KR20040041218A - 고조파를 제거한 저잡음 증폭기 선형화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 휴대단말기의 저잡음증폭기(LNA)에서 고조파를 제거하여 선형성을 개선하는 것에 관한 것이며, 휴대단말기 수신부의 저잡음 증폭기에 있어서; 입력되는 신호의 일부를 추출하여 해당 경로로 별도 출력하는 제1 결합기와; 상기 제1 결합기로부터 정상적으로 출력되는 신호를 소정의 레벨로 저잡음 증폭하여 출력하는 저잡음증폭기와; 상기 저잡음증폭기로부터 출력되는 신호의 일부를 추출하여 해당 경로로 별도 출력하는 제2 결합기와; 상기 제2 결합기로부터 출력되는 신호의 위상을 지연하여 출력하는 제1 지연기와; 상기 제1 결합기로부터 추출된 신호와 상기 제2 결합기로부터 추출된 신호를 입력하여 고조파 성분만을 검출하여 출력하는 선형부와; 상기 제1 지연기와 상기 선형부로부터 각각 출력되는 신호를 입력하여 고조파가 제거된 신호를 출력하는 제1 컴바이너로 이루어지는 특징에 의하여, 낮은 증폭율의 저잡음증폭기를 사용하여 큰 증폭율의 저잡음증폭기와 동일하게 작용하므로, 가격을 싸게 하고, 전력소모를 줄이며, 크기를 작게하고, 수신되는 신호를 고조파에 의한 잡음없이 증폭 출력하므로, 가입자 통신신호를 정확하게 전달하여 무선 송수신되는 신호의 신뢰도가 제고되는 효과가 있다.

Description

고조파를 제거한 저잡음 증폭기 선형화 장치{A LOW NOISE AMPLIFIER WITH EXCLUDE HARMONICS FOR LINEARITY}

본 발명을 이동통신 시스템 수신단에 사용되는 저잡음 증폭기(LNA: LOW NOISE AMPLIFIER)의 선형성(LINEARITY)을 개선하는 것으로, 특히, 휴대단말기의 저잡음증폭기에서 발생하는 고조파(HARMONICS)를 효율적으로 제거하여 선형성을 개선하는 것에 관한 것이다.

코드분할다중접속(CDMA)방식 이동통신 시스템은 가입된 휴대단말기를 이용하여 이동하면서 언제 어디서나 상대방과 즉시 접속하는 것으로, 운용특성상 휴대단말기(UE: USER EQUIPMENT)는 기지국(BS)으로부터 수신된 미약한 신호를 저잡음 상태로 증폭하여 처리가능한 일정한 레벨의 신호로 만든 후, 하향변환(DOWN-CONVERTING) 등의 처리를 한다.

상기와 같은 저잡음증폭기(LNA)는, 입력되는 신호가 어느 정도 일정한 입력레벨 범위에 있는 경우 선형성 있게 소정 비율로 비례하여 증폭 출력하지만, 일정한 레벨이 넘게 입력되는 신호를 증폭하는 경우는 소정 비율로 비례하여 증폭 출력하지 못하고 고조파(HARMONICS) 성분을 발생시키므로, 수신기의 성능을 저하시키는 문제가 있다.

상기와 같이 일정한 레벨이 넘는 입력신호에 대하여서도, 고조파를 발생하지 않는 영역에서 동작하는 저잡음증폭기를 사용하는 경우는, 상기 저잡음 증폭기의 출력이 높아야 되고, 부피가 커지며 가격이 비싸지는 동시에 많은 전력을 소모하는 등의 문제가 있으므로 휴대단말기에서 해결하여야 하는 문제로 남아 있었다.

상기와 같은 저잡음 증폭기의 고조파 성분을 제거하는 경우는 선형성을 제고하는 동시에 수신기의 성능을 제고하고 가격을 낮추는 등의 효과가 있으므로, 고조파 신호가 제거되는 휴대단말기의 저잡음 증폭기 개발이 필요하게 되었다,

이하, 종래 기술에 의한 휴대단말기 저잡음 증폭기 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

종래 기술을 설명하기 위하여 첨부된 것으로, 도1 은 종래 기술에 의한 휴대단말기 수신부의 저잡음 증폭기 기능 구성도 이다.

