KR20040017167A - 알에프 선형 전력 증폭기 - Google Patents

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KR20040017167A
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조용호
강영태
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알에프코어 주식회사
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Abstract

본 발명은 알에프 선형 전력 증폭기에 관한 것으로, RF 입력신호를 증폭하고, 왜곡신호가 포함된 증폭신호에 보상신호를 더해 왜곡신호를 제거한 증폭된 RF 출력신호를 출력하는 증폭 및 보상모듈과; RF 입력신호를 증폭한 신호에 포함된 왜곡신호를 제거하기 위한 보상신호를 생성하는 보상신호 발생모듈과; 상기 보상신호 발생모듈로 입력되는 에러신호의 이득 및 위상을 조정하여 상기 보상신호를 생성하도록 제어하는 제어모듈을 포함하는 피드 포워드(Feed Forward) 방식의 알에프 선형 전력 증폭기(RF linear Power Amplifier)의 제어 모듈이 RF 입력신호와 RF 출력신호의 전력 스펙트럼(Power Spectrum)을 분석하여, 이 전력 스펙트럼(Power Spectrum) 분석 정보에 따라 상호변조 왜곡(IMD : InterModulation Distortion)을 감소시키는 방향으로 보상신호(에러신호)의 위상과 진폭을 제어하도록 구성함으로써 구조가 간단하면서도 넓은 동작 주파수 대역에서 비선형 왜곡 현상을 개선할 수 있게 한 것이다.

Description

알에프 선형 전력 증폭기 {RF linear power amplifier}
본 발명은 알에프 선형 전력 증폭기에 관한 것으로, RF 입력신호를 증폭한 신호에 포함된 왜곡신호를 제거하기 위해 진폭(Amplitude)은 같고 위상(Phase)이 반대인 보상신호를 더함으로써 왜곡신호를 제거한 증폭된 RF 출력신호를 출력하는 피드 포워드(Feed Forward) 방식의 알에프 선형 전력 증폭기에 관련된 것이다.
무선 통신에 있어서, 전력 증폭기(Power Amplifier)의 비선형성에 의해 발생된 상호변조 왜곡(IMD : InterModulation Distortion)은 인접 채널에 간섭으로 작용할 수 있기 때문에 전력 증폭기의 선형성은 통화용량과 품질에 결정적인 영향을미칠 수 있다.
전력 증폭기의 선형성을 개선하는 방법으로는 전치보정(Predistortion) 방식과 피드 포워드(Feed Forward) 방식이 주로 사용된다.
상기 전치보정(Predistortion) 방식에서는 고의로 왜곡(Distortion) 신호를 만들어 전력 증폭기에 입력함으로써 전력 증폭기가 발생시키는 왜곡(Distortion) 신호를 제거한다. 이 방식은 왜곡(Distortion) 신호를 제대로 제거하기 위해서는 입력 왜곡(Distortion) 신호의 진폭(Amplitude)과 위상(Phase)이 전력 증폭기에 의해 발생되는 왜곡(Distortion) 신호의 진폭(Amplitude)과 위상(Phase)에 매칭(Matching)되어야 하는데, 전력 레벨(Power Level)이나 온도, 전압에 따라서 상기 두 왜곡(Distortion) 신호 각각의 상호변조 왜곡(IMD : InterModulation Distortion) 성분들(예를 들면, 3차 IMD, 5차 IMD, 7차 IMD 성분 등등)을 서로 매칭(Matching) 시키는 것이 쉽지 않아 적용 가능한 동작 범위가 대단히 제한적이다.
반면, 피드 포워드(Feed Forward) 방식에서는 전력 증폭기의 최종 출력신호로부터 전력 증폭기의 왜곡(Distortion) 신호만을 추출한 후 이 왜곡(Distortion) 신호(보통 에러신호라 칭함)를 적당히 증폭하고 위상 변화시켜서 다시 출력신호에 더해주어 왜곡(Distortion) 신호를 제거하는 방식이기 때문에, 전력 레벨(Power Level)이나 온도, 전압의 변화에 따라 추출된 왜곡(Distortion) 신호의 진폭(Amplitude)과 위상(Phase)을 제대로 조정해 준다면 대단히 넓은 동작 범위에서 왜곡(Distortion) 신호를 제거할 수 있다.
이러한 왜곡(Distortion) 신호(에러신호)의 진폭(Amplitude)과 위상(Phase)조정에는 파일럿 주입(Pilot Injection) 방식이 가장 널리 사용된다.
도 1 은 종래의 피드 포워드(Feed Forward) 방식의 알에프 선형 전력 증폭기의 블럭도이다.
도면에 도시한 바와같이, 종래의 피드 포워드(Feed Forward) 방식의 알에프 선형 전력 증폭기는 증폭 및 보상모듈(100)과, 보상신호 발생모듈(200)과, 제어모듈(300)을 포함한다.
상기 증폭 및 보상모듈(100)은 RF 입력신호를 증폭하고, 왜곡신호가 포함된 증폭신호에 보상신호를 더해 왜곡신호를 제거한 증폭된 RF 출력신호를 출력한다.
상기 보상신호 발생모듈(200)은 RF 입력신호를 증폭한 신호에 포함된 왜곡신호를 제거하기 위한 보상신호를 생성한다.
상기 제어모듈(300)은 상기 보상신호 발생모듈(200)로 입력되는 에러신호의 이득 및 위상을 조정하여 상기 보상신호를 생성하도록 제어한다.
