KR20030083935A - 이동통신 중계기용 증폭회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 중계기용 증폭회로에 관한 것으로서, 증폭회로의 효율을 높일 수 있는 이동통신 중계기용 증폭회로를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동통신 중계기용 증폭회로의 일 양상에 따르면, 입력신호의 전력을 증폭하는 초단증폭부와; 상기 초단증폭부에서 증폭된 신호의 전력을 감쇠하는 가변 감쇠기와; 상기 가변 감쇠기로부터 감쇠된 신호의 전력을 증폭하는 종단증폭부와; 상기 종단증폭부로부터 출력되는 신호의 전력을 검출하는 출력신호 전력검출부와; 상기 초단증폭부로 입력되는 신호의 전력을 검출하는 입력신호 전력검출부와; 상기 입력신호 전력검출부로부터 검출된 입력전력에 따라 상기 종단증폭부의 증폭률을 제어하고, 상기 입력전력과 상기 출력신호 전력검출부로부터 검출된 출력전력과의 비를 계산하여 그 값에 따라 전력이득이 일정하게 상기 가변 감쇠기의 임피던스를 제어하는 제어부를 포함함으로써, 입력신호의 전력에 따라 증폭회로의 효율을 높히고 또한 증폭회로에서 발생하는 열을 최소로 할 수 있는 유용한 효과를 가진다.

Description

이동통신 중계기용 증폭회로{Amplification Circuit for repeater}

본 발명은 이동통신 중계기용 증폭회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입력신호의 전력에 따라 증폭회로의 효율을 높이고 또한 증폭회로에서 발생하는 열을 최소로 할 수 있는 이동통신 중계기용 증폭회로에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신 단말기에서는 배터리를 사용하기 때문에 배터리의 수명을 최대한 늘리기 위해서는 증폭회로의 효율이 매우 중요하다. 현재 모든 이동통신 단말기는 단말기 내부에 있는 제어기를 통해 단말기가 기지국 가까이 있을 때와 멀리 있을 때 출력신호의 전력을 달리하여 증폭회로의 효율을 높이는 방법을 사용하고 있다.

그러나, 중계기의 경우에는 배터리를 사용하지 않고 전원을 사용하기 때문에 단말기와 같이 전력증폭회로의 효율을 증대하는 방법이 모색되지 않았다.

현재 많은 중계기 시스템에 사용되는 전력증폭회로는 A급이나 AB급으로 설계되어 사용되고 있다. A급으로 설계되어 동작하는 전력증폭회로는 통화량의 많고 적음 다시 말해 입력신호의 전력크기에 관계없이 전류소모가 같기 때문에 항상 높은 열을 발생시킨다. 이는 증폭회로 자체는 물론 중계기 시스템의 수명을 단축하는 주요 요인이 되었다. AB급으로 설계되어 동작하는 전력증폭회로는 A급 증폭회로와 비교하였을 경우 입력신호의 전력에 따라 비례적으로 전류소모량이 변하기 때문에 증폭회로의 효율이 다소 개선될 수 있으나 A급 증폭회로와 마찬가지로 열문제를 획기적으로 개선할 수 없었다. 또한, 온도변화에 따른 증폭회로의 전력이득 특성이 변화하는 것도 증폭회로 자체적으로 해결할 수 없는 문제점이 있었다.

도 6은 종래 이동통신 증계기 시스템에 있어서 입력전력과 출력전력에 따른 증폭회로의 효율과 출력전압 사용빈도를 그래프로 예시한 도면이다. 참조한 도면은 10W용 중계기에 관한 것으로서, 출력전력이 포화되는 부근에서 증폭회로의 효율이 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 그러나 가장 많이 사용하는 2W 출력전력에서는 매우 비효율적으로 사용되고 있음을 확인할 수 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서 증폭회로의 효율을 높일 수 있는 이동통신 중계기용 증폭회로를 제공함을 그 목적으로 한다.

더 나아가서 본 발명은 증폭회로에서 발생하는 열을 최소로 할 수 있는 이동통신 중계기용 증폭회로를 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이동통신 중계기용 증폭회로의 구성블럭도이다.

도 2 는 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 이동통신 중계기용 증폭회로의 구성블럭도이다.

도 3 은 도 2 실시예에 따른 제어부의 제어흐름도이다.

도 4 는 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 이동통신 중계기용 증폭회로의 구성블럭도이다.

도 5 는 도 4 실시예에 따른 제어부의 제어흐름도이다.

