KR20040095828A

KR20040095828A - 무선주파수 증폭기의 효율 향상 회로

Info

Publication number: KR20040095828A
Application number: KR1020030026814A
Authority: KR
Inventors: 전용준
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2003-04-28
Publication date: 2004-11-16

Abstract

본 발명은 넓은 출력 범위에 걸쳐 무선주파수(RF) 증폭기의 효율을 향상시키는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 입력 매칭부(21)에서 서로 분기되어 하이파워 모드로 동작하는 하이파워 증폭기(22A) 및 로우파워 모드로 동작하는 로우파워 증폭기(22B)와; 상기 하이파워 증폭기(22A)의 출력단과 무선주파수 출력단(RF OUTPUT)의 임피던스 정합을 위한 하이파워 출력 매칭부(23A)와; 상기 로우파워 증폭기(22B)의 출력단과 무선주파수 출력단(RF OUTPUT)의 임피던스 정합을 위한 로우파워 출력 매칭부(23B)와; 상기 하이파워 출력 매칭부(23A)의 출력단과 무선주파수 출력단(RF OUTPUT) 간의 단속을 위한 스위치(SW21)와; 두 모드의 매칭부의 접속노드에서 로우파워 출력 매칭 부(23B)가 하이파워 출력 매칭부(23A)에 미치는 영향이 최소화 되도록 하는

Description

무선주파수 증폭기의 효율 향상 회로{CIRCUIT FOR EFFICIENCY ENHANCEMENT OF RF AMPLIFIER}

본 발명은 넓은 출력 범위에 걸쳐 무선주파수(RF) 증폭기의 효율을 향상시키는 기술에 관한 것으로, 특히 이동통신 단말기 송신부에 적용되는 RF증폭기에 있어서 넓은 출력 범위에 대하여 높은 출력 효율을 보장할 수 있도록 한 무선주파수 증폭기의 효율 향상 회로에 관한 것이다.

일반적으로, RF 증폭기는 이동통신을 비롯한 수많은 통신기기에 필수적으로 적용되는 부품이며, 흔히 통신기기의 송신부에서 전력을 가장 많이 소모하는 부품이기도 하다. 특히 이동통신용 단말기의 경우 RF 증폭기의 효율이 연속통화시간과 직결되기 때문에 매우 중요한 제품사양(spec)이 된다.

그러나, 이동통신 단말기 송신부의 RF증폭기는 대부분의 경우 증폭기의 최고 출력보다 상당히 낮은 영역에서 동작하기 때문에 흔히 그 효율이 10% 미만으로 매우 낮다.

RF증폭기의 효율을 높이기 위한 여러 가지 방법들이 있으나 엄격한 선형성을 요구하는 CDMA 방식에는 사용할 수 없는 선형성 왜곡특성을 해결하는데 어려움이 있었다. 또한, 이들 방법 역시 최고출력에 가까운 영역에서의 효율을 향상시키기 위한 것으로 출력이 낮아지면 효율저하를 겪게 된다.

RF증폭기의 효율을 향상시키는 고전적인 방법 중 하나로 Doherty 증폭기가 있는데, 여기에 적용된 방법에서는 두 개의 증폭기 중 적어도 하나의 증폭기가 파워 포화(power saturation) 상태에 있기 때문에 CDMA 방식 단말기의 선형성 제품사양을 만족시키는데 어려움이 있었다.

도 1은 RF 출력범위에서의 증폭기 효율을 개선시키기 위한 또 다른 종래 기술을 나타낸 것이다. 여기에서는 서로 다른 용량의 증폭기 즉 하이 파워 증폭기(11A)와 로우 파워 증폭기(11B)를 출력 매칭부(12)에 병렬로 접속하고, 낮은 출력 범위에서는 스위치(SW12)를 단락시켜 로우 파워 증폭기(11B)가 선택되게 하고, 높은 출력 범위에서는 스위치(SW11)를 단락시켜 하이 파워 증폭기(11)가 선택되게 하였다.