구체적으로, 상기 증폭 및 보상모듈(100)은 제 1 방향성 결합기(Directional Coupler)(110)와, 제 2 방향성 결합기(Directional Coupler)(120)와, 제 1 이득 조정기(Gain Adjuster)(130)와, 제 1 위상 조정기(Phase Adjuster)(140)와, 주증폭기(Main Amplifier)(150)와, 제 3 방향성 결합기(Directional Coupler)(160)와, 딜레이(Delay)(170)와, 제 4 방향성 결합기(Directional Coupler)(180)와, 제 5 방향성 결합기(Directional Coupler)(190)를 포함한다.
상기 제 1 방향성 결합기(110)는 RF 입력신호를 분기시켜 일측은 상기 제 2 방향성 결합기(120)로, 타측은 상기 보상신호 발생모듈(200)로 출력한다. 이 제 1방향성 결합기(110) 대신 전력 분배기(Power Divider)를 사용할 수 도 있다.
상기 제 2 방향성 결합기(120)는 상기 제 1 방향성 결합기(110)에 의해 분기되어 출력된 RF 입력신호와 상기 제어모듈(300)로부터 출력되는 변조(Modulation)된 파일럿(Pilot) 신호를 더하여 출력한다.
상기 제 1 이득 조정기(130)는 상기 제 2 방향성 결합기(120)로부터 출력된 신호의 전력 이득(Gain)을 조정한다.
상기 제 1 위상 조정기(140)는 상기 제 1 이득 조정기(130)에 의해 전력 이득이 조정된 신호의 위상(Phase)을 조정한다.
상기 주증폭기(150)는 상기 제 1 위상 조정기(140)에 의해 위상 조정된 신호를 증폭(Amplification)한다.
상기 제 3 방향성 결합기(160)는 상기 주증폭기(150)에 의해 증폭된 신호를 분기시켜 일측은 상기 딜레이(170)로, 타측은 상기 보상신호 발생모듈(200)로 출력한다.
상기 딜레이(170)는 상기 제 3 방향성 결합기(160)로부터 분기되어 출력된 신호를 지연시킨다.
상기 제 4 방향성 결합기(180)는 상기 딜레이(170)에 의해 지연된 신호와 상기 보상신호 발생모듈(200)로부터 출력되는 보상신호를 더하여 출력한다.
상기 제 5 방향성 결합기(190)는 상기 제 4 방향성 결합기(180)로부터 출력되는 신호를 분기시켜 일측은 RF 출력신호로 출력하고, 타측은 상기 제어모듈(300)로 출력한다.
상기 보상신호 발생모듈(200)은 딜레이(Delay)(210)와, 제 6 방향성 결합기(Directional Coupler)(220)와, 제 2 이득 조정기(Gain Adjuster)(230)와, 제 2 위상 조정기(Phase Adjuster)(240)와, 에러증폭기(Error Amplifier)(250)를 포함한다.
상기 딜레이(210)는 상기 제 1 방향성 결합기(110)에 의해 분기되어 출력된 RF 입력신호를 지연시킨다.
상기 제 6 방향성 결합기(220)는 상기 딜레이(210)에 의해 지연되어 출력된 신호와 상기 증폭 및 보상모듈(100)의 제 3 방향성 결합기(160)로부터 분기되어 출력된 신호를 더하여 에러신호로 출력한다.
상기 제 2 이득 조정기(230)는 상기 제 6 방향성 결합기(220)로부터 출력된 신호의 전력 이득(Gain)을 상기 제어모듈(300)로부터의 제어신호에 따라 조정한다.
상기 제 2 위상 조정기(240)는 상기 제 2 이득 조정기(230)에 의해 전력 이득이 조정된 신호의 위상(Phase)을 상기 제어모듈(300)로부터의 제어신호에 따라 조정한다.
상기 에러증폭기(250)는 상기 제 2 위상 조정기(240)에 의해 위상 조정된 신호를 증폭(Amplification)하여 상기 증폭 및 보상모듈(100)의 제 4 방향성 결합기(180)로 보상신호를 출력한다.
상기 제어모듈(300)은 변조(Modulating) 신호를 발생하는 신호 소스(310a)와, 국부발진(LO : Local Oscillation) 신호를 발생하는 신호 소스(310b)와, 제 1 혼합기(Mixer)(320)로 이루어진 변조된 파일럿 발생기와, 전력 분배기(PowerDivider)(330)와, 90도 하이브리드 결합기(90 degree Hybrid Coupler)(340)와, 제 2 혼합기(Mixer)(350)와, 제 3 혼합기(Mixer)(360)와, 제 1 복조기(Demodulator)(370)와, 제 2 복조기(Demodulator)(380)를 포함한다.
상기 신호 소스(310a)는 저주파 변조(Modulating) 신호를 출력한다.
상기 신호 소스(310b)는 국부발진(LO : Local Oscillation) 신호를 출력한다.
상기 제 1 혼합기(320)는 상기 신호 소스(310a)(310b)로부터 각각 출력된 저주파 변조 신호와 국부발진 신호를 곱하여 변조된 파일럿(Pilot) 신호를 만들어 상기 증폭 및 보상모듈(100)의 제 2 방향성 결합기(120)로 출력한다.
상기 전력 분배기(330)는 상기 증폭 및 보상모듈(100)의 제 5 방향성 결합기(190)로부터 분기되어 출력된 샘플링(Sampling)된 파일럿(Pilot) 신호를 분기하여 각각 상기 제 2 혼합기(350) 및 상기 제 3 혼합기(360)로 출력한다.