종래 기술에 의한 휴대단말기의 수신부는, 무선으로 전송되는 고주파(RF) 신호를 송수신하는 안테나(10)와,

상기 안테나(10)에 접속되어 송신(TX)되는 고주파 신호와 수신(RX)되는 고주파 신호를 분리하여 각각의 경로(PATH)로 전송하는 듀플렉서(DUPLEXER)(20)와,

상기 듀플렉서(20)를 통하여 수신된 고주파 신호를 저잡음으로 증폭하는 저잡음 증폭부(LNA)(30)와,

상기 저잡음 증폭부(30)로부터 출력되는 고주파(RF) 신호를 하향변환(DOWN-CONVERTING)하여 출력하는 하향변환부(40)로 구성된다.

이하, 상기와 같은 구성의 종래 기술에 의한 휴대단말기 수신부를 첨부된 도1을 참조하여 상세히 설명한다.

상기 안테나(ANTENNA)(10)는 송신되는 고주파(RF) 신호와 수신되는 고주파 신호를 전송하기 위한 것으로 공용으로 사용되는 것이고, 듀플렉서(20)는 송신되는 고주파 신호를 상기 안테나(10)로 인가하고, 상기 안테나(10)로부터 수신되는 고주파 신호는 상기 저잡음 증폭기(LNA)(30)에 인가되도록 하는 것으로써, 일종의 여파기 또는 필터(FILTER)이다.

상기와 같이 듀플렉서(20)로부터 미약한 레벨의 고주파(RF) 신호를 인가받은 상기 저잡음 증폭기(LNA)(30)는 저잡음으로 증폭하여 일정한 레벨로 키워서 출력하므로 상기 하향변환부(40)에서 처리가능하게 되고, 상기 하향변환부(40)에서는 중간주파(IF)와 저주파 또는 기저대역(BASE BAND)의 신호로 단계적 하향변환하게 된다.

상기 저잡음 증폭기(30)는 입력신호의 레벨이 어느 정도 레벨 이상이면, 소정의 이득(GAIN)으로 증폭하여 출력하지 못하는 동시에 고조파(HARMONICS) 성분 신호를 발생하는 비선형 특성이 발생된다.

상기와 같은 저잡음 증폭기(10)의 입출력신호에 의한 비선형 특성을, 일 예로, 수학식으로 표현하면 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

E₀= 저잡음 증폭기 출력

E₁= 저잡음 증폭기 입력

K₁= 1차 고조파 상수

K₂= 2차 고조파 상수

K₃= 3차 고조파 상수

상기와 같은 수학식1에 의하여 저잡음 증폭기(30)의 입력과 출력을 표시하는경우, 다른 일 예로, 입력되는 신호가 두 개의 주파수로 이루어지는 경우, 즉 입력되는 신호가 E₁= A(COS W₁t + COS W₂t) 인 경우는 출력되는 신호 E₀는 다음 수학식과 같이 표현된다.

E₀= K₁A(COS W₁t + COS W₂t) + K₂A²(COS W₁t + COS W₂t)²+ K₃A³(COS W₁t + COS W₂t)³+ .....

= K₁A²+ K₂A²COS(W₁-W₂)t + (K₁A + 9/4K₃A³)COS W₁t + (K₁A + 9/4K₃A³)COS W₂t + 3/4K₃A³COS(2W₁- W₂)t + 3/4K₃A³COS(2W₂- W₁)t + K₂A²COS(W₁+ W₂)t + 1/2K₂A²COS W₁t + 1/2K₂A²COS2 W₂t + 3/4K₃A³COS(2W₁+ W₂)t + 3/4K₃A³COS(2W₂+ W₁)t + 1/4K₃A³COS3 W₁t + 1/4K₃A³COS3 W₂t + ...