요구되는 최대 출력을 얻기 위하여 종래의 증폭기를 사용할 경우 최대출력보다 낮은 출력범위에서는 출력효율이 저하된다. 이동통신 단말기 송신부에 사용되는 RF 증폭기는 대부분의 경우 최대출력에서 12dB 이상 낮은 영역에서 동작하기 때문에 낮은 출력범위에서의 출력효율은 통화시간과 직결되는 매우 중요한 요소가 된다. 그런데, 종래의 증폭기를 이동통신 단말기에 적용한 경우 낮은 출력범위에서의 효율저하로 인하여 단말기의 통화시간 단축을 피할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 도 1과 같은 종래 RF 증폭기의 효율 향상회로에 있어서는 높은 RF 출력범위에서 사용하는 출력 매칭회로를 낮은 RF 출력범위에서도 사용하기 때문에 효과적으로 효율을 개선할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 높은 RF 출력범위에서부터 낮은 RF 출력범위에 걸쳐 높은 출력 효율을 보장하는 무선주파수 증폭기의 효율 향상 회로를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 무선주파수 증폭기의 블록도.

도 2는 본 발명에 의한 무선주파수 증폭기의 효율 향상 회로의 블록도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 블록도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

21 : 입력 매칭부 22A : 하이파워 증폭기

22B : 로우파워 증폭기 23A : 하이파워 출력 매칭부

23B : 로우파워 출력 매칭부 24 :-트랜스포머

25 :-네트워크

본 발명의 제1특징에 따르면, 사용하지 않고 오프되어 있는 RF 앰프 혹은 트랜지스터의 출력 임피던스와 로우/하이-패스-타입 매칭회로(low/high-pass-type matching circuit)와-프랜스포머의 특성을 이용하여 높은 출력범위에 적절한 최적의 출력 로드(optimum output load)와, 낮은 출력범위에 적절한 최적의 출력 로드가 제공되고, 매칭 회로간의 간섭이 최소화된다.

본 발명의 제2특징에 따르면, 본 발명에서 제안하는 고효율 증폭기는 로우 파워 모드(LPM)와 하이 파워 모드(HPM)의 두 가지 동작 모드를 갖으며, LPM에서의 출력 로드는 효율을 높이기 위하여 HPM에서보다 훨씬 큰 출력 로드 임피던스를 LPM 증폭기에 제공하고, HPM 동작시에는 높은 출력범위에서의 RF 출력특성이 충분한 효율과 선형성을 갖도록 최적화된 출력 로드를 HPM 증폭기에 제공한다.

도 2는 본 발명에 의한 무선주파수 증폭기의 효율 향상 회로의 일실시 구현예를 보인 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 무선주파수 입력신호(RF INPUT)의 정합을 위한 입력 매칭부(21)와; 상기 입력 매칭부(21)에서 서로 분기되어 하이파워 모드로 동작하는 하이파워 증폭기(22A) 및 로우파워 모드로 동작하는 로우파워 증폭기(22B)와; 상기 하이파워 증폭기(22A)의 출력단과 무선주파수 출력단(RF OUTPUT)의 임피던스 정합을 위한 하이파워 출력 매칭부(23A)와; 상기 로우파워 증폭기(22B)의 출력단과 무선주파수 출력단(RF OUTPUT)의 임피던스 정합을 위한 로우파워 출력 매칭부(23B)와; 상기 하이파워 출력 매칭부(23A)의 출력단과 무선주파수 출력단(RF OUTPUT) 간의 단속을 위한 스위치(SW21)와; 두 모드의 매칭부의 접속노드에서 로우파워 출력 매칭부(23B)가 하이 임피던스로 나타나 로우파워 출력 매칭 부(23B)가 하이파워 출력 매칭부(23A)에 미치는 영향이 최소화 되도록 하는-트랜스포머(24)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 고효율 증폭기는 최대출력 보다 훨씬 낮은 로우파워 모드(LPM) 동작 영역에서의 출력 효율을 향상시키기 위하여 LPM 동작시 낮은 출력범위에 적절한 출력 부하 임피던스를 제공하고, 높은 출력범위에서 증폭기가 동작할 때 하이파워 모드(HPM)용 매칭 회로와 HPM에서 사용되지 않는 LPM용 매칭 회로간의 간섭을 최소화하여 HPM 출력 특성을 저해하지 않도록 하였다.