상기 90도 하이브리드 결합기(340)는 상기 신호 소스(310b)로부터 출력된 국부발진 신호를 분기하여 각각 상기 제 2 혼합기(350) 및 상기 제 3 혼합기(360)로 출력한다.
상기 제 2 혼합기(350) 및 상기 제 3 혼합기(360)는 상기 전력 분배기(330)에 의해 각각 분기되어 출력된 파일럿(Pilot) 신호와 상기 90도 하이브리드 결합기(340)로부터 각각 분기되어 출력된 국부발진 신호를 각각 곱하여 출력한다.
상기 제 1 복조기(370)는 상기 제 2 혼합기(350)로부터 출력된 신호를 복조하여, 이 복조된 제어신호를 상기 보상신호 발생모듈(200)의 제 2 이득조정기(230)로 출력한다.
상기 제 2 복조기(380)는 상기 제 3 혼합기(360)로부터 출력된 신호를 복조하여, 이 복조된 제어신호를 상기 보상신호 발생모듈(200)의 제 2 위상 조정기(240)로 출력한다.
따라서, 종래의 피드 포워드(Feed Forward) 방식의 알에프 선형 전력 증폭기는 RF 입력신호가 상기 제 1 방향성 결합기(110)에 의해 둘로 분기되고, 그 중 하나의 RF 입력신호는 상기 제 2 방향성 결합기(120)와, 제 1 이득 조정기(130)와, 제 1 위상 조정기(140)와, 주증폭기(150)를 차례로 통과하면서 왜곡(Distortion) 신호를 포함한 증폭된 RF 신호가 되고, 상기 주증폭기(150)의 출력신호는 상기 제 3 방향성 결합기(160)에서 샘플링(Sampling)되어 제 6 방향성 결합기(220)에 전달된다. 편의상 이 과정을 제 1 신호 전달과정이라 칭한다.
상기 제 1 방향성 결합기(110)에 의해 분기된 또 다른 RF 입력신호는 상기 딜레이(210)를 통과한 후 왜곡(Distortion)없이 제 6 방향성 결합기(220)에 전달된다. 이 과정을 편의상 제 2 신호 전달과정이라 칭한다.
상기 딜레이(210)의 시간 지연(Time Delay)을 상기 제 1 신호 전달과정에 걸린 시간 지연과 상기 제 2 신호 전달과정에 걸린 시간 지연이 같도록 정한 후, 상기 제 1 이득 조정기(130)와 제 1 위상 조정기(140)를 적당히 조정하여 상기 제 6 방향성 결합기(220)에서 합해지는 두 RF 신호가 진폭(Amplification)은 같고, 위상(Phase)이 서로 반대(180도)가 되도록 하면, 두 RF 신호가 서로 상쇄되어 상기 제 6 방향성 결합기(220)의 출력에는 상기 주증폭기(150)에 의해 발생한왜곡(Distortion) 신호만 남게된다. 이 왜곡(Distortion) 신호를 에러(Error) 신호라 한다.
상기 에러(Error) 신호는 상기 제 2 이득 조정기(230)와, 제 2 위상 조정기(240)와, 에러증폭기(250)를 통과하면서 증폭되어 출력신호에 포함된 왜곡신호를 제거하기 위한 보상신호로서 상기 제 4 방향성 결합기(180)에 전달된다.
한편, 상기 제 3 방향성 결합기(160)에서 샘플링(Sampling)되지 않고 남은 주증폭기(150)의 출력은 상기 딜레이(170)을 거친 후 추가적인 왜곡없이 상기 제 4 방향성 결합기(180)에 전달된다.
상기 주증폭기(150)의 출력신호가 상기 제 3 방향성 결합기(160)에서 샘플링(Sampling)되어 상기 제 6 방향성 결합기(220)와 제 2 이득 조정기(230)와, 제 2 위상 조정기(240)와, 에러증폭기(250)를 차례로 거친 다음 상기 제 4 방향성 결합기(180)에 전달되는 과정을 편의상 제 3 신호 전달과정이라 칭하고, 상기 주증폭기(150)의 출력신호가 상기 제 3 방향성 결합기(160)와 딜레이(170)를 거친 다음 상기 제 4 방향성 결합기(180)에 전달되는 과정을 편의상 제 4 신호 전달과정이라 칭하면, 상기 딜레이(170)의 시간 지연(Time Delay)을 상기 제 3 신호 전달과정에 걸린 시간 지연과 상기 제 4 신호 전달과정에 걸린 시간 지연이 같도록 정한 후, 상기 제 2 이득 조정기(230)와, 제 2 위상 조정기(240)를 적당히 조정하여 상기 제 4 방향성 결합기(180)에서 합해지는 보상신호와, 상기 딜레이(170)로부터 출력되는 출력신호에 포함된 왜곡(Distortion) 신호가 진폭(Amplification)은 같고, 위상(Phase)이 서로 반대(180도)가 되도록 하면, 상기 제 4 방향성 결합기(180)의출력신호는 왜곡(Distortion) 신호가 제거된 RF 출력신호(RF 입력신호가 증폭된 신호)만 남게된다.
파일럿 주입(Pilot Injection) 방식으로 상기 제 2 이득 조정기(230)와, 제 2 위상 조정기(240)를 조정하는 동작을 알아본다.
