KR20110085340A - 분포 도허티 전력 증폭기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 도허티 전력 증폭기와 제 2 도허티 전력 증폭기를 분포 구조로 연결하여 광대역 특성을 나타내고 선형성을 개선시키는 전력 증폭기에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면은, 제 1 증폭기, 제 1 증폭기와 병렬로 연결된 제 2 증폭기, 제 1 증폭기의 입력과 제 2 증폭기의 입력 사이에 연결되어 제 2 증폭기의 입력을 위상 반전시키는 제 1 시프트부, 및 제 1 증폭기의 출력과 제 2 증폭기의 출력 사이에 연결되어 제 2 증폭기의 출력을 위상 반전시키는 제 2 시프트부를 포함하고, 제 1 증폭기와 제 2 증폭기는 도허티 증폭기이고, 도허티 증폭기는 병렬로 연결된 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기를 포함하는 분포 도허티 전력 증폭기를 제공한다.
Description
본 발명은 분포 도허티 전력 증폭기에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은, 제 1 도허티 전력 증폭기와 제 2 도허티 전력 증폭기를 분포 구조로 연결하여 광대역 특성을 나타내며, 제 1 도허티 전력 증폭기와 제 2 도허티 전력 증폭기에서 발생하는 3차 왜곡 신호를 상쇄시키는 특성을 나타내는 전력 증폭기에 관한 것이다.
현재 이동 통신 시스템은 대용량의 데이터를 정확하게 전달하기 위해 넓은 대역폭과 높은 선형성을 요구한다. 이러한 신호들은 높은 평균 전력 대비 피크 전력(PAPR; Peak-to-Average Power Ratio)를 가지며, 기지국이나 중계기에 사용되는 전력 증폭기는 높은 PAP을 만족시키기 위해서 큰 BOP(back-off power)에서 동작시켜야 한다. 그러나 큰 BOP 영역에서 동작하는 전력 증폭기는 낮은 효율을 가지게 되며, 전력 증폭기의 선형화를 위해서 부가적인 회로를 추가하는 경우, 부가적인 회로에 인하여 전체 시스템의 효율이 더 낮아지게 된다.
전력 증폭기의 효율을 높이기 위해 낮은 출력전력에서도 높은 효율을 가지는 도허티(Doherty) 전력 증폭기에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 도허티 증폭기는 캐리어(carrier) 증폭기와 피킹(peaking) 증폭기가 병렬로 연결되어 있고, 입력 전력의 크기에 따라 캐리어와 피킹 증폭기의 부하 임피던스가 변하면서 효율을 높이게 된다. 도허티 증폭기의 부하 임피던스를 변화시키기 위해서 캐리어 증폭기 출력에 λ/4 전송선로를 사용한다. 그러나 λ/4 전송선로는 하나의 동작주파수에 맞추어서 설계되기 때문에 다른 주파수에 대해서는 λ/4 전송선로가 임피던스 변환기의 역할을 수행하지 못하여 높은 효율을 유지하기 어려운 문제점이 있었다.
한편, 전력 증폭기의 대역폭을 넓히기 위해서 분포 전력 증폭기가 많이 사용되고 있다. 분포 전력 증폭기는 넓은 대역폭에서 평탄한 이득과 작은 반사계수를 가지고 있을 뿐만 아니라, 병렬로 연결된 두 전력 증폭기의 입력과 출력에 전력 분배기 및 전력 결합기를 사용하지 않는 장점이 있으나, 작은 출력 전력과 낮은 효율을 갖고 있는 문제점이 있었다.