상기와 같은 식을 분석하면, (2W₁- W₂) 성분과 (2W₂- W₁) 성분은 입력신호인 W₁과 W₂를 왜곡(DISTORTION)시키는 고조파(HARMONICS) 성분이다.

상기와 같은 성분의 고조파 신호는 이동통신 휴대단말기의 저잡음증폭기(30) 성능을 저하시키는 동시에 수신기능을 저하시키고 전송되는 데이터에 오류를 발생시키는 원인이 되는 문제가 있다.

본 발명은 이동통신용 휴대단말기 수신부의 저잡음 증폭기로부터 발생하는 고조파 성분을 제거하므로써, 저전력을 소모하며 크기를 작게하고 선형성을 제고하는 낮은 가격의 저잡음 증폭기 선형화 장치를 제공하는 것이 그 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 휴대단말기 수신부의 저잡음 증폭기에 있어서; 입력되는 신호의 일부를 추출하여 해당 경로로 별도 출력하는 제1 결합기와; 상기 제1 결합기로부터 정상적으로 출력되는 신호를 소정의 레벨로 저잡음 증폭하여 출력하는 저잡음증폭기와; 상기 저잡음증폭기로부터 출력되는 신호의 일부를 추출하여 해당 경로로 별도 출력하는 제2 결합기와; 상기 제2 결합기로부터 출력되는 신호의 위상을 지연하여 출력하는 제1 지연기와; 상기 제1 결합기로부터 추출된 신호와 상기 제2 결합기로부터 추출된 신호를 입력하여 고조파 성분만을 검출하여 출력하는 선형부와; 상기 제1 지연기와 상기 선형부로부터 각각 출력되는 신호를 입력하여 고조파가 제거된 신호를 출력하는 제1 컴바이너로 이루어지는 특징이 있다.

도1 은 종래 기술의 휴대단말기 수신부 저잡음 증폭기 기능 구성도,

도2 는 본 발명에 의한 휴대단말기 수신부의 기능 구성도,

도3 은 본 발명에 의한 저잡음 증폭부의 상세 기능 구성도,

도4 는 본 발명에 의한 선형부의 상세 기능 구성도 이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 **

10,15 : 안테나20,25 : 듀플렉서

30,100 : 저잡음증폭부40,45 : 하향변환부

110 : 제1 결합기120 : 저잡음증폭기

130 : 제2 결합기140 : 제1 지연기

150 : 제1 컴바이너160 : 선형부

170 : 제2 지연기180 : 제2 컴바이너

190 : 위상변환기200 : 증폭기

이하, 본 발명에 의한 것으로 고조파를 제거한 저잡음 증폭기 선형화 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명을 설명하기 위하여 첨부된 것으로, 도2 는 본 발명에 의한 휴대단말기 수신부의 기능 구성도 이며, 도3 은 본 발명에 의한 저잡음 증폭부의 상세 기능구성도 이고, 도4 는 본 발명에 의한 선형부의 상세 기능 구성도 이다.

상기 도2 내지 도4를 참조하여, 본 발명에 의한 것으로, 고조파를 제거한 저잡음 증폭기 선형화 장치를 설명하면, 안테나(15)에서 수신된 고주파(RF) 신호가 듀플렉서(25)에 인가되어 잡음신호가 여파되고 상기 본 발명에 의한 저잡음증폭부(100)에 인가된다,

상기 본 발명에 의한 저잡음증폭부(100)는, 듀플렉서(25)로부터 인가된 신호의 일부를 추출하여 해당 경로로 별도 출력하는 제1 결합기(110)와, 상기 제1 결합기(110)로부터 정상적으로 출력되는 신호를 소정의 레벨로 저잡음(LOW NOISE) 증폭하여 출력하는 저잡음증폭기(LNA)(120)와, 상기 저잡음증폭기(120)로부터 출력되는 신호의 일부를 추출하여 해당 경로로 별도 출력하는 제2 결합기(130)와,