도 6 은 종래 이동통신 중계기용 증폭회로의 효율을 그래프로 도시한 도면이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동통신 중계기용 증폭회로의 일 양상에 따르면,

입력신호의 전력을 증폭하는 초단증폭부와;

상기 초단증폭부에서 증폭된 신호의 전력을 감쇠하는 가변감쇠기와;

상기 가변 감쇠기로부터 감쇠된 신호의 전력을 증폭하는 종단증폭부와;

상기 종단증폭부로부터 출력되는 신호의 전력을 검출하는 출력신호 전력검출부와;

상기 초단증폭부로 입력되는 신호의 전력을 검출하는 입력신호 전력검출부와;

상기 입력신호 전력검출부로부터 검출된 입력전력에 따라 상기 종단증폭부의 증폭률을 제어하고, 상기 입력전력과 상기 출력신호 전력검출부로부터 검출된 출력전력과의 비를 계산하여 그 값에 따라 전력이득이 일정하게 상기 가변 감쇠기의 임피던스를 제어하는 제어부;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 동하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종단증폭부의 게이트전압을 제어하여 출력전력을 가변할 수 있도록 한 본 발명에 따른 이동통신 중계기용 증폭회로의 바람직한 일실시예에 따른 구성 블럭도이다. 제 1 증폭부(10)에 신호 입력 시 입력된 신호의 전력은 입력신호 전력 검출부(11)에서 검출되어 제어부(12)에 전달된다. 상기 제어부(12)는 검출된 입력전력값에 따라 제 3 증폭부(15)의 게이트 전압을 제어하며 제어되는 값은 아래 <실시예 1>과 같다.

<실시예 1>

입력전력(dBm)	출력전력(dBm)	제 3증폭부의게이트전압(V)	전류(A)	가변감쇠기제어전압(dB)
- 5	40	4	4	5
- 10	34	3.8	2	4
-15	28	3.6	1.5	3

상기 실시예 1에서는 전력증폭회로의 전력이득을 40dB로 설정하였을 경우 상기 제어부(12)에 의해 제어되는 값으로서 상기 제어값은 실험을 통해 미리 정해진 값이다.

가변 감쇠기(13)는 상기 제 1 증폭부(10)에서 증폭된 신호의 전력을 감쇠시키는 것으로서 저항만으로 구성된 저항 감쇠기와 코일과 콘덴서의 조합으로 된 리액턴스 감쇠기가 있다. 본 발명에서 가변 감쇠기는 마콤사(MACOM^TM)의 AT-108을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 가변 감쇠기로 사용되는 AT-108은 제어전압에 따라 까지 임피던스를 가변할 수 있다.

상기 제 2 증폭부(14)는 상기 가변 감쇠기(13)로부터 감쇠된 신호의 전력을 증폭하며 입력신호의 전력크기에 상관없이 전력이득을 일정하게 맞추기 위해 사용된다.

상기 제 3 증폭부(15)는 상기 제 2 증폭부(14)로부터 출력되는 신호의 전력을 증폭하며 본 발명에서는 모토로라(MOTOROLA^TM)에서 나오는 MRF9180을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 입력신호 전력검출부(11)는 커플러(COUPLER)와 전력검출기로 구성되며 입력신호의 전력을 추출하여 제어부(12)로 출력한다.

상기 커플러(COUPLER)는 일반적으로 신호전력을 배분 또는 추출하기 위한 것으로 그 응용범위는 매우 넓다. 본 발명에서 상기 커플러(COUPLER)는 제 1 증폭부 (10)로 입력되는 신호전력의 일부 전혁을 추출하는데 쓰인다. 상기 커플러는 인쇄회로기판상에 패턴으로 형성되며 상기 인쇄회로기판의 및 패턴의 두께에 따라 그 특성값을 달리 구현할 수 있다.

