 상세히는 휴대폰의 증폭기의 입력정합부와 출력정합부 사이에 구성되는 구동회로부에 저주파혼변조 신호 궤환부를 구성하여 전력증폭기의 선형성을 개선하는 기술에 관련 된 것이다.

일반적으로 이동통신 등과 같은 광대역 통신시스템에서는 통신신호를 한번에 전송할 수 없기 때문에 일정한 거리마다 기지국을 설치하여 신호를 증폭한 뒤 다시 송출하는 시스템 구조를 이용한다.

상기 신호 증폭에 사용되는 휴대폰의 전력증폭기는 일그러짐이 적고 부하에 효율적으로 전력을 공급할 수 있도록 구성하는 것이 중요하다.

상기 고주파 전력증폭기가 구비되는 휴대폰은 일반적으로 전파의 방사와 수신을 행하는 안테나와, 전력 변조된 주파수를 증폭하여 안테나에 공급하는 고주파 전력증폭기와, 안테나에서 수신한 고주파 신호를 신호 처리하는 수신부와, 이들의 제어를 행하는 제어부와, 전원을 공급하는 전원부로 구성된다.

상기 휴대폰의 구성요소 가운데 고주파 전력증폭기는 가장 소비전력이 크므로 휴대폰의 소비전력을 작게 하기 위해서는 고주파 전력증폭기의 소비전력을 낮게 하고 효율을 향상시킬 필요가 있다.

상기와 같이 고주파 전력증폭기의 효율을 향상시키는 휴대폰의 시스템 구성에 대하여는 하나의 예로 한국특허공개번호 2001-108018호가 개시되어 있다.

도 1은 휴대폰의 개략적인 구성을 나타내는 블록도로서 저주파의 방사와 수신을 행하는 안테나(1)와, 저주파 신호를 변조하여 마이크로파대의 고주파 신호로 변조하는 송신부(2)와, 고주파 신호를 증폭하여 안테나(1)에 공급하는 고주파 전력증폭기(RFPA: radio frequency power amplifier)(3)와, 안테나에서 수신한 고주파 신호를 처리하는 수신부(4)와, 상기 요소들의 제어를 행하는 제어부(5)와, 상기 구성요소에 전원을 공급하는 전원부(6)로 구성된다.

상기 송신부(2)는 마이크로폰(7)이나 콘솔(10)로부터 신호를 디지털 부호화 및 변조처리한 후 소정의 마이크로파대의 고주파 신호로 변환하는 작용을 한다. 상기 고주파 신호는 고주파전력증폭기(3)에서 증폭되고, 듀플랙서(DUP)(11)를 통해 안테나(1)에 전송된다.

수신부(4)는 저잡음증폭기(LAN: Low noise amplifier)(12), 믹서(13), 중간주파수 증폭기(IF: Intermediate frequence amplifier)(14), 검파기(DET: detector)(15), 복조기(DEM:Demodulator)(16), D/A변환기(17), 저주파 증폭기(Low frequence amplifier) (18) 및 스피커(19) 등으로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 수신부(4)는 안테나(1)로부터 듀플랙서(11)를 통해 수신되는 고주파 신호를 증폭한 후 검파 및 복조 처리하여 신호의 재생을 하는 작용을 한다.

제어부(5)는 국부발진기(OSC: oscillator)(20), 수신전계강도검출기(RSSI: Received signal strength indicator)(21), 제어유닛(control unit)(22), 표시 및 조작의 기능을 행하는 콘솔(10), A/D변환기(23), D/A변환기(24) 등으로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 제어부(5)는 수신전계강도에 기초하여 기지국의 선택, 고주파 전력증폭기의 출력전력의 제어 수신신호의 이득제어 등의 각종 제어를 행한다.

도 2는 종래 고주파 전력증폭기의 회로구성의 한 예를 나타내는 도면이다. 상기 도 2와 같이 종래의 고주파 전력증폭기는 입력정합부(25)와, 단간정합부(27), 출력정합부(28), 구동부(26)등으로 구성된다.

Pin은 입력전력, Vapc는 출력전력 제어전압 Vdd는 전원전압 Pout는 출력전력을 각각 나타낸다. 상기 회로에서 증폭소자(T1)의 게이트전압은 출력전력 제어전압(Vapc)을 저항(R1,R2)으로 분압하여 공급하도록 구성된다. 또, 증폭소자(T1)의 드레이전극에는 전원전압(Vdd)이 스트립라인(SL1)을 통해 공급되도록 구성된다.