앞에서 설명한 것과 같이, 종래의 도허티 전력 증폭기에서는 λ/4 전송선로가 출력 임피던스의 변환에 큰 역할을 하나, 설계 상 한 동작주파수에 고정된 전송선로는, 다른 주파수 범위에서는 λ/4 전송선로의 역할을 하지 못하기 때문에 도허티 전력 증폭기의 동작을 하기 어렵다. 따라서 종래의 도허티 전력 증폭기는 넓은 주파수 범위에서는 높은 효율을 달성하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 앞에서 설명한 종래의 분포 전력 증폭기는 넓은 대역폭의 장점이 있지만, 작은 출력 전력과 낮은 효율 때문에 이득 증폭기 또는 낮은 출력에서 이용되는 구동 증폭기에 주로 사용되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 목적은 넓은 주파수 범위에서 높은 효율과 선형성을 유지하는 분포 도허티 전력 증폭기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 제 1 도허티 전력 증폭기와 제 2 도허티 전력 증폭기에서 발생하는 3차 왜곡 신호를 상쇄시켜 분포 도허티 전력 증폭기의 3차 왜곡 신호를 감소시키는 분포 도허티 전력 증폭기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1 측면은, 제 1 증폭기, 제 1 증폭기와 병렬로 연결된 제 2 증폭기, 제 1 증폭기의 입력과 제 2 증폭기의 입력 사이에 연결되어 제 2 증폭기의 입력을 위상 반전시키는 제 1 시프트부, 및 제 1 증폭기의 출력과 제 2 증폭기의 출력 사이에 연결되어 제 2 증폭기의 출력을 위상 반전시키는 제 2 시프트부를 포함하고, 제 1 증폭기와 제 2 증폭기는 도허티 증폭기이고, 도허티 증폭기는 병렬로 연결된 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기를 포함하는 분포 도허티 전력 증폭기를 제공한다.
또한, 상기 제 1 시프트부와 상기 제 2 증폭기의 입력과 연결되어 제 2 증폭기의 게이트를 접지와 분리시키는 제 3 시프트부, 및 제 2 시프트부와 제 2 증폭기의 출력과 연결되어 제 2 증폭기의 드레인을 접지와 분리시키는 제 4 시프트부를 더 포함하는 분포 도허티 전력 증폭기를 제공한다.
또한, 상기 제 1 시프트부 및 상기 제 2 시프트부는 λ/2 전송선로인 분포 도허티 전력 증폭기를 제공한다.
또한, 상기 제 3 시프트부 및 상기 제 4 시프트부는 λ/4 전송선로인 분포 도허티 전력 증폭기를 제공한다.
또한, 상기 제 3 시프트부와 접지 사이에 위치된 제 1 캐패시터, 및 상기 제 4 시프트부와 접지 사이에 위치된 제 2 캐패시터를 더 포함하는 분포 도허티 전력 증폭기를 제공한다.
또한, 상기 도허티 증폭기는, 도허티 증폭기의 입력을 서로 위상차를 갖는 2 개의 신호로 분배하여 캐리어 증폭기 및 피킹 증폭기에 입력시키는 분배부, 피킹 증폭기의 출력에 연결되어 캐리어 증폭기의 출력 누설을 방지하는 제 1 전송선로, 캐리어 증폭기의 출력에 연결되어 제 1 전송선로의 지연을 보상하는 제 2 전송선로, 및 제 1 전송선로의 출력과 제 2 전송선로의 출력에 연결되어 캐리어 증폭기의 부하 임피던스를 조절하는 제 3 전송선로를 더 포함하는 분포 도허티 전력 증폭기를 제공한다.
또한, 상기 분배부는 상기 도허티 증폭기의 입력을 90° 위상차를 갖는 2 개의 신호로 분배하고, 제 1 전송선로 및 제 2 전송선로는 50
전송선로이고, 제 3 전송선로는 λ/4 전송선로인 분포 도허티 전력 증폭기를 제공한다.
또한, 상기 제 1 증폭기 및 상기 제 2 증폭기 각각은, 도허티 증폭기에 직렬로 연결된 구동 증폭기를 더 포함하는 분포 도허티 전력 증폭기를 제공한다.
또한, 상기 제 1 증폭기의 피킹 증폭기 및 상기 제 2 증폭기의 피킹 증폭기의 게이트 바이어스를 조절하여 3차 왜곡 신호의 크기 및 위상을 조절하는 분포 도허티 전력 증폭기를 제공한다.