도 2에서, LPM에서는 마이크로컴퓨터(도면에 미표시)에 의해 스위치(SW21)가 오프된다. 이에 따라, 무선주파수 입력신호(RF INPUT)가 입력 매칭부(21), 로우파워 증폭기(22B), 로우파워 출력 매칭부(23B),-트랜스포머(24)를 통해 무선주파수 출력단(RF OUTPUT)으로 출력된다.

이때, 상기 스위치(SW21)의 오프에 의하여 하이파워 증폭기(22A)와 하이파워 출력 증폭기(23A)가 로우파워 모드의 동작에 아무런 영향을 주지 못하고, 상기 로우파워 증폭기(22B)는 상기 로우파워 출력 매칭부(23B)에 의해 낮은 출력범위에 적절한 로드(load) 임피던스를 제공받는다.

또한,-트랜스포머(24)의 특성 임피던스(characteristic impedance)는 일반적인 RF 시스템의 특성 임피던스와 같은 값을 갖도록 하여 로우파워 출력 매칭부(23B)에 아무런 영향을 주지 않게 된다.

한편, 하이파워 모드(HPM)에서는 상기 스위치(SW21)가 온된다. 이에 따라, 무선주파수 입력신호(RF INPUT)가 상기 입력 매칭부(21), 하이파워 증폭기(22A), 하이파워 출력 매칭부(23A), 스위치(SW21)를 통해 무선주파수 출력단(RF OUTPUT)으로 출력된다.

이때, 사용되지 않고 오프된 로우파워 증폭기(22B)의 출력 임피던스와 로우파워 출력 매칭부(23B),-트랜스포머(24)의 특성에 의하여 두 모드의 매칭부의 접속노드(P)에서 로우파워 출력 매칭부(23B)가 하이 임피던스로 나타나게 된다. 이에 따라 로우파워 출력 매칭 부(23B)가 하이파워 출력 매칭부(23A)에 미치는 영향이 최소화 된다.

한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 도 2와 비교할 때-트랜스포머(24)가-네트워크(25)로 교체된 것이 다른 점이다.

상기-네트워크(25)는 총괄적 리액턴스(L)와 콘덴서(C)를 이용하여 네트워크로서 상기-트랜스포머(24)와 같은 특성을 갖도록 하였다. 주파수가 낮거나 증폭기의 용량에 대한 제약이 심할 경우-트랜스포머(24)를 사용하는데 어려움이 있으므로, 이-네트워크(25)로-트랜스포머(24)의 기능을 수행하는 고효율 증폭기를 구현하도록 한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 RF 증폭기는 넓은 출력범위에 대하여 높은 출력 효율을 보장하기 때문에 배터리를 사용하는 이동통신 단말기의 통화시간을 한층 연장시킬 수 있으며, 모빌 WLAN 장비의 RF 증폭기에 적용할 경우 배터리 전원 소모가 감소되어 연속 사용시간을 연장되는 효과가 있다.

Claims

입력 매칭부(21)에서 서로 분기되어 하이파워 모드로 동작하는 하이파워 증폭기(22A) 및 로우파워 모드로 동작하는 로우파워 증폭기(22B)와; 상기 하이파워 증폭기(22A)의 출력단과 무선주파수 출력단(RF OUTPUT)의 임피던스 정합을 위한 하이파워 출력 매칭부(23A)와; 상기 로우파워 증폭기(22B)의 출력단과 무선주파수 출력단(RF OUTPUT)의 임피던스 정합을 위한 로우파워 출력 매칭부(23B)와; 상기 하이파워 출력 매칭부(23A)의 출력단과 무선주파수 출력단(RF OUTPUT) 간의 단속을 위한 스위치(SW21)와; 두 모드의 매칭부의 접속노드에서 로우파워 출력 매칭 부(23B)가 하이파워 출력 매칭부(23A)에 미치는 영향이 최소화 되도록 하는-트랜스포머(24)로 구성한 것을 특징으로 하는 무선주파수 증폭기의 효율 향상 회로.
제1항에 있어서, 주파수가 낮거나 증폭기의 용량에 대한 제약이 심할 경우-트랜스포머(24)가-네트워크(25)로 대체되는 것을 특징으로 하는 무선주파수 증폭기의 효율 향상 회로.