상기 제2 결합기(130)로부터 출력되는 신호의 위상을 지연하여 출력하는 것으로써, 상기 선형부(160)로부터 출력되고 상기 제1 컴바이너(150)에 입력되는 고조파 신호와의 위상(PHASE)이 반전되도록 상기 제2 결합기(130)로부터 출력되는 신호의 위상을 지연(DELAY)시켜 출력하는 제1 지연기(140)와,

상기 제1 결합기(110)로부터 추출된 신호와 상기 제2 결합기(130)로부터 추출된 신호를 각각 입력하여 고조파 성분만을 검출하고 출력하는 것으로써, 상기 제1 결합기(110)로부터 추출되어 인가되는 입력신호를 지연(DELAY)시키는 제2 지연기(170); 상기 제2 결합기(130)로부터 추출되어 인가되는 신호와 상기 제2 지연기로부터 인가되는 신호를 각각 입력하여 고조파 신호만을 검출하는 제2 컴바이너(180); 상기 제2 컴바이너(180)로부터 출력되는 고조파 신호의위상(PHASE)을 지연하여 출력하는 위상변환기(190); 상기 위상변환기(190)로부터 출력되는 고조파 신호를 소정 레벨로 증폭하여 출력하는 증폭기로 이루어지는 선형부(160)와,

상기 제1 지연기(140)와 상기 선형부(160)로부터 각각 출력되는 신호를 입력하여 고조파가 제거된 신호를 출력하는 것으로써, 상기 제1 지연기(140)에서 출력되는 신호에 상기 선형부(160)로부터 출력되는 반전된 고조파 신호를 더함으로써 고조파 신호가 상쇄되고 제거된 신호를 출력하는 제1 컴바이너(150)로 구성된다.

또한, 상기 선형부(160)를 구성하는 제2 지연기(170)는, 상기 제1 결합기(110)에서 출력되고 저잡음증폭기(120)와 제2 결합기(130)를 통하여 상기 제2 컴바이너(180)에 입력되는 입력신호의 위상과, 상기 제1 결합기(110)로부터 추출되어 상기 제2 컴바이너(180)에 입력되는 입력신호의 위상(PHASE)이 반전된 상태로 동기되도록 하는 구성이고, 상기 위상변환기는, 상기 제1 지연기(140)를 통하여 상기 제1 컴바이너(150)에 입력되는 고조파 신호의 위상(PHASE)과 상기 증폭기(200)를 통하여 출력되고 상기 제1 컴바이너(150)에 입력되는 고조파 신호의 위상(PHASE)이 반전되도록 구성된다.

이하, 상기와 같은 구성의 본 발명을 상기 도2 내지 도4를 참조하여 상세히 설명한다.

상기 안테나(15)에 의하여 수신되고 듀플렉서(25)에 의하여 분리되어 상기 저잡음증폭부(100)에 인가된 신호는, 제1 결합기(DC: DIRECTIONAL COUPLER)(110)에 의하여 일부의 신호가 추출되고 상기 추출된 일부의 신호가 선형부(160)에 인가되며, 나머지 신호는 모두 저잡음증폭기(120)에 인가되어 저잡음으로 증폭되므로써 소정의 레벨로 증폭되어 출력된다.

상기 저잡음증폭기(120)로부터 저잡음(LOW NOISE) 특성으로 증폭되어 출력되는 신호는, 상기 제2 결합기(DC)(130)에 인가되어 일부의 신호가 추출되며, 상기 추출된 일부의 신호는 선형부(160)에 인가되고 나머지 신호는 모두 제1 지연기(140)에 인가되어 소정 크기만큼 위상이 지연(DELAY) 조정되어 제1 컴바이너(COMBINER)(150)에 입력된다.

상기 선형부(160)는 제1 결합기(110)에서 추출된 것으로, 입력신호의 일부 추출신호와 제2 결합기(130)에서 추출된 것으로, 상기 저잡음증폭기(120)에서 증폭되어 고조파(HARMONICS)가 포함된 신호를 일부 추출하여 각각 입력받는다.

