KR20120129767A - 고주파 전력 증폭기 - Google Patents

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Abstract

임피던스 정합의 전환과 경로의 전환을 동시에 행할 수 있어, 회로 설계의 자유도를 향상시킬 수 있는 고주파 전력 증폭기를 얻는다. 트랜지스터 Tr1은, 외부에서 입력된 고주파신호를 증폭한다. 트랜지스터 Tr2는, 트랜지스터 Tr1의 출력 신호를 증폭한다. 트랜지스터 Tr3은, 트랜지스터 Tr1과 병렬로 접속되고, 외부에서 입력된 고주파신호를 증폭한다. 트랜지스터 Tr1의 출력과 트랜지스터 Tr2의 입력 사이에 전환 소자 SW1이 접속되어 있다. 트랜지스터 Tr3의 출력과 전환 소자 SW1 사이에 전환 소자 SW2가 접속되어 있다. 트랜지스터 Tr1의 출력 및 전환 소자 SW2와 트랜지스터 Tr2의 출력 사이에 전환 소자 SW3, SW4가 직렬로 접속되어 있다. 전환 소자 SW3과 전환 소자 SW4 사이에 커패시터 C1이 접속되어 있다.

Description

고주파 전력 증폭기{HIGH FREQUENCY POWER AMPLIFIER}
본 발명은, 출력 전력에 따라 증폭기 내의 경로를 전환하는 고주파 전력 증폭에 관한 것이다.
휴대전화나 휴대 단말에 있어서, 수십 MHz 이상의 고주파대에서 동작하는 고주파 전력 증폭기가 이용되고 있다. 이 고주파 전력 증폭기에서는, 28.25dBm의 대 전력 출력을 얻는 경우, 17dBm의 중 전력 출력을 얻는 경우, 7dBm의 소 전력 출력을 얻는 경우에 있어서, 각각 증폭기 내의 경로를 전환한다. 이에 따라, 각각의 출력 전력에서의 동작 효율을 향상시킬 수 있다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조).
종래의 고주파 전력 증폭기에서는, 소?중 전력 출력을 얻는 경우에 공통의 경로에 있어서, 병렬로 접속된 전환 소자와 커패시터에 의해 임피던스 정합을 행하고 있다.
Proceedings of the 36th European Microwave Conference, P348-P351
그러나, 전환 소자와 커패시터가 병렬로 접속되어 있기 때문에, 임피던스 정합의 전환밖에 행할 수 없고, 경로의 전환을 동시에 행할 수는 없었다. 이 때문에, 회로의 자유도가 낮다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 전술한 것과 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 임피던스 정합의 전환과 경로의 전환을 동시에 행할 수 있어, 회로 설계의 자유도를 향상시킬 수 있는 고주파 전력 증폭기를 얻는 것이다.
본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기는, 외부에서 입력된 고주파신호를 증폭하는 제1 트랜지스터와, 상기 제1 트랜지스터의 출력 신호를 증폭하는 제2 트랜지스터와, 상기 제1 트랜지스터와 병렬로 접속되고, 외부에서 입력된 고주파신호를 증폭하는 제3 트랜지스터와, 상기 제1 트랜지스터의 출력과 상기 제2 트랜지스터의 입력 사이에 접속된 제1 전환 소자와, 상기 제3 트랜지스터의 출력과 상기 제1 전환 소자 사이에 접속된 제2 전환 소자와, 상기 제1 트랜지스터의 출력 및 상기 제2 전환 소자와 상기 제2 트랜지스터의 출력 사이에 직렬로 접속된 제3 및 제4 전환 소자와, 상기 제3 전환 소자와 상기 제4 전환 소자 사이에 접속된 제1 커패시터를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 임피던스 정합의 전환과 경로의 전환을 동시에 행할 수 있어, 회로 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 고주파 전력 증폭기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 2에 관한 고주파 전력 증폭기를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 3에 관한 고주파 전력 증폭기를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 4에 관한 고주파 전력 증폭기를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 5에 관한 고주파 전력 증폭기를 도시한 도면이다.
본 발명의 실시형태에 관한 고주파 전력 증폭기에 대해 도면을 참조해서 설명한다. 동일 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 설명의 반복을 생략하는 경우가 있다.
실시형태 1.
도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 관한 고주파 전력 증폭기를 도시한 도면이다. 트랜지스터 Tr1은, 외부에서 입력된 고주파신호를 증폭한다. 트랜지스터 Tr2은, 트랜지스터 Tr1의 출력 신호를 증폭한다. 트랜지스터 Tr3은, 트랜지스터 Tr1과 병렬로 접속되고, 외부에서 입력된 고주파신호를 증폭한다.
입력 정합회로 M1은, 트랜지스터 Tr1, Tr3의 각각의 입력 임피던스를 특성 임피던스에 정합시킨다. 단간(inter-stage) 정합회로 M2는, 트랜지스터 Tr1의 출력임피던스와 트랜지스터 Tr2의 입력 임피던스를 정합시킨다. 프리매칭회로 M3은, 트랜지스터 Tr3의 출력 임피던스를 특성 임피던스에 정합시킨다. 출력 정합회로 M4는, 트랜지스터 Tr1, Tr2, Tr3의 출력 임피던스를 특성 임피던스에 정합시킨다.