또한, 상기 제 1 증폭기의 피킹 증폭기 및 상기 제 2 증폭기의 피킹 증폭기의 게이트 바이어스를 조절하여 제 1 증폭기의 3차 왜곡 신호가 제 2 증폭기의 3차 왜곡 신호와 동일한 크기와 반전된 위상을 갖게 하는 분포 도허티 전력 증폭기를 제공한다.
본 발명에 따르면, 분포 도허티 전력 증폭기는 제 1 도허티 전력 증폭기와 제 2 도허티 전력 증폭기의 입력과 출력을 λ/4 전송선로와 λ/2 전송선로를 이용하여 연결함으로써 한 동작 주파수에서 높은 효율을 가지는 도허티 증폭기의 한계를 극복하여 넓은 주파수 범위에서 높은 효율을 얻을 수 있다.
또한, 제 1 도허티 전력 증폭기 및 제 2 도허티 전력 증폭기는 이단 증폭기 구조를 가질 수 있으며 이로 인해 분포 도허티 전력 증폭기의 이득을 향상시킬 수 있다.
또한, λ/4 전송선로와 접지 사이에 캐패시터를 연결하여 도허티 증폭기의 주파수 특성을 개선시키는 효과가 있다.
또한, 특별한 선형화 기기 없이 도허티 전력 증폭기들의 게이트 바이어스들만 조절함으로써 우수한 선형성을 확보할 수 있다.
도 1은 도허티 전력 증폭기를 도시한 회로도이다.
도 2는 분포 전력 증폭기를 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 분포 도허티 전력 증폭기를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 분포 도허티 전력 증폭기의 입력 신호의 동작주파수가 2.14GHz의 정현파인 경우에 출력전력에 따른 이득과 전력부가효율(PAE:power-added efficiency) 특성을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 분포 도허티 전력 증폭기에 중심주파수가 2.14GHz이며, 5MHz 대역폭과 10dB의 PAPR을 가지는 WCDMA 신호가 입력신호로 사용되었을 경우에, 출력 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따르는 분포 도허티 전력 증폭기에서 중심주파수가 2.14GHz이며, 5MHz 대역폭과 10dB의 PAPR을 가지는 WCDMA 신호가 입력신호로 사용되었을 경우에, 출력전력에 따른 이득, 전력부가효율(PAE)과 인접 채널 누설비(ACLR) 특성을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명에 일 실시예에 따르는 분포 도허티 전력 증폭기에서 5MHz 대역폭과 10dB의 PAPR을 가지는 WCDMA 신호가 입력신호로 사용되었을 경우에, 36dBm의 출력전력에서 WCDMA의 중심주파수에 따른 인접 채널 누설비(ACLR), 전력부가효율(PAE), 이득 특성을 도시한 그래프이다.
도 2는 분포 전력 증폭기를 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 분포 도허티 전력 증폭기를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 분포 도허티 전력 증폭기의 입력 신호의 동작주파수가 2.14GHz의 정현파인 경우에 출력전력에 따른 이득과 전력부가효율(PAE:power-added efficiency) 특성을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 분포 도허티 전력 증폭기에 중심주파수가 2.14GHz이며, 5MHz 대역폭과 10dB의 PAPR을 가지는 WCDMA 신호가 입력신호로 사용되었을 경우에, 출력 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따르는 분포 도허티 전력 증폭기에서 중심주파수가 2.14GHz이며, 5MHz 대역폭과 10dB의 PAPR을 가지는 WCDMA 신호가 입력신호로 사용되었을 경우에, 출력전력에 따른 이득, 전력부가효율(PAE)과 인접 채널 누설비(ACLR) 특성을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명에 일 실시예에 따르는 분포 도허티 전력 증폭기에서 5MHz 대역폭과 10dB의 PAPR을 가지는 WCDMA 신호가 입력신호로 사용되었을 경우에, 36dBm의 출력전력에서 WCDMA의 중심주파수에 따른 인접 채널 누설비(ACLR), 전력부가효율(PAE), 이득 특성을 도시한 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 도허티 전력 증폭기를 도시한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 신호발생기(100)에서 생성된 소스 신호는 전력 분배기(101)를 통해서 위상이 90° 만큼 차이가 나는 2 개의 신호로 분배된다. 도허티 전력 증폭기는 캐리어 증폭기(103)와 피킹 증폭기(104)가 병렬로 연결되어 있는 구조를 갖고 있으며, 캐리어 증폭기(103)와 피킹 증폭기(104)는 각각 입력 정합회로(102)와 출력 정합회로(105)를 가진다.
