KR20040054943A - 하이브리드 커플러를 이용한 밸런스드 증폭기 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 커플러를 이용한 밸런스드 증폭기 회로에 관한 것으로, 특히 이동통신 시스템의 이동국 내 송신단에 사용되는 증폭기 회로로서 하이브리드 커플러를 구비하여 증폭기 회로의 안정성을 증가시키는데 적당하도록 한 밸런스드 증폭기 회로에 관한 것이다.

본 발명은 증폭기 회로에 하이브리드 커플러를 구비함으로써 증폭기 회로내에 사용되는 증폭기간의 격리값을 높이게 되어 증폭기 모듈의 안정성에 기여하고, 증폭기 내부에서 반사되는 반사파의 영향을 없앰으로써 종래 증폭기 회로에 있어서 정합 임피던스 값을 정할 수 없던 문제점을 해결하며, 입력 임피던스 정합 및 출력 임피던스 정합의 어려움으로 인한 생산 비용의 증가를 억제할 수 있게 된다.

Description

하이브리드 커플러를 이용한 밸런스드 증폭기 회로{Balanced Amplifier Circuit using Hybrid Coupler}

본 발명은 하이브리드 커플러를 이용한 밸런스드 증폭기(Balanced Amplifier) 회로에 관한 것으로, 특히 이동통신 시스템의 이동국 내 송신단에 사용되는 증폭기 회로로서 하이브리드 커플러를 구비하여 증폭기 회로의 안정성을 증가시키는데 적당하도록 한 밸런스드 증폭기 회로에 관한 것이다.

이동통신 시스템의 이동국(MS, Mobile Subscriber) 내에 사용되는 종래의 증폭 장치는 주로 증폭기와 발룬(Balun, balanced-to-unbalanced)으로 구성되어 있다. 도 1은 종래의 이동국 내에서 사용되는 증폭기 회로의 구성을 나타낸 것으로,입력측과 출력측에서 두 개의 발룬을 사용함을 알 수 있다. 발룬은 밸런스드 전송선로 회로와 언밸런스드 전송선로 회로간을 연결하는 변압기라고 할 수 있다. 상기 발룬은 믹서, 멀티플라이어 및 푸쉬풀 증폭기에 많이 사용된다. 또한, 상기 발룬은 동일한 출력 전압과 동일한 위상을 가지는 경우 및 동일한 출력 전압을 갖되 180도의 위상차를 갖는 경우로 설계될 수 있는데, 종래의 이동국 내에 사용되는 증폭기 회로를 구성하는 발룬은 동일한 위상을 갖되 180도의 위상차를 갖도록 구성된 발룬이다.

도 1에서, Z0의 내부 저항(11)을 갖는 입력전원(12)이 입력측의 발룬(13)과 연결되고, 상기 발룬(13)은 동일한 진폭을 갖되 위상은 180도 차이를 갖는 두 출력을 증폭기 A(16) 및 증폭기 B(17)로 전달한다. 이때, 상기 발룬(13)과 상기 증폭기 A(16) 사이에는 입력 임피던스 정합을 위해 입력 정합 임피던스 A(14)가 삽입되며, 상기 발룬(13)과 상기 증폭기 B(17)의 사이에는 입력 임피던스 정합을 위해 입력 정합 임피던스 B(15)가 삽입된다. 일반적으로는 입력 정합 임피던스 A(14)와 입력 정합 임피던스 B(15)는 같은 값을 갖는다. 도 1에서 도시하고 있는 2Z(21)는 상기 증폭기 A(16)에서 상기 증폭기 B(17)측을 바라본 입력측 임피던스의 값이며, 상기 증폭기 B(17)에서 상기 증폭기 A(16)측을 바라본 입력측 임피던스 값과 같다. 또한, 상기 증폭기 A(16)에서 상기 증폭기 B(17)측을 바라본 출력측 임피던스 값인 2Z(22)은 상기 증폭기 B(17)에서 상기 증폭기 A(16)측을 바라본 출력측 임피던스 값과 같다. 또한, 상기 출력측 발룬(20)과 연결된 저항(23)은 상기 입력전원(12)의 내부저항과 같은 Z0값을 갖는다.

입력측의 발룬(13)이 입력전원의 절반의 전력을 갖고 180도의 위상차를 갖도록 전력을 공급하는 반면에, 출력측의 발룬(20)은 두 개의 출력을 하나의 출력으로 합쳐주는 역할을 한다.

