KR200308220Y1 - Feedback을 이용한 비선형성 보상장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 PCS/DCS 중계기에 사용되는 전력 증폭기의 비선형성을 보상하는 장치에 관한 것으로, 이 비선형성 보상장치는 초기 입력되는 신호가 보조 증폭단과 주 증폭단을 거치면서 증폭된 신호를 Coupling 하여 전력 증폭기의 비선형성을 보상하기 위한 3차, 5차 등의 혼변조 성분을 생성하는 신호로 사용한다. 또 생성된 혼변조 신호의 위상 및 크기를 자유롭게 조절할 수 있으며, 조절된 3차 이상의 혼변조 신호는 기본신호와 결합하여 보조 증폭단을 거쳐 주 증폭단으로 출력된다..

이 때 발생된 혼변조 신호를 실제 PCS/DCS 전력증폭기에 적용시킨 결과 최소 14dB 이상의 IMD 특성 개선 및 14dB 이상의 Spurious 특성의 개선 효과가 있다..

Description

Feedback을 이용한 비선형성 보상장치{nonlinearity compensation device using feedback}

본 고안은 Feedback 방식을 이용하여 증폭기의 비선형성을 보상하는 장치에 관한 것으로, 특히 증폭기의 출력을 Feedback하여 혼변조 성분을 가진 신호로 사용하고, 또 Feedback된 신호의 위상과 크기를 조절하여 증폭기의 비선형성을 보상하는 장치에 관한 것이다.

Predistortion 방식을 이용한 증폭기의 비선형성을 보상하는 방법은 기본 입력신호가 주증폭기에서 증폭될 때 발생될 왜곡 성분을 고려하여 이것과 역 왜곡 특성을 갖은 Pre-Distortion 회로를 증폭기의 입력단에 부착하여 주증폭기의 왜곡성분을 상쇄시키는 방법으로, 회로구성이 간단하고 소형으로 구현이 가능하나 IMD 개선효과가 7 ~ 10dB 정도로 한계가 있다.

Feedforward 방식을 이용한 증폭기의 비선형성을 보상하는 방법은 위성 기지국용이나 이동통신 기지국용으로 많이 사용되는 방식으로 Predistortion 방식이나 Feedback 방식에 비해 개선효과는 뛰어나지만 큰 용적과 용량을 필요로 하고 회로가 복잡하다는 단점이 있다.

그에 반해 Feedback 방식을 이용한 증폭기의 비선형성을 보상하는 방법은 최초 입력신호를 증폭하는 과정에서 발생된 신호를 추출하여 입력측으로 위상을 반전시켜 Feedback함으로서 혼변조 성분을 상쇄시키는 방식으로 전체 증폭 이득의 감소 및 협대역을 가진다는 단점이 있으나, 이를 잘 보완하면 간단한 회로 구성과 소형으로 Feedforward 방식과 같은 개선효과를 얻을 수 있다.

본 고안의 목적은 증폭과정에서 발생된 신호를 추출하여 입력측에 위상을 반전시켜 Feedback함으로서 혼변조 성분을 상쇄시키는 장치를 제공하는데 있으며, 출력의 일부를 추출하여 Feedback 시킴으로써 전체이득이 감소되는 문제점을 또 다른 증폭단을 추가하여 보상하는 것이 아니라 가변 감쇄기를 변화를 최소화하여 효과적으로 이득의 변화를 조절하는 것이다.

또한 부귀환 Loop에 의한 발진 가능성이 차단하기 위해 발진 방지용 대역 여파기가 필요하다는 단점을 보완하기 위해 진폭과 위상을 정확히 제어할 수 있는 위상변환기를 구성하는 것이다.

이러한 목적들을 달성하기 위해 본 고안은 추출된 신호에 의해 전체 증폭이득의 감소를 최소화 할 수 있도록 신호의 가감을 미세하게 조정이 가능한 가변 감쇄기와 추출된 신호의 위상이 입력된 신호와 정확히 180도의 위상차가 나도록 만드는 180도 위상변환기와 입력된 두 신호를 위상과 출력이 거의 변화없이 합성하는 주파수 합성기로 구성되는 것이 이 Feedback을 이용한 비선형성 보상장치의 특징이다.

[ 도면 1 ] Feedback 방식을 이용한 비선형 증폭기의 Block Diagram을 나타낸 도면

[ 도면 2 ] 증폭기의 비선형성을 보상장치의 전체 구성도를 나타낸 도면

[ 도면 3 ] 증폭기의 비선형성 보상장치의 신호 입출력 상태를 나타낸 도면

상기 목적을 달성하기 위해 본 고안은 기본 입력신호가 주 증폭기에서 증폭될 때 생성하는 왜곡성분을 최소화 하기 위해 증폭과정에서 발생된 신호를 추출하여 주파수 혼합기로 재입력하는 Feedback 방식을 사용하여 증폭기의 비선형성을 보상하는 장치에 관한 것이다.