캐리어 증폭기(103)의 입력 정합회로(102a)는 캐리어 증폭기(103)의 입력 임피던스와 전력 분배기(101)의 출력을 정합하며, 피킹 증폭기(104)의 입력 정합회로(102b)는 피킹 증폭기(104)의 입력 임피던스와 90°위상이 변한 전력 분배기(101)의 입력을 정합한다.
낮은 출력일 때에는 λ/4 전송선로(108)에 의해서 캐리어 증폭기(103)의 부하 임피던스가 2배가 되고, 피킹 증폭기(104)는 동작하지 않음으로써 도허티 전력 증폭기는 높은 효율을 유지한다. 이 때, 캐리어 증폭기(103)의 출력이 동작하지 않는 피킹 증폭기(104)로 들어가는 것을 막기 위해서, 피킹 증폭기(104)의 출력 정합회로(105b)에 50Ω 전송선로(107)를 삽입하여 캐리어 증폭기(103) 출력에서 피킹 증폭기(104)로 바라보는 임피던스가 크도록 만들어 준다. 피킹 증폭기(104)에 삽입한 50Ω 전송선로(107) 만큼의 신호 지연을 보상하기 위하여, 캐리어 증폭기(103)의 출력 정합회로(105a)에도 추가적으로 50Ω 전송선로(106)를 연결한다.
출력이 높아짐에 따라 캐리어 증폭기(103)와 피킹 증폭기(104)가 동시에 동작하게 되며, 각 증폭기들의 부하 임피던스는 본래의 캐리어 증폭기(103)와 피킹 증폭기(104)의 부하 임피던스로 변하게 된다. 이러한 부하 임피던스는 출력 전력이 포화될 때까지 유지된다.
한편, 전력 증폭기의 대역폭을 넓히기 위해서 분포 전력 증폭기가 많이 사용되고 있다. 분포 전력 증폭기는 넓은 대역폭에서 평탄한 이득과 작은 반사계수를 가지고 있을 뿐만 아니라, 균형 증폭기와는 달리 병렬로 연결된 두 전력 증폭기의 입력과 출력에 전력 분배기 및 전력 결합기를 사용하지 않는 이점이 있다.
도 2는 분포 전력 증폭기를 도시한 회로도이다.
도 2를 참고하면, 신호발생기(200)에서 생성된 소스 신호는 병렬로 연결된 전력 증폭기의 입력으로 사용된다. 전체 분포 증폭기의 이득을 증가시키기 위해서 제 1 전력 증폭기(205)와 제 2 전력 증폭기(206) 에 입력되는 신호가 180° 위상차가 생기도록 λ/2 전송선로(202)를 이용하여 연결한다. 그리고 전력 증폭기의 게이트를 접지와 분리하기 위해서, 접지와 제 2 전력 증폭기(206) 입력 사이를 λ/4 전송선로(203)를 이용하여 연결한다. 또한, 분포 전력 증폭기의 성능을 최적화하기 위해 접지부분에 캐패시터(204)를 삽입한다. 캐패시터(204) 는 분포 전력 증폭기의 주파수 특성을 개선시킨다. 제 1 전력 증폭기(205) 출력과 제 2 전력 증폭기(206) 출력은 입력에서의 λ/2 전송선로(202) 에 의한 180° 위상차를 보상하기 위해서 λ/2 전송선로(207)에 의해 연결된다. 또한, 전력 증폭기 드레인을 접지와 분리하기 위해서 λ/4 전송선로(208)를 제 2 전력 증폭기(206) 출력과 접지 사이에 연결한다. 또한, 분포 전력 증폭기의 성능을 최적화하기 위해 접지부분에 캐패시터(209)를 삽입한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 분포 도허티 전력 증폭기를 도시한 회로도로서, 신호 생성부(300), 제 1경로부(301), 제 1 전력 증폭기, 제 2 전력 증폭기, 제 2경로부(306)를 포함한다. 제 1 전력 증폭기는 제 1 도허티 증폭기(303)만을 포함할 수도 있고, 제 1 구동 증폭기(302)와 제 1 도허티 증폭기(303) 를 모두 포함할 수도 있으며 이 경우 제 1 이단 전력 증폭기로 지칭될 수도 있다. 제 2 전력 증폭기는 제 2 도허티 증폭기(305)만을 포함할 수도 있고, 제 2 구동 증폭기(304) 와 제 2 도허티 증폭기(305)를 모두 포함할 수도 있으며 이 경우 제 2 이단 전력 증폭기로 지칭될 수도 있다.
