KR20160066593A - Broadband Doherty Power Amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예들은 도허티 전력 증폭기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 협대역 문제를 개선하여 보다 안정적인 구조를 갖는 광대역 도허티 전력 증폭기에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a Doherty power amplifier, and more particularly to a broadband Doherty power amplifier having a more stable structure by improving a narrowband problem.
도허티(Doherty) 전력 증폭기는 마이크로파 전력을 증폭시키는 장치로서 알려져 있고, 높은 전력 효율 및 높은 선형성을 장점이 가지나 매우 협소한 대역폭과 큰 크기라는 단점을 가진다.The Doherty power amplifier is known as a device for amplifying microwave power, has the advantages of high power efficiency and high linearity but has a disadvantage of very narrow bandwidth and large size.
도허티 전력 증폭기에 있어서, 협소한 대역폭은 주로 믹서의 협대역 속성으로 인한 것이며, 큰 크기는 1/4 파장 전송선로의 길이에 기인한다. 예를 들어, 900㎒ 시스템에서 인쇄회로기판상에 도허티 전력 증폭기를 구현하는 경우, 1/4 파장 전송선로의 길이는 대략 47㎜에 이른다.In Doherty power amplifiers, the narrow bandwidth is mainly due to the narrowband nature of the mixer, and the large size is due to the length of the quarter wavelength transmission line. For example, when a Doherty power amplifier is implemented on a printed circuit board in a 900 MHz system, the length of the 1/4 wavelength transmission line reaches approximately 47 mm.
이와 같이, 현재 도허티 전력 증폭기의 대역폭을 확장하고 크기를 줄이기 위한 많은 연구가 진행되고 있다.Thus, much research is underway to expand the bandwidth and reduce the size of Doherty power amplifiers at present.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일실시예에서는 대역폭을 확장하고 크기를 작게 할 수 있는 광대역 도허티 전력 증폭기를 제공하고자 한다.In order to solve the above-described technical problem, an embodiment of the present invention is to provide a broadband Doherty power amplifier capable of expanding a bandwidth and reducing a size.
본 발명의 다른 실시예에서는 이동통신에서 많이 사용되는 도허티 전력 증폭기의 협대역 문제를 해결하여 보다 안정적인 구조를 갖는 도허티 전력 증폭기를 제공하고자 한다.Another embodiment of the present invention provides a Doherty power amplifier having a more stable structure by solving the narrow band problem of a Doherty power amplifier widely used in mobile communication.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 도허티 전력 증폭기는, 입력 신호가 입력되는 입력단; 입력과 출력을 구비하고, 입력이 입력단에 연결되는 캐리어 증폭기; 및 일단과 타단을 구비하고, 일단이 캐리어 증폭기의 출력에 연결되는 제1 전송선로를 포함하며, 여기서 제1 전송선로의 특성임피던스는 캐리어 증폭기의 제1 트랜지스터가 최대 효율을 내는 제1 임피던스(Ropt)의 2배로 설정된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a Doherty power amplifier including: an input terminal to which an input signal is input; A carrier amplifier having an input and an output, the input being connected to an input; And a first transmission line having one end and the other end and having one end connected to the output of the carrier amplifier, wherein the characteristic impedance of the first transmission line is a first impedance of the first transistor of the carrier amplifier opt ).
일실시예에서, 도허티 전력 증폭기는, 일단과 타단을 구비하고, 일단이 입력단에 연결되는 제2 전송선로; 및 입력과 출력을 구비하고 입력이 제2 전송선로의 타단에 연결되며 출력이 제1 전송선로의 타단에 연결되는 피킹 증폭기를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the Doherty power amplifier includes: a second transmission line having one end and the other end and having one end connected to the input end; And a peaking amplifier having an input and an output, an input connected to the other end of the second transmission line, and an output connected to the other end of the first transmission line.
일실시예에서, 제1 전송선로의 타단과 피킹 증폭기의 출력의 접합 지점에서의 출력 등가 임피던스는 제1 임피던스의 2배로 설정될 수 있다.In one embodiment, the output equivalent impedance at the junction point of the other end of the first transmission line and the output of the picking amplifier may be set to twice the first impedance.
일실시예에서, 제2 전송선로의 특성임피던스는 제1 임피던스의 2배로 설정될 수 있다.In one embodiment, the characteristic impedance of the second transmission line may be set to twice the first impedance.
일실시예에서, 제2 전송선로는 제1 전송선로의 동위상 딜레이 전송선로이다.In one embodiment, the second transmission line is an in-phase delay transmission line of the first transmission line.