도 1에서 도시하고 있는 증폭기 회로는 푸쉬풀 타임으로 증폭을 하는데, 즉 상기 증폭기 A(16)가 증폭 동작을 하는 동안에는 상기 증폭기 B(17)은 동작하지 않고 있다가, 상기 증폭기 A(16)이 증폭 동작을 쉬는 동안에 상기 증폭기 B(17)이 증폭동작을 하게 된다. 이때, 상기 증폭기 A(16)과 상기 증폭기 B(17)에서 반사되는 전력이 없다면 이상적이겠으나, 각 증폭기마다 반사되는 전력이 있고, 일반적으로 3dB 정도의 격리값을 갖게 되어 안정성이 낮다. 또한, 이로 인하여 입력 임피던스 정합을 위한 입력 정합 임피던스의 값도 정하기 힘들게 되는 문제가 발생한다.

종래의 증폭기 회로에 있어서는 입력 임피던스 정합 및 출력 임피던스 정합을 하기가 어렵다. 발룬을 통해서 공급되는 전력이 입력 정합 임피던스 다음에 연결되어 있는 증폭기에서 반사되어 나오고, 그 반사되는 전력에 의해 입력단에서 바라본 임피던스 값이 상기 전력을 반사시키는 증폭기에 의해 일정한 값을 가질 수 없기 때문이다.

또한, 두 증폭기 사이의 격리가 낮아서 다른 회로에 영향을 미칠 수 있기 때문에 증폭기 모듈의 안정성에 나쁜 영향을 준다.

또한, 입력 임피던스 정합과 출력 임피던스 정합의 어려움으로 인해서 동일 전력을 공급하기 위한 생산비용이 증가하게 된다.

따라서, 증폭기에서 반사되는 전력을 상쇄시킴으로써 입력 임피던스 및 출력 임피던스의 정합을 쉽게 이룰 수 있도록 하면서, 우수한 격리를 갖는 증폭회로가 필요하게 된다.

도 1은 종래의 이동국 내에서 사용되는 증폭기 회로의 구성을 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 커플러를 이용한 밸런스드 증폭기 회로의 구성을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에서 이용되는 하이브리드 커플러를 구현한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 요구를 충족시키기 위한 것으로, 밸런스드 증폭기 회로에 있어서, 입력전원으로부터 공급되는 전력신호를, 동일한 진폭을 갖되 위상차를 가지는 전력 신호들로 분배하는 제1 하이브리드 커플러; 및 상기 하이브리드 커플러의 쓰루 포트 및 커플링 포트에 각각 연결되고, 상기 쓰루 포트 및 커플링 포트를 통해 출력되는 전력을 최대로 전달하기 위한 복수개의 입력 정합 임피던스를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 커플러를 이용한 밸런스드 증폭기 회로이다.

바람직하게는, 상기 제1 하이브리드 커플러가 분배하는 전력 신호들의 위상차는 90도이다.

또한, 본 발명의 하이브리드 커플러를 이용한 밸런스드 증폭기 회로는 상기 복수개의 입력 정합 임피던스를 거친 전력 신호를 증폭하는 복수개의 증폭기; 상기 복수개의 증폭기에 연결되고, 상기 증폭기에서 증폭된 전력 신호를 최대로 전송하기 위한 복수개의 출력 정합 임피던스; 및 상기 복수개의 출력 정합 임피던스를 거친 전력 신호를 입력 받고, 동일한 진폭을 갖되 위상차를 가지는 전력 신호들을 출력하는 제2 하이브리드 커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2 하이브리드 커플러가 출력하는 전력 신호들의 위상차는 180도인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면과 함께 본 발명의 하이브리드 커플러를 이용한 밸런스드 증폭기 회로의 실시예를 자세히 살펴보고자 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 커플러를 이용한 밸런스드 증폭기 회로의 구성을 나타낸 것이다.

종래의 이동국 내에 사용되는 증폭기 회로에서 발룬을 입력 및 출력 측에 사용한데 비하여, 도 2에서는 입력 및 출력측에 하이브리드 커플러를 구비하였다. 상기 하이브리드 커플러는 브랜치 라인 커플러(branch line coupler)의 네 단자 중 한 단자가 종단 저항으로 연결된 경우로서, 입력되는 전력을 동일한 진폭을 갖도록 분배하되 위상의 크기는 90도 또는 180도로 조절이 가능한데, 도 2에서 도시하고 있는 본 발명의 실시예에서의 위상의 차이는 90도 이다.

