KR20130009390A - 수동 혼변조 왜곡을 개선하기 위한 전력 증폭 장치 - Google Patents

수동 혼변조 왜곡을 개선하기 위한 전력 증폭 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입력 포트를 통해 입력된 변조 또는 비변조 신호를 입력받아 주증폭부를 구동하기 위한 출력 전력을 생성하고, 생성된 출력 전력을 전력 분배하는 구동부, 상기 구동부로부터 전력 분배된 출력 전력을 입력받아 상기 입력된 변조 또는 비변조 신호를 설정 증폭도로 증폭하여 증폭된 변조 또는 비변조 신호를 출력하고, 상호 간에는 병렬로 위치된 적어도 2개 이상의 주증폭부 및, 상기 주증폭부 각각의 종단에 연결되고 상호 간에는 병렬로 위치되어 경로의 방향 격리도를 규정하여 수동 혼변조 발생을 최소화하는 아이솔레이터를 포함하여 이루어진 수동 혼변조 왜곡을 개선하기 위한 전력 증폭 장치에 관한 것으로, 다수 개(2~N)의 주증폭부 종단 각각에 고출력 아이솔레이터를 설치하고, 상호 간에는 병렬로 위치시켜 아이솔레이터로 인가되는 RF 인가 전력을 줄임으로써 전치왜곡장치를 사용하지 않으면서도 수동 혼변조 발생을 최소화할 수 있도록 한다.

Description

수동 혼변조 왜곡을 개선하기 위한 전력 증폭 장치{Power amplifier for improving passive inter-modulation distortion}
본 발명은 수동 혼변조 왜곡(PIMD : Passive Inter-Modulation Distortion) 을 개선하기 위한 전력 증폭 장치에 관한 것으로, 다수 개(2~N)의 주증폭부 종단 각각에 고출력 아이솔레이터를 설치하고, 상호 간에는 병렬로 위치시켜 아이솔레이터로 인가되는 RF 인가 전력을 줄임으로써 전치왜곡장치를 사용하지 않으면서도 수동 혼변조 발생을 최소화할 수 있도록 하는, 수동 혼변조 왜곡을 줄이기 위한 전력 증폭 장치에 관한 것이다.
현재, 이동 통신 시스템에서 전력 증폭기는 기지국(BS: Base Station) 및 이동 단말(MS: Mobile Station)들의 최종 출력단에 구비되어 낮은 레벨의 입력 신호, 예컨대 베이스 밴드(Base Band) 신호를 높은 레벨의 출력 신호, 예컨대 RF 밴드 신호로 증폭한다. 이때, RF 밴드 신호는 전력 증폭기가 비선형성이면 신호의 왜곡 성분이 발생하며, 이러한 전력 증폭기의 비선형 특성은 입력 신호에 대한 이득 저하와 입력 주파수 이외의 상호 변조(Inter-Modulation)로 인한 주파수 성분을 생성한다. 그에 따라, 상기 생성된 주파수 성분은 인접 채널에 영향을 주어 시스템 전체 성능을 저하시키므로 상기 선형성은 전력 증폭기에서 중요한 특성이다.
한편, 상기 전력 증폭기는 입력 신호의 대역폭에 따라 단일 반송파를 사용하는 단일 반송파 전력 증폭기(SCPA: SingleCarrier Power Amplifier, 이하 'SCPA'라 칭하기로 한다)와 다중 반송파를 사용하는 다중 반송파 전력 증폭기(MCPA: Multi Carrier Power Amplifier, 이하 'MCPA'라 칭하기로 한다)로 나눌 수 있다. 상기 SCPA는 단일 반송파, 즉 1FA 신호를 증폭하므로 선형성 확보를 위한 복잡하고 정교한 선형화가 불필요하며, 단지 최대 출력 전력에서 PAR(Peak to Average Power Ratio)만큼 백오프(Back-Off)하여 사용하면 된다. 상기 MCPA는 다중 반송파, 예컨대 와이브로 시스템일 경우는 3FA 신호를, CDMA 시스템일 경우는 8～15FA 신호를 증폭하므로 광대역의 상호 변조 성분을 제거하기 위해 선형화가 필요하다.