Feedback을 이용한 비선형성 보상장치를 아래 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

[ 도면 1 ]은 본 고안의 목적을 달성하기 위한 Feedback방식을 이용한 비선형성 보상장치의 Block Diagram을 나타낸 것이며, [ 도면 2 ]는 Feedback방식을 이용한 비선형성 보상장치의 상세 구성도이다. 또 [ 도면 3 ]은 Feedback방식을 이용한 비선형성 보상장치의 신호 입출력 상태를 나타낸 도면이다.

상기 [ 도면 1, 2 ]를 참조하면, 주파수가 f1, f2인 초기 입력신호들을 양분하는 신호 분배기(P101)를 통해 출력되는 신호들은 혼변조 왜곡 신호 성분들이 없는 순수한 성분의 신호가 되며, 이 신호는 선로를 따라 주파수 합성기(P102)로 인가된다.

신호 분배기에 의해 분배된 초기 입력신호들 중 다른 일부는 위상 변환기를 거치며 생성된 혼변조 신호와 주파수 혼합기(P201)를 통해 합성된다.

주파수 혼합기(P201)에 입력되는 혼변조 성분을 가진 신호는 증폭과정에서 발생되는 신호를 추출하는 신호 추출기(P204)에 의해 추출되며, 신호 추출기(P204)에 의해 추출된 신호는 가변 감쇄기(P203)를 통하면서 일정한 크기로 변환된다.

가변 감쇄기를 통하면서 적절한 크기로 변환된 신호는 위상 변환기(P202)를 거치는 과정에서 초기 입력신호와 180도의 위상차를 가지는 혼변조 신호로 변환되어 주파수 혼합기(P201)로 입력된다.

위의 설명에서와 같이 증폭단을 거치는 과정에서 추출된 신호들의 진폭과 위상을 적절히 조절하여 주파수 혼합기(P201)로 입력된 신호가 혼변조 성분을 가진 신호로 변환되어 초기 입력된 신호와 함께 주파수 합성기(P102)로 입력된다.

위와 같이 주파수 합성기(P102)로 입력된 두 신호가 합쳐져 보조 및 주 증폭단으로 재입력되는 과정을 반복적으로 실행함으로서 증폭과정에서 발생되는 혼변조 왜곡 신호들이 상쇄되는 것이다.

주 증폭단의 신호를 재사용함으로서 혼변조 신호를 생성하기 위해 혼변조 신호 발생기를 사용하지 않으면서도 다단 증폭을 통해 발생되는 신호의 왜곡을 효과적으로 줄일 수가 있다.

또한 Feedback된 신호를 원하는 위상과 크기의 가지는 신호로 바꿀 수 있는 이점도 있다.

본 발명을 PCS/DCS 전력 증폭기에 적용한 결과, 보다 간단한 하드웨어 구조로서 효과적으로 제품 특성이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (4)

1. Feedback을 이용한 비선형성 보상장치에 있어서,

   주 증폭단을 거치면서 발생된 신호를 추출하는 신호 검출기,

   추출된 신호를 일정한 크기로 변환하여 출력하는 가변 감쇄기,

   가변 감쇄기를 통해 출력된 신호를 적절한 위상 변환하여 출력하는 위상 변환기,

   분배기를 통해 분배된 기본 신호와 위상이 180도 변경된 혼변조 신호를 혼합하는 주파수 혼합기와

   위의 신호 분배기에 의해 분배된 기본 신호들 중 다른 일부 신호와 주파수 혼합기를 거치며 생성된 혼변조 신호를 합성하여 증폭단으로 출력하는 주파수 합성기로 구성되는 비선형성 보상장치.
2. 제 1항에 있어서, 가변 감쇄기는,

   보조 및 주 증폭단을 거치면서 증폭된 신호를 추출하는 신호 검출기,

   신호 검출기를 통해서 추출된 신호의 크기가 요구되는 신호의 크기보다 크거나 작을 경우 가변 감쇄기의 감쇄량을 증가시키거나 감소시켜 원하는 크기로 조절하는 장치.
3. 제 1항에 있어서, 위상 변환기는,

   위의 신호 검출기를 통해 추출된 신호를 적절한 크기로 조절하는 가변 감쇄기를 거친 신호를 기본 인력신호와 180도의 위상차를 유지하도록 위상을 변환하여 출력하는 장치.
4. 제 1항에 있어서, 주파수 혼합기는,

   최초 입력되는 기본신호를 분배하여 입력하는 신호 분배기,

   보조 및 주 증폭단을 거치면서 증폭된 신호를 추출하는 신호 검출기,

   신호 검출기를 통해 추출된 신호의 크기를 적절한 크기로 조절하는 가변 감쇄기,

   최초 입력되는 기본신호와 추출된 신호의 위상차가 180도를 유지하도록 하는 위상 변환기,

   신호 분배기를 통해 입력된 기본 신호와 신호 검출기, 가변 감쇄기, 위상변환기를 거치며 180도 위상차를 가지는 신호를 혼합하여 혼변조 성분을 가지는 신호로 변환하는 장치.