여기에서 신호 생성부(300)는 제 1 기준 신호 발생기(300a), 제 2 기준 신호 발생기(300b), 결합기(300c)를 포함한다. 제 1경로부(301)는 제 1 λ/2 전송선로(301a), 제 1 λ/4 전송선로(301b) 및 제 1 캐패시터(301c)를 포함한다.
여기에서 제 1 도허티 증폭기(303)는 제 1 하이브리드 전력분배기(303a), 제 1 캐리어 증폭기(303b), 제 1 피킹 증폭기(303c), 제 1 50Ω 전송선로(303d), 제 2 50Ω 전송선로(303e), 제 2 λ/4 전송선로(303f)를 포함한다.
그리고 제 2 전력 증폭기는 제 2 구동 증폭기(304)와 제 2 도허티 증폭기(305)를 포함하고, 여기에서 제 2 도허티 증폭기(305)는 제 2 하이브리드 전력분배기(305a), 제 2 캐리어 증폭기(305b), 제 2 피킹 증폭기(305c), 제 3 50Ω 전송선로(305d), 제 4 50Ω 전송선로(305e), 및 제 3 λ/4 전송선로(305f)를 포함한다.
또한, 제 2경로부(306)는 제 2 λ/2 전송선로(306a), 제 4 λ/4 전송선로(306b) 및 제 2 캐패시터(306c)를 포함한다. 도 3 을 통해 본 발명의 실시예에 따른 분포 도허티 전력 증폭기에 대해 구체적으로 설명한다.
도 3을 참조하면, 신호 생성부(300)에서는 제 1 기준 신호 발생기(300a) 및 제 2 기준 신호 발생기(300b)로부터의 입력 신호인 f1 및 f2가 결합기(300c)를 통해 결합하여 출력된다.
신호 생성부(300)에서 출력된 소스 신호는 제 1경로부(301)를 따라 제 1 전력 증폭기와 제 2 전력 증폭기에 제 1 λ/2 전송선로(301a)에 의해 위상이 180° 반전되어 인가된다. 제 2 구동 증폭기(304) 게이트의 접지와의 분리를 위해서 제 1 λ/2 전송선로(301a) 아래에 제 1 λ/4 전송선로(301b)가 연결되어 있다. 또한, 제 1 캐패시터(301c)는 주파수 특성을 개선시켜 분포 전력 증폭기의 성능을 최적화하는 기능을 수행한다.
소스 신호와 같은 위상의 입력신호는 제 1 구동 증폭기(302)로 인가되고 전체 시스템의 이득을 높여준다. 제 1 구동 증폭기(302)의 출력은 제 1 도허티 증폭기(303)의 입력으로 사용되며 제 1 전력분배기(303a)를 통해서 제 1 캐리어 증폭기(303b)와 제 1 피킹 증폭기(303c)에 인가된다. 낮은 출력 전력일 때, 제 1 캐리어 증폭기(303b)만 동작하고, 제 2 λ/4 전송선로(303f)는 제 1 도허티 전력 증폭기(303)의 부하 변환기 역할을 수행한다.