상기 제어모듈(300)의 제 1 혼합기(320)에서 상기 신호 소스(310a)(310b)로부터 각각 출력된 저주파 변조 신호와 국부발진 신호를 곱해 만들어진 파일럿(Pilot) 신호는 상기 증폭 및 보상모듈(100)의 제 2 방향성 결합기(120)로 전달되어 제 1 이득 조정기(130)와, 제 1 위상 조정기(140)를 거쳐 주증폭기(150)로 입력되어 증폭되어 출력된다.
상기 주증폭기(150)의 출력신호에는 증폭된 RF 입력신호, 증폭된 파일럿(Pilot) 신호 및 왜곡(Distortion) 신호가 포함되어 있으며, 이 출력신호는 상기 제 3 방향성 결합기(160)에 의해 분기되어, 하나는 딜레이(170)를 거쳐 제 4 방향성 결합기(180)로 전달되고, 다른 하나는 샘플링(Sampling)되어 제 6 방향성 결합기(220)로 전달된다.
상기 제 6 방향성 결합기(220)로 전달된 파일럿(Pilot) 신호는 제 6 방향성 결합기(220)의 출력에 에러(Error)로 남게되고, 위상변화와 증폭 과정을 거쳐 상기 제 4 방향성 결합기(180)에서 상기 딜레이(170)를 거친 파일럿(Pilot) 신호와 합해진다. 합쳐지는 두 파일럿(Pilot) 신호가 같은 진폭(Amplitude)과 반대(180도)의 위상차를 가지고 있다면 상기에서 설명한 왜곡(Distortion) 신호가 상쇄되는 것처럼 서로 상쇄되어 없어진다.
파일럿(Pilot) 신호가 서로 상쇄되는 원리와 주증폭기(150)를 통한 증폭과정에서 발생하는 왜곡(Distortion) 신호가 상쇄되는 원리는 같으며, 주증폭기(150)의 출력에 포함된 상기 파일럿(Pilot) 신호 역시 주증폭기(150)의 증폭과정에서 생긴 왜곡(Distortion) 신호로 간주해도 무방하다.
상기 제 5 방향성 결합기(190)를 통해 샘플링(Sampling)되어 상기 제어모듈(300)의 전력 분배기(330)를 거친 파일럿(Pilot) 신호는 상기 90도 하이브리드 결합기(340)를 통해 입력되는 국부발진 신호와 상기 제 2 혼합기(350)와, 제 3 혼합기(360)에서 곱해진 다음 각각 동상(In-phase) 성분과 직교(Quadrature) 성분으로 나뉘고, 각각의 성분은 다시 제 1 복조기(370)와, 제 2 복조기(380)에 의해 복조된 후 상기 보상신호 발생모듈(200)의 제 2 이득 조정기(230)와, 제 2 위상 조정기(240)의 제어 전압(Control Voltage)으로 각각 변환된다. 이 때, 상기 각각의 제어 전압은 상기 주증폭기(150)의 출력신호에 포함된 파일럿 신호가 제거되도록 상기 제 2 이득 조정기(230)와, 제 2 위상 조정기(240)를 조정한다.
상기한 파일럿(Pilot) 신호는 주증폭기(150)의 또 다른 왜곡 잡음으로 작용하지 않으면서 용이하게 감지 가능하도록 전력 증폭기의 동작 채널 주파수와 적당한 주파수 간격을 유지하는 것이 바람직하다.
통상적으로, 에러(Error)신호를 생성하는 제 1 이득 조정기(130), 제 1 위상조정기(140), 주증폭기(150) 및 딜레이(210)로 이루어진 루프를 캐리어 상쇄 루프(Carrier Cancellation Loop)라 하고, 상기 에러신호의 이득 및 위상을 조정하고 이를 증폭하여 생성한 보상신호를 이용해 RF 출력신호에 포함된 왜곡을 상쇄하는 제 2 이득 조정기(230), 제 2 위상조정기(240), 에러증폭기(250) 및 딜레이(170)로 이루어진 루프를 보상루프(Correction Loop)라 한다.
도 2 는 도 1 에 도시한 전력 증폭기의 노드별 파일럿 신호를 포함한 RF신호의 전력 스펙트럼도이다.
투톤(Two Tone) RF 입력신호(A1)가 입력단(도 1 의 A 노드)을 통해 입력된다고 가정하면, 상기 주증폭기(150)의 출력단(도 1 의 B 노드)에는 RF 입력신호(A1)가 증폭된 신호(B1)와, 주증폭기(150)의 비선형성에 의한 왜곡 신호(B2)와, 증폭된 파일럿 신호(B3)가 나타난다.
상기 제 6 방향성 결합기(220)의 출력단(도 1 의 C 노드)에서는 RF 입력신호(A1)가 크게 감쇄된 신호(C1)와, 감쇄되지 않은 왜곡 신호(C2) 및 파일럿 신호(C3)를 포함하는 에러(Error) 신호가 나타난다.
상기 에러(Error) 신호는 위상 변화와 증폭 과정을 거쳐 상기 제 4 방향성 결합기(180)에서 상기 제 3 방향성 결합기(160)와 딜레이(170)를 거친 신호와 합해져서 왜곡(Distortion) 신호와 파일럿(Pilot) 신호가 상쇄되므로, 제 5 방향성 결합기(190)의 출력단(도 1 의 D 노드)에서는 RF 입력신호(A1)가 증폭된 RF 출력신호(D1)만 남는다.