상기 전력검출기는 상기 커플러에서 추출한 전력값을 선형적으로 전압값으로변환하여 출력한다. 본발명에서 상기 전력검출기는 아날로그 디바이스사(ANALOG DEVICE^TM)에서 만든 AD8313을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 출력신호 전력검출부(16)는 커플러(COUPLER)와 전력검출기를 포함하며 출력신호의 전력을 추출하여 제어부(12)로 출력한다. 상기 출력신호 전력검출부 (16)에 사용되는 커플러(COUPLER)와 전력검출기는 상기 입력신호 전력검출부(11)에서 설명한 바와 같으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 제어부(12)는 자체에 롬이나 램과 주변장치가 집적된 마이크로프로세서로 구현되는 것이 바람직하며, 상기 입력신호 전력검출부(11)로부터 검출된 전력을 입력받아 입력신호의 전력에 따라 증폭효율이 좋은 출력전력을 갖도록 상기 제 3 증폭부(15)의 게이트전압을 제어한다. 또한, 상기 제어부(12)는 상기 출력신호 전력검출부(16)로부터 검출된 전력을 입력받아 상기 입력전력과 출력전력의 비를 계산하여 전력이득을 일정하게 유지시킬 수 있도록 계속하여 가변감쇠기(13)를 제어한다. 이때 제어부(12)는 제 3 증폭부(15)를 제어하는 방법으로 게이트전압을 제어하는 방법외에 게이트전압을 일정하게 하고 드레인(DRAIN)전압을 제어하는 방법도 가능하다.

도 2 는 도 1 의 종단증폭부에 두개의 증폭부를 병렬로 연결하고 입력신호의 전력에 따라 RF스위치를 제어하여 신호를 증폭하는 이동통신용 중계기용 증폭회로의 구성블럭도이다.

도 2 에서 제 3 증폭부(26)는 10W 전력출력에서 최적화된 증폭효율을 갖으며 제 4 증폭부(27)는 2W 전력출력에서 최적화된 증폭효율을 갖는 것을 특징으로 한다.

제어부(22)는 입력신호 전력검출부(21)로부터 검출된 전력을 입력받아 2W출력전력을 낼지 10W 출력전력을 낼지를 선택한다. 출력전력을 10W로 하고자 할 경우 제 1 스위치(25)와 제 2 스위치(28)가 각각 제 3 증폭부(26)의 입출력단에 연결되도록 제어한다. 또한, 제어부(22)는 전력이득을 유지시키기 위해 입출력신호의 전력비를 계산하여 가변감쇠기(23)를 제어한다. 출력전력을 2W로 하고자 할 경우제어부(22)는 제 1, 2 스위치(25,28)가 각각 제 4 증폭부(27)의 입출력단에 연결되도록 제어하고 또한 전력이득을 유지시키기 위해 계속하여 입출력신호의 전력비를 계산하여 가변감쇠기(23)를 제어한다.

이하, 제어부의 제어흐름을 도시한 도면을 참조로 설명한다. 도 3 은 도 2 실시예에 따른 제어부의 제어흐름도이다.

제어부(22)는 커플러와 전력검출부에서 검출된 입력전력(Pi)을 수신하여 (S10) 상기 입력전력(Pi)이 임계값이상인지를 판단한다(S20). 이때 입력전력(Pi)이 임계값이상이면 제 1 스위치(25)와 제 2 스위치(28)가 제 3 증폭부(26)에 연결되도록 제어하며 동시에 제 3 증폭부(26)에 전력을 공급하고 제 4 증폭부(27)로의 전력공급을 차단한다(S30). 입력전력(Pi)이 임계값이하이면 제 1 스위치(25)와 제 2 스위치(28)가 제 4 증폭부(27)에 연결되도록 제어하며 동시에 제 4 증폭부(27)에 전력을 공급하고 제 3 증폭부(26)로의 전력공급을 차단한다(S40). 이후 제어부(32)는커플러와 전력검출부에서 검출된 출력전력(Po)을 수신하여(S50) 입력전력과 출력전력의 비를 계산하여 전력이득을 일정하게 유지시키기 위해 가변감쇠기(23)로 제어전압을 인가한다(S60). 이후 제어부(32)는 시스템이 종료될때까지 루틴을 반복하여 출력전력을 제어함으로써, 전력증폭회로의 효율을 향상시키며 동시에 증폭회로의 열화특성을 향상시킬 수 있는 것이다.

도 4 는 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 이동통신 중계기용 증폭회로의 구성블럭도이고, 도 5 는 도 4 실시예에 따른 제어부의 제어흐름도이다.

도 4 에서 도시한 바와 같이, 제 1, 2, 3 증폭부(30,34,36)를 직렬로 연결하고 스위치 Ⅰ과 스위치Ⅱ(33,35)를 참조한 도면과 같이 연결하여 제어부(32)이 제어를 통해 선택할 수 있도록 구성된다. 이때 본 실시에에 따른 이동통신 중계기용 증폭회로는 제어부(32)의 상기 스위치 Ⅰ과 스위치Ⅱ(33,35) 제어에 따라 제 2 증폭부, 제 1, 2 증폭부, 제 2, 3 증폭부 또는 제 1, 2, 3 증폭부를 통해 출력전압을 낼 수 있으나 본 발명에서는 제 1, 2 증폭부와 제 2, 3 증폭부를 통해 출력전압을 내는 것을 특징으로 한다.