이 때, 제 1 캐리어 증폭기(303b)와 제 1 피킹 증폭기(303c) 사이의 제 2 λ/4 전송선로(303f) 만큼의 위상차이를 보상하기 위해서 제 1 전력분배기(303a)는 출력간 위상차이가 90°가 되는 하이브리드 전력 분배기를 사용한다. 그리고 제 1 캐리어 증폭기(303a)의 출력이 제 1 피킹 증폭기(303c)로 들어가는 것을 방지하기 위해 제 2 50Ω 전송선로(303e)를 삽입하며, 제 2 50Ω 전송선로(303e)에 의한 신호 지연을 보상하기 위해서 제 1 캐리어 증폭기(303b)의 출력에 제 1 50Ω 전송선로(303d)를 삽입한다.
이와 같은 회로에서, 제 1 구동 증폭기(302)와 제 2 구동 증폭기(304), 제 1 캐리어 증폭기(303b)와 제 2 캐리어 증폭기(305b), 제 1 전력 분배기(303a)와 제 2 전력 분배기(305a), 제 1 50Ω 전송선로(303d)와 제 3 50Ω 전송선로(305d), 제 2 50Ω 전송선로(303e)와 제 4 50Ω 전송선로(305e) 및 제 2 λ/4 전송선로(303f)와 제 3 λ/4 전송선로(305f)는 각각 대칭적으로 위치하며 동일한 기능을 수행한다. 단, 제 1 λ/2 전송선로(301a)에 의해서 입력신호와 위상이 180° 반전된 입력신호가 제 2 구동 증폭기(304)의 입력으로 사용된다.
또한, 제 1 도허티 증폭기(303)의 출력과 제 2 도허티 증폭기(305)의 출력 사이의 180°위상차를 보상하기 위해서 제 2 λ/2 전송선로(306a)로 제 1 도허티 증폭기(303)의 출력과 제 2 도허티 증폭기(305)의 출력을 연결한다. 제 2 도허티 증폭기(305)의 드레인의 접지와의 분리를 위해서 제 4 λ/4 전송선로(306b)를 제 2 도허티 증폭기(305)의 출력과 제 2 λ/2 전송선로(306a)의 출력에 연결하였으며, 제 2 캐패시터(306c)는 분포 전력 증폭기의 성능을 최적화시킨다.
도허티 증폭기에서 피킹 전력 증폭기의 게이트 바이어스를 조절함에 따라서 도허티 증폭기 출력의 3차 혼변조 왜곡 성분의 크기와 위상이 변화될 수 있다. 신호 생성부(300)에서 생성된 신호는 전력 증폭기를 통해 왜곡된 2f1-f2와 2f2-f1의 신호를 출력한다. 여기에서, f1 및 f는 각각 송신 대역의 원천 주파수 신호를 의미하고, 2f1-f2 및 2f2-f1은 각각 3차 혼변조 왜곡 신호를 의미한다. 제 1 피킹 증폭기(303c)의 게이트 바이어스와 제 2 피킹 전력 증폭기(305c)의 게이트 바이어스를 조절함으로써, 제 1 도허티 전력 증폭기(303) 출력의 3차 혼변조 왜곡 신호와 제 2 도허티 전력 증폭기 출력(305)의 3차 혼변조 왜곡 신호의 크기와 위상을 제어할 수 있다. 또한, 제 1 도허티 증폭기(303)와 제 2 도허티 증폭기(305) 사이의 3차 혼변조 왜곡 신호들이 크기가 같고 위상이 180° 차이가 날 때, 분포 도허티 전력 증폭기의 선형성이 개선된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 분포 도허티 전력 증폭기의 입력 신호의 동작주파수가 2.14GHz의 정현파인 경우에 출력전력에 따른 이득과 전력부가효율(PAE:power-added efficiency) 특성을 도시한 그래프이다. 포화 출력전력이 46dBm 일 때 45.9%의 높은 전력부가효율을 가지며, 넓은 출력전력 범위에서 27dB이상의 이득을 유지함을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 분포 도허티 전력 증폭기에 중심주파수가 2.14GHz이며, 5MHz 대역폭과 10dB의 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)을 가지는 WCDMA(광대역 코드 분할 다중 액서스) 신호가 입력신호로 사용되었을 경우에, 출력 스펙트럼을 도시한 그래프이다. 