그러나, 상기한 파일럿 주입(Pilot Injection) 방식은 어떠한 RF 변조(Modulation) 방식에도 쉽게 적용할 수 있는 장점을 가지나, 파일럿(Pilot) 신호를 기준으로 에러증폭기의 이득과 위상이 조정되기 때문에 전력 증폭기의 동작주파수 대역이 좁아지거나, RF 출력신호에 포함된 상호변조 왜곡 신호의 보정과는 상관없이 에러증폭기의 이득과 위상 조정이 이루어지는 단점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 구조가 간단하면서도 넓은 동작 주파수 대역에서 비선형 왜곡 현상을 개선할 수 있는 피드 포워드(Feed Forward) 방식의 알에프 선형 전력 증폭기를 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 RF 입력신호와 RF 출력신호의 전력 스펙트럼(Power Spectrum)을 분석하여, 이 전력 스펙트럼 분석 정보에 따라 상호변조 왜곡(IMD : InterModulation Distortion)을 감소시키는 방향으로 보상신호(에러신호)의 위상과 진폭을 제어하도록 한 피드 포워드(Feed Forward) 방식의 알에프 선형 전력 증폭기를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 본 발명에 따른 알에프 선형 전력 증폭기는 RF 입력신호를 증폭하고, 왜곡신호가 포함된 증폭신호에 보상신호를 더해 왜곡신호를 제거한 증폭된 RF 출력신호를 출력하는 증폭 및 보상모듈과; RF 입력신호를 증폭한 신호에 포함된 왜곡신호를 제거하기 위한 보상신호를 생성하는 보상신호 발생모듈과; 상기 보상신호 발생모듈로 입력되는 에러신호의 이득 및 위상을 조정하여 상기 보상신호를 생성하도록 제어하는 제어모듈을 포함하는 피드 포워드(Feed Forward) 방식의 알에프 선형 전력 증폭기(RF linear Power Amplifier)에 있어서, 상기 제어 모듈이 상기 증폭 및 보상모듈의 RF 입력신호와, RF 출력신호를 분석하여 전력 스펙트럼(Power Spectrum)을 얻는 스펙트럼 분석기(Spectrum Analyzer)와; 상기 스펙트럼 분석기로부터 전달되는 신호에 따라 상기 보상신호 발생모듈의 보상신호의 이득과 위상을 조정하는 제어신호를 각각 출력하는 디지탈 제어기(Digital Controller)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 본 발명에 따른 알에프 선형 전력 증폭기는 RF 입력신호를 증폭하고, 왜곡신호가 포함된 증폭신호에 보상신호를 더해 왜곡신호를 제거한 증폭된 RF 출력신호를 출력하는 증폭 및 보상모듈과; RF 입력신호를 증폭한 신호에 포함된 왜곡신호를 제거하기 위한 보상신호를 생성하는 보상신호 발생모듈과; 상기 보상신호 발생모듈로 입력되는 에러신호의 이득 및 위상을 조정하여 상기 보상신호를 생성하도록 제어하는 제어모듈을 포함하는 피드 포워드(Feed Forward) 방식의 알에프 선형 전력 증폭기(RF linear Power Amplifier)에 있어서, 상기 제어 모듈이 상기 증폭 및 보상모듈의 샘플링(Sampling)된 RF 입력신호와, 샘플링(Sampling)된 RF 출력신호 중 하나를 선택하여 출력하는 RF 스위치(RF Switch)와; 가변 주파수 신호를 발생시키는 신호 소스(Signal Source)와; 상기 RF 스위치에 의해 선택된 신호와, 상기 신호 소스에 의해 발생된 신호를 곱하여 출력하는 혼합기(Mixer)와; 상기 혼합기로부터 출력된 신호를 필터링(Filtering)하여 원하는 주파수 대역의 신호를 추출하는 밴드패스필터(Bandpass Filter)와; 상기 밴드패스필터에 의해 필터링된 신호의 전력 레벨(Power Level)을 검출하는 전력 검출기(Power Detector)와; 상기 전력 검출기에 의해 검출된 전력 레벨(Power Level) 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D 컨버터(Converter)와; 상기 A/D 컨버터에 의해 출력되는 신호에 따라 상기 보상신호 발생모듈의 보상신호의 이득과 위상을 조정하는 제어신호를 각각 출력하는 디지탈 제어기(Digital Controller)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1 은 종래의 피드 포워드(Feed Forward) 방식의 알에프 선형 전력 증폭기의 블럭도
도 2 는 도 1 에 도시한 전력 증폭기의 노드별 파일럿 신호를 포함한 RF신호의 전력 스펙트럼도
도 3 은 본 발명에 따른 알에프 선형 전력 증폭기의 제 1 실시예의 블럭도
도 4 는 도 3 실시예의 주파수에 따른 RF 입력신호와 적당히 감쇄된 RF 출력신호의 전력 스펙트럼도
도 5 는 본 발명에 따른 알에프 선형 전력 증폭기의 제 2 실시예의 블럭도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 증폭 및 보상모듈 110 : 제 1 방향성 결합기
110a, 190a : 샘플러 120 : 제 2 방향성 결합기
130 : 제 1 이득 조정기 140 : 제 1 위상 조정기
150 : 주증폭기 160 : 제 3 방향성 결합기
170, 210 : 딜레이 180 : 제 4 방향성 결합기
190 : 제 5 방향성 결합기 200 : 보상신호 발생모듈
220 : 제 6 방향성 결합기 230 : 제 2 이득 조정기
240 : 제 2 위상 조정기 250 : 에러증폭기
300 : 제어 모듈 310a, 310b : 신호 소스
320 : 제 1 혼합기 330, 120a : 전력 분배기
340 : 90도 하이브리드 결합기 350 : 제 2 혼합기
360 : 제 3 혼합기 370 : 제 1 복조기
380 : 제 2 복조기 410 : 스펙트럼 분석기
420, 570 : 디지탈 제어기 510 : RF 스위치
520 : 신호 소스 530 : 혼합기
540 : 밴드패스필터 550 : 전력 검출기
560 : A/D 컨버터
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 보다 상세히 설명한다.