입력단의 하이브리드 커플러(33)는 입력단에서 스플릿터로서 기능을 하고, 출력단의 하이브리드 커플러(40)는 출력단에서 컴바이너의 역할을 한다.

또한, 바람직하게는 입력 정합 임피던스 A(34) 및 입력 정합 임피던스 B(35)는 같은 값을 가지며, 출력 정합 임피던스 A(38) 및 출력 정합 임피던스 B(39)는 같은 값을 갖는다.

또한, 출력단의 하이브리드 커플러에 연결된 저항(43)은 상기 입력전원(32)의 내부저항(31)과 같은 값을 갖는다. 또한, 입력측 종단 저항(41) 및 출력측 종단 저항(42)는 같은 값을 갖는다.

입력단의 하이브리드 커플러(33)의 포트 1을 통해 입력전력이 공급되면, 하이브리드 커플러를 통과하면서 포트 2로 출력되는 신호는 포트 3으로 출력되는 신호와 동일한 진폭을 갖되 90도 위상차를 갖는다. 포트 2로 출력된 신호는 증폭기 A(36)에서 일부 반사되는데, 반사되는 신호는 포트 2를 통해 다시 입력측의 하이브리드 커플러를 거치고, 상기 반사된 신호 중 포트 1로 반사되는 신호는 위상이 180도 변화되어 있으며, 포트 4로 반사되는 신호는 동위상으로서 서로 더해지고 저항에서 소모되게 된다. 따라서, 증폭기 A(36)과 증폭기 B(37)의 전체 반사량은 0이 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에서 이용되는 하이브리드 커플러를 구현한 것이다.

도 3에서 도시하고 있는 하이브리드 커플러는 상용주파수대에서 집중(lumped) 소자, 즉 인덕턴스 및 커패시턴스 소자를 이용하여 90도 위상차를 갖도록 구현된 것이다. 다음의 수학식들은 도 3에서 하이브리드 커플러를 구성하고 있는 소자들간의 관계를 나타낸 것이다.

상기 식 3에서 K는 하이브리드 커플러의 입력단자를 제외한 출력 포트와 커플링 포트의 전력비를 말한다.

한편, 상기 하이브리드 커플러는 각 소자의 구성을 달리하여 설계함으로써, 180도의 위상차를 갖도록 구현될 수도 있다.

본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.

본 발명은 증폭기 회로에 하이브리드 커플러를 구비함으로써 증폭기 회로내에 사용되는 증폭기간의 격리값을 높이게 되어 증폭기 모듈의 안정성에 기여하고, 증폭기 내부에서 반사되는 반사파의 영향을 없앰으로써 종래 증폭기 회로에 있어서 정합 임피던스 값을 정할 수 없던 문제점을 해결하며, 입력 임피던스 정합 및 출력 임피던스 정합의 어려움으로 인한 생산 비용의 증가를 억제할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 밸런스드 증폭기 회로에 있어서,

   입력전원으로부터 공급되는 전력신호를, 동일한 진폭을 갖되 위상차를 가지는 전력 신호들로 분배하는 제1 하이브리드 커플러; 및

   상기 하이브리드 커플러의 쓰루 포트 및 커플링 포트에 각각 연결되고, 상기 쓰루 포트 및 커플링 포트를 통해 출력되는 전력을 최대로 전달하기 위한 복수개의 입력 정합 임피던스를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 커플러를 이용한 밸런스드 증폭기 회로.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 하이브리드 커플러가 분배하는 전력 신호들의 위상차는 90도인 것을 특징으로 하는 하이브리드 커플러를 이용한 밸런스드 증폭기 회로.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 복수개의 입력 정합 임피던스를 거친 전력 신호를 증폭하는 복수개의 증폭기;

   상기 복수개의 증폭기에 연결되고, 상기 증폭기에서 증폭된 전력 신호를 최대로 전송하기 위한 복수개의 출력 정합 임피던스; 및

   상기 복수개의 출력 정합 임피던스를 거친 전력 신호를 입력 받고, 동일한진폭을 갖되 위상차를 가지는 전력 신호들을 출력하는 제2 하이브리드 커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 커플러를 이용한 밸런스드 증폭기 회로.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 제2 하이브리드 커플러가 출력하는 전력 신호들의 위상차는 180도인 것을 특징으로 하는 하이브리드 커플러를 이용한 밸런스드 증폭기 회로.