트랜지스터 Tr1의 출력과 트랜지스터 Tr2의 입력 사이에 전환 소자 SW1이 접속되어 있다. 트랜지스터 Tr3의 출력과 전환 소자 SW1 사이에 전환 소자 SW2이 접속되어 있다. 트랜지스터 Tr1의 출력 및 전환 소자 SW2와 트랜지스터 Tr2의 출력 사이에 전환 소자 SW3, SW4가 직렬로 접속되어 있다.
전환 소자 SW3과 전환 소자 SW4 사이에 커패시터 C1이 접속되어 있다. 커패시터 C1의 일단은, 전환 소자 SW3과 전환 소자 SW4의 접속점에 접속되어 있다. 커패시터 C1의 타단은 접지되어 있다. 이 커패시터 C1은, 트랜지스터 Tr1, Tr2의 출력 임피던스를 특성 임피던스에 정합시키는 프리매칭회로이다.
이어서, 본 실시형태에 관한 고주파 전력 증폭기의 동작을 설명한다. 17dBm 이상의 대전력 출력을 얻는 경우에는, 전환 소자 SW1은 온, 전환 소자 SW2, SW3, SW4는 오프되어, 경로 1이 유효해진다. 트랜지스터 Tr3은 오프된다. 입력 단자 IN에 입력된 신호를 트랜지스터 Tr1이 증폭하고, 트랜지스터 Tr1의 출력 신호를 트랜지스터 Tr2가 증폭하여, 출력 단자 OUT로부터 출력시킨다.
7?17dBm의 중 전력 출력을 얻는 경우에는, 전환 소자 SW1, SW2는 오프, 전환 소자 SW3, SW4는 온되어, 경로 2가 유효해진다. 트랜지스터 Tr2, Tr3은 오프된다. 입력 단자 IN에 입력된 신호를 트랜지스터 Tr1이 증폭하여, 출력 단자 OUT로부터 출력시킨다.
7dBm 이하의 소 전력 출력을 얻는 경우에는, 전환 소자 SW1은 오프, 전환 소자 SW2, SW3, SW4은 온되어, 경로 3이 유효해진다. 트랜지스터 Tr1, Tr2는 오프된다. 입력 단자 IN에 입력된 신호를 트랜지스터 Tr3이 증폭하여, 출력 단자 OUT로부터 출력시킨다.
이상에서 설명한 것과 같이, 본 실시형태에서는, 커패시터 C1을 사용한 프리매칭회로가, 전환 소자 SW3에 직렬로 접속되어 있다. 이에 따라, 경로 2 및 경로 3이 유효해지도록 하는 경로 전환과 동시에, 커패시터 C1을 사용한 임피던스 정합의 전환도 행할 수 있다. 이 결과, 회로 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.
실시형태 2.
도 2는, 본 발명의 실시형태 2에 관한 고주파 전력 증폭기를 도시한 도면이다. 커패시터 C1의 일단은 전환 소자 SW3에 접속되고, 커패시터 C1의 타단은 전환 소자 SW4에 접속되어 있다. 즉, 프리매칭회로에 있어서, 커패시터 C1이 직렬로 접속되어 있다. 그 밖의 구성은 실시형태 1과 같다.
종래에는 전환 소자와 커패시터가 병렬로 접속되어 있었기 때문에, 직렬 성분의 소자는 사용할 수 없었다. 이에 대해, 본 실시형태에서는, 프리매칭회로가 전환 소자 SW3에 직렬로 접속되어 있기 때문에, 직렬로 접속된 커패시터 C1을 사용할 수 있다. 이 경우에도 실시형태 1과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
실시형태 3.
도 3은, 본 발명의 실시형태 3에 관한 고주파 전력 증폭기를 도시한 도면이다. 전환 소자 SW3과 전환 소자 SW4 사이에 있어서, 커패시터 C1에 직렬로 인덕터 L1이 접속되어 있다. 그 밖의 구성은 실시형태 1과 같다. 이에 따라, 경로 2 및 경로 3의 임피던스 정합의 자유도가 증가하여, 트랜지스터 Tr1, Tr3의 동작 효율을 향상시킬 수 있다.
실시형태 4.
도 4는, 본 발명의 실시형태 4에 관한 고주파 전력 증폭기를 도시한 도면이다. 트랜지스터 Tr2의 출력과 커패시터 C1 사이에 있어서 전환 소자 SW4에 병렬로 커패시터 C2가 접속되어 있다. 그 밖의 구성은 실시형태 1과 같다. 이 커패시터 C2는 대전력 출력 동작시에 있어서만 작용하는 프리매칭회로로 되기 때문에, 트랜지스터 Tr2의 포화 출력 전력을 향상시킬 수 있다.
실시형태 5.
도 5는, 본 발명의 실시형태 5에 관한 고주파 전력 증폭기를 도시한 도면이다. 트랜지스터 Tr2의 출력과 접지점 사이에 전환 소자 SW5 및 커패시터 C3이 직렬로 접속되어 있다. 트랜지스터 Tr2와 제4 전환 소자 사이에 인덕터 L2가 접속되어 있다. 그 밖의 구성은 실시형태 2와 같다. 이에 따라, 경로 2 및 경로 3의 임피던스 정합을 2단계로 전환할 수 있기 때문에, 트랜지스터 Tr1의 동작 효율을 향상시킬 수 있다.
표 1은, 17dBm의 중 출력 전력시에 있어서, 종래의 고주파 전력 증폭기의 동작 효율과 실시형태 5에 관한 고주파 전력 증폭기의 동작 효율을 나타낸 비교표이다. 표 1에서 알 수 있는 것과 같이, 실시형태 5에서는 종래기술에 비해 동작 효율이 3% 향상된다.
17dBm 출력시의 동작 효율
종래의 고주파 전력 증폭기 17%
실시예 5에 관한 고주파 전력 증폭기 20%
C1 커패시터(제1 커패시터)
C2 커패시터(제2 커패시터)
C3 커패시터(제3 커패시터)
L1 인덕터
SW1 전환 소자(제1 전환 소자)
SW2 전환 소자(제2 전환 소자)
SW3 전환 소자(제3 전환 소자)
SW4 전환 소자(제4 전환 소자)
SW5 전환 소자(제5 전환 소자)
Tr1 트랜지스터(제1 트랜지스터)
Tr2 트랜지스터(제2 트랜지스터)
Tr3 트랜지스터(제3 트랜지스터)