출력정합부(28)는 마이크로스트립라인(SL2)과, 고정 커패시터 C2, C2, C3, C10과, 가변 커패시터 Cd로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 출력정합부는 전원전압(Vdd)에 의존하여 증폭소자(T1)와, 출력단자 간의 정합상태를 조정한다. 더 구체적으로 설명하면 저항(R10)과, 전원전압(Vdd)을 입력하는 인버터소자(T10)로 구성되는 인버터회로에 의하여 전원전압(Vdd)의 변화를 역으로 변환한 전압(Vd)을 가변 커패시터(Cd)에 인가하여 가변 커패시터의 용량 값을 조정한다.

상기와 같이 구성되는 종래 고주파 증폭회로는 입력임피던스가 고정되어 있는 상태에서 출력임피던스가 가변 되도록 하여 전력의 효율을 높일 수 있도록 하는 구조이다.

상기와 같이 구성되는 고주파 증폭기는 주파수 채널의 가변에 대한 임피던스 변화 값을 전혀 고려하지 않는 구조로서 실제로 채널의 변화가 많은 광대역을 가진 휴대폰의 시스템에 적용하는 것은 한계가 있다.

특히, 어떤 특정 주파수에 대하여 정합이 100% 이루어진다고 하면 인접한 다른 가변 주파수에 대하여는 주파수 정합률이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.

증폭기의 비선형 특성에 의하여 발생된 혼 변조 성분 저주파 IMD(Intermodulation Distortion), 3차 IMD, 5차 IMD 기타 하모닉 성분이 포함되는데, 상기 저주파 IMD 성분을 증폭기 입력단자 쪽으로 궤환시키도록 하여 원래의 입력신호에 저주파 IMD 신호를 추가한다. 이 때 추가된 저주파 IMD신호와 원래의 입력신호간에 증폭기의 비선형 특성으로 인하여 추가적으로 3차, 5차 IMD가 발생되고, 기존의 3차, 5차 IMD신호와 추가적으로 발생된 3차, 5차 IMD신호 간에 크기는 같고 위상이 180도 차이가 되도록하여 증폭기의 비선형성을 개선하는 것이다.

상기와 같이 3차, 5차 IMD신호를 저주파 혼변조 신호 궤환을 통하여 서로 상쇄하도록 증폭기의 회로를 구성함으로써 입접 채널간에 간섭을 차단하도록 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 광대역 채널에 적합하고, 인접 채널간의 간섭을 최소로 하고 전력의 효율을 최대로 할 수 있는 휴대폰의 증폭기 시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 휴대폰의 동작을 설명하기 위한 블록도이고,

도 2는 종래 고주파 전력증폭기 회로의 구성 예를 나타내는 도면이고,

도 3은 본 발명의 휴대폰의 고주파 전력증폭기 부분을 나타내는 불록도이고,

도 4는 본 발명의 고주파 전력증폭기의 신호 궤환부를 구성하는 회로도의 한 예이고,

도 5는 발명의 고주파 전력증폭기의 신호 궤환부를 구성하는 다른 예의 회로도 이고,

도 6은 본 발명의 고주파 전력증폭기의 신호 궤환부에 구성하는 또 다른 예의 회로를 나타내는 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 - 안테나 2 - 송신부

