KR20090011054A - 펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에서전력 결합 방법 - Google Patents

펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에서전력 결합 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20090011054A
KR20090011054A KR1020070074267A KR20070074267A KR20090011054A KR 20090011054 A KR20090011054 A KR 20090011054A KR 1020070074267 A KR1020070074267 A KR 1020070074267A KR 20070074267 A KR20070074267 A KR 20070074267A KR 20090011054 A KR20090011054 A KR 20090011054A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switching mode
power
power amplifiers
power amplifier
mode power
Prior art date
Application number
KR1020070074267A
Other languages
English (en)
Inventor
전영상
남상욱
Original Assignee
남상욱
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 남상욱 filed Critical 남상욱
Priority to KR1020070074267A priority Critical patent/KR20090011054A/ko
Publication of KR20090011054A publication Critical patent/KR20090011054A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H01F17/0013—Printed inductances with stacked layers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/211—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217—Class D power amplifiers; Switching amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/351—Pulse width modulation being used in an amplifying circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/541—Transformer coupled at the output of an amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/20—Indexing scheme relating to power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F2203/21—Indexing scheme relating to power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F2203/211—Indexing scheme relating to power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers
    • H03F2203/21142—Output signals of a plurality of power amplifiers are parallel combined to a common output

Abstract

본 발명은 펄스면적변조(Pulse Area Modulation(PAM))를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에서 전력 결합(Power combining)에 관한 것이다.
본 발명에서는 펄스면적변조된 신호를 100% 효율로 증폭하기 위해 두 개 이상의 소용량 스위칭 모드(Switching-mode) 전력증폭기의 출력신호가 트랜스포머(transformer)에서 선택적으로 결합된다.
본 발명에 의하면, 두 개 이상의 스위칭 모드 전력증폭기의 출력은 두 개 이상의 트랜스포머의 제 1차 코일에 각각 연결되고, 상기 트랜스포머의 제 2차 코일은 서로 직렬(Series) 형태로 연결된다. 이 때 상기의 두 개 이상의 스위칭 모드 전력증폭기는 각각 독립적으로 온(ON) 혹은 오프(OFF) 형태로 선택적으로 제어되어 펄스면적변조된 신호를 증폭할 수 있다.
본 발명에 의하면, 펄스면적변조를 이용한 고효율 전력증폭기 시스템에서 전력 결합을 위해 필요했던 λ/4 길이의 전송선로(transmission line)를 사용 않고도 두 개 이상의 스위칭 모드 전력증폭기의 출력 전력을 효과적으로 결합할 수 있으므로, 펄스면적변조를 이용한 고효율 전력증폭기 시스템의 크기를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
펄스면적변조(Pulse Area Modulation), 선형 전력증폭기(Linear Power Amplifier), 스위칭 모드 전력증폭기(Switching Mode Power Amplifier), 트랜스포머(Transformer), 전력 결합(Power combining)