또한, 최근에는 이동 통신 시스템에 다중 안테나 기술을 적용하여 빔 포밍(Beam Forming), 다이버시티(Diversity) 등으로 전송 속도와 용량을 증대시키는 기술들이 적용되고 있다. 이러한 다중 안테나 기술은, 여러 개의 안테나를 사용하므로 전력 증폭기 측면에서 전체의 출력 전력은 같지만 개별 안테나를 구동시키는 전력 증폭기의 출력 전력이 낮아지는 이점이 있다. 상기 다중 안테나 기술을 이동 통신 시스템에 적용할 경우, 상기 이동 통신 시스템의 활용성을 향상시키기 위해 MCPA로 동작하는 멀티 모드용 전력 증폭기가 제안되었다.
한편, 일반적인 통신시스템에서는 송신단의 안테나에서 높은 출력으로 전자파를 송신하여야 원거리의 수신단에서 신호를 수신할 수 있다. 전력증폭 장치란 이러한 통신 시스템의 최종단에 위치하여 입력 신호를 원하는 수준의 높은 전력으로 증폭하여 안테나에 전송시켜 주는 모듈로서 주로 트랜지스터를 사용하여 제작한다.
이동통신의 발전에 따라 출력이 높은 전력증폭 장치뿐만 아니라 선형 특성이 좋은 전력 증폭기의 요구가 더욱 증가하고 있다. 전력 증폭기의 가장 중요한 특성 중 하나가 혼변조(IMD : Inter-Modulation Distortion)인데 고출력 전력증폭장치는 최대 출력을 얻기 위해 전력 트랜지스터를 비선형 영역에서 동작시켜야 하지만, 이에 따른 왜곡 때문에 입력 전력을 낮추어 선형 영역에서 동작시키게 된다. 그럼에도 불구하고 전력증폭 장치의 출력에서 상당한 혼변조 성분이 발생하게 되는 데 이에 대한 원인은 전력 증폭기의 최종 단에 사용하는 아이솔레이터의 수동 혼변조(PIMD : Passive Inter-Modulation Distortion)에 의해 야기되는 것이다.
이러한 고출력 전력증폭 장치의 아이솔레이터에서 발생하는 수동 혼변조 성분을 보완하는 방법으로 도 1에 도시된 바와 같이, 전치왜곡장치(Pre-distorter)를 주로 사용한다. 전치왜곡장치는 선형화시킬 전력증폭 장치의 입력 및 출력 특성을 미리 조사하여 입력단에 전력증폭 장치에서 발생할 혼변조 신호에 대해 반대되는 신호를 인가하여 혼변조 특성을 개선시키는 방식이다.