3 - 고주파 전력증폭기 4 - 수신부

5 - 제어부 6 - 전원부

7 - 마이크론폰 8 - 베이스밴드유닛

9, 13 - 믹서 10 - 콘솔

11 - 듀플랙서 12 - 저잡음증폭기

14 - 중간 주파수증폭기 15 - 검파기

16 - 복조기 17, 24 -D/A변환기

18 - 저주파 증폭기 19 - 스피커

20 - 국부발진기 21 - 수신전계강도검출기

22 - 제어유닛 23 - A/D변환기

25, 125 - 입력정합부 26, 126 - 구동부

27 - 단간정합부 28, 128 - 출력정합부

129 - 신호 궤환부 130 - 저부파필터부

131 - 진폭제어부 132 - 위상제어부

133, 135 - 증폭기 134 - 주파수반전 증폭기

136 - 엑티브필터

본 발명은 상기 목적 달성을 위하여 고주파 신호를 증폭하여 안테나에 전송할 수 있도록 된 휴대폰의 고주파 전력증폭기에 있어서,

상기 고주파 전력증폭기는 입력정합부와, 출력정합부 사이에 구동부가 구성되고, 상기 구동부의 비선형성으로 인하여 발생된 혼 변조 성분 중 저주파 혼 변조 성분을 궤환시키고, 그 궤환시 발생되는 구동부의 추가 혼 변조 성분을 독출한 후 상기 추가 혼 변조 성분의 위상을 반전시켜 궤환이 없을 때 발생된 혼변조 성분을제거하도록 하는 신호 궤환부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 신호 궤환부는 상기 혼 변조 성분의 저주파수를 필터링하는 저주파필터부와, 상기 저주파 혼 변조 신호의 진폭을 제어하는 진폭제어부와, 상기 저주파 혼 변조 성분의 위상을 반전시키는 위상제어부를 포함한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 휴대폰의 고주파 증폭기의 기술적 구성 및 작용은 도 3내지 도 6을 참고하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 고주파 전력증폭기는 도 3과 같이 입력정합부(125), 구동부(126), 출력정합부(128)로 이루어지고, 상기 구동부(126)를 통하여 주파수를 증폭하는 과정에서 그 증폭회로를 구성하는 소자의 비선형성으로 인한 혼변조 성분을 제거하기 위하여 구동부에 저주파 혼변조 신호 궤환부((129)를 구성한다.

상기 신호 궤환부(129)는 저주파필터부(130), 진폭제어부(131), 위상제어부(132)로 구성된다.

상기 신호 궤환부는 구동부(126)를 통과한 주파수를 궤환시켜 그 구동부를 구성하는 회로 소자로 인하여 발생되는 추가 혼 변조 성분을 독출한 후 상기 추가 혼 변조 성분의 위상을 반전시켜 원래의 혼 변조 성분을 제거하도록 하는 작용을 한다.

상기 저주파 혼 변조 신호 궤환부는 도 4와 같이 구동부(126)의 입력단에 입력주파수 신호가 전달되는 것을 방지하는 인덕턴스 L2가 DC블록을 구성하는 콘덴서 C2와 직렬로 연결되어 접속되고, 상기 콘덴서 C2에는 저항 R3, R4, 증폭기(133)로 이루어진 주파수 반전증폭기(134)가 연결되고, 상기 주파수 반전 증폭기에는저항 R1, R2, 콘덴서 C, 증폭기(134)로 이루어진 엑티브필터(136)가 연결된다.

상기 엑티브필터에는 출력 주파수의 고주파 궤환을 방지하는 인덕턴스 L1과, DC블록을 구성하는 콘덴서 C1이 직렬로 연결되어 구성되고, 상기 DC블록을 구성하는 콘덴서 C1은 구동부(126)의 출력단에 연결되도록 구성된다.

즉, 주파수 반전증폭기(134), 엑티브필터(136), L1, L2, C1, C2로 구성되는 저주파 혼변조 신호 궤환부(129)가 구동부(126)를 궤환할 수 있도록 구성한다.

상기와 같이 구성되는 궤환회로의 엑티브필터(136)는 주파수의 진폭을 제어하는 저주파필터부(130)의 기능을 수행하고, 주파수 반전증폭기(134)는 주파수의 진폭을 조정할 수 있는 진폭제어부(131)의 기능을 수행한다.

한편, 주파수의 위상제어부(132)의 기능은 엑티브필터(136), 주파수 반전증폭기(134), L1,C1, L2, C2의 작용에 의하여 이루어진다.

상기 주파수 반전증폭기(134)는 도 5와 같이 회로를 구성할 수 있고, 엑티브필터(136)는 도 6과 같이 구성할 수 있다.

본 발명은 증폭기의 비선형 특성에 의하여 발생된 혼 변조 성분을 궤환회로를 통하여 궤환시키고, 궤환 과정에서 추가적으로 발생된 추가 혼 변조 성분을 독출한 후 위상을 반전시켜 원래의 혼 변조 성분을 제거하여 구동회로의 증폭기로부터 발생되는 혼 변조 성분이 제거된 상태로 출력 정합이 이루어질 수 있도록 구성함으로써, 주파수의 간섭을 최소로 하고 전력의 효율을 최대로 할 수 있는 효과를 얻는다.

Claims

고주파 신호를 증폭하여 안테나(1)에 전송하는 휴대폰의 전력증폭기(3)에 있어서,

상기 전력증폭기는 입력정합부(125)와, 출력정합부(128) 사이에 구동부(126)가 구성되고, 상기 구동부의 비선형성으로 인하여 발생된 저주파 혼 변조 성분을 궤환시기고, 그 궤환시 발생되는 구동부의 추가 혼 변조 성분을 독출한 후 상기 추가 혼 변조 성분의 위상을 반전시켜 상기 구동부의 비선형성으로 인하여 발생된 혼 변조 성분을 제거하도록 하는 신호 궤환부(129)를 구비하는 것을 특징으로 하는 휴대폰의 전력증폭기
제1항에 있어서,

상기 신호 궤환부는 상기 저주파 혼 변조 성분을 필터링하는 저주파 필터부(130)와, 상기 저주파 혼 변조 성분의 진폭을 제어하는 진폭제어부(131)와, 저주파 혼 변조 성분의 위상을 반전시키는 위상제어부(132)를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대폰의 전력증폭기.