상기 제1 결합기(110)에 의하여 일부가 추출된 입력신호는, 선형부(160)의 제2 지연기(170)에 인가되어 소정 크기로 위상(PHASE)이 지연(DELAY)되어 제2 컴바이너(180)에 입력되는 것으로써, 상기 제2 결합기(130)에 의하여 증폭된 입력신호와 위상이 반전상태로 동기(SYNCHRONOUS)되도록 지연(DELAY)한다.

즉, 상기 제2 컴바이너(180)는 제2 지연기(170)로부터 입력된 입력신호와 제2 결합기(130)로부터 입력된 입력신호가 반전상태로 동기(SYNCHRONOUS)되어 입력되므로, 서로 상쇄(OFFSET)되어 없어지고, 상기 저잡음증폭기(120)에 의하여 증폭되는 과정에서 발생한 고조파 신호만이 출력된다.

상기와 같이 제2 컴바이너(180)에 의하여 출력되는 고조파 신호는 위상변환기(190)에 인가되어 위상이 지연(DELAY) 또는 조정되어 상기 증폭기(200)에 출력되고, 상기 증폭기(200)에 의하여 소정의 레벨로 증폭되어 출력되는 고조파 신호는 제1 컴바이너(150)에 인가된다.

또한, 상기 제2 결합기(130)로부터 증폭되어 고조파를 포함하는 신호는 제1 지연기(140)에 의하여 위상이 지연(DELAY)된 후에 상기 제1 컴바이너(150)에 인가된다.

이때, 상기 선형부(160)의 위상변환기(190)와 제1 지연기(140)는 각각 입력되는 신호를 소정의 크기 많큼 위상지연(PHASE DELAY) 시키어 출력하는데, 특히 상기 위상변환기(190)는 고조파(HARMONICS) 신호의 위상(PHASE)을 지연시켜 출력하므로, 상기 제1 지연기(140)로부터 출력되는 신호의 고조파 위상과 반전된 상태로 출력한다.

상기 제1 컴바이너(150)는, 제1 지연기(140)로부터 인가되는 것으로 고조파 신호가 포함된 입력신호를 입력하고, 동시에 상기 선형부(160)에 의하여 위상이 반전된 상태로 인가되는 고조파 신호를 각각 입력하고 더하므로써, 상기 제1 지연기(140)로부터 입력되는 신호로부터 고조파 신호의 성분이 서로 상쇄되어 제거되고, 순수한 입력신호만이 출력된다.

좀더 상세히 설명하면, 상기 수학식 2에서의 고조파 성분인 (2W₁- W₂)와 (2W₂- W₁)이 상기 제1 컴바이너(150)에서 상쇄되어 소멸되는 것으로, 즉, 상기 제1 지연기(140)로부터 출력되는 고조파 성분 (2W₁- W₂) 및 (2W₂- W₁)와 선형부(160)로부터 출력되는 고조파 성분 (2W₁- W₂) 및 (2W₂- W₁)은 위상이 서로 반전된 상태이고, 상기 제1 컴바이너(150)에서 더해지는 경우 서로 상쇄되어 제거된다.

그러므로, 상기 위상변환기(190)는 상기 제1 지연기(140)로부터 출력되는 고조파 신호의 위상과 정확하게 반전되도록 조정하는 것이 필요하다.

따라서, 상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 저잡음증폭부(100)로부터 출력되는 고주파(RF) 신호는 저잡음증폭기(120)에 의하여 발생되는 고조파(HARMONICS) 신호가 상쇄되어 제거되므로, 선형성이 개선되어 출력되고 휴대단말기 수신기의 성능이 개선되므로, 저증폭율 또는 저 이득(GAIN)의 저잡음증폭기(120)를 사용하여도 되고, 크기를 작게하며, 적은 전력을 소모하게 된다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 이동통신용 휴대단말기 수신부를 구성하는 저잡음증폭기(LNA)의 선형성(LINEARITY)이 개선되어 낮은 증폭율로도 수신성능이 제고되는 공업적 이용효과가 있다.