하지만, 고출력 전력증폭 장치의 종단에 사용되는 아이솔레이터의 수동 혼변조 성분을 제거하는 위해서 사용되는 전치왜곡장치(Pre-distorter)는 간단한 회로 구성으로 구현이 가능하나 환경 요인에 따라 변하는 예상치 못한 요인들에 의해 혼변조 성분 개선 효과를 얻을 수 없으며, 원하는 혼변조 성분 개선을 얻기 위해서는 복잡한 자동 적응 제어 회로가 요구되는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 적어도 2개 이상 다수 개(2~N)의 주증폭부 종단 각각에 고출력 아이솔레이터를 설치하고, 상호 간에는 병렬로 위치시켜 아이솔레이터로 인가되는 RF 인가 전력을 줄임으로써 전치왜곡장치를 사용하지 않으면서도 아이솔레이터의 수동 혼변조 발생을 최소화할 수 있도록 하는, 수동 혼변조 왜곡을 줄이기 위한 전력 증폭 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수동 혼변조 왜곡을 개선하기 위한 전력 증폭 장치는,
입력 포트를 통해 입력된 변조 또는 비변조 신호를 입력받아 주증폭부를 구동하기 위한 출력 전력을 생성하고, 생성된 출력 전력을 전력 분배하는 구동부, 상기 구동부로부터 전력 분배된 출력 전력을 입력받아 상기 입력된 변조 또는 비변조 신호를 설정 증폭도로 증폭하여 증폭된 변조 또는 비변조 신호를 출력하고, 상호 간에는 병렬로 위치된 적어도 2개 이상의 주증폭부 및, 상기 주증폭부 각각의 종단에 연결되고 상호 간에는 병렬로 위치되어 경로의 방향 격리도를 규정하여 수동 혼변조 발생을 최소화하는 아이솔레이터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 아이솔레이터는 상기 주증폭부 각각의 종단에 연결된 제1 ~ 제N 아이솔레이터로 구성되고, 상기 제1 ~ 제N 아이솔레이터 상호 간은 병렬로 위치되어 상기 각 아이솔레이터로 인가되는 RF 인가 전력을 줄여 수동 혼변조 발생을 최소화하는 것을 특징으로 한다.
첫 번째, 본 발명의 전력 증폭 장치 구조에 따르면, 적어도 2개 이상 다수개(2~N)의 주증폭부 종단 각각에 고출력 아이솔레이터를 설치하고, 상호 간에는 병렬로 위치시켜 아이솔레이터로 인가되는 RF 인가 전력을 줄임으로써 아이솔레이터의 수동 혼변조(PIMD : Passive Inter-Modulation Distortion) 발생을 최소화할 수 있고, 전치왜곡 장치를 대체할 수 있는 효과가 있다.
두 번째, 본 발명의 전력 증폭 장치 구조를 통하여 전력 증폭 장치 비선형 특성을 개선하여 인접 채널의 영향을 최소화함으로써 통신 시스템의 품질을 개선하는 효과가 있다.
세 번째, 고출력 전력 증폭 장치에 사용되어 수동 소자의 수동 혼변조 성분에 의해 발생되는 혼변조 성분을 최소화시킬 수 있어 통신 및 방송의 품질을 높일 수 있다.
도 1은 종래 수동 혼변조(PIMD : Passive Inter-Modulation Distortion) 왜곡을 줄이기 위한 전력 증폭 장치를 도시한 회로도
도 2는 본 발명에 따른 수동 혼변조(PIMD) 왜곡을 줄이기 위한 전력 증폭 장치를 도시한 회로도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명에 따른 수동 혼변조(PIMD : Passive Inter-Modulation Distortion) 왜곡을 개선하기 위한 전력 증폭 장치를 도시한 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 증폭 장치는 크게, 구동부(202), 주증폭부(203, 204) 및, 아이솔레이터(205, 206)를 포함하여 이루어진 구조로 된 것이다.
즉, 입력 포트(201)를 통해 입력된 변조 또는 비변조 신호를 입력받아 주증폭부(203, 204)를 구동하기 위한 출력 전력을 생성하고, 생성된 출력 전력을 전력 분배하는 구동부(202), 상기 구동부(202)로부터 전력 분배된 출력 전력을 입력받아 상기 입력된 변조 또는 비변조 신호를 설정 증폭도로 증폭하여 증폭된 변조 또는 비변조 신호를 출력하고, 상호 간에는 병렬로 위치된 적어도 2개 이상의 주증폭부(203, 204) 및, 상기 주증폭부(203, 204) 각각의 종단에 연결되고 상호 간에는 병렬로 위치되어 경로의 방향 격리도를 규정하여 수동 혼변조 발생을 최소화하는 아이솔레이터(205, 206)를 포함하여 이루어진 구조로 된 것이다.