Description

펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에서 전력 결합 방법 {A Method for Combining Power in a High-Efficiency Linear Power Amplifier System With Pulse Area Modulation}
본 발명은 펄스면적변조(Pulse Area Modulation(PAM))를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에서 전력 결합(Power Combining) 방법에 관한 것이다.
다양한 이동통신 서비스가 제공되면서, 이동통신 단말기의 효율이 중요한 문제로 떠오르고 있다. 휴대용 배터리의 용량과 크기에 한계가 있기 때문에, 이동통신 단말기 회로를 저전력으로 설계하는 것이 필요하다. 현재 이동통신 단말기에서 전력을 가장 많이 소모하는 부품은 전력증폭기로, CDMA 이나 OFDM 방식의 단말기인 경우 그 효율은 20% 미만이다. 이렇게 CDMA 이나 OFDM 단말기의 효율이 낮은 이유는 상기 신호의 포락선(envelope)이 시간적으로 바뀌기 때문이다. 신호의 포락선이 일정하지 않으면 신호를 증폭하기 위해서 선형 증폭기가 필요하며, 일반적으로 선형 증폭기는 A 혹은 AB급으로 바이어스를 두기 때문에 전력 손실이 크게 된다.
포락선이 시간적으로 변하는 신호를 고효율로 증폭하기 위한 방법으로 한국등록특허 10-0710509 및 ‘Pulse Area modulation for high-efficiency linear power amplifier', IEEE power amplifier symposium 2007 에서 제시된 펄스면적변조(Pulse Width Modulation(PWM))를 이용한 전력증폭기 시스템이 있다.
펄스면적변조를 이용한 전력증폭기 시스템은 입력신호를 펄스면적변조 신호로 변환하고, 변환된 펄스면적변조 신호를 고효율 전력증폭기에 인가하여 증폭한 후 이를 대역통과필터(band-pass filter)에 통과시켜 입력신호를 복원하는 구조이다. 이때, 상기 펄스면적변조 방식으로 변환된 신호의 진폭은, 입력신호의 크기에 따라 소정 레벨의 개별적인 값(discrete value)을 가진다.
상기의 펄스면적변조 신호를 100%의 효율로 전력증폭하기 위해서는 스위칭 모드 전력증폭기가 필요하고, 상기의 펄스면적변조된 신호의 출력레벨은 적어도 두개 이상의 개별적인 값을 가지므로 적어도 두 개 이상의 스위칭 모드 전력증폭기를 사용하여 전력을 결합해야 한다.
도 1은 종래의 적어도 두 개 이상의 출력 레벨을 가진 펄스면적변조된 신호(RF 펄스열)를 100%의 효율로 증폭하는 고효율 전력증폭기(10)를 나타낸다. 다수의 소용량 스위칭 모드 전력증폭기(111 ~ 11N)가 병렬로 연결되어 고효율 전력증폭기(10)가 구성되며, 각각의 소용량 전력증폭기(111 ~ 11N)는 제어신호(12)에 의해 선택적으로 온(ON)/오프(OFF) 제어되어 고효율 전력증폭기(10)의 출력 레벨을 조절한다. 상기 도 1에서의 제어신호(12)는 펄스의 출력 레벨을 조절하기 위한 제어신 호이며, 입력신호인 RF 펄스열(14)은 펄스면적변조된 신호이다. 상기 제어신호(12)에 의해 소용량 고효율 전력증폭기가 개별적으로 온(ON)/오프(OFF)되며, 상기 소용량 스위칭 모드 전력증폭기의 출력들이 전력 결합기(power combiner)에 의해 병렬(parallel) 형태로 합쳐진다. 만약 소용량 스위칭 모드 전력증폭기의 개수가 4개이며 각각의 출력이 1W이면 제어신호(12)는 4-bit가 필요하며, 상기 고효율 전력증폭기(10)는 상기 제어신호(12)에 의해 1W, 2W, 3W, 4W의 출력 레벨을 가질 수 있다. 만약 N개의 소용량 고효율 전력증폭기(111 ~ 11N) 출력 용량이 서로 다르다면, N bit의 제어신호로 상기 고효율 전력증폭기(10)가 가질 수 있는 이론적인 출력 레벨은 2N 개가 된다.
도 1에서처럼 하나 이상의 소용량 스위칭 모드 전력증폭기를 병렬로 연결하여 고효율 전력증폭기를 구현할 경우, 병렬로 연결된 소용량 스위칭 모드 전력증폭기가 서로에게 영향을 줄 수 있다. 소용량 전력증폭기를 병렬로 연결하여 사용할 경우 하나의 전력증폭기에 이상(fault)이 있을 경우라도 전력증폭기가 안정적으로 계속 동작을 하기 위해서는, 각 소용량 전력증폭기가 다른 증폭기에 영향을 받지 않고 독립적으로 동작하는 것이 바람직하다. 병렬로 연결된 각 소용량 전력증폭기가 독립적으로 동작하기 위해서는 λ/4 (λ: 캐리어의 파장) 길이의 전송선로를 이용하여 출력 전력을 지연시킨 후, 각각의 소용량 고효율 전력증폭기의 출력을 합쳐야한다. 그러나 상기 길이의 전송선로를 사용하면 회로의 크기가 커지므로, 결과적으로 회로의 가격이 증가한다는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 펄스면적변조를 이용한 선형 전력증폭기 시스템에서 상기 λ/4 길이의 전송선로를 사용하지 않고서도 적어도 두 개 이상의 소용량 전력증폭기의 출력 전력을 효율적으로 결합하여 펄스면적변조된 신호를 효율적으로 증폭할 수 있게 하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 두 개 이상의 스위칭 모드 전력증폭기의 출력 신호가 트랜스포머(transformer)를 이용하여 결합된다.