도 3 은 본 발명에 따른 알에프 선형 전력 증폭기의 제 1 실시예의 블럭도이다.
도면에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 알에프 선형 전력 증폭기는 증폭 및 보상모듈(100)과, 보상신호 발생모듈(200)과, 제어모듈(300)을 포함한다.
상기 증폭 및 보상모듈(100)은 RF 입력신호를 증폭하고, 왜곡신호가 포함된 증폭신호에 보상신호를 더해 왜곡신호를 제거한 증폭된 RF 출력신호를 출력하는 동작을 하며, 상기 도 1 에 도시한 종래의 알에프 선형 전력 증폭기의 증폭 및 보상모듈과는 원칙적으로 동일하다.
이 실시예에 따른 알에프 선형 전력 증폭기의 증폭 및 보상모듈(100)은 상기 도 1 에 도시한 종래의 알에프 선형 전력 증폭기의 방향성 커플러(110)(190) 대신 샘플러(Sampler)(110a)(190a)를 채용했으나, 이 샘플러(110a)는 커플러(Coupler), 방향성 커플러(Directional Coupler), 전력분배기(Power Divider) 등을 포함하는 광의의 개념이고, 제 2 방향성 결합기(120) 대신 전력 분배기(Power Divider)(120a)를 채용했으나 이의 역할도 동일하므로 원칙적으로 이 실시예에 따른 알에프 선형 전력 증폭기와 도 1 에 도시한 종래의 알에프 선형 전력 증폭기의증폭 및 보상모듈(100)은 원칙적으로 동일하다.
또한, 이 실시예에 따른 알에프 선형 전력 증폭기와 도 1 에 도시한 종래의 알에프 선형 전력 증폭기의 보상신호 발생모듈(200)은 도면에 도시한 바와같이 동일하다.
따라서, 이 실시예에 따른 알에프 선형 전력 증폭기의 증폭 및 보상모듈(100)과 보상신호 발생모듈(200)에 대한 자세한 설명은 생략하고자 한다.
이 실시예에 따른 알에프 선형 전력 증폭기의 제어 모듈(300)은 상기 보상신호 발생모듈(200)로 입력되는 에러신호의 이득(Gain) 및 위상(Phase)을 조정하여 보상신호를 생성하도록 제어하는 동작을 하며, 스펙트럼 분석기(Spectrum Analyzer)(410)와, 디지탈 제어기(Digital Controller)(420)를 포함한다.
상기 스펙트럼 분석기(410)는 상기 증폭 및 보상모듈(100)의 샘플러(110a)에 의해 샘플링(Sampling)된 RF 입력신호와, 샘플러(190a)에 의해 샘플링(Sampling)된 RF 출력신호를 분석하여 전력 스펙트럼(Power Spectrum)을 얻는다.
도 4 는 도 3 실시예의 주파수에 따른 RF 입력신호와 적당히 감쇄된 RF 출력신호의 전력 스펙트럼도이다.
도 4 는 동작 주파수 대역에서 상호변조 왜곡(IMD : InterModulation Distortion)에 대한 보정이 제대로 이루어지지 않은 경우를 도시한 것으로, 왜곡(Distortion)이 가장 심한 곳에서 입력과 출력의 전력(Power) 편차가 가장 크다.
전력 편차가 가장 심하게 나타나는 주파수(도 4 의 f1, f2)들 중 하나 또는둘 이상의 주파수를 선택하여 상호변조 왜곡(IMD : InterModulation Distortion)을 측정하면서 상기 보상신호 발생모듈(200)의 이득 조정기(230)와, 위상 조정기(240)를 조정하여 에러증폭기(250)에 의해 증폭되어 출력되는 보상신호(에러신호)의 위상과 진폭을 제어함으로써 상기 증폭 및 보상모듈(100)의 주증폭기(150)를 통한 증폭과정에서 발생되는 왜곡(Distortion) 신호를 RF 출력신호로부터 제거한다.
상기 디지탈 제어기(420)는 상기 스펙트럼 분석기(410)로부터 전달되는 신호에 따라 상기 보상신호 발생모듈(200)의 이득 조정기(230)와, 위상 조정기(240)를 조정하는 제어신호를 각각 상기 이득 조정기(230)와 위상 조정기(240)로 출력한다.
따라서, 상기 디지탈 제어기(420)로부터의 각각 출력되는 제어신호(제어 전압)에 따라 상기 이득 조정기(230)와, 위상 조정기(240)가 왜곡(Distortion) 신호가 제거된 RF 출력신호가 최종 출력되도록 상기 이득 조정기(230)와 위상 조정기(240)의 이득(Gain)과 위상(Phase)이 제어되게 된다.
만약, 상호변조 왜곡(IMD : InterModulation Distortion)이 완전하게 이루어졌다면, 상기 스펙트럼 분석기(410)에 의해 분석되는 RF 입력신호와 적당히 감쇄된 RF 출력신호의 전력 스펙트럼(Power Spectrum)의 편차가 없게된다.