출력 전력은 36dBm이며 이는 제 1 도허티 전력 증폭기와 제 2 도허티 전력 증폭기의 피킹 바이어스를 최적화시킨 결과이다. 2.14GHz의 중심주파수를 기준으로 ±2.5MHz와 ±5MHz 지점에서의 인접 채널 누설비(ACLR:Adjacent Channel Leakage Ratio)는 각각 -48dBc와 -52dBc 이하로써 선형성 기준인 ±5MHz 지점에서 -45dBc 이하를 만족한다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따르는 분포 도허티 전력 증폭기에서 중심주파수가 2.14GHz이며, 5MHz 대역폭과 10dB의 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)을 가지는 WCDMA 신호가 입력신호로 사용되었을 경우에, 출력전력에 따른 이득, 전력부가효율(PAE)과 인접 채널 누설비(ACLR) 특성을 도시한 그래프이다. 각 출력전력에 따라서 제 1 도허티 전력 증폭기와 제 2 도허티 전력 증폭기의 피킹 바이어스를 조절하면서 선형성이 최적화 되었으며, 넓은 출력전력 범위에서 좋은 인접 채널 누설비(ACLR) 결과를 얻은 것을 보여준다. 그리고 분포 도허티 전력 증폭기는 38.4dBm의 출력전력까지 선형성 기준을 만족하며, 이 때의 이득은 28.1dB와 27.8%의 전력부가효율(PAE)을 보여준다.
도 7은 본 발명에 일 실시예에 따르는 분포 도허티 전력 증폭기에서 5MHz 대역폭과 10dB의 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)을 가지는 WCDMA 신호가 입력신호로 사용되었을 경우에, 36dBm의 출력전력에서 WCDMA의 중심주파수에 따른 인접 채널 누설비(ACLR), 전력부가효율(PAE), 이득 특성을 도시한 그래프이다. 160MHz의 넓은 대역폭에서 선형성 기준을 만족하며, 24dB 이상의 이득과 15% 이상의 전력부가효율(PAE)을 보여준다.
본 실시형태의 모듈, 기능 블록들 또는 수단들은 전자 회로, 집적 회로, ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 등 공지된 다양한 소자들로 구현될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 이해를 위하여 그 실시예를 기술하였으나, 당업자라면 알 수 있듯이, 본 발명은 본 명세서에서 기술된 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형, 변경 및 대체될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 사상 및 범주에 속하는 모든 변형 및 변경을 특허청구범위에 의하여 모두 포괄하고자 한다.
300 : 신호 생성부 301 : 제 1경로부
302 : 제 1 구동 증폭기 303 : 제 1 도허티 증폭기
304 : 제 2 구동 증폭기 305 : 제 2 도허티 증폭기
306 : 제 2경로부 300a : 제 1 기준 신호 발생기
300b : 제 2 기준 신호 발생기 300c : 결합기
301a : 제 1 λ/2 전송선로 301b : 제 1 λ/4 전송선로
301c : 제 1 캐패시터 303a : 제 1 전력 분배기
303b : 제 1 캐리어 증폭기 303c : 제 1 피킹 증폭기
303d : 제 1 50Ω 전송선로 303e : 제 2 50Ω 전송선로
303f : 제 2 λ/4 전송선로 305a : 제 2 전력 분배기
305b : 제 2 캐리어 증폭기 305c : 제 2 피킹 증폭기
305d : 제 3 50Ω 전송선로 305e : 제 4 50Ω 전송선로
305f : 제 3 λ/4 전송선로 306a : 제 2 λ/2 전송선로
306b : 제 4 λ/4 전송선로 306c : 제 2 캐패시터
302 : 제 1 구동 증폭기 303 : 제 1 도허티 증폭기
304 : 제 2 구동 증폭기 305 : 제 2 도허티 증폭기
306 : 제 2경로부 300a : 제 1 기준 신호 발생기
300b : 제 2 기준 신호 발생기 300c : 결합기
301a : 제 1 λ/2 전송선로 301b : 제 1 λ/4 전송선로
301c : 제 1 캐패시터 303a : 제 1 전력 분배기
303b : 제 1 캐리어 증폭기 303c : 제 1 피킹 증폭기
303d : 제 1 50Ω 전송선로 303e : 제 2 50Ω 전송선로
303f : 제 2 λ/4 전송선로 305a : 제 2 전력 분배기
305b : 제 2 캐리어 증폭기 305c : 제 2 피킹 증폭기