제어부(32)는 입력신호 전력검출부(31)로부터 검출된 전력을 입력받아 2W 출력전력을 낼지 10W 출력전력을 낼지를 선택한다. 출력전력을 2W로 하고자 할 경우 입력신호는 제 1, 제 2 증폭부(30,34)를 통해 증폭되어 출력되도록 제어하고, 출력전력을 10W로 하고자 할 경우 입력신호는 제 2, 제 3 증폭부(34,36)를 통해 증폭되어 출력되도록 제어한다.

이하, 상기 제어부의 제어흐름을 도시한 도면을 참조로 설명한다.

도 5를 참조하면, 제어부(32)는 커플러와 전력검출부로 구성된 입력신호 전력검출부(31)에서 검출된 입력전력(Pi)을 수신하여(S100) 상기 입력전력(Pi)이 임계값이상인지를 판단한다(S110). 이때 입력전력(Pi)이 임계값이상이면 제 1 증폭부 (30)로 전력를 공급하고 스위치 I(33)를 오프(OFF)시키고 제 3 증폭부(36)로의 전력공급을 차단하고 스위치 Ⅱ(35)를 온(ON)시킨다(S120). 입력전력(Pi)이 임계값이하이면 제 1 증폭부(30)로의 전력 공급을 차단하고 스위치 I(33)를 온(ON)시키고 제 3 증폭부(36)로의 전력을 차단하고 스위치 Ⅱ(35)를 오프(OFF)시킨다(400). 이후 제어부(32)는 시스템이 종료될때까지 루틴을 반복하여 출력전력을 제어함으로써 전력증폭회로의 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

여러단의 증폭부를 직렬 또는 병렬로 연결하여 보다 다양한 출력특성을 갖게 하면 도 3과 5의 실시예에 따른 2W, 10W 출력전력의 경우보다 다양한 출력특성을 갖게 할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전력이득을 일정하게 유지시키면서 통화의 많고 적음에 따라 출력전력과 전류소모를 제어함으로서 중계기의 효율을 극대화시킬 수 있는 유용한 효과을 가진다.

더 나아가 본 발명에 따르면, 전력증폭회로에서 발생하는 열 문제를 최소화하여 전력증폭회로의 자체 수명은 물론 중계기 시스템의 전체 수명을 향상시킬 수 있는 유용한 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따르면 가변감쇠기의 제어를 통해 전력이득을 일정하게 유지하기 때문에 온도변화에 따라 전력이득값의 편차가 발생하는 것을 방지할 수 있는 유용한 효과를 가진다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다라는 것은 명백하다. 따라서, 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 할 것이다.

Claims (3)

1. 입력신호의 전력을 증폭하는 초단증폭부와;

   상기 초단증폭부에서 증폭된 신호의 전력을 감쇠하는 가변감쇠기와;

   상기 가변 감쇠기로부터 감쇠된 신호의 전력을 증폭하는 종단증폭부와;

   상기 종단증폭부로부터 출력되는 신호의 전력을 검출하는 출력신호 전력검출부와;

   상기 초단증폭부로 입력되는 신호의 전력을 검출하는 입력신호 전력검출부와;

   상기 입력신호 전력검출부로부터 검출된 입력전력에 따라 상기 종단증폭부의 증폭률을 제어하고, 상기 입력전력과 상기 출력신호 전력검출부로부터 검출된 출력전력과의 비를 계산하여 그 값에 따라 전력이득이 일정하게 상기 가변 감쇠기의 임피던스를 제어하는 제어부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 중계기용 증폭회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 종단증폭부가:

   입력전력에 따라 최적화된 증폭효율로 각각 상이한 출력전력을 내는 병렬로 연결된 다수의 증폭부와;

   상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 병렬로 연결된 다수의 증폭부중 어느 하나의 증폭부를 선택하는 절환부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 중계기용 증폭회로.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 종단증폭부가:

   직렬로 연결된 다수의 증폭부와;

   상기 다수의 증폭부 전후단에 위치하여 상기 제어부의 제어신호에 따라 증폭부간의 신호전달경로를 절환하는 다수의 RF스위치;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 중계기용 증폭회로.