추가로, 상기 아이솔레이터(205, 206)는 상기 주증폭부(203, 204) 각각의 종단에 연결된 제1 ~ 제N 아이솔레이터로 구성되고, 상기 제1 ~ 제N 아이솔레이터 상호 간은 병렬로 위치되어 상기 각 아이솔레이터로 인가되는 RF 인가 전력을 줄여 수동 혼변조 발생을 최소화하는 구조이다.
여기서, 상기 구동부(202)는 입력 포트와 상호 간에 병렬로 위치된 적어도 2개 이상의 주증폭부(203, 204) 사이에 설치된 것으로, 상기 입력 포트를 통해 입력된 변조 또는 비변조 신호를 입력받아 주증폭부(203, 204)를 구동하기 위한 출력 전력을 생성하고, 생성된 출력 전력을 주증폭부(203, 204) 각각으로 전력 분배하는 것이다.
주증폭부(203, 204)는 구동부(202)와 경로의 방향 격리도를 규정하는 아이솔레이터(205, 206) 사이에 적어도 2개 이상(2 ~ N개) 설치되고, 상호 간에는 병렬로 위치된 것으로, 상기 구동부(202)로부터 전력 분배된 출력 전력을 입력받아 상기 구동부(202)를 통해 입력된 변조 또는 비변조 신호를 설정 증폭도로 증폭하고 증폭된 변조 또는 비변조 신호를 아이솔레이터(205, 206)로 각기 출력한다.
아이솔레이터(205, 206)는 상기 주증폭부(203, 204) 각각의 종단에 연결되고 상호 간에는 병렬로 위치되어 경로의 방향 격리도를 규정하여 수동 혼변조 발생을 최소화하는 것이다. 즉, 주증폭부(203, 204)로부터 입력된 증폭된 변조 또는 비변조 신호를 정해진 일방향으로 출력되도록 하고, 상기 변조 또는 비변조 신호가 주증폭부(203, 204)로 반사되는 신호를 막아주어 경로의 방향 격리도를 규정하고, 더불어 상기 주증폭부(203, 204) 각각의 종단에 하나씩 연결된 다수의 아이솔레이터로 구성되고 상호 간에는 병렬로 위치되어 상기 각 아이솔레이터로 인가되는 RF 인가 전력을 줄여 수동 혼변조 발생을 최소화하는 것이다. 구체적인 구조는 상기 주증폭부 각각의 종단에 연결된 제1 ~ 제N 아이솔레이터로 구성되고, 상기 제1 ~ 제N 아이솔레이터 상호 간은 병렬로 위치된 구조이다.
이하, 도 2의 본 발명에 따른 수동 혼변조(PIMD : Passive Inter-Modulation Distortion) 왜곡을 줄이기 위한 전력 증폭 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 전력 증폭 장치는 구동부(202)가 입력 포트(201)를 통해 입력된 변조 또는 비변조 신호를 입력받는다.
그런 다음, 연결된 주증폭부(203, 204)를 구동하기 위한 출력 전력을 생성한다.
그리고, 생성된 출력 전력을 주증폭부(203, 204) 각각으로 전력 분배한다.
즉, 생성된 출력 전력을 적어도 2개 이상 설치되고 상호 간에는 병렬로 연결된 주증폭부(203, 204) 각각으로 전력 분배한다.
상기 구동부(202)는 입력 포트(201)와 상호 간에 병렬로 위치된 적어도 2개 이상의 주증폭부(203, 204) 사이에 설치된 것이다.
다음, 주증폭부(203, 204)는 상기 구동부(202)로부터 전력 분배된 출력 전력을 입력받는다.
그런 다음, 상기 구동부(202)를 통해 입력된 변조 또는 비변조 신호를 설정 증폭도로 증폭한다.
그리고, 증폭된 변조 또는 비변조 신호를 아이솔레이터(205, 206)로 각기 출력한다.
즉, 증폭된 변조 또는 비변조 신호를 주증폭부(203, 204) 각각의 종단에 연결된 아이솔레이터(205, 206)로 각기 출력한다.