본 발명에 의하면, 두 개 이상의 스위칭 모드 전력증폭기의 출력은 두 개 이상의 트랜스포머의 제 1차 코일에 각각 연결되고, 상기 트랜스포머의 제 2차 코일은 서로 직렬(Series) 형태로 연결된다. 이 때 상기의 두 개 이상의 스위칭 모드 전력증폭기는 각각 독립적으로 온(ON) 혹은 오프(OFF) 형태로 독립적으로 제어되어 펄스면적변조된 입력 신호를 증폭한다.
본 발명은 펄스면적변조를 이용한 고효율 선형증폭 시스템에서 펄스면적변조된 신호를 증폭하기 위해 전력을 결합할 때, λ/4 길이의 전송선로를 사용하지 않으므로 회로의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 2는 본 발명에 따른 트랜스포머를 이용한 전력결합을 나타낸다. 도 2의 구조를 살펴보면, N개(N은 2 이상)의 전력증폭기(211 ~ 21N)의 출력이 N개의 트랜스포머(231 ~ 23N)의 제1차 코일에 각각 연결된다. 이때 상기 N개의 전력증폭기는 스위칭 모드 전력증폭기이며, 각각은 제어신호(22)에 의해 온(On) 혹은 오프(OFF)형태로 제어된다. 한편, 상기 N개의 트랜스포머 제 2차 코일은 직렬형태로 연결되어 부하(25)와 연결된다. 도 2의 트랜스포머는 코일 형태의 트랜스포머가 될 수 도 있고, 다층 인쇄 기판에 프린트된 평면 형태(planar structure type)의 트랜스포머일 수 도 있다.
상기와 같이 N개의 트랜스포머가 직렬 형태로 연결되면, 부하(25)에 걸리는 전압은 각 트랜스포머의 제2차 코일에 걸리는 전압을 합한 형태로 나타나게 된다. 일예로, 각 스위칭 모드 전력증폭기의 용량이 모두 동일하고, 제어신호(22)에 의해 N개의 스위칭 모드 전력증폭기가 ON 상태이며, 각 트랜스포머의 제2차 코일에 걸리는 전압을 V2라고 한다면, 부하(25)에 걸리는 전압은 N*V2 된다. 만약 상기 스위칭 모드 전력증폭기의 출력 임피던스가 매우 작고, 제어신호(22)에 의해 N개 중 M개(N>M)의 전력증폭기만에 ON 상태(나머지 (N-M)개의 전력 증폭기는 OFF 상태임)라면, 부하(25)에 걸리는 전압은 M*V2 된다. 이와 같은 원리에 의해, N개의 스위칭 모드 전력증폭기를 이용하여 N개의 출력 레벨을 가지는 RF 펄스열(25)은 100%의 효 율로 증폭 된다. 여기에서는 N개의 스위칭 모드 전력증폭기의 용량이 동일하다고 가정하고 있지만, N개의 전력증폭기의 전력용량이 각각 다르더라도 마찬가지로 전력 결합 효과가 존재한다.
한편, 상기 트랜스포머를 이용하여 전력을 결합하는 본 발명의 구조(20)는 전력제어(power control)를 위한 이동통신 시스템의 전력증폭기의 구조와 유사하다. 전력제어를 위한 전력증폭기는 적어도 두 개 이상의 소용량 전력증폭기를 트랜스포머를 이용해서 직렬 형태로 결합하며, 각각의 소용량 전력증폭기들은 제어신호에 의해 온(ON) 혹은 오프(OFF)형태로 제어된다. 그리고 직렬 형태로 결합된 트랜스포머에 부하에 연결되어 부하여 걸리는 전압이 선택적으로 조절된다.
그러나, 종래 전력증폭기의 전력 제어를 위해 사용되는 소용량 전력증폭기들은 선형 전력증폭기(linear power amplifier)로, 본 발명의 스위칭 모드 전력증폭기와는 다르다. 이론적으로 A급과 같은 선형 전력증폭기는 효율이 50% 미만이며, 스위칭 모드 전력증폭기는 100%의 효율을 갖는다. 또한 전력 제어는 상대적으로 천천히 변하는 신호의 평균 전력(averaging power)을 제어하기 위한 것이고, 본 발명의 상대적으로 빨리 변하는 신호의 포락선(envelope)을 제어하기 위한 것이라는 점이 다르다.
본 발명은 펄스면적변조를 이용한 고효율 선형증폭 시스템에서 펄스면적변조된 신호를 100% 효율로 증폭하기 위해 두 개 이상의 스위칭 모드 전력증폭기의 출력 전력을 결합하는 구조로, 길이의 전송선로를 사용하지 않고서도 스위칭 모드 전력증폭기의 출력 전력을 효율적으로 결합할 수 있는 효과가 있다.
이상의 본 발명은 상기한 실시 예들에 한정되지 않고 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져 올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
도 1은 종래에 사용되어지던 적어도 두 개 이상의 출력 레벨을 가지는 펄스면적변조된 신호(RF 펄스 열)를 100% 효율로 증폭하는 고효율 전력증폭기를 나타내는 도면이다.
도 2는 펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에서 본 발명에 따른 트랜스포머를 이용한 전력 결합을 나타내는 도면이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
211 ~ 21N: 소용량 스위칭 모드 전력증폭기
22: 제어신호
231 ~ 23N: 트랜스포머
24: 펄스면적변조된 신호(RF 펄스열)