일실시예에서, 캐리어 증폭기의 제1 트랜지스터와 피킹 증폭기의 제2 트랜지스터는 동일한 사이즈를 구비할 수 있다.In one embodiment, the first transistor of the carrier amplifier and the second transistor of the picking amplifier may have the same size.
일실시예에서, 광대역 도허티 전력 증폭기는, 제1 전송선로의 타단과 피킹 증폭기의 출력의 접합 지점에 연결되는 임피던스 매칭부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the broadband Doherty power amplifier may further include an impedance matching unit connected to a junction point of the output of the peaking amplifier and the other end of the first transmission line.
본 발명의 다른 측면에 따른 도허티 전력 증폭기는, 입력 신호가 입력되는 입력단; 제1입력과 제1출력을 구비하고 제1입력이 입력단에 연결되는 캐리어 증폭기; 일단과 타단을 구비하고 일단이 캐리어 증폭기의 제1출력에 연결되는 제1의 1/4 파장 전송선로; 일단과 타단을 구비하고 일단이 입력단에 연결되는 제2의 1/4 파장 전송선로; 제2입력과 제2출력을 구비하고 제2입력이 제2의 1/4 파장 전송선로의 타단에 연결되며 제2출력이 제1의 파장 전송선로의 타단에 연결되는 피킹 증폭기; 및 제1의 1/4 파장 전송선로의 타단과 피킹 증폭기의 제2출력의 접합 지점과 부하 사이에 연결되는 임피던스 매칭부를 포함하고, 여기서 제1의 1/4 파장 전송선로의 특성임피던스는 캐리어 증폭기의 제1 트랜지스터가 최대 효율을 내는 제1 임피던스(Ropt)의 2배로 설정된다.According to another aspect of the present invention, a Doherty power amplifier includes: an input terminal to which an input signal is input; A carrier amplifier having a first input and a first output and having a first input connected to an input; A first quarter wavelength transmission line having one end and the other end and having one end connected to the first output of the carrier amplifier; A second 1/4 wavelength transmission line having one end and the other end and having one end connected to the input end; A peaking amplifier having a second input and a second output, a second input connected to the other end of the second quarter wave transmission line, and a second output connected to the other end of the first wavelength transmission line; And an impedance matching part connected between a load point and a load point of the second output of the picking amplifier and the other end of the first quarter wavelength transmission line, wherein the characteristic impedance of the first quarter wavelength transmission line is determined by a carrier amplifier Is set to be twice as large as the first impedance (R opt ) which gives the maximum efficiency.
일실시예에서, 제1의 1/4 파장 전송선로의 타단과 피킹 증폭기의 출력의 접합 지점에서의 출력 등가 임피던스는 제1 임피던스의 2배로 설정될 수 있다.In one embodiment, the output equivalent impedance at the junction point of the output of the other end to the first quarter-wavelength transmission line and the output of the picking amplifier may be set to twice the first impedance.
일실시예에서, 캐리어 증폭기의 제1 트랜지스터와 피킹 증폭기의 제2 트랜지스터는 동일한 사이즈를 구비하고, 제2의 1/4 파장 전송선로는 제1의 1/4 파장 전송선로의 동위상 딜레이 전송선로일 수 있다.In one embodiment, the first transistor of the carrier amplifier and the second transistor of the picking amplifier have the same size, and the second 1/4 wavelength transmission line is an in-phase delay transmission line to the first 1/4 wavelength transmission line Lt; / RTI >
본 발명에 의하면, 도허티 전력 증폭기에 있어서 대역폭을 확장하고 크기를 작게 할 수 있다.According to the present invention, the bandwidth and the size of the Doherty power amplifier can be reduced.
또한, 본 발명에 의하면, 이동통신에서 많이 사용되는 도허티 전력 증폭기의 협대역 문제를 해결하고 보다 안정적인 구조의 도허티 전력 증폭기를 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to solve a narrow band problem of a Doherty power amplifier widely used in mobile communication, and to provide a Doherty power amplifier with a more stable structure.