305d : 제 3 50Ω 전송선로 305e : 제 4 50Ω 전송선로
305f : 제 3 λ/4 전송선로 306a : 제 2 λ/2 전송선로
306b : 제 4 λ/4 전송선로 306c : 제 2 캐패시터
Claims (10)
- 제 1 증폭기;
상기 제 1 증폭기와 병렬로 연결된 제 2 증폭기;
상기 제 1 증폭기의 입력과 상기 제 2 증폭기의 입력 사이에 연결되어 상기 제 2 증폭기의 입력을 위상 반전시키는 제 1 시프트부; 및
상기 제 1 증폭기의 출력과 상기 제 2 증폭기의 출력 사이에 연결되어 상기 제 2 증폭기의 출력을 위상 반전시키는 제 2 시프트부를 포함하고,
상기 제 1 증폭기와 상기 제 2 증폭기는 도허티 증폭기이고, 상기 도허티 증폭기는 병렬로 연결된 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기를 포함하는
분포 도허티 전력 증폭기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 시프트부와 상기 제 2 증폭기의 입력과 연결되어 상기 제 2 증폭기의 게이트를 접지와 분리시키는 제 3 시프트부; 및
상기 제 2 시프트부와 상기 제 2 증폭기의 출력과 연결되어 상기 제 2 증폭기의 드레인을 접지와 분리시키는 제 4 시프트부를 더 포함하는
분포 도허티 전력 증폭기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 시프트부 및 상기 제 2 시프트부는 λ/2 전송선로인
분포 도허티 전력 증폭기.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제 3 시프트부 및 상기 제 4 시프트부는 λ/4 전송선로인
분포 도허티 전력 증폭기.
- 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 제 3 시프트부와 접지 사이에 위치된 제 1 캐패시터; 및
상기 제 4 시프트부와 접지 사이에 위치된 제 2 캐패시터를 더 포함하는
분포 도허티 전력 증폭기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 도허티 증폭기는,
상기 도허티 증폭기의 입력을 서로 위상차를 갖는 2 개의 신호로 분배하여 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기에 입력시키는 분배부;
상기 피킹 증폭기의 출력에 연결되어 상기 캐리어 증폭기의 출력 누설을 방지하는 제 1 전송선로;
상기 캐리어 증폭기의 출력에 연결되어 상기 제 1 전송선로의 지연을 보상하는 제 2 전송선로; 및
상기 제 1 전송선로의 출력과 상기 제 2 전송선로의 출력에 연결되어 상기 캐리어 증폭기의 부하 임피던스를 조절하는 제 3 전송선로를 더 포함하는
분포 도허티 전력 증폭기.
- 제 6 항에 있어서,
상기 분배부는 상기 도허티 증폭기의 입력을 90° 위상차를 갖는 2 개의 신호로 분배하고,
상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로는 50전송선로이고,
상기 제 3 전송선로는 λ/4 전송선로인
분포 도허티 전력 증폭기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 증폭기 및 상기 제 2 증폭기 각각은,
도허티 증폭기에 직렬로 연결된 구동 증폭기를 더 포함하는
분포 도허티 전력 증폭기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 증폭기의 피킹 증폭기 및 상기 제 2 증폭기의 피킹 증폭기의 게이트 바이어스를 조절하여 3차 왜곡 신호의 크기 및 위상을 조절하는
분포 도허티 전력 증폭기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 증폭기의 피킹 증폭기 및 상기 제 2 증폭기의 피킹 증폭기의 게이트 바이어스를 조절하여 상기 제 1 증폭기의 3차 왜곡 신호가 상기 제 2 증폭기의 3차 왜곡 신호와 동일한 크기와 반전된 위상을 갖게 하는
분포 도허티 전력 증폭기.
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