Claims (3)

  1. 펄스면적변조를 이용한 고효율 선형전력 증폭기 시스템에서 N개(N은 2 이상)의 소용량 스위칭 모드 전력증폭기(211 ~ 21N)의 출력 전력을 결합하는 방법에 있어서,
    상기 N개의 스위칭 모드 전력증폭기의 출력이 N개의 트랜스포머(231 ~ 23N)의 제1차 코일에 각각 연결되며, 상기 N개의 트랜스포머의 제 2차 코일은 직렬 형태로 서로 연결되어 부하(25)와 접속되며,
    제어신호(22)에 의해 상기 스위칭 모드 전력증폭기를 온(ON) 혹은 오프(OFF) 형태로 제어하여, 상기 N개의 스위칭 모드 전력증폭기의 출력을 선택적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 전력 결합 방법
  2. 제 1항에 있어서 상기 N개의 소용량 스위칭 모드 전력증폭기의 용량은 각각 다른 것을 특징으로 하는 전력 결합 방법
  3. 제 1항에 있어서 상기 N개의 트랜스포머는 다층 인쇄 기판에 프린트된 평면 형태(planar structure type)의 트랜스포머인 것을 특징으로 하는 전력 결합 방법
KR1020070074267A 2007-07-25 2007-07-25 펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에서전력 결합 방법 KR20090011054A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070074267A KR20090011054A (ko) 2007-07-25 2007-07-25 펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에서전력 결합 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070074267A KR20090011054A (ko) 2007-07-25 2007-07-25 펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에서전력 결합 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090011054A true KR20090011054A (ko) 2009-02-02

Family

ID=40682250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070074267A KR20090011054A (ko) 2007-07-25 2007-07-25 펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에서전력 결합 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20090011054A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115238748A (zh) * 2022-08-04 2022-10-25 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 一种基于Transformer和决策融合的调制识别方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115238748A (zh) * 2022-08-04 2022-10-25 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 一种基于Transformer和决策融合的调制识别方法
CN115238748B (zh) * 2022-08-04 2024-04-23 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 一种基于Transformer和决策融合的调制识别方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3255788B1 (en) Doherty amplifiers with minimum phase output networks
KR100749870B1 (ko) 도허티 전력 증폭 장치
EP1346469B1 (en) Triple class e doherty amplifier topology for high efficiency signal transmitters
EP1356584B1 (en) Class e doherty amplifier topology for high efficiency signal transmitters
US9899962B2 (en) Power amplifier
KR100710509B1 (ko) 펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템
US7663434B2 (en) Doherty amplifier
EP3322091A1 (en) Doherty amplifier
JP2004007405A (ja) 高効率電力増幅器
WO2012098863A1 (ja) 高周波電力増幅器
EP2806557A1 (en) Doherty amplifier
JP2010050986A (ja) 増加されたバックオフパワーおよび電力付加効率を持つｎウェイ電力増幅器
WO2017028563A1 (zh) 对称多赫蒂Doherty功放电路装置及功率放大器
CN102696172A (zh) 具有多合体扩展的高频功率放大器
KR100654650B1 (ko) 하이브리드 커플러가 없는 직렬구조의 도허티 증폭기
CN103329433A (zh) 输出模式切换放大器
CN102684614A (zh) 放大器
KR101119374B1 (ko) 비대칭 전력 분배기
JP5313970B2 (ja) 高周波電力増幅器
US20150048887A1 (en) Amplifier circuit
EP3095186B1 (en) Doherty amplifier with a wideband in-phase power combiner
KR102165176B1 (ko) 도허티 전력 증폭 장치 및 이 장치의 부하 임피던스 변조 방법
KR20090011054A (ko) 펄스면적변조를 이용한 고효율 선형 전력증폭기 시스템에서전력 결합 방법
KR20220063616A (ko) 도허티 전력 증폭 장치 및 이 장치의 부하 임피던스 변조 방법
CN112865709A (zh) 一种功放合路装置及功放电路

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination