KR20110129399A - 메타 재료 전력 증폭기 시스템 - Google Patents

메타 재료 전력 증폭기 시스템 Download PDF

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Abstract

전력 증폭 시스템 및 모듈 및 부품이 CRLH 구조에 기하여 설계되어 좋은 효율성과 선형성을 제공한다.

Description

메타 재료 전력 증폭기 시스템{Metamaterial Power Amplifier System}
본 특허 명세서는 발명의 명칭이 “메타 재료 전력 증폭기 시스템 및 고효율 및 선형 다중 밴드 전력 증폭기 생성 방법”이고 2008년2월18일 출원된 미국 가출원 번호 제61/153,398호에 기한 우선권을 주장한다. 이 가출원에 기재된 내용은 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다. 본 특허 명세서는 발명의 명칭이 “메타 재료 구조에 기한 안테나, 장치 및 시스템"이고 2007년4월27일 출원된 미국 특허 출원 번호 제11/741,674호; 발명의 명칭이 “메타 재료 구조에 기한 안테나”이고 2009년 9월 22일 특허된 미국 특허 번호 제7,592,952호; 발명의 명칭이 “복합 오른손 및 왼손 메타 재료 구조에 기한 전력 결합기 및 분배기”이고 2007년12월21일 출원된 미국 특허 출원 번호 제11/963,710호와 관련되어 있다.
본 명세서는 메타 재료(MTM) 구조에 기한 전력 증폭기 시스템 및 부품에 관한 것이다.
대부분의 재료에서의 전자기파의 전파는 (E, H, β) 벡터 필드에 대한 오른손 법칙을 따르는데, 여기서 전기장 E, 자기장 H, 파동 벡터 β (또는 전달 상수)이다. 위상 속도 방향은 신호 에너지 전파 (그룹 속도)의 방향과 동일하고 굴절 계수는 양수이다. 그러한 재료는 오른손 (RH: right handed) 재료라고 불린다. 대부분의 천연 재료는 RH 재료이다. 인공 재료도 또한 RH 재료가 될 수 있다.
메타 재료는 인공 구조를 가진다. 당해 재료에 의해 가이드되는 전자기 에너지의 파장보다 훨씬 작은 구조적 평균 단위 셀 크기를 가지도록 설계될 때, 당해 재료는 가이드된 전자기 에너지에 대하여 동질적 (homogeneous) 매체와 같이 작용할 수 있다. RH 재료와는 달리, 메타 재료는 음의 굴절율을 나타낼 수 있고, 위상 속도 방향은 신호 에너지 전파 방향과 반대인데, 여기서 (E, H, β) 벡터 필드의 상대 방향은 왼손 법칙을 따른다. 음의 복합 유전율 ε와 유전율 μ를 가지고 음의 굴절율을 가지는 메타 재료는 순수한 왼손 (LH: left handed) 재료라고 한다.
많은 메타 재료들은 LH 메타 재료와 RH 메타 재료의 혼합물이고 따라서 복합 오른손 및 왼손 (CRLH: composite right and left handed) 메타 재료이다. CRLH 메타 재료는 저주파수 에서는 LH 메타 재료와 같이 작용하고 고주파수 에서는 RH 메타 재료와 같이 작용할 수 있다. 다양한 CRLH 메타 재료의 실시예와 성질은 예를 들어 2006년 존 윌리 & 선즈 출판사 간행, 칼로스 및 이토 저, “전자기 재료: 송신 라인 이론 및 마이크로파 응용”에 서술되어 있다. CRLH 메타 재료와 안테나에의 그 응용은 일렉트로닉스 레터, 16권40호 (2004년8월)의 “초빙논문: 메타 재료의 전망”에서 이토 타츠오에 의해 서술되어 있다. CRLH 메타 재료는 특정 용도에 맞도록 된 전자기 특성을 나타내도록 설계되고 가공될 수 있고, 다른 재료를 사용하는 경우에는 곤란하고, 비 현실적이고, 적합하지 않을 응용 분야에 사용될 수 있다. 또한, CRLH 메타 재료는 RH재료로는 가능하지 않을 새로운 응용 분야를 개발하고 새로운 소자를 구성하는 데 사용될 수 있다.
일부 응용에서는, MTM, CRLH 구조와 구성 요소는 왼손 (LH) 구조의 개념을 적용하는 기술을 기반으로하고 있다. 여기에 사용된 바와 같이, "metamaterial", "MTM", "CRLH"및 "CRLH" "MTM"은 복합 단위 셀을 궁극적으로 고유의 전자기 특성을 생산하는 종래의 유전체 및 도전성 재료를 사용하여 설계된 종래의 전자파의 파장보다 훨씬 작은 단위 셀을 가지는 복합 LH 및 RH 구조를 말한다.
메타 재료 기술은 여기에 사용되는 기술 수단, 방법, 장치, 발명 및 전도성 및 유전체 부품으로 구성되어 소형 장치가 구현가능하고 전자파를 수신 및 전송하는 데 사용되는 엔지니어링 제품을 포함하고 있다. MTM 기술, 안테나 및 RF 구성 요소를 사용하면 좋은 제품을 만들 수 있으며 동시에 원하지 않는 간섭 및 전자기 커플링을 최소화할 수 있다. 이러한 안테나와 RF 부품, 더욱 유용하고 독특한 전자기 동작은 여러가지 설계에 의해서 가능하다.
CRLH 구조는 어떤 주파수 범위에서는 음의 유전율 (ε)과 음의 투자율 (μ)을 가지고 다른 주파수 범위 에서는 양의 유전율과 양의 투자율을 가지는 구조이다. 전송 라인 (TL) 기반 CRLH 구조는 TL 송신을 가능하게 하고 어떤 주파수 범위에서는 음의 유전율 (ε)과 음의 투자율 (μ)을 가지고 다른 주파수 범위 에서는 양의 유전율과 양의 투자율을 가지는 구조이다. CRLH 기반의 안테나와 TLS는 종래의 RF 설계 구조를 사용하거나 사용하지 않고 있다.
기존의 전도성 및 유전체 부품으로 만들었던 안테나, RF 부품 및 기타 장치들이 MTM 구조로 동작하도록 설계되었다. "MTM 안테나", "MTM 구성 요소"및,이라고 할 수 있다. 인쇄, 에칭, 그리고 도자기, LTCC, MMIC, 유연성 필름, 플라스틱이나 종이와 같은 기판에 전도성 레이어를 대체하는 MTM 구성 요소는 쉽게 종래의 전도성을 사용 포함한 자료 및 표준 제조 기술을 보전하며 이에 제한되지 않는다.
메타 재료 기술은 전도성 및 유전체 부품으로 구성되어 소형 장치가 구현가능하고 전자파를 수신 및 전송하는 데 사용되는 엔지니어링 제품을 포함하고 있다. MTM 기술, 안테나 및 RF 구성 요소를 사용하면 좋은 제품을 만들 수 있으며 동시에 원하지 않는 간섭 및 전자기 커플링을 최소화할 수 있다.
도 1은 주기 p로 적어도 세 개의 CRLH 단위 셀이 직렬로 연결된 MTM 전송 라인 (TL)의 등가 회로를 보여준다.
도 1a - 1e는 CRLH 단위 셀의 다양한 구성을 보여준다.
도 1f는 RH 분기 커패시턴스 CR과 RH 직렬 인덕턴스 LR로 등가 표현된 직렬 RH TL을 보여준다.
도 1g는 등가 RH 분기 커패시턴스 C'R과 RH 분기 인덕턴스 L'RC로 표현된 분기 RH TL을 도시한다.
도 2는 RH 분산 곡선 및 LH 분산 곡선과 비교하여 균형상태의 CRLH 단위 셀에 대한 CRLH 분산 곡선을 보여준다.
도 3은 RH 위상 응답, LH 위상 응답과 CRLH 위상 응답의 예를 각각 점선, 빗금 점선과 실선으로 보여준다.
도 4는 전력 증폭기의 트랜지스터를 바이어스하기 위한 RF 신호 경로에 결합된 종래의 단일 밴드 바이어스 회로의 예를 보여준다.
도 5는 도 4의 종래의 단일 대역 바이어스 회로를 사용하여 WiFi 응용에 대하여 2.4GHz와 5.8GHz의 두 주파수에 대해 스미스 차트에 임피던스 결과를 시뮬레이션한 결과를 도시한다.
도 6은 전력증폭기에 트랜지스터를 바이어스하기 위한 RF 신호 경로에 결합된 듀얼 밴드 바이어스 회로의 예를 보여준다.
도 7은 도 6의 듀얼 밴드 바이어스 회로를 사용하여 2.4GHz와 5.8GHz의 두 주파수에 대해 스미스 차트에 임피던스 결과를 시뮬레이션한 결과를 도시한다.
도 8은 분기 CRLH TL 구성을 가지고 있는 주파수 선택부의 예를 보여준다.
도 9는 두개의 CRLH TL, 한개의 CRLH TL이 분기 및 다른쪽은 직렬로 된 것을 가지는 주파수 선택부의 예를 보여준다.
도 10은 주파수 선택기의 구현 예를 들어, 삽입 손실의 시뮬레이션 결과를 보여준다.
도 11은 직렬 RH TL과 분기 CRLH TL 발생 주파수 선택기의 예를 보여준다.
도 12는 주파수 선택기의 구현 예의 레이아웃을 보여준다.
도 13은 회답 손실 및 삽입 손실의 측정 결과 시뮬레이션이다.
도 14는 직렬 CRLH TL 및 RH TL 발생 주파수 선택기의 예를 보여준다.
도 15는 직렬 CRLH TL 및 단락 분기 RH TL 발생 주파수 선택기의 예를 보여준다.
도 16은 한 주파수로 신호를 전달하고 두 개의 서로 다른 주파수로 신호를 필터링하기 위한 주파수 선택기의 예를 보여준다.
도 17은 주파수 선택기의 구현 예의 레이아웃을 보여준다.
도 18은 위상 응답 곡선 및 RH와 LH 응답 곡선을 보여준다.
도 19는 반환 손실 및 삽입 손실의 측정 결과 시뮬레이션을 보여준다.
도 20은 주파수 선택부의 예를 보여준다.
도 21은 확장 - CRLH (E - CRLH) 단위 셀을 보여준다.
도 22는 주파수 선택부의 삽입 손실 시뮬레이션 결과를 보여준다.
도 23은 주파수 선택부의 예를 보여준다.
도 24는 다중대역 주파수 선택부의 예를 보여준다.
도 25는 디플렉서의 예를 보여준다.
도 26은 측정된 삽입 손실과 격리의 측정 결과를 보여준다.
도 27a-27c는 병렬로 연결된 주파수 선택부의 구성을 보여준다.
도 28은 능동 주파수 선택부를 보여준다.
도 29는 CRLH TL는 분기에 연결되어 있는 능동 주파수 선택부의 예를 보여준다.
도 30은 여러 주파수 대역에 대한 제1 전력 증폭 시스템의 블록 다이어그램을 보여준다.
도 31은 여러 주파수 대역에 대한 제2 전력 증폭 시스템의 블록 다이어그램을 보여준다.
도 32는 듀얼 밴드 전력증폭기의 예를 보여준다.
도 33은 도 30의 전력 증폭 시스템을 기반으로하는 듀얼 밴드 전력증폭기의 예를 보여준다.
도 34는 도 30에서 두 입력 포트와 두 출력 포트를 가지는 전력 증폭 시스템을 기반으로하는 듀얼 밴드 전력증폭기의 예를 보여준다.
도 35는 MESFET의 전류-전압 특성을 보여준다.
도 36a-36b는 전력증폭기의 고조파를 제거하기위한 구성의 개략 다이어그램을 보여준다.
도 37은 클래스 J MTM 전력증폭기의 구현 예의 레이아웃을 보여준다.
도 38은 Pin의 함수로 PAE 및 Pout의 측정 결과를 보여준다.
도 39는 클래스 J MTM 전력증폭기의 구현 예의 레이아웃을 보여준다.
도 40은 Pout 대 Pin 측정 결과를 보여준다.
도 41은 PAE 대 Pout 측정 결과를 보여준다.
도 42는 PAE 대 Pin 측정 결과를 보여준다.
도 43은 클래스 J MTM 전력증폭기의 집적 회로 (MMIC) 구현의 시뮬레이션 결과를 보여준다.
도 44는 가변 용량 다이오드와 CRLH TL을 사용하여 전력 증폭기 구성 예의 다이어그램을 보여준다.
현대 통신 시스템에서, 전력 증폭기는 다양한 사양을 충족하고 특정 성능의 수준을 달성하기 위해 높은 선형성 및/또는 효율성을 가질 것이 선호된다. 고효율은 핸드셋이 더 오랜 시간 동안 작동되도록 단말기의 배터리 수명을 연장하는 것이 중요하다. 높은 선형성은 최소한의 왜곡과 신호의 무결성을 유지하기 위해 중요하다.
MTM 구조가 기능 향상, 크기 감소 및 성능 향상과 같은 광범한 기술 발전을 허락할 수 있도록 안테나, 전송 라인 및 기타 RF 부품과 장치를 구축하는 데 사용할 수 있다. 높은 효율과 높은 선형 모두를 달성하는 MTM 구조를 사용하여 이에 사용되는 구성 요소의 설계을 설명한다.
MTM 구조는 하나 이상의 단위 셀을 가진다. MTM 기반의 구성 요소 및 장치를 분산 회로 요소를 사용하여 구현한다. 도 1은 기간 p에서 직렬로 연결된 적어도 세 CRLH 단위 셀의 MTM 전송 라인 (TL)의 등가 회로(10)를 보여준다. MTM 전송선(TL)의 길이를 l, CRLH 단위 셀의 수를 N으로 표시할 때 l=N x p의 관계는 일반적으로 보유된다. 각 단위 셀(12)의 등가 회로는 RH 직렬 인덕턴스 LR, RH 분기 커패시턴스 CR, LH 직렬 커패시턴스 CL 및 LH 분기 인덕턴스 LL이 있다. RH 직렬 인덕턴스 LR과 RH 분기 커패시턴스 CR가 RH 속성을 단위 셀(12)에 제공할 수 있는 한편 LH 분기 인덕턴스 LL와 LH 직렬 커패시턴스 CL는 단위 셀(12)에 LH 속성을 제공할수 있다.
도 1a-1e는 CRLH 단위 셀의 다양한 구성을 보여준다. 직렬 RH 블록(100)은 RH TL을 나타내고, 이는 종래의 마이크로 스트립과 같은 것이고, 도 1f에 도시된 바와 같이 RH 분기 커패시턴스 CR(102) 및 RH 직렬 인덕턴스 LR(104)로 등가 표현될수 있다. 도 1g와 같이 RH TL은 분기 구성에 사용하는 경우, RH 분기 TL(106)은 RH 분기 커패시턴스 C'R(108) 및 RH 분기 인덕턴스 L'R(110)로 등가 표현된다. 직렬 RH TL(100) 및 분기 RH TL(106)가 비슷한 TL 크기로 결합하는 경우, LR 값이 L'R 값보다 지배적이며, C'R 값이 CR 값보다 더 지배적이다. 이것은 직렬 및 분기 RH의 TL의 조합이 여전히 전체 RH 분기 커패시턴스와 전체 RH 직렬 인덕턴스를 RH 속성에 제공하는 것을 나타낸다. 도 1d와 1e는 CRLH 단위 셀의 예를 보여주고 CR 과 LR이 RH TL로 바뀐다. 도 1a - 1c에서 "RH / 2"는 2로 나눈 RH TL의 길이를 말한다. 도 1a는 도 1의 CRLH 단위 셀의 대칭 표현을 보여주는데 CR 과 LR이 RH TL로 바뀌고 대칭을 위하여 두 RH / 2로 나누어진다. 변형이 도 1a에 도시된 구성을 포함하지만 RH / 2 및 CL이 바뀐다. 구성이 도 1a - 1c에 도시되지만 RH / 4 가 한쪽에 3RH / 4가 다른쪽에 있는데 이는 양쪽에 RH / 2가 있는 대신이다. 한편, 다른 보수 분수는 RH 전송 라인을 분리하는 데 사용할 수 있다. MTM 구조가 분산 회로 요소를 사용하여 이러한 CRLH 단위 셀을 기반으로 구현할 수 있다. 이러한 MTM 구조는 다양한 회로 플랫폼에서 제조될수 있는데 FR - 4 인쇄 회로 기판 (PCB) 또는 유연한 인쇄 회로 (FPC) 보드와 같은 회로 기판 등 다양한 회로 플랫폼에서 가공될 수 있다.
다른 제조 기술의 예로는 박막 제조 기술, 시스템 온 칩 (SOC) 기술, 저온 공동 소성 세라믹 (LTCC) 기술, 모놀리식 마이크로파 집적회로 (MMIC) 기술과 MEMS (마이크로 전기 기계 시스템) 기술을 포함한다. MTM구조에 기한 안테나 구조, 전송 라인, RF 구성 요소의 몇 가지 예가 발명의 명칭이 “메타 재료 구조에 기한 안테나, 장치 및 시스템"이고 2007년4월27일 출원된 미국 특허 출원 번호 제11/741,674호; 발명의 명칭이 “메타 재료 구조에 기한 안테나”이고 2009년9월22일 특허된 미국 특허 번호 제7,592,952호; 발명의 명칭이 “복합 오른손 및 왼손 메타 재료 구조에 기한 전력 결합기 및 분배기”이고 2007년12월21일 출원된 미국 특허 출원 에 기재되어 있다.
순수한 LH 메타 재료는 벡터 트리오 (E, H, β)의 왼손 법칙을 따르고 위상 속도 방향은 신호 에너지 전파 방향에 반대이다. LH 재료의 유전율 ε와 투자율 μ는 동시에 음이다. CRLH 메타 재료는 주파수에 따라 왼손 또는 오른손 전자기 특성을 나타낸다. 또한, 신호의 파동벡터 β (또는 전파 상수)가 0일 때 또한, CRLH 구조는 0이 아닌 그룹 속도를 발생할 수 있다. 불균형 경우 CRLL ≠ CLLR에서 전자파 전파가 금지되는 밴드갭이 있다. CRLL = CLLR에서 분산커브는 불연속을 보이지 않고 β(ωo)=0이고 이때 λg = 2π / ｜β｜이다.
Figure pct00001
도 2는 CRLL = CLLR 균형 상태에서 β를 나타낸다. 이는 다음에 의해 근접표현된다.
Figure pct00002
불균형 경우 CRLL ≠ CLLR에서 분산곡선 β 는
Figure pct00003
여기서
Figure pct00004
불균형 경우에는 두개의 가능한 제0 공진 ωse 및 ωsh 가 있고 무한 파장 (β = 0, 기본 모드)을 지원하고 아래와 같이 표현된다.
Figure pct00005
Figure pct00006
ωse 및 ωsh에서, 그룹 속도(vg = dω / dβ) 는 제로이고 위상 속도 (vp은 = ω / β)은 무한대이다. CRLH 단위 셀이 균형상태일때,이 공진 주파수는 도 2에서와 같이 만나고 다음과 같이 표현된다.
Figure pct00007
여기서 양의 그룹 속도 (VG = dω / dβ) 및 무한대의 위상 속도 (vp = ω / β)을 얻을 수 있다. RH TL의 공진에서 공진 주파수가 θm의 전기적 길이에 해당하고 θm = βπl = mπ (M = 1, 2, 3, ...)이고 l은 TL의 길이이다. RH 분산 곡선 및 LH 분산 곡선은 그림 각각 βR와 βL로 표시된다. CRLH 분산 곡선은 도 2에서 β = βR + βL으로 표시된다. βR 및 βL은 식 2에서 제1항과 제2항에 해당한다. CRLH TL의 공진에서 공진 주파수가 θm의 전기적 길이에 해당하고 θm = βml = mπ 이고 여기서 l = N x p 이고 파라메터 m = 0, +1, ± 2, ± 3, ..., ± ∞이다. 따라서 CRLH 구조는 음 및 양의 β 영역으로 확장하는 분산 곡선과 공진 주파수의 스펙트럼을 지원한다.
식 2와 같은 분산 곡선을 갖는 균형 상황에서, 위상 응답은
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
ΦcRLH = ΦRH + ΦLH = - β1
여기서 1 = N X p. CRLH 위상의 기울기는
Figure pct00011
특성 임피던스는
Figure pct00012
따라서 등가 회로 파라미터 값은, CR, LL, CL 및 LR뿐만 아니라 단위 셀의 수 N 같은 임피던스 매칭 조건으로 제약 조건과 함께 선택하여 조절하여 CRLH 구조에서 원하는 위상 응답 곡선을 만들 수 있다. 또한 0이 아닌 주파수는 RH 구조와 달리 CRLH 구조에서는 0도에서 얻을 수 있다.
다음은 듀얼 밴드 MTM 구조의 등가 회로 파라미터를 결정하는 예를 제공한다. 비슷한 기술은 세 개 이상의 밴드와 함께 매개 변수를 결정하는 데 사용할 수 있다. 듀얼 밴드 MTM에서, 두 밴드를 대표하는 신호 주파수 f1 및 f2는 2 개의 서로 다른 위상 값을 선택할 수 있다: f1에서 파이1 및 f2에서 파이2. 식 7 - 11을 사용하여 매개 변수 CR, LL, CL 및 LR의 값을 구할 수 있다:
Figure pct00013
Zt는 ZC CRLH , 기본 시스템의 특성 임피던스를 나타낸다. CRLH TL가 N 단위 셀, p의 기간을 가지고 1 = N X p이다. 1의 실제 길이를 가지고 신호 위상 값은 φ =- βl에 의해 정의된다. 따라서,
Figure pct00014
이는 다음을 표시한다.
Figure pct00015
i는 1 또는 2이다. 두 주파수에서 두 위상을 선택할수 있고 이는 다음과 같다.
Figure pct00016
따라서, 위에서 얻은 다섯 매개 변수는 공진 주파수와 위상 응답 곡선, 해당 대역폭, 입/출력 TL 임피던스 변화를 확인할 수 있다. 위의 이론은 칼로스와 이토의 "전자기 메타 재료 : 전송 라인 이론 및 마이크로 웨이브 응용,"존 와일리 & 손즈 (2006)에서 찾아볼수있다.
도 3은 각각 점선, 점선 - 점선과 실선으로 표시한 RH 위상 응답, LH 위상 응답과 CRLH 위상 응답 각각의 예를 보여준다. CRLH 위상 응답은 RH 구성 요소의 위상 응답의 조합으로 표현하고 LH 구성 요소의 위상 응답 표현가능하고 이는 식 7, 8, 9에서와 같다. CRLH TL 위상 응답은 높은 주파수에서 RH 위상 응답에 낮은 주파수에서 LH 위상 응답에 접근한다. 특히, CRLH 위상 응답 곡선은 제로에서 오프셋 주파수와 제로 단계 축을 교차하고 양 및 음 모두 무한대로 확장된다. 따라서 CRLH 위상 응답 곡선이 아닌 제로 주파수의 임의로 선택된 한쌍의 단계 중 원하는 한 쌍을 얻도록 설계할 수 있다. 매개 변수 CR, LL, CL 및 LR과 N의 값이 선택하고 원하는 위상 응답을 만들고 제어할 수 있다. 단위 셀, N의 숫자는 단순하고 부품 수를 감소를 위한 1, 2 또는 3과 같은 소수로 선택할 수 있다. 이러한 고정 N 값을 가지는 경우, 본래의 네개의 자유도 즉, CR, LL, CL 및 LR은 2로 줄어든다. 도 3ㅇ으 제1 주파수 f1이 0, 제2 주파수 f2가 -360인 CRLH 설계의 예를 보여준다.
CRLH 속성이 단일 밴드뿐만 아니라 멀티 밴드 안테나, 방향 커플러, 매칭 네트워크, 전력증폭기, 필터, 전원 결합기와 스플리터, 각종 RF 컴포넌트 및 통합 시스템을 제공하기 위해 활용할 수 있다. 전력증폭기 및 구성 요소 또는 이에 사용되는 회로의 일부 구현 예가 기존 예에 비교해 CRLH 구조에 따라 아래에 설명되어 있다.
도 4는 그림. 4 전력증폭기에 트랜지스터를 바이어스를위한 RF 신호 경로를 결합 한 종래의 단일 밴드 바이어스 회로의 예(400)를 보여준다. RF 통신 시스템에서 바이어스 회로는 일반적으로 전력증폭기의 성능을 저하시킬 수 있다. 바이어스 회로에 RF 신호 누출을 방지하기 위해 있는만큼 트랜지스터에 DC 전원을 제공하도록 설계되는 바이어스 회로가 포함되어 있다. 도 4는 3개의 RH TL, (404, 408, 412)가 각 TL의 한쪽 끝에서 방사상으로 연결되고 바이어스 라인(424)을 통해 RF 신호 경로(414)로 결합된다. 단일 밴드가 동작 주파수 f1으로 표시되고, 바이어스 전압 또는 전류가 RH TL(404)을 통해 공급되며, 두 개의 회로 블록(416, 420)을 통해 화살표로 표시되는 RF 신호 경로(414)가 표시된다. 회로 블록(416, 420)은 트랜지스터 및 기타 주변 기기의 RF 회로를 나타낸다. RH TL(408, 412)의 각각의 전기적 길이가 연결되어 f1의 4분의1 길이로 연결 단부(기초부 단부)에서 단락회로와 다른 단부(말단 단부)에서 개방회로를 만든다. 등가적으로, RH TL(408)의 f1에서 위상 φ1와 RH TL(412)의 f1에서 위상 φ2가 -90° X (2k +1) (여기서 k = 0, 1, 2, ...)가 되도록 선택될수있다. 단락지점과 개방지점의 위치는 도 4의 스미스 차트에 표시된다. 4. 이 예에서, RH TL(408)의 말단 단부는 접지에 단락되는 대신 개방된다. f1에서 1/4파장을 가짐으로써, 임피던스 변환부로서 RH TL(408)은 동작하고 말단 단부의 개방부로부터 기초부단부의 단락부까지 임피던스를 변경할 수 있다. 또한, f1에서 1/4파장을 가짐으로써, RH TL(412)은 바이어스 라인(424)을 통해 기초부 단부에서 단락부를 가지는 지점으로부터 트랜지스터에 결합되는 말단 단부에서 개방부를 가지는 지점까지 임피던스를 변경하는 임피던스 변환부 역할을 한다. f1에서 RF 신호에 대해 개방상태이기 때문에, RF 신호 경로(414)가 바이어스 라인(424)에 의해 영향을 받지 않는다. 이 구성은 1/4파장 RH TL의 사용을 기반으로 선택한 주파수의 홀수배 또는 단일주파수에서 동일한 동작을 허용한다. RH 위상의 선택은, 주파수에 선형 라인으로 제한되기 때문이다. 이는 식 8과 도 2에 도시된 바와 같다. 따라서, RH TLS를 기반으로 기존의 설계는 다중대역응용에 적합하지 않을 수 있는데, 이는 서로 배수가 아닐 수 있는 두개 이상의 임의의 주파수를 수반한다.
위의 예에서 1/4 파장 RH TL의 형태는 직선형으로 선택된다. 또 다른 일반적인 예에서, 1/4 파장 RH TL의 형태는 대역폭을 증가하는데 기여할 수있는, 방사상으로 선택할 수 있다. 그러나, 이러한 방사형 RH TL은 일반적으로 스텁(stub) 모양 RH TL 보다 면적을 차지한다.
도 5는 도 4의 종래의 단일 밴드 바이어스 회로를 사용하여 WiFi 애플리케이션에 대하여 2.4GHz와 5.8GHz의 두 주파수에 대해 스미스 차트 상에 임피던스 시물레이션한 결과를 도시한다. 결과는 종래의 단일 밴드 바이어스 방식에서 동시에 두 개 이상의 선택된 주파수에 대하여 바이어스 라인(424)에 개방 회로를 가지는 것이 부적당하다는 것을 나타낸다. 특히, 바이어스 라인은 관심대상의 주파수 (예 : 2.4GHz) 중 하나에서 개방 회로를 형성할 수 있지만, 다른 주파수에서 (예를 들어, 5.8GHz) 바이어스 라인이 도 5와 같이 스미스 차트의 다른 지점에서 있을 수 있는 임피던스를 제공하게 된다. 두 개의 임의의 주파수에 대응하는 두 임피던스를 조정하는 어려움은 종래의 RH TL의 사용에 의한 것일 수 있고, 이는 도 3 및 식 8에서 점선으로 표시된 실질적으로 선형인 위상 응답을 가진다.
다중대역 바이어스 회로는 종래의 단일 밴드 바이어스 회로와 연관된 결함의 일부를 극복하기 위해 MTM 구조를 기반으로 만들어질 수 있다. 도 6은 전력증폭기의 트랜지스터를 바이어스하기 위한 RF 신호 경로에 결합된 듀얼 밴드 바이어스 회로의 예(600)를 보여준다. 이 듀얼 - 밴드 바이어스 회로는 두개의 RH TL(604, 612)와 하나 CRLH TL(608)을 포함하고 이는 각 TL의 기초부 단부에 방사상 연결되고, 바이어스 라인(624)을 통해 RF 신호 경로(614)로 결합되어 있다. 이중 대역은 동작 주파수 f1 및 f2로 표시되고, 바이어스 전압 또는 전류가 RH TL(604)을 통해 공급되며, f1 및 f2의 RF 신호 경로(614)가 두 개의 회로 블록(616, 620)을 통해 화살표로 표시된다. 회로 블록(616, 620)은 트랜지스터와 다른 주변 회로를 나타낸다. 이 구성은 도 4의 종래의 단일 밴드 바이어스 회로에서와 같이 두 개의 1/4 파장 RH TL 대신에, 임피던스 변환 목적으로 하나의 CRLH TL(608) 및 하나의 RH TL (612)를 포함하고 있다. 도면의 스미스 차트를 참조하여 아래에 설명하는 바와 같이 CRLH TL(608)의 사용은 트랜지스터에 직류 전력의 흐름을 허용하면서 두 개의 서로 다른 RF 주파수 f1 및 f2에서 개방 바이어스 라인(624)을 허용한다. RH TL( 612)의 전기적 길이는 두 개의 주파수 f1 및 f2에서 임의의 위상 φ3 = X°및 φ4 = Y°를 각각 가지도록 선택될수 있고, 이들은 선형 관계에 있다. 즉,이 두 지점은 도 3에 표시된 점선과 같이 RH 위상 응답 라인에 한 쌍의 지점에 해당한다. RH 위상 응답의 선형으로 인해 위상( X°또는 Y°) 중 하나가 선택될 때, 다른쪽( Y°또는 X°)은 자동으로 고정된 f1 및 f2에 대하여 고정된다. CRLH TL(608)의 말단 단부가 개방일때 RH TL(612)의 말단 단부에 개방 회로를 가지기 위해서 위상 X°또는 Y°에 대응하는 임피던스 ZX와 ZY는 CRLH TL(608)에 의해 보상될 필요가 있다. 이것은 RH 위상 응답보다 CRLH 위상 응답을 결정하는 자유도가 더 크기 때문에 가능하다. CRLH TL(608)의 전기적 길이는 f1에서 φ1 = 360° - X° 및 f2 에서 φ2 = 360° - Y°를 가지도록 선택될 수 있고, CRLH TL(608)는 ZX/ZY 와 개방상태 사이에서 임피던스 변환부와 같이 동작한다. 이 두 지점은 도 3에 표시된 실선과 같이 CRLH 위상 응답 라인의 한 쌍의 지점에 해당한다. 개방 지점, ZX 지점과 ZY 지점의 위치는 도 6의 스미스 차트에 표시된다. 바이어스 라인(624)은 f1 및 f2를 가지는 RF 신호에 대하여 개방이기 때문에 RF 경로(614)는 영향을받지 않는다. 이 예에서는 전체 전기적 길이는 개방 지점에서 바이어스 라인(624)까지
(즉, CRLH TL(608)의 개방 단부에서 RH TL(612)의 개방 단부까지) 360°로 선택된다. 일반적으로 전체 전기적 길이는 개방부 대 개방부 임피던스 변환을 얻기 위하여 0°, 180°, 360° 또는 180°의 배수로 선택될 수 있다. 즉, f1에서 φ1 = k x 180° - X°이고 f2에서 φ2 = k x 180° - Y°이고 여기서 k = 0, ± 1, ± 2, ...이다.
도 6에 도시된 듀얼 밴드 MTM 바이어스 방식은 다중대역 MTM 바이어스 방식으로 확장될수 있고 이는 도 3의 점선과 같은 RH 위상 응답 라인에서 여러 주파수에 해당하는 RH TL(612)에 대해 여러 위상을 선택함으로써 될 수 있고, CRLH 위상을 선택하여 각각의 RH 위상을 보상함으로써 될 수 있다. 또한 이 구성은 CRLH TL(608)의 말단 단부가 개방 대신 단락되는 경우로 확장될 수 있다. 이 경우에는 CRLH TL(608)의 위상은 임피던스 변환부로 CRLH TL(608)이 작동하도록 ZX / ZY에 단락되도록 변경하여 선택될 수 있다. 이 예에서는 바이어스 라인(624)에 대한 단락지점으로부터의 전기적 길이 (즉, CRLH TL(608)의 단락 단부로부터 RH TL(612)의 개방 단부까지)가 f1에서 φ1 = k x 90°-X° 및 f2에서 φ2 = k x 90° - Y°이고 여기서 k = ± 1, ± 2, ... 이도록 선택될수 있다. CRLH 구조에 기반을 둔 유사한 설계 접근 방식은 3개이상의 대역 바이어스에 대하여 사용될수 있고 단락된 CRLH TL에 다중대역 MTM 바이어스 회로를 제공한다.
도 7은 도 6의 듀얼 밴드 바이어스 회로를 사용하여 2.4GHz와 5.8GHz 주파수에 대해 스미스 차트에 임피던스의 측정 결과를 도시한다. 이 예에서는 도1에 도시된 하나의 CRLH 단위 셀이 CRLH TL(608)을 구성하는 데 사용되고,
이 듀얼 밴드 응용에 대한 적절한 CRLH 위상 응답을 제공한다. 결과는 두 f1 = 2.4GHz 및 f2=5.8GHz 모두에 대하여 바이어스 라인에서 개방 회로가 얻어지는데 이는 CRLH TL을 사용한 설계 및 위상 유연성으로 인한 것이다.
다른 예에서는 CRLH TL을 기반으로하는 듀얼 밴드 바이어스 회로는 한 주파수 f1에서 개방 바이어스 라인을 가지고 다른 주파수 f2에서 단락 바이어스 라인 을 가지도록 구성할 수 있다. 한편, 두 번째 주파수 f2는 제2 이상의 고조파로 선택할 수 있다.
상술한 듀얼 밴드 바이어스 회로 설계의 예(600)에서, RH TL(612)과 CRLH TL(608)은 바이어스 라인에 단일 RF 신호 또는 이중 RF 신호를 차단하도록 구성되어 있다. 차단하는 대신, 특정 주파수를 가지는 신호는 원하는 경로를 통과하도록 선택될 수 있다. 이러한 주파수 선택부는 다른 주파수 f2를 가지는 다른 신호가 차단 또는 필터링되는 동안 한 주파수 f1을 가지는 신호 전송을 허용하는 CRLH 구조를 사용하여 구성될 수 있다. 주파수 선택부는 따라서 필터링 기능을 제공할 수 있고, 전형적으로 노치 필터에서 나타나고, 전력증폭기 또는 기타 통신 시스템을 위한 빌딩 블록으로 설계될 수 있다. CRLH 구조에 따라 주파수 선택부 중 몇 가지 예가 아래에 제공된다.
도 8은 분기 CRLH TL 구성을 가지는 주파수 선택기(800)의 예를 보여준다. 포트 P1은 RF 신호가 입력되는 입력 포트이며 포트 P2는 RF 신호가 출력되는 출력 포트이다. CRLH TL(804)의 한쪽 끝(말단 단부)은 포트 P3에 연결되고, 이는 단락되거나 개방되어 있다. CRLH TL(804)의 다른 쪽 끝(기초부 단부)이 분기 라인(808)을 통해 신호 경로 P1 - P2에 결합한다. 분기 라인(808)은 f1을 가지는 신호에 대하여 개방되고 f2를 가지는 신호에 대하여 단락되도록 제어될 수 있고 이는 CRLH 위상 응답에 따라 f1 및 f2를 가지는 신호에 적합한 위상을 가지도록 CRLH TL(804)을 구성하여 이루어질수 있다. 이 예에서는 CRLH TL(804)은 임피던스 변환부로 이용되고 이는 임피던스 Z3를 변환하여 (즉, 개방 또는 단락) 포트 P3에서 f1에 대하여 개방되고 분기 라인(808)에서 f2에 대하여 단락된다. 그 결과, f2로 신호가 분기 라인(808)과 출력 포트 P2에 도달에서 CRLH TL(804)를 통해 필터링하거나 제거하는 동안 P1 - P2의 경로를 통해 전송할 수 있다. 이론적으로, 임피던스 Z3는 포트 P3가 열려있는 경우 무한이며, 포트 P3가 단락 때 제로이다. 그러나, 실제로 이 명세서에서 용어 "개방"은 높은 임피던스를 표시하는 데 그리고 용어 "단락"은 낮은 임피던스를 표시하는 데 사용된다.
CRLH 위상 응답 곡선과 같이 CRLH TL(804)의 전기적 길이가 특정 주파수에서 특정 위상에 해당하게 설계될 수 있다. f1에 분기 라인(808)이 개방되고 f2에서 분기 라인(808)이 포트 P3가 개방될때 단락되도록 하기 위하여 위상 조합의 다양한 예를 사용할 수 있다. CRLH TL을 이용하여, f1에서 위상 φ1는
Figure pct00017
여기서 k=0, 1, 2, ... 이고 분리 라인(808)에서 개방 회로를 갖는다. 유사하게 f2에서 위상 φ2는
Figure pct00018
여기서 k=0, 1, 2, ... 이고 분리 라인(808)에서 단락 회로를 갖는다.
분기 라인(808)에서 f1일 때 개방회로 및 f2일 때 단락 회로를 가지고 있다. 접지 단락 분기 CRLH TL(804), 회로 또는 구성 요소를 갖는 경우에 대한, f1에서 위상 φ1는:
Figure pct00019
여기서 k = 0, 1, 2, ...이다. 마찬가지로, f2에서 위상 φ2는:
Figure pct00020
여기서 k = 0, 1, 2, ...이고, 분기 라인(808)에서 단락 회로를 가진다.
앞서 설명한 대로 분기 CRLH TL(804)을 사용하여 주파수 선택 방식에 따라 다양한 주파수 선택자가 CRLH 및 RH TL의 조합을 사용하는 구조를 구성할 수 있다. 또 다른 예는 주파수 선택 기능을 수행하기 위해, CRLH TL과 RH TL을 포함할 수 있지만 예를 들어, 주파수 선택은 두 CRLH TL의 조합을 포함할 수 있다. 도 9는 주파수의 예를 보여준다. 분기 CRLH TL(904)의 한쪽 끝(말단 단부)은 단락 또는 개방상태이고 포트 P3에 결합한다. 분기 CRLH TL(904)의 다른 쪽 끝(기초부 단부)는 분기 라인(908)을 통해 신호 경로 P1 - P2에 결합한다. 분기 라인(908)은 각각 f1에서 개방이고 f2에서 단락이고 f1 및 f2에 적합한 위상 φ1 및 φ2을 가진다. 직렬 CRLH TL(912)의 한쪽 끝은 입력 포트 P1에 결합하고 다른 쪽 끝은 분기 라인 (908)에 결합한다. 분기 CRLH TL(904)는 신호 경로 P1 - P2에서 디커플되며 따라서 직렬 CRLH TL(912)은 입력 및 출력 임피던스에서 정합되고, 예를 들어, 50Ω 가 f1에서 φ3일때 그러하다. f2 신호에 대하여 분기 라인(908)은 단락되고 임력 포트 P1은 최대 신호 반사를 가지도록 개방된다. f2에서 직렬 CRLH TL(912)의 φ4는 90° ± (k x 180°)로 선택될수 있고 여기서 k = 0, 1, 2, ...이고 단락에서 개방으로 임피던스를 변환한다. 또는 단락으로 입력 포트 P1를 설계하는 직렬 CRLH TL 912의 f2에서 φ4를 0으로 선택할 수 있다. 또한, CRLH TL(904)는 다르게 설계 수 있도록 신호 전송 및 반사를 조절하는 기본 어플리케이션에 적합한 다른 값을 가질 수 있다. 직렬 TL과 분기 TL을 사용하여 위의 예에서와 마찬가지로 단계를 조정할 수있는 유연성을 제공한다. 분기 TL은 개방되거나 특정 주파수로 신호를 차단하거나 전송하는 간단함을 제공하기 위해 유지된다.
한 구현 예에서는 도 9의 주파수 선택부(900)가 직렬 CRLH TL(912)가 위상 φ3=0°를 주파수 f1= 2.4 GHz에서 및 위상 φ4 = -90°를 주파수 f2 = 5.8GHz에서 그리고 분기 CRLH TL(904)은 φ1=0°를 주파수 f1= 2.4 GHz에서 그리고 위상 φ2 = -90°를 주파수 f2 = 5.8GHz에서 포트 P3가 개방일때 제공한다. 이러한 위상 응답은 한 CRLH 단위 셀에 대한 CL = 1.7pF, LL = 4.25nH, LR = 2.6nH 및 CR = 1pF의 등가 회로 파라미터 값을 가지고 CRLH 단위 셀과 분기 CRLH TL(904)과 함께 직렬 CRLH TL(912)을 설계하여 얻을 수 있다.
도 10은 주파수 선택부의 구현 예를 들어, 삽입 손실의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 따라서 이러한 결과는 주파수 선택부(900)을 통해 2.4GHz에서 신호는 통과 5.8GHz 주위에 신호가 차단되는 것을 나타낸다.
도 11은 주파수 선택부(1100)의 다른 예를 보여준다. 이 주파수 선택부는 직렬 RH TL(1112)과 분기 CRLH TL(1104)이 있다. 일반적으로, RH TL을 사용하여 한 주파수에서 위상의 제어를 하고, 두 번째 주파수에서 위상 때문에 RH 위상 응답의 선형성을 임의로 선택하지 않을 수 있다. 일반적으로, RH 위상 값이 아닌 DC 주파수에 대해 음의 값으로 제한된다.
주파수 선택부(1100)의 구성을 기반으로 한 구현 예에서 분기 열린 포트 P3의 경우에 대한 CRLH TL(1104)은 φ1 = 0°, f1 = 2.4GHz 및 φ2 = -90°, f2 = 5.8 GHz로 구성될수 있다.
도 12는 주파수 선택부(1100)의 위의 구현 예의 레이아웃(1200)을 보여준다.
검은 부분은 전도성 패치와 라인 사이에 형성된 절연 갭을 표시하고 레이아웃에서 흰 부분은 전도성 패치와 기판에 인쇄된 라인을 나타낸다. 단일 커패시터는 두 직렬 콘덴서 대신에 CL의 커패시턴스 값을 제공하는 데 사용할 수 있다. 같은 전체 전기적 길이를 가지고 하나의 마이크로 스트립을 사용할 수 있다. 또한, 일체형 인덕터 대신 인쇄 마이크로의 LL을 실현하는 데 사용할 수 있다.
도 13은 회답 손실 및 삽입 손실의 측정 결과이다. 삽입 손실은 5GHz 근처에 딥(dip)을 가지고 2.4GHz 주변에서 제로에 가깝다. 이것은 2.4GHz 주변 신호가 작은 신호 손실과 주파수 선택을 통해 전송되는 것을 나타낸다. 반면, 5GHz 주변 신호는 같은 주파수 선택을 통해 전송에서 차단된다. 시뮬레이션 및 측정 모두 반환 손실이 근처에 딥을 가지는 것을 나타낸다.
도 14는 주파수 선택부(1400)의 다른 예를 보여준다. 이 주파수 선택부(1400)은 직렬 CRLH TL(1412) 및 P3에서 개방 분기 RH TL(1404)이 포함되어 있다. φ1은 φ1=-90°-(k x 180°), 여기서 k = 1,2,3,...로부터 선택되고 φ2는 f2 = (n + 1) x f1 에서 φ2 = 2n x (-90°) (여기서 n = 1,2,3,...)로 된다. f1에서 φ3은 90°± (k x 180°)로부터 선택된다. 한편, 입력 포트 P1이 단락되면, 직렬 CRTL TL(1412)의 f1에서 φ3는 0°± (k x 180°) (여기서 k = 1,2,3,...)로부터 선택될수 있다.
도 15는 주파수 선택부(1500)의 다른 예를 보여준다. 이 주파수 선택부(1500)은 직렬 CRLH TL(1512) 및 접지 단락되는 분기 RH TL(1504)이 포함되어 있다. 임피던스를 변환하거나 유지하도록 포트를 통해 신호를 필터링하는 단락 분기 라인(1508)이 있다.φ1은 φ1 = -(k x 180°) 로부터 선택될수 있다. RH 위상은 주파수에 선형이기 때문에, 위상의 선택이 제한된다. 분기 RH TL(1504)의 f2의 위상 φ2는 φ2 = (2n - 1) x (-90°) , f2 = (n + 1) x - f1에서 선택할 수 있다 (여기서 n = 1, 2, 3, ...). 직렬 CRLH TL(1512)의 φ3은 다음과 같이 결정할 수 있다. 이 직렬 CRLH TL(1512)의 φ3 는 90°± (k x 180°)로부터 선택할수 있고, 여기서 k = 0, 1, 2, ...이다. 한편, 포트 P1이 단락인 경우 직렬 CRLH TL(1512)의 f1에서 φ3 는 0°± (k x 180°) 로부터 선택할 수 있다.
한 주파수 f1 접속과 신호 경로를 통해 P1 - P2를 전달하는 허용되는 두 개의 서로 다른 주파수 f1 접속과 같은 f2에서 단계를 제공하도록 설계되었다. 분기 CRLH TL(804)를 가진 주파수 동안 다른 주파수 다른 신호 f2가 차단된다. 그것은 다른 두 주파수를 가진 신호가 차단되는 동안 한 주파수와 신호 경로 P1 - P2로 통과 허용되는 그러한 세 가지 주파수에서 단계를 제공하는 분기 CRLH TL을 설계하는 것이 가능하다. 도 16은 경로 P1 - P2를 통해 주파수 f2와 신호를 전달하고 주파수 f1 접속 및 주파수 f3있는 신호로 신호를 필터링하는 주파수 선택부(1600)의 예를 보여준다. CRLH TL(1604)의 한쪽 끝(말단 단부)은 단락 또는 개방일 수 있다. CRLH TL(1604)의 다른 쪽 끝(기초부 단부)은 분기 라인(1608)을 통해 신호 경로 P1 - P2에 결합된다. 분기 라인(1608)은 함께 신호 열로 제어할 수 있다. CRLH 위상 응답에 따라 신호에 적합한 위상을 가질 CRLH TL(1604)을 구성한다. 이 예에서는 CRLH TL(1604)은 분기 라인(1608)에서 임피던스 변환부로 활용된다. 이론적으로, 임피던스 Z3는 포트 P3가 열려있는 경우 무한이며, 포트 P3가 단락 때 제로이다. 그러나, 실제로 본 명세서에서 용어는 "개방"은 높은 임피던스 그리고 "단락"은 낮은 임피던스를 표시하는 데 사용된다.
도 3의 CRLH 위상 응답 곡선과 같이 CRLH TL(1604)의 전기적 길이가 특정 주파수에서 특정 위상에 해당하게 설계할 수 있다. 포트 P3가 개방인 경우 f2에서 열린 분기 라인(1608)에 대하여 f2에서 다음과 같이 구성할 수 있다 φ2 = 0° ± (k x 180°) 여기서 k = 0, 1, 2 , ..., 위상 φ3 = 90°± (k x 180°) 여기서 k = 0, 1, 2, .... f2에서 위상 Φ2는 φ2 = 90° ± (k x 180°) 여기서 k = 0, 1, 2, .... 여기서 식 18과 같이 분기 라인(1608)에서 개방 회로를 가지고 있다. 마찬가지로, f1에서 위상 φ1과 f3의 위상 φ3은 φ1, φ3 = 0° ± (k x 180°), k = 0, 1, 2, ..., 여기서 식 19와 같이 분기 라인(1608)에서 단락 회로를 가지고 있다.
802.11b, g와 n과 같은 일부 무선랜 응용에서는, 1880 - 1900MHz (이하 1.9GHz 대역으로 함)까지 제거하는 것이 바람직하다. 기존 디플렉서는 일반적으로 한 분기에서 고역 패스 필터 (HPF) 및 다른 분기에서 저역 패스 필터 (LPF)를 사용한다. 현재 경우에, 통과하는 데 필요한 밴드는 2.4GHz 대역이며 차단해야 할 밴드는 1.9GHz 대역과 5GHz 대역이다. 따라서, 종래의 디플렉서는 HPF와 LPF의 단순한 조합이고 필터링과 같은 복잡한 처리에 적합하지 않을 수 있다.
도 17은 주파수 선택부(1600)의 구현 예(1700)의 레이아웃을 보여준다. 포트 P3가 열려되는 16. 이 구현 예(1700)는 1.9GHz 대역과 5GHz 대역을 제거하고, 2.4GHz 대역을 전달하도록 설계되었다. 이 예에서는 두 개의 일체형 콘덴서가, 두개의 2CL은 하나의 CL을 제공하기 위해 직렬로 연결되어 있다. 사용되는 기판은 10 mils의 두께 FR4이다.
도 18은 CRLH TL(1704)의 위상 응답 곡선이다. 이 구현 예(1700)에서 개방 포트 P3와 분기 CRLH TL(1704)은 개략적으로 φ1 = 90°가 f1 = 1.9GHz에서, φ2 = 0°가 f2 = 2.4GHz에서, 그리고 φ3 = -90°가 f3 = 5GHz에서 제공된다.
도 19는 회답 손실 및 삽입 손실의 시뮬레이션 결과이다. 이는 주파수 1.9GHz 및 5GHz 주변의 신호를 필터링하여 배제하고 2.4GHz 주변의 신호를 전달하는 것을 나타낸다.
도 11을 다시 참조하면, 직렬 RH TL(1112)은 개방 회로가 최대 신호 반사를 얻기 위한 특정 응용에 대한 RH 위상을 제어하는 선택부(1100)가 사용된다. 유사한 구성은 그림과 같이 CRLH TL 설계를 통합하여 세 가지 다른 주파수의 세 위상을 조절하도록 확장할 수 있다. CRLH TL(2004)의 한쪽 끝(말단 단부)은 단락 또는 개방 상태이다. CRLH TL(2004)의 다른 쪽 끝(기초부 단부)은 분기 라인(2008) 신호 경로 P1 - P2에 결합한다. 분기 라인(2008)을 기반으로 신호에 적합한 위상을 가질 CRLH TL(1604)을 구성하여 신호를 조절할 수 있다. 포트 P3가 열려있는 경우 f에서 위상 φ1은 φ1 = 0° ± (k x 180°) 여기서 k = 0, 1, 2, ... 마찬가지로, 위상 φ2 및 φ3은 φ2,φ3 = 90° ± (k x 180°) k = 0, 1, 2, .... 포트 P3가 단락인 경우, φ1 = 90° ± (k x 180°) 여기서 k = 0, 1, 2, ..., 마찬가지로, 위상 φ2와 위상 φ3는 φ2, φ3 = 0° ± (k x 180°), 여기서 k = 0, 1, 2, .... 직렬 RH TL(2012)에서 위상 φ5는 0°- (k x 180°)로 선택될수 있고, 여기서 k = 1, 2, ..., 이다.
지금까지 설명한 바와 같이, 등가 회로 파라미터가 위상 및 주파수를 표시하는 CRLH 위상 응답 곡선에 적합하도록 조절되고 있다. 두 개 또는 세 주파수 대역의 신호 전달과 차단은 따라서 선택 단계에서 설계하고 있다. CRLH 위상 응답 곡선의 피팅 포인트의 가능한 수는 설계 매개 변수의 자유도에 따라 달라진다. 일반적으로, 설계 유연성과 피팅 포인트의 숫자는 매개 변수 증가에 의해 증가한다. 한 CRLH 단위 셀를 사용, 예를 들어, 네 개의 매개 변수가 있지만, 기타 조건 조정 등으로 매개 변수의 수를 줄일 수 있다. 더 많은 매개 변수를 가지는 CRLH 단위 셀의 다른 유형의 사용은 설계 유연성 및 CRLH 위상 응답 곡선의 적절성에 관한 솔루션이다. 그 결과, 다중 대역을 통과하고 차단 할 수있는 필터 장치를 설계하고 구현할 수 있다.
도 21은 확장 - CRLH (E - CRLH) 단위 셀(2100)을 보여준다. E - CRLH 단위 셀(2100)은 기간 p에서 종래 CRLH(C - CRLH) 단위 셀와 듀얼 CRLH(D - CRLH) 셀의 조합으로 정의된다. C - CRLH 직렬 부분(2104)은 RH 직렬 인덕터 LCR 및 직렬 결합 아르 LH 직렬 캐패시터 CCL을 가지고 있으며, C - CRLH 분기 부분(2108)은 RH 분기 커패시터 CCR과 LH 분기 인덕터 LCL을 가지며, D - CRLH 직렬 부분(2112)은 RH 직렬 인덕터 LdR 및 LH 직렬 캐패시터 CDL을 가지고, D - CRLH 분기 부분(2116)은 RH 분기 커패시터 CDR과 결합과 LH 분기 인덕터 LDL을 가진다. 조건 또는 기타 사정에 따라 매개 변수의 감소와 함께, E - CRLH 단위 셀(2100)은 더 많은 조정가능한 매개 변수를 제공한다.
도 22는 주파수 선택기의 삽입 손실 시뮬레이션 결과이다. E - CRLH 등가 매개 변수는 910MHz, 2.06GHz, 3.69GHz와 6.23GHz에서 삽입 손실의 네 개의 노치를 제공하기 위해 조절된다. E - CRLH 단위 셀에 기한 주파수 선택부는 따라서 다중 노치 필터라고 칭할 수 있다.
주파수 선택부 (단일 노치 또는 다중 노치) 및 고역 패스 필터, 저역 패스 필터, 대역 통과 필터, 대역 정지 필터 또는 기타 다른 필터, 복잡한 필터링 기능을 결합함으로써, 종래의 필터를 사용하여 달성하지 못하는 기능을 제공할 수 있다. CRLH 구조 고유의 위상 선택의 유연성을 바탕으로, 통합 필터는 바람직한 차단 및 기본 응용에 따라 주파수 대역의 전달을 제공할 수 있다. 본 명세서에서 설명하는 예의 주파수 선택부는 2 포트 장치이며, 따라서 서로 다른 주파수로 신호를 차단하고 다른 시간 간격에서 발생 전달 있도록 다양한 시간 간격으로 순차적으로받을 때 사용하는 애플리케이션에 적합하다. 다른 주파수로 신호를 동시에 수신하는 시스템에서, 여러 개의 주파수 선택에 대해 여러 개의 지점을 가지고 효과적으로 기능할 수 있다. 어느 한 가지과 다른 지점에 고역 패스 필터 (HPF)에서 주파수 선택을 결합하는 것은, 예를 들어, 종래의 디플렉서보다 나은 성능을 가진 디플렉서 기능을 제공할 수 있다. 또한, 여러 가지 주파수 선택부가 멀티플렉서 기능을 제공, 주파수의 배수 성분를 통과하고 차단시키기 위해 구성될 수도 있다.
도 23은 다중 대역 주파수 선택부(2300)을 도시한다. 다중 대역 주파수 선택부(2300)은 신호를 n 포트에서 한 포트에 한 포트에서 n 포트에 양방향의 전송 허용하는 (n +1) 포트 양방향 장치이다. 각 지점에는 참조에 설명된 주파수 선택부와 같은 주파수 선택부를 포함한다. 80-20. 고역 패스 필터, 저역 패스 필터, 대역 통과 필터, 대역 정지 필터 또는 필터의 또 다른 형식으로 종래의 필터는 하나 이상의 지점에 사용할 수 있다. 또한, E - CRLH 구조를 기반으로 다중 노치 필터로 복잡한 필터링 기능을 지원하는 주파수 선택부를 하나 이상의 지점에 사용할 수 있다.
도 24는 다중 밴드 주파수 선택부(2400)를 도시하고, 여기서 두개의 분기 요소가 각각의 분기에 결합되는데 이는 Y1, Y2, ... Yn 및 Y1a, Y2a, ... Yna로 표시된다. 예를 들어, 첫 번째 분기 요소는 제1 지점에서 제1주파수일때 신호를 제거하고 두번째 분기요소는 제2 주파수일때 신호를 제거하도록 하여 분기는 세개의 다른 주파수가 입력되는 신호의 경우 제3 주파수에서는 신호를 통과시킨다. 또 다른 예에서, 첫 번째 분기 요소는 첫 번째 주파수에서 신호를 제거하고 두 번째 분기 요소는 두 번째 주파수로 신호가 있을 때 고조파를 제거하여 두 번째 주파수에서 신호가 고조파 없이 전달된다. 응용예를 확장하려면, 세 개 이상의 분기 요소는 한 지점으로 결합 수 있다. 또는 분기마다 분기 요소의 숫자는 지점에서 지점에 따라 다를 수 있다. 마찬가지로, 지점마다 직렬 요소의 수가 두 개 이상있을 수 있으며, 지점에서 지점에 따라 다를 수 있다. 주파수 선택부의 설계에서, 직렬 및 분기 요소의 각각은 RH 구조 CRLH 구조를 가지고 선택할 수 있다.
도 25는 디플렉서(2500)의 구현 예의 레이아웃을 보여준다. 이 구현은 주파수 선택부(2504)와 HPF(2508)의 조합에 따라 디플렉서 기능을 제공하기 위해 고안된다. 도 17의 더블 - 노치 주파수 선택부(1700)와 유사하게, 주파수 선택부(2504)는 2.4GHz 대역을 통과하고 1.9GHz와 5GHz 대역을 필터링하도록 설계된다. 사소한 설계 변경은 도 17의 레이아웃과 비교하여 최적화를 위해 만들어진다. 도 17의 2개의 커패시터 대신에 RH TL(2502)는 하나의 캐패시터를 가진다. 이는 대칭형태의 단위셀을 제공하고, RH TL (1712)와 다른 최적화된 LL 값를 얻기위한 형태를 가진다. 도 25의 디플렉서(2500)은 기존 디플렉서과 유사한 3 포트 장치이다. 안테나 또는 다른 장치가 포트에 연결될 수 있다. 디플렉서(2500)의 포트 P2는 주파수 선택부(2504)에 결합한다. 포트 P3는 HPF(2508)과 연결되고 2.4GHz 대역을 필터링하고 5GHz 밴드를 통과시키도록 세개의 캐패시터와 세개의 마이크로 스트립(2510)을 가진다. 일례에서 디플렉서 2500는 10mm X 10mm의 전체 면적을 가지고 있다. 몇 가지 구현 예에서 디플렉서(2500)는 설계 유연성을 가질수 있다. 마찬가지로 도 25에서 이 예는 세 개의 마이크로 스트립(2510)과 HPF(2508)을 가진다. 긴 L - 형태의 마이크로 스트립이 예에서 2.4GHz HPF, 즉 HPF가 필터링하는 주파수와 연관된 위상을 회전하도록 HPF(2508)의 입력에 배치된다. 따라서, HPF( 2508)은 개방 회로를 가지고 포트 P1에서 2.4GHz 주변의 신호가 분기 P1 - P3로 들어가는 것을 방지한다.
도 26은 삽입 손실 P2 - P1, 삽입 손실 P3 - P1 의 결과를 도 25의 디플렉서 (2500)에 대하여 절연 P3 - P2와 함께 보여준다. 25. 5GHz 주변의 삽입 손실 P3 - P1은 제로에 가까우며 삽입 손실 P2 - P1는 - 2OdB에 가깝다. 마찬가지로 2.4GHz에서 삽입 손실 P2 - P1은 제로에 가까우며 삽입 손실 P3 - P1은 2.4GHz 대역의 신호를 선택적으로 주파수 선택부(2504)를 통해 포트 P2에 선택 2504를 전송하고는 것을 나타내고 - 35dB에 가깝다. 1.9GHz에서 삽입 손실 P2 - P1과 P3 - P4는 매우 낮고, 1.9 대역의 신호가 주파수 선택부(2504)와 HPF(2508) 모두에 의해 거부되고 있음을 나타낸다.
주파수 선택부의 예는 수동적으로 고려될수있는데 왜냐하면 주파수 선택이 이러한 다이오드 또는 스위치와 같은 능동 성분에 의해 제어되지 않고 적절한 위상을 제공하는 RH 및 / 또는 CRLH TL 설계사항에 따라 결정되기 때문이다. 다른 예에서, 수동 주파수 선택부의 조합, RH 및 CRLH TLS의 조합과 CRLH TLS의 조합이 단일 주파수 또는 여러 주파수 선택을 위한 제어하는 구조가 있을 수 있다. 이러한 주파수 선택부를 본 명세서에서는 능동 주파수 선택부라고 한다.
도 27a - 27c에서 선택부(2700)은 병렬로 연결된 두 개의 수동 주파수 선택부(2704, 2708)를 사용하여 능동 주파수 선택부의 예를 보여준다. 능동 주파수 선택부(2700)는 하나의 입력 포트와 하나의 출력 포트 P2를 가지고 있으며, 주파수는 다른 시간 간격으로 동시에 또는 순차적으로 공급될 수 있다. 수동 주파수 선택부, CRLH 기반의 기존 구조, 또는 이 둘의 조합일 수 있다. 주파수 선택부는 두 개의 서로 다른 주파수 f1 및 f2가 입력 포트에 동시에 공급되고 능동 구성 요소에 의해 제어될 수 있기 때문에 주파수 선택이 동시 신호 입력에 사용할 수 있다. 현재 예에서는 주파수 선택부 (2704)가 f1을 선택하고 f2를 차단한다. 주파수 선택부(2708)은 f2를 선택하고 f1을 차단한다. 도 27a에서 주파수 선택부(2704)는 온이고 다른 주파수 선택부(2708)는 오프이다. 능동 주파수 선택부(2700)이 이 상태에있는 동안, f1에서만 신호는 통과할 수 있다. 도 27b에서, 주파수 선택부 (2708)이 온 상태인 동안 주파수 선택부(2704)는 오프이다. 능동 주파수 선택부(2700)이 이 상태에있는 동안 f2에서만 신호는 통과할 수 있다. 도 27c에서, 주파수 선택부(2704)와 다른 주파수 선택부(2708)은 모두 온 상태이다. 능동 주파수 선택부(2700)이 이 상태에있는 동안, f1과 f2에서 신호는 모두 시스템을 통과 수 있다.
도 28은 능동 주파수 선택부(2800)의 예를 보여준다. 이 예에서는 두 개의 서로 다른 주파수 f1 및 f2가 서로 다른 시간 간격으로 동시에 또는 순차적으로 포트 P1에 공급된다. 다이오드 1(2816)은 온으로되어 있고, 다이오드 2(2818)는 오프일 때, CRLH TL(2804)는 경로 P1 - P2에 연결되어 f1은 통과하고 f2는 차단된다. 다이오드 1(2816)이 오프이고 다이오드 2(2818)가 온이면, CRLH TL(2808)은 P1 - P2에 연결되어 f2는 통과하고 f1은 차단된다. 이 TL은 또한 예를 들어 다른 회로 기능, 임피던스 매칭 네트워크를 통합하는 데 사용할 수 있다.
도 29는 능동 주파수 선택부(2900)의 다른 예를 보여준다. 이 예에서는 CRLH TL(2904, 2908)은 각각 다이오드 1(2916)과 다이오드 2(2918)를 통해 오픈 분기 구성의 경로 P1 - P2에 결합하고 있으며, 효과적으로 고조파 제거를위한 적극적인 고조파 트랩으로 사용한다. 이 TL(2920)은 기본 응용에 따라 위상 및 주파수 선택의 유연성을 가지고 종래의 마이크로 또는 CRLH 구조 등 RH 구조를 사용하여 설계할 수 있다.
전력증폭기의 설계의 주요 목표 중 하나는 높은 선형성 및 / 또는 높은 효율성을 취득하는 것이다. 출력 매칭 네트워크 (OMN)가 일반적으로 부하로 트랜지스터의 출력 전력 전송을 극대화하는만큼 출력 부하 트랜지스터의 출력 임피던스를 일치하도록 설계된 종래의 단일 밴드 전력증폭기에 사용하면. 따라서 OMN는 선형성 및 효율성을 향상시키기 위해 맞춤 수 있다. 마찬가지로, 입력 매칭 네트워크 (IMN)은 입력 부하로 트랜지스터의 입력 임피던스와 일치하도록 설계 수 있다. 따라서, 종래의 단일 밴드 전력증폭기, IMN 및 OMN의 단일 밴드를 통해 전력증폭기의 효율과 선형 최적화를위한 활용 수 있다. 그러나, 다중대역 작업을 위해 다른 회로 요소 추가, 설계 또는 여러 주파수 대역을 통해 효율성, 선형성 및 기타 고려 사항을 충족하기 위해 최적화해야 할 수 있다.
도 30은 여러 주파수 대역에 대한 첫 번째 전력 증폭 시스템 3000의 블록 다이어그램을 보여준다. 이 전력 증폭 시스템(3000)의 다중대역의 전력증폭기의 예를 나타낸다. 첫 번째 시스템(3000)은 개별적으로 여러 주파수 대역을 처리하기위한 여러 개의 입력 포트와 여러 개의 출력 포트를 가지고 있으며, 다른 주파수, 출력 측에 모듈 2(3012)을 선택 다중대역 바이어스 회로(3004), 입력 측에 모듈 1(3008)을 선택 주파수를 포함하고 IMN (FI), IMN (f2), ..., 각각의 주파수 대역, OMN (FI), OMN (f2)를 포함하고 OMN(3020)에 대해 일치하는 입력 임피던스에 대한 IMN (FN)를 포함하고 IMN(3016) ... OMN ( FN) 출력 해당 주파수 대역에 대한 매칭 임피던스, 그리고 다중대역 바이어스 회로(3004)에서 바이어스 신호를 수신하고 모듈 1(3008) 및 주파수 선택 모듈이(3012)을 선택한 주파수에 결합되는 트랜지스터( 3024)를 가진다. 트랜지스터(3024)는 여러 주파수 대역에 대해 실행할 수 있는 다중대역 트랜지스터이며 주파수 범위와 기본 다중대역 응용에 대한 고려 전력 레벨을 처리하기위한 여러 기본적인 트랜지스터를 포함할 수 있다. 다중대역 바이어스 회로(3004)는 트랜지스터(3004)의 다른 터미널을 바이어스에 대해 여러 개의 기본적인 바이어스 회로를 포함할 수 있다. 일반적으로 드레인 바이어스 및 게이트 바이어스는 트랜지스터의 금속 - 산화물 - 반도체 전계 효과 트랜지스터 (MOSFET) 유형에 대한 필요, 컬렉터 바이어스 및 기본 바이어스는 트랜지스터 또는 헤테로 접합의 바이폴라 접합 트랜지스터 (BJT) (BJT)를 입력에 필요한 바이폴라 트랜지스터 (HBT). 일반적으로 바이어스 회로는 바이어스 회로가되는 전력증폭기의 효율과 선형이 저하될 수있는 바이어스 회로에 RF 신호 누출을 방지하기 때문에 같은 RF 신호에 투명하면서 DC 전원을 제공하도록 설계되었다. 두 개 이상의 주파수 대역에 대한 유사한 작업을 수행하려면, 다중대역 바이어스 회로(3004)은 도 6과 같이 다중대역 바이어스 회로를 포함할 수 있다.
다른 주파수 f1, f2, ..., fn을 가지는 서로 다른 신호가 동시에 입력된 경우, 주파수 선택 모듈 1(3008)이 한 주파수를 가지는 신호를 선택한다. 주파수 선택 모듈 1의 하나의 역할은 트랜지스터(3024)에 지정된 시간 간격으로 한 주파수를 가지는 신호를 보내는 것이다. 두 개의 다른 주파수로 신호가 트랜지스터로 동시에 전송하는 경우 일반적으로, 몇 가지 내부변조는 출력될 수 있다. 이러한 변조가 가져오는 해로운 효과의 결과로, 입력 및 트랜지스터의 출력 사이의 비 - 선형에서 발생한다. 따라서 트랜지스터(3024)과 관련된 변조는 주파수 선택 모듈 1 (3008)의 사용에 의해 피할 수 있다.
도 31은 여러 주파수 대역에 대한 두 번째 전력 증폭 시스템(3100)의 블록 다이어그램을 보여준다. 두 번째 시스템(3100)는 하나의 입력 포트와 하나의 채널에 여러 주파수 대역을 처리하기위한 하나의 출력 포트를 가지고 있으며, 다중대역 바이어스 회로(3104), 주파수 선택 모듈 1(3108)을 포함한다. 트랜지스터(3124)의 각 단일 밴드 트랜지스터이며 주파수 범위 및 기본 응용을위한 고려 전력 레벨을 처리하기위한 여러 기본적인 트랜지스터를 포함할 수 있다. 다중대역 바이어스 회로(3104)는 여러 트랜지스터와 트랜지스터(3104) 각각의 서로 다른 단말기를 바이어스에 대해 여러 개의 기본적인 바이어스 회로를 포함할 수 있다. 다중대역 바이어스 회로(3104)는 도 6과 같은 다중대역 바이어스 회로를 포함할 수 있다.
도 32는 첫 번째 전력 증폭 시스템(3000)을 기반으로하는 듀얼 밴드 전력증폭기(3200)의 예를 보여준다. 첫 번째와 두 번째 주파수 모듈을위한 능동 및 수동 주파수 선택기를 사용한다. 주파수 f1 및 f2는 듀얼 신호를 각각 입력 포트 P1 및 P2 다른 시간 간격으로 동시에 또는 순차적으로 공급할 수 있다.
도 33은 첫 번째 전력 증폭 시스템(3000)을 기반으로하는 듀얼 밴드 전력증폭기(3300)의 또 다른 예를 보여준다. 이 듀얼 밴드 전력증폭기(3300)는 두 개의 입력 포트 P1 및 P2 두 출력 포트의 P3와 P4를 가지고 있다.
앞서 언급했듯이, 일반적으로 전력증폭기의 다양한 사양을 충족하고 통신 시스템에 충분한 성능 수준을 달성하기 위해 높은 선형성 및 / 또는 효율성을 가지는 것이 좋다. 모바일 (GSM) 통신을위한 글로벌 시스템으로 시스템에서 전력증폭기는 높은 효율을 가지고 선호하지만, 일정한 신호 안에 사용되기 때문에 선형성 고려가 덜 엄격할 수 있다. 이러한 코드 분할 - 다중 접속 (CDMA) 시스템이 아닌 신호를 사용하고 있다. 도 35는 예로 MESFET의 IV 특성을 보여준다. MESFET는 Vgs = 0에서 최대 전류를 가지고 음의 게이트 - 투 - 소스 전압 Vgs에 의해 구동된다. Vgs는 Vgs = VP, 드레인 - 소스 전류를 핀치 - 오프까지 저하시킨다. Vgs = VP 라인 아래가 컷 - 오프 지역이다. 클래스 - A 전력증폭기는 높은 Vgs의 값을 가진다. 이것은 높은 출력 전력 및 따라서 높은 선형성이 있다. 그러나, 클래스 - A 동작은 장기 전력 손실로 인해 낮은 효율성의 결과로, 클래스 - A 전력증폭기는 선형 증폭기로 간주되지만 일반적으로 낮은 효율 등급이다. 클래스 C는 특수 애플 리케이션을위한 핀치 - 오프 아래의 매우 낮은 Vgs 값이 운영되고 있다. 클래스 B, 클래스 E, 클래스 - F 는 전력 손실을 줄일 수 있도록 ON / OFF 제어를 제공할 수있고 효율성이 높다. 전력증폭기의 바이어스 지점을 변경하여 클래스 AB 및 클래스 - F, 와 같이 증폭기가 두 가지 모드에서 작동하도록 설계 수 있다. 적당한 효율성과 선형성 모두가 선호하는 응용에서, 클래스 - AB 전력증폭기를 선택할 수 있다. 클래스 - J 에서는, 두 번째 및 세 번째 고조파 모두 단락 할 수 있다. 이것은 클래스 J 전력증폭기의 선형을 향상시킬 사인 파형을 가진다.
본 명세서에서 이하의 전력증폭기 아키텍처는 클래스 - J 전력증폭기를 기반으로한다. CRLH 구조를 사용하면 회로의 크기 감소와 결과적으로 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 36a - 36c는 전력증폭기의 고조파를 제거하기위한 세 가지 구성의 개략도 다이어그램을 보여준다.
도 37은 MTM 고조파 트랩(3620) 이 있는 클래스 J MTM 전력증폭기의 구현 예의 레이아웃(3700)을 보여준다. 도 37이 전력증폭기의 간략한 구조를 실현하는 데 사용되는 추가적인 개별 구성 요소를 보여준다. MESFET(3704)의 게이트는 두 개의 커패시터, 저항 및 RF 초크를 포함하는 게이트 바이어스 회로(3708)에 의해 바이어스된다. 이 매개 변수 값은 참조로 설명하는 고조파 트랩에 대한 CRLH 설계 방식을 사용하여 두 번째 및 세 번째 고조파를 제거하고 기본 주파수로 신호를 전달하는 고조파 트랩 기능을 제공하기 위해 조작하고 있다.
도 38은 Pin의 함수로 PAE 및 Pout의 측정 결과를 보여준다.
도 39는 클래스 J MTM 전력증폭기(3900) 구현 예의 레이아웃을 보여준다. pHEMT 3904의 베이스가 콘덴서와 저항을 포함하는 바이어스 회로(3908)에 의해 바이어스된다. pHEMT(3904)의 컬렉터는 캐패시터를 포함하는 컬렉터 바이어스 회로 (3912)에 의해 바이어스된다. 이러한 바이어스 회로는 종래의 단일 밴드 바이어스 구조로 그림과 같이 CRLH 구조에 따라 바이어스 회로(600)을 기반으로 설계되었다.
도 42는 도 39의 클래스 J MTM 전력증폭기의 구현 예(3900)에 대하여 PAE 대 Pin의 측정 결과이다. 그림은 - 2dBm의 Pin 값에서 3 % 정도의 EVM 값을 가지고 PAE 측정치가 약 30 %임을 나타낸다. 측정된 피크 효율은 7dBm Pin 값에서 약 60 %이다.
도 43은 도 39의 드라이버 전력증폭기가 구비된 클래스 J MTM 전력증폭기(3900)의 MMIC 구현에 대한 주파수 대 PAE 시뮬레이션 결과이다. OFDM 신호가 시뮬레이션에 사용되고 EVM은 약 3 %이다. 그림은 좋은 효율성의 클래스 J MTM 전력증폭기 설계를 사용하여 최소한 1.7GHz에서 2.7 GHz까지의 광대역을 통해 얻을 수 있음을 나타낸다.
위상 왜곡이 내재적 비선형 때문에 트랜지스터의 출력에서 발생할 수 있다. 추가 회로 또는 구성 요소가 위상 왜곡을 최소화하기 위해 전력증폭기에 포함될 수 있다. 도 44는 내부의 가변전압 다이오드와 CRLH TL(4404)을 사용하여 구조 다이어그램을 보여준다. CRLH TL(4404)이 실시예에서는 트랜지스터(4408)의 입력쪽에 위치해 있다. CRLH TL(4404)의 확대도는 CRLH 단위 셀의 사용을 보여주는 점선 상자로 표시된다. CRLH TL(4404)은 RH 매개 변수 CR과 LR을 제공하기 위해 두 개의 RH/2 TL을 포함하지만, 개별 요소를 대신 사용할 수 있다. CRLH 단위 셀의 다른 유형은 개별 요소, 분산 요소 또는 두 가지 모두의 조합과 함께 사용할 수 있다. CRLH TL(4404)은 캐패시터 대신에 가변 용량 다이오드(4420)를 포함하여 조정가능한 CL을 제공한다. OMN(4412) 다음에, 출력 전력 및/또는 관련 신호는 이 예에서 검출기(4416)에 의해 검출된다. 피드백 루프가 검출기(4416)로부터 제공되어 CRLH TL( 4404) 내부의 가변 용량 다이오드(4420)를 제어한다. 검출기(4416)에 의한 검출 전원 및/또는 관련된 신호에 따라, 가변 용량 다이오드(4420)의 커패시턴스 값은 변화되어 CRLH TL(4404)의 위상 및 입력 위상이 조정된다. LR, CR 및 LL 같은 다른 CRLH 매개 변수는, 일정하게 유지되거나 또는 최적화를 위하여 변화될 수 있다. 주파수에 음이고 선형인 RH 위상 응답과는 달리, CRLH 위상 응답은 주파수에 대하여 양 또는 음이고 비선형이다. 따라서, 임의의 위상 왜곡은 전력증폭기의 입력 측면에서 가변 용량 다이오드(4420)을 가진 CRLH TL(4404)을 사용하여 조정할 수 있다.
또 다른 예에서, IMN은 CRLH에 통합될 수 있다. 따라서 입력 임피던스 정합 및 위상 왜곡 최소화를 모두 수행할 수 있다. 통합은 도 36c 및 39에서 설명한 OMN 통합 MTM 주파수 선택부와 유사한 방식으로 실현될 수 있다.
위에서 설명한 MTM 전력증폭기 실시예도 64 QAM OFDM 802.11 b, g와 같은 WLAN 애플리케이션에 최적화할 수 있다. 두 가지의 클래스 J MTM 전력증폭기 구현은 최적의 한 주파수, 예를 들어, 2.4GHz에서 동작하도록 설계되었다. 그것은 다른 선택 주파수에서 그들을 설계하고, 따라서, WCDMA, LTE, WLAN 802.11x, GSM, 기타와 같은 애플리케이션을 위한 이러한 MTM 전력증폭기에 적합할 수 있게 만들 수 있다.
본 명세서는 많은 구체예를 포함하고 있지만, 발명의 범위에 대한 제한으로 해석되어서는 안되고, 오히려 본 발명의 특정 실시예의 특정 기능에 대한 설명으로 해석되어야 한다. 별도의 실시예의 문맥에서 본 명세서 중에 설명하는 특정 기능은 하나의 실시예에 함께 구현할 수 있다. 반대로, 하나의 실시예의 맥락에서 설명하는 다양한 기능도 별도로 또는 적절한 부조합에 여러 실시예에서 구현할 수 있다. 위에서 특징들이 특정 조합 또는 처음 기재된 것이라도 조합 또는 부조합 또는 부조합의 변형으로서 실시될 수 있다.
이상에서 일부의 실시예 만이 개시되었다. 변형들 및 개량점 및 다른 실시예들이 위에서 기재되고 도시된 바에 기하여 만들어질 수 있다.

Claims (76)

  1. 복수의 주파수 대역에서 동작하는 전력 증폭 시스템에 있어서,
    복수의 주파수 대역에서 입력 신호에 대한 입력 임피던스 일치를 수행하는 입력 일치 네트웍;
    상기 입력 일치 네트웍에 연결되고 상기 입력신호를 복수의 주파수 대역의 각각에서 상기 주파수 대역과 연관된 입력 신호 경로로 유도하는 제1 주파수 선택 모듈;
    복수의 주파수 대역에 대하여 상기 입력 신호를 받고, 상기 입력 신호를 증폭하여 복수의 주파수 대역에 대하여 출력 신호를 생성하는 하나 이상의 트랜지스터;
    상기 하나 이상의 트랜지스터를 바이어스하는 바이어스 회로;
    복수의 주파수 대역에서 출력 신호의 출력 임피던스 일치를 수행하는 출력 일치 네트웍; 및
    상기 출력 일치 네트웍에 연결되고 복수의 주파수 대역의 각각에서 상기 출력 신호를 주파수 대역과 연관된 출력 신호 경로로 보내는 제2 주파수 선택 모듈
    을 포함하는 전력 증폭 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 일치 네트웍에 연결되고 복수의 주파수 대역에서 각각 입력 신호를 받는 복수의 입력 포트; 및
    상기 출력 일치 네트웍에 연결되고 복수의 주파수 대역에 대하여 각각 출력 신호를 출력하는 복수의 출력 포트를 포함하고,
    상기 하나 이상의 트랜지스터는 복수의 주파수 대역에 대하여 동작하는 다중 대역 트랜지스터를 포함하고;
    상기 입력 일치 네트웍은 상기 복수의 입력 포트로부터 입력 신호를 받고 처리하여 상기 제1 주파수 선택 모듈로 보내고;
    상기 제1 주파수 선택 모듈은 상기 입력 신호를 복수의 주파수 대역의 각가에서 복수의 주파수 대역과 연관되고 상기 다중 대역 트랜지스터와 연결된 입력 신호 경로로 보내고;
    상기 제2 주파수 선택 모듈은 상기 출력 신호를 복수의 주파수 대역의 각각에 대하여 주파수 대역과 연관되고 상기 출력 일치 네트웍을 통하여 주파수 대역에서 출력 신호를 출력하는 복수의 출력 포트 중 하나와 연결되는 출력 신호 경로로 보내는 것인 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수 선택 모듈에 연결되고 복수의 주파수 대역에 대하여 입력 신호를 받는 입력 포트; 및
    상기 제2 주파수 선택 모듈에 연결되고 복수의 주파수 대역에 대하여 출력 신호를 출력하는 출력 포트를
    더 포함하고,
    상기 하나 이상의 트랜지스터는 복수의 주파수 대역 각각에 대하여 동작하는 복수의 단일 대역 트랜지스터를 포함하고;
    상기 제1 주파수 선택 모듈은 복수의 주파수 대역에 대하여 상기 입력 포트로부터 입력 신호를 받고 상기 입력 신호를 복수의 주파수 대역의 각각에서 입력 신호 경로로 보내고 상기 입력 신호 경로는 주파수 대역과 연관되어 있고 상기 입력 일치 네트웍을 통하여 복수의 단일 대역 트랜지스터의 하나에 연결되고 상기 단일 대역 트랜지스터는 주파수 대역에 대하여 동작하고;
    상기 출력 일치 네트웍은 출력 신호를 복수의 단일 대역 트랜지스터로부터 받고 처리하여 상기 제2 주파수 선택 모듈로 보내고;
    상기 제2 주파수 선택 모듈은 출력 신호를 복수의 주파수 대역의 각각에서 복수의 출력 주파수 대역과 연관되고 상기 출력 포트에 연결된 출력 신호 경로로 보내는 것인 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바이어스 회로는 CRLH 구조를 포함하는 것인 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 주파수 선택 모듈은 복수의 주파수 선택부를 포함하고, 그 각각은 상기 주파수 선택부와 연관된 주파수 대역에서 신호를 송신하고, 상기 주파수 선택부와 연관된 주파수 대역과 다른 하나 이상의 주파수 대역에서 신호를 제거하는 것인 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 주파수 선택부의 복수개중 하나 이상은 능동적으로 제어되어 능동 주파수 선택부를 형성하고 이는 주파수 선택부와 연관된 주파수 대역에서 신호를 송신하고, 상기 주파수 선택부와 연관된 주파수 대역은 시간에 따라 변화하는 것인 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 주파수 선택부의 하나 이상은 CRLH 구조를 포함하는 것인 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 주파수 선택 모듈은 하나 이상의 주파수 선택 네트웍을 포함하고, 각각의 주파수 선택 네트웍은:
    제1 포트;
    상기 복수의 주파수 대역의 각각과 연관된 복수의 제2 포트;
    및
    상기 제1 포트 및 상기 복수의 제2 포트를 연결하는 복수의 신호 경로를 포함하고, 상기 신호 경로는 다중 분기를 형성하고, 상기 복수의 신호 경로는 상기 복수의 주파수 선택부에 연결되고, 상각의 상기 주파수 선택부는 주파수 대역에 연관된 상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이에서 상기 주파수 선택부와 연관된 상기 주파수 대역에서 신호를 송신하는 것인 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 포트는 복수의 주파수 대역에 대하여 시간 간격으로 순서대로 신호를 받고;
    상기 복수의 제2 포트는 신호를 출력하는 것인 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 제2 포트는 복수의 주파수 대역에서 각각 신호를 받고, 신호는 시간 간격으로 순서대로 입력되고;
    상기 제1 포트는 신호를 출력하는 것인 시스템.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 능동 주파수 선택부는:
    복수의 주파수 대역에서 동시에 또는 시간 간격으로 순서대로 신호를 받는 제1 포트;
    미리 정해진 주파수 대역에서 미리 정해진 시간 간격 동안 신호를 출력하고, 상기 미리 정해진 주파수 대역은 시간 간격 변화에 따라 순서대로 변화하는 제2 포트;
    상기 제1 포트와 상기 제2 포트를 연결하는 신호 경로; 및
    상기 신호 경로에 연결되고 시간 간격이 변화할 때 변화하는 상기 미리 정해진 주파수 대역을 선택하기 위하여 시간 간격이 변화할 때 턴 온 및 턴 오프되도록 제어되는 복수의 능동 부품
    을 포함하는 것인 시스템.
  12. 전력 증폭기에 있어서,
    주파수 대역에서 입력 신호에 대하여 입력 임피던스 일치를 수행하는 입력 일치 네트웍;
    상기 입력 일치 네트웍에 연결되고, 상기 주파수 대역에서 입력 신호를 받고, 상기 입력 신호를 증폭하여 상기 주파수 대역에서 출력 신호를 생성하는 트랜지스터; 및
    CRLH 구조 및 직렬 요소에 기하고 트랜지스터에 연결된 분기 요소를 가지고, 상기 트랜지스터로부터 출력 신호를 받고 이를 처리하는 주파수 선택부를 포함하는 전력증폭기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 클래스 AB로 바이어스되는 것인 전력 증폭기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 주파수 대역에서 상기 출력 신호에 대한 출력 임피던스 일치를 수행하는 출력 일치 네트웍을 더 포함하고,
    상기 분기 요소는 CRLH 구조에 기하여 구성되어 상기 주파수 대역에 상기 출력 신호와 연관된 고조파를 제거하는 위상 응답을 가지고 상기 출력 신호를 상기 출력 일치 네트웍으로 보내고;
    상기 직렬 요소는 송신 및 반사를 포함하는 신호 특성을 조정하는 위상 응답을 가지는 것인 전력 증폭기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 직렬 요소는 RH 구조에 기하고 상기 주파수 선택부의 입력단에서 홀수 고조파에 대하여 개방 회로를 가지고 짝수 고조파에 대하여 단락 호로를 가지는 위상 응답을 가지는 것인 전력 증폭기.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 분기 요소는 CRLH 구조에 기하고 상기 주파수 대역에서 출력 신호와 연관된 고조파를 제거하는 위상 응답을 가지고 상기 출력 신호에 대한 출력 임피던스 일치를 수행하고;
    상기 직렬 요소는 송신과 반사를 포함하는 신호 특성을 조정하는 위상 응답을 가지는 전력 증폭기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 직렬 요소는 RH 구조에 기하여 홀수 고조파에 대하여 개방 회로를 가지고 짝수 고조파에 대하여 단락 회로를 가지는 위상 응답을 상기 주파수 선택부의 입력단에서 가지는 전력 증폭기.
  18. 전력 증폭기에 있어서,
    제1 단말 및 제2 단말을 가지고, 상기 제1 단말에서 입력 신호를 받고 상기 입력 신호를 증폭하여 출력 신호를 생성하고, 상기 제2 단말에서 상기 출력 신호를 출력하는 트랜지스터;
    상기 트랜지스터의 상기 제1 단말에 연결되고, 가변 용량 다이오드를 포함하는 CRLH 구조를 포함하는 CRLH 전송선(TL);
    상기 트랜지스터의 상기 제2 단말에 연결되고 상기 출력 신호를 검출하고 상기 출력 신호의 위상 왜곡과 연관된 신호를 상기 CRLH TL에 보내는 검출기
    를 포함하고,
    상기 입력 신호와 연관된 위상은 상기 가변 용량 다이오드에 의하여 변화하고 상기 가변 용량 다이오드는 상기 검출기로부터 보내진 상기 위상 왜곡과 연관된 상기 신호에 의하여 제어되는
    전력 증폭기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 단말 및 상기 검출기 사이에 연결된 출력 일치 네트웍을 더 포함하는 것인 전력 증폭기.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 CRLH 구조는 입력 임피던스 일치를 더 수행하는 것인 전력 증폭기.
  21. 주파수 선택 네트웍에 있어서,
    제1 포트;
    복수의 주파수 대역과 각각 연관된 복수의 제2 포트;
    상기 제1 포트 및 상기 복수의 제2 포트 각각과 연결되고, 다중 분기(multifurcated branch)를 형성하고, 복수의 주파수 선택부와 각각 연결된 복수의 신호 경로
    를 포함하고,
    상기 주파수 선택부의 각각은 상기 제1 포트 및 상기 주파수 대역과 연관된 상기 제2 코트 사이에서 상기 주파수 선택부와 연관된 주파수 대역에서 신호를 송신하고;
    주파수 선택부의 하나 이상은 CRLH 구조를 포함하는 주파수 선택 네트웍.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 주파수 선택부는 CRLH 구조를 가지는 분기(shunt) 소자를 포함하고, 상기 분기 소자는 CRLH 구조에 기하고 상기 주파수 선택부에서 미리 정해진 위치에서 미리 정해진 임피던스를 생성하는 위상 응답을 가지고 상기 주파수 선택부는 상기 주파수 선택부와 연관된 주파수 대역에서 신호를 송신하는 것인 네트웍.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 하나 이상의 주파수 선택부는 제2 CRLH 구조를 가지는 제2 분기 소자를 더 가지는 것인 네트웍.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 주파수 선택부는 CRLH 구조를 가지는 직렬 요소를 포함하는 것인 네트웍.
  25. 제22항에 있어서, 상기 하나 이상의 주파수 선택부는 RH 구조를 가지는 직렬 요소를 더 포함하는 것인 네트웍.
  26. 주파수 선택부에 있어서,
    복수의 주파수 대역에서 신호를 받는 입력 포트;
    상기 복수의 주파수 대역으로부터 선택된 미리 정해진 주파수 대역에서 신호를 출력하는 출력 포트;
    상기 입력 포트 및 상기 출력 포트를 결합하는 신호 경로,
    제1 단부와 제2 단부를 가지고, 상기 제1 단부는 말단 단말이고 상기 제2 단말은 상기 신호 경로에 분기되어 연결된 기초부 단말인 송신선(TL)
    을 포함하고,
    상기 TL은 미리 정해진 주파수 대역에 대하여 상기 제2 단부에서 개방 회로를 제공하고 상기 미리 정해진 주파수 대역과 다른 주파수 대역에 대하여 상기 제2 단부에서 단락 회로를 제공하는 위상 응답을 가지는 것인
    주파수 선택부.
  27. 제26항에 있어서,
    TL은 CRLH 구조를 포함하고 CRLH 구조에 기하여 상기 제1 단부가 개방 회로를 가질때 상기 미리 정해진 주파수 대역에 대하여 0°±(k x 180°)(여기서 k=0, 1, 2, ...) 중 하나를 제공하고 상기 미리정해진 주파수 대역과 다른 주파수 대역에 대하여 90°±(k x 180°)(여기서 k=0, 1, 2, ...) 중 하나를 제공하는 위상 응답을 가지고;
    TL은 CRLH 구조를 가지고 CRLH 구조에 기하여 상기 제1 단부가 단락 회로를 가질 때 상기 미리 정해진 주파수 대역에 대하여 90°±(k x 180°)(여기서 k=0, 1, 2, ...) 중 하나를 제공하고 상기 미리 정해진 주파수 대역과 다른 주파수 대역에 대하여 0°±(k x 180°)(여기서 k=0, 1, 2, ...) 중 하나를 제공하는 위상 응답을 가지는 주파수 선택부.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 신호 경로와 직렬로 연결된 제2 TL을 더 포함하고,
    상기 제2 TL은 송신과 반사를 포함하는 신호 특성을 조정하는 위상 응답을 가지는 것인 주파수 선택부.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제2 TL은 상기 미리 정해진 주파수 대역과 다른 주파수 대역에서 신호에 대한 입력 포트에서 개방되는 위상 응답을 가지는 것인 주파수 선택부.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 제2 TL은 RH 구조를 포함하는 것인 주파수 선택부.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 제2 TL은 CRLH 구조를 포함하는 것인 주파수 선택부.
  32. 제26항에 있어서,
    상기 TL은 연장된 CRLH 구조를 가지고 연장된 CRLH 구조에 기하여 상기 미리 정해진 주파수 대역과 다른 3개 이상의 주파수 대역에 대하여 상기 제2 단부에서 개방 회로를 제공하는 위상 응답을 가지는 주파수 입력부.
  33. 제26항에 있어서,
    상기 TL은 상기 미리 정해진 주파수 대역에 대하여 상기 제2 단부에서 개방 회로를 제공하고 상기 미리 정해진 주파수 대역의 고조파에 대하여 상기 제2 단부에서 단락 회로를 제공하는 위상 응답을 가지는 주파수 선택부.
  34. 제28항에 있어서,
    제3 단부와 제4 단부를 가지는 제3 TL을 더 포함하고, 상기 제3 단부는 상기 제3 TL의 말단 단부이고 상기 제4 단부는 상기 신호 경로와 분기 접속된 기초부 단부이고,
    상기 제3 TL은 상기 미리 정해진 주파수 대역에서 상기 제4 단부에서 개방 회로를 제공하고 상기 미리 정해진 주파수 대역과 다른 주파수 대역에 대하여 제4 단부에서 단락 회로를 제공하는 위상 응답을 가지는 것인 주파수 선택부.
  35. 능동 주파수 선택부에 있어서,
    복수의 주파수 대역에 대하여 신호를 받는 입력 포트;
    제1의 미리 정해진 주파수 대역에 대하여 제1 신호를 출력하고 제2의 미리 정해진 주파수 대역에 대하여 제2 신호를 출력하고, 상기 제1 및 제2 주파수 대역은 복수의 주파수 대역으로부터 선택되는 출력 포트;
    상기 입력 포트 및 상기 출력 포트를 연결하는 신호 경로;
    제1 단부와 제2 단부를 가지고, 상기 제1 단부가 말단 단부인 제1 TL;
    상기 제2 단부와 상기 신호 경로를 분기 연결하는 제1 능동 요소;
    제3 단부와 제4 단부를 가지고, 제3 단부가 말단 단부인 제2 TL; 및
    상기 제4 단부 및 상기 신호 경로를 분기 연결하는 제2 능동 요소
    를 포함하고,
    상기 제1 TL은 상기 제1의 미리 정해진 주파수 대역에 대하여 상기 제2 단부에서 개방 회로를 제공하고 상기 제2 주파수 대역에 대하여 상기 제2 단부에서 단락 회로를 제공하는 위상 응답을 가지고;
    상기 제2 TL은 상기 제2의 미리 정해진 주파수 대역에 대하여 상기 제4 단부에서 개방 회로를 제공하고 상기 제1 주파수 대역에 대하여 상기 제2 단부에서 단락 회로를 제공하는 위상 응답을 가지고;
    상기 제1 능동 요소는 온 상태에서 상기 제1 TL을 상기 신호 경로로 연결하도록 제어되고, 상기 제2 능동 요소는 오프 상태에서 상기 제2 TL을 디커플링하여 상기 제1의 미리 정해진 주파수 대역에 대하여 상기 제1 신호를 상기 출력 포트로 보내도록 제어되고;
    상기 제2 능동 요소는 온 상태에서 상기 제2 TL을 상기 신호 경로로 연결하도록 제어되고 상기 제1 능동 요소는 오프 상태에서 상기 제1 TL을 디커플링하여 상기 제2의 미리 정해진 주파수 대역에서 상기 제2 신호를 출력 포트로 보내도록 제어되는 것인 선택부.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 TL은 CRLH 구조를 포함하는 것인 선택부.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 복수의 주파수 대역에서 신호는 상기 입력 포트에서 동시에 수신되는 것인 선택부.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 복수의 주파수 대역에서 신호들은 시간 간격으로 순서대로 수신되는 것인 선택부.
  39. 제35항에 있어서,
    상기 신호 경로와 직렬로 연결되는 제3 TL을 더 포함하고,
    상기 제3 TL은 송신 및 반사를 포함하는 신호 특성을 조정하는 위상 응답을 가지는 것인 선택부.
  40. 제35항에 있어서,
    상기 제1 TL은 상기 제1의 미리 정해진 주파수 대역에 대하여 상기 제2 단부에서 개방 회로를 제공하고 상기 제2의 미리 정해진 주파수 대역 및 상기 제1의 미리 정해진 주파수 대역의 고조파에 대하여 상기 제2 단부에서 단락 회로를 제공하는 위상 응답을 가지고,
    상기 제2 TL은 상기 제2의 미리 정해진 주파수 대역에 대하여 상기 제4 단부에서 개방 회로를 제공하고 상기 제1 주파수 대역 및 상기 제2의 미리 정해진 주파수 대역의 고조파에 대하여 제2 단부에서 단락 회로를 제공하는 위상 응답을 가지는 것인 선택부.
  41. 트랜지스터를 바이어스하기 위한 바이어스 회로에 있어서,
    제1 단부 및 제2 단부를 가지는 제1 TL;
    제3 단부 및 제4 단부를 가지는 제2 TL;
    CRLH 구조를 포함하고 제5 및 제6 단부를 가지는 제3 TL을 포함하고,
    상기 제1 TL, 상기 제2 TL 및 제3 TL은 방사상으로 연결되어 상기 제1, 제3, 제5 단부와 공통 부분을 형성하고;
    상기 제1 TL은 상기 제2 단부를 통하여 외부 공급으로부터 바이어스 신호를 수신하고;
    상기 제2 TL은 상기 제4 단부를 통하여 RF 신호 경로로 상기 바이어스 신호를 보내어 상기 RF 신호 경로와 연결된 트랜지스터를 바이어스하는 것인 회로.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 제2 TL 및 상기 제3 TL은 제2 위상 응답 및 제3 위상 응답을 각각 가지고 복수의 주파수 대역에서 신호에 대하여 상기 제2 TL의 제4 단부에서 개방 회로를 제공하는 것인 회로.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 제2 TL은 복수의 주파수 대역에서 신호에 대한 공통 부분에서 임의의 임피던스를 제공하는 제2 위상 응답을 가지고;
    상기 제3 TL은 CRLH 구조에 기하여 상기 임의의 임피던스에 대하여 보상하는 제3 위상 응답을 가지는 회로.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 제3 위상 응답은 상기 제4 단부 및 제6 단부 사이에서 k x 180°(여기서 k=0, ±1, ±2, ...)로부터 선택된 상기 복수의 주파수 대역에 대하여 위상을 제공하여 상기 임의 임피던스를 보상하고 상기 임의 임피던스는 상기 제6 단부가 개방일 때 상기 복수의 주파수 대역에 대하여 개방 회로를 가지고;
    상기 제3 위상 응답은 제4 단부 및 상기 제6 단부 사이에서 k x 90°(여기서 k=±1, ±2, ...)로부터 선택된 상기 복수의 주파수 대역에 대하여 위상을 제공하여 상기 제6 단부가 단락되었을 때 상기 복수의 주파수 대역에 대하여 상기 제4 단부에서 개방 회로를 가지는 임의의 위상에 대하여 보상하는 것인 회로.
  45. 복수의 주파수 대역에서 동작하는 전력 증폭기 시스템에 있어서,
    상기 복수의 주파수 대역에서 입력 신호에 대한 입력 임피던스 일치를 수행하는 입력 일치 네트웍;
    상기 입력 일치 네트웍에 연결되고 상기 입력신호를 상기 복수의 주파수 대역에서 상기 주파수 대역과 연관된 입력 신호 경로로 보내는 주파수 선택 모듈;
    상기 복수의 주파수 대역에 대하여 상기 입력 신호를 받고 상기 입력 신호를 증폭하여 상기 복수의 주파수 대역에 대하여 출력 신호로 생성하는 하나 이상의 트랜지스터;
    상기 하나 이상의 트랜지스터를 바이어스하는 바이어스 회로;
    상기 복수의 주파수 대역에서 상기 출력 신호에 대하여 출력 임피던스 일치를 수행하고 상기 출력 신호를 출력하는 출력 일치 네트웍
    을 포함하는 시스템.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 바이어스 회로는 CRLH 구조를 포함하는 것인 시스템.
  47. 제45항에 있어서,
    상기 주파수 선택 모듈은 하나 이상의 주파수 선택부를 포함하고 이는 상기 주파수 선택부와 연관된 주파수 대역에서 신호를 송신하고, 상기 주파수 선택부와 연관된 상기 주파수 대역과 다른 하나 이상의 주파수 대역에서 신호를 제거하는 것인 시스템.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 하나 이상의 주파수 선택부는 능동적으로 제어되어 능동 주파수 선택부를 형성하여 상기 주파수 선택부와 연관된 주파수 대역에서 신호를 송신하고, 상기 주파수 대역은 상기 주파수 선택부와 연관되어 시간에 따라 변화하는 것인 시스템.
  49. 제47항에 있어서,
    상기 하나 이상의 주파수 선택부는 CRLH 구조를 포함하는 것인 시스템.