따라서, 이 실시예에 따른 알에프 선형 전력 증폭기는 RF 입력신호와 RF 출력신호의 전력 스펙트럼(Power Spectrum)을 분석하여, 이 전력 스펙트럼 분석 정보에 따라 상호변조 왜곡(IMD : InterModulation Distortion)을 감소시키는 방향으로 보상신호(에러신호)의 위상과 진폭을 제어함으로써 구조가 간단하면서도 넓은 동작 주파수 대역에서 비선형 왜곡 현상을 개선할 수 있게 된다.
도 5 는 본 발명에 따른 알에프 선형 전력 증폭기의 제 2 실시예의 블럭도이다.
도면에 도시한 바와같이, 이 실시예에 따른 알에프 선형 전력 증폭기는 도 3 에 도시한 실시예와 증폭 및 보상모듈(100)과 보상신호 발생모듈(200)은 동일하고, 제어 모듈(300)의 구성이 상이한 것이다.
상기 증폭 및 보상모듈(100)과 보상신호 발생모듈(200)의 동작은 상기에서 설명하였기에 이에 자세한 설명은 생략하고자 한다.
이 실시예에 따른 알에프 선형 전력 증폭기의 제어모듈(300)은 RF 스위치(Switch)(510)와, 신호 소스(Signal Source)(520)와, 혼합기(Mixer)(530)와, 밴드패스필터(Bandpass Filter)(540)와, 전력 검출기(Power Detector)(550)와, A/D 컨버터(Converter)(560)와, 디지탈 제어기(Digital Controller)(570)를 포함한다.
상기 RF 스위치(510)는 상기 증폭 및 보상모듈(100)의 샘플러(110a)에 의해 샘플링(Sampling)된 RF 입력신호와, 샘플러(190a)에 의해 샘플링(Sampling)된 RF 출력신호 중 하나를 선택하여 출력한다.
상기 신호 소스(520)는 상기 디지탈 제어기(560)의 제어에 따라 가변의 주파수를 가진 신호를 발생시키고, 이를 상기 혼합기(530)의 국부 발진(LO : Local Oscillation) 신호로 출력한다. 상기 주파수 가변 범위에 따라 전력 증폭기의 동작주파수 범위가 결정되게 된다.
상기 혼합기(530)는 상기 RF 스위치(510)에 의해 선택된 신호와 상기 신호 소스(520)에 의해 발생된 신호를 곱하여 출력한다.
이 때, 상기 혼합기(530)가 상기 RF 스위치(510)에 의해 선택된 신호와 상기 신호 소스(520)에 의해 발생된 신호를 곱하여 출력시 주파수 다운 변환(Frequency Down Conversion)하여 출력하는 것이 바람직하다.
상기 밴드패스필터(540)는 상기 혼합기(530)로부터 출력된 신호를 필터링(Filtering)하여 원하는 주파수 대역의 신호를 추출한다.
상기 전력 검출기(550)는 상기 밴드패스필터(540)에 의해 필터링된 신호의 전력 레벨(Power Level)을 검출한다.
상기 A/D 컨버터(560)는 상기 전력 검출기(550)에 의해 검출된 전력 레벨(Power Level) 신호를 디지탈 신호로 변환한다.
이러한 방식으로 입력 및 출력 신호에 대한 전력 스펙트럼(Power Spectrum)을 측정한다.
상기 디지탈 제어기(570)는 상기 A/D 컨버터(560)에 의해 출력되는 신호를 모아서 분석한 후 상기 보상신호 발생모듈(200)의 이득 조정기(230)와 위상 조정기(240)의 이득 및 위상 조정을 위한 제어신호를 상기 이득 조정기(230)와 위상 조정기(240)로 각각 출력한다.
또한, 이 디지탈 제어기(570)는 상기 신호 소스(520)에 의해 발생되는 신호의 주파수를 결정하는 제어신호를 상기 신호 소스(520)로 출력하여 상기 신호 소스(520)가 가변의 주파수를 발생시킬 수 있도록 한다.
따라서, 이 실시예에 따른 알에프 선형 전력 증폭기는 RF 입력신호와 RF 출력신호 중 하나를 상기 RF 스위치(510)를 통해 선택하여 상기 혼합기(530)로 출력하면, 상기 혼합기(530)가 이 신호와 상기 신호 소스(520)에 의해 발생된 신호를 곱하여 주파수 다운 변환(Frequency Down Conversion)하여 출력한다.
상기 혼합기(530)로부터 출력된 신호는 상기 밴드패스필터(540)에서 필터링 된 후, 이 필터링된 신호의 전력 레벨(Power Level)을 상기 전력 검출기(550)를 통해 측정하면, 이 측정된 전력 레벨(Power Level)이 해당 주파수에서의 전력 레벨(Power Level)이 된다.
이 전력 레벨(Power Level)은 상기 A/D 컨버터(560)에 의해 변환되어 상기 상기 디지탈 제어기(570)로 전달된다.
상기 혼합기(530)의 국부 발진(LO : Local Oscillation) 신호로 입력되는 상기 신호 소스(520)에 의해 발생되는 신호의 주파수를 변화시키면서 전력 레벨(Power Level)을 측정하면 해당 주파수 대역에서의 입력 및 출력 신호에 대한 전력 스펙트럼(Power Spectrum)이 도출되므로, 상기 디지탈 제어기(570)가 이 전력 스펙트럼(Power Spectrum)에 따라 왜곡(Distortion) 신호가 제거된 RF 출력신호가 최종 출력되도록 상기 이득 조정기(230)와 위상 조정기(240)의 이득(Gain)과 위상(Phase)을 제어하는 제어신호를 출력한다.