상기 주증폭부(203, 204)는 구동부(202)와 경로의 방향 격리도를 규정하는 아이솔레이터(205, 206) 사이에 적어도 2개 이상(2 ~ N개) 설치되고, 상호 간에는 병렬로 위치된 것이다.
다음, 아이솔레이터(205, 206)는 상기 주증폭부(203, 204) 각각의 종단에 연결되고 상호 간에는 병렬로 위치되어 경로의 방향 격리도를 규정하여 수동 혼변조 발생을 최소화한다.
즉, 상기 주증폭부(203, 204)로부터 입력된 증폭된 변조 또는 비변조 신호를 정해진 일방향으로 출력되도록 하고, 상기 변조 또는 비변조 신호에 의해 주증폭부(203, 204)로 반사되는 신호를 막아주어 경로의 방향 격리도를 규정한다.
그리고, 상기 주증폭부(203, 204) 각각의 종단에 하나씩 연결된 다수의 아이솔레이터로 구성되고 상호 간에는 병렬로 위치되어 상기 각 아이솔레이터로 인가되는 RF 인가 전력을 줄여 수동 혼변조 발생을 최소화한다.
상기 아이솔레이터의 구체적인 구조는 상기 주증폭부 각각의 종단에 연결된 제1 ~ 제N 아이솔레이터로 구성되고, 상기 제1 ~ 제N 아이솔레이터 상호 간은 병렬로 위치된 구조이다.
마지막으로, 각 경로마다 위치한 아이솔레이터(205, 206)를 선형적으로 통과한 신호들이 전력 결합기에 의해 결합된다.
이상과 같이, 본 발명은 적어도 2개 이상 다수개(2~N)의 주증폭부 종단 각각에 고출력 아이솔레이터를 설치하고, 상호 간에는 병렬로 위치시켜 아이솔레이터로 인가되는 RF 인가 전력을 줄임으로써 아이솔레이터의 수동 혼변조(PIMD : Passive Inter-Modulation Distortion) 발생을 최소화할 수 있다.
그렇게 하여, 전치왜곡 장치를 대체할 수 있고, 전력 증폭 장치의 비선형 특성을 개선하여 인접 채널의 영향을 최소화함으로써 통신 시스템의 품질을 개선할 수 있으며, 통신 및 방송의 품질을 높일 수 있다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
201 : 입력 포트 202 : 구동부
203, 204 : 주증폭부 205, 206 : 아이솔레이터
207 : 출력 포트

Claims (2)

  1. 입력 포트를 통해 입력된 변조 또는 비변조 신호를 입력받아 주증폭부를 구동하기 위한 출력 전력을 생성하고, 생성된 출력 전력을 전력 분배하는 구동부;
    상기 구동부로부터 전력 분배된 출력 전력을 입력받아 상기 입력된 변조 또는 비변조 신호를 설정 증폭도로 증폭하여 증폭된 변조 또는 비변조 신호를 출력하고, 상호 간에는 병렬로 위치된 적어도 2개 이상의 주증폭부; 및
    상기 주증폭부 각각의 종단에 연결되고 상호 간에는 병렬로 위치되어 경로의 방향 격리도를 규정하여 수동 혼변조 발생을 최소화하는 아이솔레이터를 포함하여 이루어진 수동 혼변조 왜곡을 개선하기 위한 전력 증폭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 아이솔레이터는
    상기 주증폭부 각각의 종단에 연결된 제1 ~ 제N 아이솔레이터로 구성되고,
    상기 제1 ~ 제N 아이솔레이터 상호 간은 병렬로 위치되어 상기 각 아이솔레이터로 인가되는 RF 인가 전력을 줄여 수동 혼변조 발생을 최소화하는 것을 특징으로 하는 수동 혼변조 왜곡을 개선하기 위한 전력 증폭 장치.
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