  50. 복수의 주파수 대역에서 동작하는 전력 증폭 시스템에 있어서,
    상기 복수의 주파수 대역에서 입력 신호에 대한 입력 임피던스 일치를 수행하는 입력 일치 네트웍;
    상기 복수의 주파수 대역에서 입력 신호를 수신하고 상기 입력 신호를 증폭하여 상기 복수의 주파수 대역에 대하여 출력 신호를 생성하는 하나 이상의 트랜지스터;
    상기 하나 이상의 트랜지스터를 바이어스하는 바이어스 회로;
    상기 복수의 주파수 대역에서 상기 출력 신호에 대하여 출력 임피던스 일치를 수행하는 출력 일치 네트웍; 및
    상기 출력 일치 네트웍에 연결되고 상기 복수의 주파수 대역의 각각에서 상기 출력 신호를 출력 신호 경로로 보내 출력 신호를 출력하는 주파수 선택부
    를 포함하는 시스템.
    을 포함하는 시스템.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 바이어스 회로는 CRLH 구조를 포함하는 것인 시스템.
  52. 제50항에 있어서,
    상기 주파수 선택 모듈은 하나 이상의 주파수 선택부를 포함하고 이는 상기 주파수 선택부와 연관된 주파수 대역에서 신호를 송신하고, 상기 주파수 선택부와 연관된 상기 주파수 대역과 다른 하나 이상의 주파수 대역에서 신호를 제거하는 것인 시스템.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 하나 이상의 주파수 선택부는 능동적으로 제어되어 능동 주파수 선택부를 형성하여 상기 주파수 선택부와 연관된 주파수 대역에서 신호를 송신하고, 상기 주파수 대역은 상기 주파수 선택부와 연관되어 시간에 따라 변화하는 것인 시스템.
  54. 제52항에 있어서,
    상기 하나 이상의 주파수 선택부는 CRLH 구조를 포함하는 것인 시스템.
  55. 복수의 주파수 대역에서 동작하는 전력 증폭 시스템을 만드는 방법에 있어서,
    복수의 주파수 대역에서 입력 신호에 대한 입력 임피던스 일치를 수행하는 입력 일치 네트웍을 형성하는 단계;
    복수의 주파수 대역에서 각각 입력 신호를 받는 복수의 입력 포트를 상기 입력 일치 네트웍에 연결하는 단계;
    상기 입력신호를 복수의 주파수 대역의 각각에서 상기 주파수 대역과 연관된 입력 신호 경로로 보내는 제1 주파수 선택 모듈을 상기 입력 일치 네트웍에 연결하는 단계;
    복수의 주파수 대역에 대하여 상기 입력 신호를 받고, 상기 입력 신호를 증폭하여 복수의 주파수 대역에 대하여 출력 신호를 생성하는 다중대역 트랜지스터를 입력 신호 경로에 연결하는 단계;
    복수의 주파수 대역에서 출력 신호의 출력 임피던스 일치를 수행하는 출력 일치 네트웍을 형성하는 단계;
    복수의 주파수 대역의 각각에서 상기 출력 신호를 상기 주파수 대역에 연관된 출력 신호 경로로 보내기 위하여 제2 주파수 선택 모듈을 상기 다중대역 트랜지스터와 상기 출력 일치 네트웍 사이에서 연결하는 단계; 및
    복수의 출력 포트를 상기 출력 신호를 출력하기 위하여 상기 복수의 주파수 대역에 각각 연관된 상기 출력 신호 경로로 연결하는 단계
    를 포함하는 방법.
  56. 제55항에 있어서,
    복수의 주파수 선택부를 포함시켜 상기 제1 및 제2 주파수 모듈을 형성하는 단계; 및
    각각의 복수의 주파수 선택부를 형성하여 상기 주파수 선택부와 연관된 주파수 대역에서 상기 주파수 대역의 신호를 송신하고 상기 주파수 선택부와 연관되고 상기 주파수 대역과 다른 하나 이상의 주파수 대역에서 신호를 제거하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  57. 제56항에 있어서,
    상기 하나 이상의 주파수 선택부를 능동적으로 제어되도록 하여 상기 주파수 대역은 상기 주파수 선택부와 연관되어 시간에 따라 변화할 때 상기 주파수 선택부와 연관된 주파수 대역에서 신호를 송신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  58. 제55항에 있어서,
    CRLH 구조에 기하여 상기 하나 이상의 주파수 선택부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  59. 복수의 주파수 대역에서 동작하는 전력 증폭 시스템을 만드는 방법에 있어서,
    복수의 주파수 대역에서 입력 신호에 대한 입력 임피던스 일치를 수행하는 입력 일치 네트웍을 형성하는 단계;
    상기 입력신호를 복수의 주파수 대역의 각각에서 상기 주파수 대역과 연관된 입력 신호 경로로 보내는 제1 주파수 선택 모듈을 상기 입력 일치 네트웍에 연결하는 단계;
    복수의 주파수 대역에서 입력 신호를 받는 복수의 입력 포트를 상기 주파수 선택 모듈에 연결하는 단계;
    복수의 주파수 대역에 각각 연관된 상기 입력 신호 경로를 통하여 입력 신호를 받고, 상기 입력 신호를 증폭하여 복수의 주파수 대역에 대하여 출력 신호를 생성하는 복수의 트랜지스터를 연결하는 단계;
    복수의 주파수 대역에서 출력 신호에 대하여 출력 임피던스 일치를 수행하는 출력 일치 네트웍을 형성하는 단계;
    복수의 주파수 대역의 각각에서 상기 출력 신호를 상기 복수의 주파수 대역에 연관된 출력 신호 경로로 보내기 위하여 제2 주파수 선택 모듈을 상기 출력 일치 네트웍에 연결하는 단계; 및
    복수의 출력 포트를 상기 출력 신호를 출력하기 위하여 상기 출력 신호 경로로 연결하는 단계
    를 포함하는 방법.
  60. 제59항에 있어서,
    복수의 주파수 선택부를 포함시켜 상기 제1 및 제2 주파수 모듈을 형성하는 단계; 및
    각각의 복수의 주파수 선택부를 형성하여 상기 주파수 선택부와 연관된 주파수 대역에서 상기 주파수 대역의 신호를 송신하고 상기 주파수 선택부와 연관되고 상기 주파수 대역과 다른 하나 이상의 주파수 대역에서 신호를 제거하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  61. 제60항에 있어서,
    상기 하나 이상의 주파수 선택부를 능동적으로 제어되도록 하여 상기 주파수 대역은 상기 주파수 선택부와 연관되어 시간에 따라 변화할 때 상기 주파수 선택부와 연관된 주파수 대역에서 신호를 송신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  62. 제60항에 있어서,
    상기 복수의 주파수 선택부를 형성하는 단계는 CRLH 구조에 기하여 주파수 선택부를 형성하여 상기 주파수 선택부와 연관된 상기 주파수 대역에서 신호를 송신하고 상기 주파수 선택부와 연관된 상기 주파수 대역과 다른 하나 이상의 주파수 대역에서 신호를 제거하는 위상 응답을 가지는 것인 방법.
  63. 클래스 J 전력 증폭기를 만드는 방법에 있어서,
    주파수 대역에서 입력 신호에 대하여 입력 임피던스 일치를 수행하는 입력 일치 네트웍을 형성하는 단계;
    주파수 대역에서 상기 입력 신호를 받고, 상기 입력 신호를 증폭하여 상기 주파수 대역에서 출력 신호를 생성하는 트랜지스터를 입력 일치 네트웍에 연결하는 단계;
    상기 트랜지스터를 클래스 AB로 바이어스하는 바이어스 회로를 형성하는 단계;
    CRLH 구조에 기한 분기 요소 및 RH 구조에 기한 직렬 요소를 가지는 주파수 선택부를 형성하는 단계; 및
    상기 주파수 선택부를 상기 트랜지스터에 연결하여 상기 출력 신호를 수신하고 처리하는 단계
    를 포함하는 방법.
  64. 제63항에 있어서,
    출력 일치 네트웍을 형성하여 상기 주파수 대역에서 상기 출력 신호에 대하여 출력 임피던스 일치를 수행하는 단계를 더 포함하고,
    상기 주파수 선택부를 형성하는 단계는:
    CRLH 구조에 기하여 분기 요소를 형성하여 상기 주파수 대역에서 상기 출력 신호와 연관된 고조파를 제거하고 상기 출력 신호를 상기 출력 일치 네트웍으로 보내는 단계; 및
    상기 RH 구조에 기하여 상기 직렬 요소를 형성하여 송신 및 반사를 포함하는 신호 특성을 조정하는 위상 응답을 가지는 단계
    를 더 포함하는 것인 방법.
  65. 제64항에 있어서,
    상기 직렬 요소를 형성하는 단계는:
    상기 직렬 요소를 RH 구조에 기하여 형성하여 홀수 고조파에 대하여 개방 회로를 가지고 짝수 고조파에 대하여 단락 회로를 가지는 위상 응답을 상기 주파수 선택부의 입력단에서 가지는 단계를 포함하는 방법.
  66. 제63항에 있어서,
    상기 주파수 선택부를 형성하는 단계는:
    CRLH 구조에 기하여 분기 요소를 형성하여 상기 주파수 대역에서 상기 출력 신호와 연관된 고조파를 제거하고 상기 출력 신호에 대하여 출력 입력 임피던스 일치를 수행하는 위상 응답을 가지는 단계;
    및
    상기 직렬 요소를 RH 구조에 기하여 형성하여 송신 및 반사를 포함하는 신호 특성을 조정하는 위상 응답을 가지는 단계
    를 포함하는 것인 방법.
  67. 제66항에 있어서,
    상기 직렬 요소를 형성하는 단계는
    상기 직렬 요소를 RH 구조에 기하여 형성하여 홀수 고조파에 대하여 개방 회로를 가지고 짝수 고조파에 대하여 단락 회로를 가지는 위상 응답을 상기 주파수 선택부의 입력단에서 가지는 단계를 포함하는 방법.
  68. 주파수 선택부를 만드는 방법에 있어서,
    복수의 주파수 대역에서 신호를 받는 입력 포트를 형성하는 단계;
    상기 복수의 주파수 대역으로부터 선택된 미리 정해진 주파수 대역에서 신호를 출력하는 출력 포트를 형성하는 단계;
    상기 입력 포트 및 상기 출력 포트 사이에 신호 경로를 형성하는 단계;
    제1 단부 및 제2 단부를 가지는 TL을 형성하는 단계;
    상기 TL의 상기 제2 단부를 상기 신호 경로에 분기 연결하는 단계;
    상기 TL을 형성하여 상기 미리 정해진 주파수 대역에 대하여 제2 단부에서 개방 회로를 제공하고 상기 미리 정해진 주파수 대역과 다른 주파수 대역에 대하여 상기 제2 단부에서 단락 회로를 제공하는 위상 응답을 가지는 단계
    를 포함하는 방법.
  69. 제68항에 있어서,
    상기 TL을 형성하는 단계는
    TL을 CRLH 구조에 기하여 형성하여 상기 제1 단부가 개방 회로를 가질때 상기 미리 정해진 주파수 대역에 대하여 0°±(k x 180°)(여기서 k=0, 1, 2, ...) 중 하나를 제공하고 상기 미리정해진 주파수 대역과 다른 주파수 대역에 대하여 90°±(k x 180°)(여기서 k=0, 1, 2, ...) 중 하나를 제공하는 위상 응답을 가지고, 상기 제1 단부가 단락 회로를 가질 때 상기 미리 정해진 주파수 대역에 대하여 90°±(k x 180°)(여기서 k=0, 1, 2, ...) 중 하나를 제공하고 상기 미리 정해진 주파수 대역과 다른 주파수 대역에 대하여 0°±(k x 180°)(여기서 k=0, 1, 2, ...) 중 하나를 제공하는 위상 응답을 가지는 것인 방법.
  70. 제68항에 있어서,
    제2 TL을 형성하여 송신 및 반사를 포함하는 신호 트서을 조정하는 위상 응답을 가지는 단계; 및
    상기 제2 TL을 상기 신호 경로와 직렬로 연결하는 단계
    를 포함하는 방법.
  71. 복수의 주파수 대역에 대하여 동작가능한 전력 증폭 시스템을 사용하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 주파수 대역에서 입력 신호를 받는 단계;
    입력 일치 네트웍에 기하여 상기 복수의 주파수 대역에서 입력 신호에 대한 입력 임피던스 일치를 수행하는 단계;
    상기 복수의 주파수 대역의 각각에서 상기 입력 신호를 제1 주파수 선택 모듈을 상기 입력 일치 네트웍에 연결함으로써 상기 주파수 대역에 연관된 입력 신호 경로에 보내는 단계;
    하나 이상의 트랜지스터를 사용하여 상기 입력 신호를 증폭하여 상기 복수의 주파수 대역에서 출력 신호를 생성하는 단계;
    출력 일치 네트웍에 기하여 상기 복수의 주파수 대역에서 출력 신호에 대하여 출력 임피던스 일치를 수행하는 단계;
    상기 출력 일치 네트웍에 대하여 제2 주파수 선택 모듈을 연결함으로써 상기 주파수 대역과 연관된 출력 신호 경로로 상기 복수의 주파수 대역의 각각에서 출력 신호를 보내는 단계;
    및
    상기 출력 신호를 출력하는 단계
    를 포함하는 방법.
  72. 제71항에 있어서,
    상기 입력 신호를 보내는 단계는 상기 제1 주파수 모듈에서 CRLH 구조의 위상 응답을 이용하는 것인 방법.
  73. 제71항에 있어서,
    상기 출력 신호를 보내는 단계는 상기 제2 주파수 모듈에서 CRLH 구조의 위상 응답을 이용하는 것인 방법.
  74. 클래스 J 전력 증폭기를 사용하는 방법에 있어서,
    주파수 대역에서 입력 신호를 받는 단계;
    상기 주파수 대역에서 상기 입력 신호에 대하여 입력 임피던스 일치를 수행하는 단계;
    트랜지스터를 이용하여 상기 트랜지스터를 입력 일치 네트웍에 연결함으로써 상기 입력 신호를 증폭하여 상기 주파수 대역에서 출력 신호를 생성하는 단계;
    상기 트랜지스터를 클래스 AB로 바이어스하는 단계;
    CRLH 구조에 기한 분기 요소 및 RH 구조에 기한 직렬 요소를 가지는 주파수 선택부를 상기 트랜지스터에 연결함으로써 상기 출력 신호를 처리하는 단계
    를 포함하는 방법.
  75. 제74항에 있어서,
    상기 출력 신호를 처리하는 단계는 CRLH 구조의 위상 응답을 이용함으로써 주파수 대역에서 출력 신호와 연관된 고조파를 제거하는 것을 포함하는 방법.
  76. 제75항에 있어서,
    상기 출력 신호를 처리하는 단계는 상기 출력 신호에 대하여 출력 입력 임피던스 일치를 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
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