또한, 낮은 증폭율의 저잡음증폭기를 사용하여 큰 증폭율의 저잡음증폭기와 동일하게 작용하므로, 가격을 싸게 하고, 전력소모를 줄이며, 크기를 작게하는 공업적 이용효과가 있다.

또한, 휴대단말기 수신부의 저잡음증폭기 선형성이 개선되고, 수신되는 신호를 고조파에 의한 잡음없이 증폭 출력하므로, 가입자 통신신호를 정확하게 전달하여 무선 송수신되는 신호의 신뢰도가 제고되는 사용상 편리한 효과가 있다.

Claims (6)

1. 휴대단말기 수신부의 저잡음 증폭기에 있어서,

   입력되는 신호의 일부를 추출하여 해당 경로로 별도 출력하는 제1 결합기와,

   상기 제1 결합기로부터 정상적으로 출력되는 신호를 소정의 레벨로 저잡음 증폭하여 출력하는 저잡음증폭기와,

   상기 저잡음증폭기로부터 출력되는 신호의 일부를 추출하여 해당 경로로 별도 출력하는 제2 결합기와,

   상기 제2 결합기로부터 출력되는 신호의 위상을 지연하여 출력하는 제1 지연기와,

   상기 제1 결합기로부터 추출된 신호와 상기 제2 결합기로부터 추출된 신호를 각각 입력하여 고조파 성분만을 검출하고 출력하는 선형부와,

   상기 제1 지연기와 상기 선형부로부터 각각 출력되는 신호를 입력하여 고조파가 제거된 신호를 출력하는 제1 컴바이너로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 하는 고조파를 제거한 저잡음 증폭기 선형화 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 지연기는,

   상기 선형부로부터 출력되고 상기 제1 컴바이너에 입력되는 고조파 신호와의 위상이 반전되도록 상기 제2 결합기로부터 출력되는 신호의 위상을 지연시켜 출력하는 구성을 특징으로 하는 고조파를 제거한 저잡음 증폭기 선형화 장치.
3. 제1 항에 있어서, 상기 선형부는,

   상기 제1 결합기로부터 추출되어 인가되는 신호를 지연시키는 제2 지연기와,

   상기 제2 결합기로부터 추출되어 인가되는 신호와 상기 제2 지연기로부터 인가되는 신호를 각각 입력하여 고조파 신호만을 검출하는 제2 컴바이너와,

   상기 제2 컴바이너로부터 출력되는 고조파 신호의 위상을 지연하여 출력하는 위상변환기와,

   상기 위상변환기로부터 출력되는 고조파 신호를 소정 레벨로 증폭하여 출력하는 증폭기로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 하는 고조파를 제거한 저잡음 증폭기 선형화 장치.
4. 제3 항에 있어서, 상기 제2 지연기는,

   상기 제1 결합기에서 출력되고 저잡음증폭기와 제2 결합기를 통하여 상기 제2 컴바이너에 입력되는 입력신호의 위상과 상기 제1 결합기로부터 추출되어 상기 제2 컴바이너에 입력되는 입력신호의 위상이 반전된 상태로 동기되도록 하는 구성을 특징으로 하는 고조파를 제거한 저잡음 증폭기 선형화 장치.
5. 제3 항에 있어서, 상기 위상변환기는,

   상기 제1 지연기를 통하여 상기 제1 컴바이너에 입력되는 고조파 신호의 위상과 상기 증폭기를 통하여 출력되고 상기 제1 컴바이너에 입력되는 고조파 신호의위상이 반전되도록 하는 구성을 특징으로 하는 고조파를 제거한 저잡음 증폭기 선형화 장치.
6. 제1 항에 있어서, 상기 제1 컴바이너는,

   상기 제1 지연기에서 출력되는 신호에 상기 선형부로부터 출력되는 반전된 고조파 신호를 더함으로써 고조파 신호가 상쇄되고 제거된 신호를 출력하는 구성을 특징으로 하는 고조파를 제거한 저잡음 증폭기 선형화 장치.