Claims (6)

  1. 외부에서 입력된 고주파신호를 증폭하는 제1 트랜지스터와,
    상기 제1 트랜지스터의 출력 신호를 증폭하는 제2 트랜지스터와,
    상기 제1 트랜지스터와 병렬로 접속되고, 외부에서 입력된 고주파신호를 증폭하는 제3 트랜지스터와,
    상기 제1 트랜지스터의 출력과 상기 제2 트랜지스터의 입력 사이에 접속된 제1 전환 소자와,
    상기 제3 트랜지스터의 출력과 상기 제1 전환 소자 사이에 접속된 제2 전환 소자와,
    상기 제1 트랜지스터의 출력 및 상기 제2 전환 소자와 상기 제2 트랜지스터의 출력 사이에 직렬로 접속된 제3 및 제4 전환 소자와,
    상기 제3 전환 소자와 상기 제4 전환 소자 사이에 접속된 제1 커패시터를 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 커패시터의 일단은, 상기 제3 전환 소자와 상기 제4 전환 소자의 접속점에 접속되고,
    상기 제1 커패시터의 타단은 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 커패시터의 일단은 상기 제3 전환 소자에 접속되고,
    상기 제1 커패시터의 타단은 상기 제4 전환 소자에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 전환 소자와 상기 제4 전환 소자 사이에 있어서 상기 제1 커패시터에 직렬로 접속된 인덕터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터의 출력과 상기 제1 커패시터 사이에 있어서 상기 제4 전환 소자에 병렬로 접속된 제2 커패시터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터의 출력과 접지점 사이에 직렬로 접속된 제5 전환 소자 및 제3 커패시터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
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