따라서, 이 실시예에 따른 알에프 선형 전력 증폭기는 RF 입력신호와 RF 출력신호의 전력 스펙트럼(Power Spectrum)을 분석하여, 이 전력 스펙트럼 분석 정보에 따라 상호변조 왜곡(IMD : InterModulation Distortion)을 감소시키는 방향으로 보상신호(에러신호)의 위상과 진폭을 제어함으로써 구조가 간단하면서도 넓은 동작 주파수 대역에서 비선형 왜곡 현상을 개선할 수 있게 된다.
위와같이함에 의해 상기에서 제시한 본 발명에 따른 알에프 선형 전력 증폭기의 목적을 달성하게 된다.
이상에서 설명한 바와같은 본 발명에 따른 알에프 선형 전력 증폭기는 RF 입력신호와 RF 출력신호의 전력 스펙트럼(Power Spectrum)을 분석하여, 이 전력 스펙트럼 분석 정보에 따라 상호변조 왜곡(IMD : InterModulation Distortion)을 감소시키는 방향으로 보상신호(에러신호)의 위상과 진폭을 제어하도록 하여 구조가 간단하면서도 넓은 동작 주파수 대역에서 비선형 왜곡 현상을 개선할 수 있는 유용한 효과를 가진다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.

Claims (5)

  1. RF 입력신호를 증폭하고, 왜곡신호가 포함된 증폭신호에 보상신호를 더해 왜곡신호를 제거한 증폭된 RF 출력신호를 출력하는 증폭 및 보상모듈과;
    RF 입력신호를 증폭한 신호에 포함된 왜곡신호를 제거하기 위한 보상신호를 생성하는 보상신호 발생모듈과;
    상기 보상신호 발생모듈로 입력되는 에러신호의 이득 및 위상을 조정하여 상기 보상신호를 생성하도록 제어하는 제어모듈을;
    포함하는 피드 포워드(Feed Forward) 방식의 알에프 선형 전력 증폭기(RF linear Power Amplifier)에 있어서,
    상기 제어 모듈이:
    상기 증폭 및 보상모듈의 RF 입력신호와, RF 출력신호를 분석하여 전력 스펙트럼(Power Spectrum)을 얻는 스펙트럼 분석기(Spectrum Analyzer)와;
    상기 스펙트럼 분석기로부터 전달되는 신호에 따라 상기 보상신호 발생모듈의 보상신호의 이득과 위상을 조정하는 제어신호를 각각 출력하는 디지탈 제어기(Digital Controller)를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 알에프 선형 전력 증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지탈 제어기가 상기 스펙트럼 분석기(Spectrum Analyzer)에 의해 분석된 전력 스펙트럼(Power Spectrum)으로부터 전력 편차가 가장 심하게 나타나는 주파수들 중 하나 또는 둘 이상의 주파수를 선택하여 상호변조 왜곡(IMD : InterModulation Distortion)을 측정하면서 상기 보상신호의 이득과 위상을 조정하는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 알에프 선형 전력 증폭기.
  3. RF 입력신호를 증폭하고, 왜곡신호가 포함된 증폭신호에 보상신호를 더해 왜곡신호를 제거한 증폭된 RF 출력신호를 출력하는 증폭 및 보상모듈과;
    RF 입력신호를 증폭한 신호에 포함된 왜곡신호를 제거하기 위한 보상신호를 생성하는 보상신호 발생모듈과;
    상기 보상신호 발생모듈로 입력되는 에러신호의 이득 및 위상을 조정하여 상기 보상신호를 생성하도록 제어하는 제어모듈을;
    포함하는 피드 포워드(Feed Forward) 방식의 알에프 선형 전력 증폭기(RF linear Power Amplifier)에 있어서,
    상기 제어 모듈이:
    상기 증폭 및 보상모듈의 RF 입력신호와, RF 출력신호 중 하나를 선택하여 출력하는 RF 스위치(RF Switch)와;
    가변 주파수 신호를 발생시키는 신호 소스(Signal Source)와;
    상기 RF 스위치에 의해 선택된 신호와, 상기 신호 소스에 의해 발생된 신호를 곱하여 출력하는 혼합기(Mixer)와;
    상기 혼합기로부터 출력된 신호를 필터링(Filtering)하여 원하는 주파수 대역의 신호를 추출하는 밴드패스필터(Bandpass Filter)와;
    상기 밴드패스필터에 의해 필터링된 신호의 전력 레벨(Power Level)을 검출하는 전력 검출기(Power Detector)와;
    상기 전력 검출기에 의해 검출된 전력 레벨(Power Level) 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D 컨버터(Converter)와;
    상기 A/D 컨버터에 의해 출력되는 신호에 따라 상기 보상신호 발생모듈의 보상신호의 이득과 위상을 조정하는 제어신호를 각각 출력하는 디지탈 제어기(Digital Controller)를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 알에프 선형 전력 증폭기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 디지탈 제어기가 상기 신호 소스에 의해 출력되는 가변 주파수 신호의 주파수를 결정하는 제어신호를 출력하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 알에프 선형 전력 증폭기.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 혼합기가 상기 RF 스위치에 의해 선택된 신호와 상기 신호 소스에 의해 발생된 신호를 곱하여 출력시 주파수 다운 변환(Frequency Down Conversion)하여 출력하는 것을 특징으로 하는 알에프 선형 전력 증폭기.
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