또한, 본 발명에 의하면, 도허티 전력 증폭기의 고 효율화를 통하여 도허티 전력 증폭기를 사용하는 기존 기지국이나 휴대폰에서의 이동통신 부품이나 시스템의 성능 개선에 기여할 수 있고, 동시에 광대역화를 통하여 새로운 도허티 전력 증폭기의 시장을 창출할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, high efficiency of the Doherty power amplifier can contribute to improvement of the performance of mobile communication parts and systems in existing base stations or mobile phones using Doherty power amplifiers, and at the same time, a new Doherty power amplifier It has the effect of creating a market.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 도허티 전력 증폭기의 개략적인 블록도
도 2는 도 1의 광대역 도허티 전력 증폭기에 채용가능한 회로도
도 3은 비교예의 전력 증폭기 구조에 대한 예시도
도 4는 도 3의 전력 증폭기 구조에 사용되는 트랜지스터의 효율을 설명하기 위한 그래프
도 5는 도 3의 전력 증폭기 구조에서 Class AB 트랜지스터를 이용한 전력 증폭기의 효율과 CDMA 신호 파워에 관한 그래프
도 6은 비교예의 도허티 전력 증폭기의 동작 원리를 설명하기 위한 회로도
도 7은 도 6의 도허티 전력 증폭기의 이상적인 전압전류 조건에 대한 그래프
도 8은 도 6의 도허티 전력 증폭기의 백오프(Back Off)상에서의 효율을 나타낸 그래프
도 9는 도 6의 도허티 전력 증폭기의 실제 전압전류 조건에 대한 그래프1 is a schematic block diagram of a broadband Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 is a circuit diagram of a broadband Doherty power amplifier of Fig. 1
3 is an exemplary diagram of a power amplifier structure of a comparative example;
FIG. 4 is a graph for explaining the efficiency of a transistor used in the power amplifier structure of FIG.
5 is a graph showing the efficiency of the power amplifier using the Class AB transistor and the CDMA signal power in the power amplifier structure of FIG.
6 is a circuit diagram for explaining the operation principle of the Doherty power amplifier of the comparative example
Fig. 7 is a graph showing the ideal voltage-current condition of the Doherty power amplifier of Fig. 6
8 is a graph showing the efficiency on the back-off of the Doherty power amplifier of Fig. 6
Fig. 9 is a graph showing actual voltage and current conditions of the Doherty power amplifier of Fig. 6
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 형태들에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서 구성요소의 크기는 설명을 위해 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다. 그리고, 명세서 전체를 통하여 도면의 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid unnecessarily obscuring the subject matter of the present invention. In addition, the size of the constituent elements in the drawings may be exaggerated for explanatory purposes and does not mean a size actually applied. In the following description, like parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 도허티 전력 증폭기의 개략적인 블록도이다.1 is a schematic block diagram of a broadband Doherty power amplifier according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 도허티 전력 증폭기는, 입력단(10), 캐리어 증폭기(11), 제1 전송선로(12), 제2 전송선로(13), 피킹 증폭기(14) 및 출력단(15)를 포함한다.1, the Doherty power amplifier according to the present embodiment includes an
캐리어 증폭기(11)는 입력단(10)으로부터 입력 고주파(RF) 신호를 받고 이 신호를 증폭하여 출력한다. 입력 RF 신호는 수 ㎓의 주파수 대역에서 수십 ㎓의 주파수 대역의 신호일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어 입력 RF 신호는 100 ㎓ 이상의 주파수 대역의 신호일 수 있다.The
본 실시예의 캐리어 증폭기의 제1 트랜지스터는 Class AB로 바이어스(Bias)되고, 피킹 증폭기의 제2 트랜지스터는 Class C로 바이어스될 수 있다. 또한, 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터의 입력 파워는 균등하게 분배될 수 있다. 이를 위해 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터의 사이즈는 동일할 수 있다.The first transistor of the carrier amplifier of this embodiment may be biased to Class AB and the second transistor of the peaking amplifier may be biased to Class C. [ Further, the input powers of the first transistor and the second transistor can be evenly distributed. To this end, the sizes of the first transistor and the second transistor may be the same.
제1 전송선로(12)는 도허티(Doherty)를 구성하기 위한 전송선로(Transmission Line)이고, 제2 전송선로(13)는 입출력 위상 동기를 위한 전송선로이다. 제1 전송선로(12) 및 제2 전송선로(13)는 입력 RF 신호를 원하는 방향으로 이동시키는 역할을 하는 것으로 λ/4 마이크로스트립 선로 등으로 설치될 수 있다. 여기서, λ는 입력 RF 신호의 파장을 의미한다.The
본 실시예의 도허티 전력 증폭기는, 제1 전송선로의 특성임피던스를 제1 트랜지스터가 최대 효율을 낼 수 있는 최적의 임피던스의 2배가 되도록 설정함으로써, 포화전력에서 6㏈ 떨어진 지점에서의 증폭기의 효율(Power-added Efficiency, PAE) 및 드레인 효율(Drain Efficiency)이 각각 85%와 91.2%로 향상될 수 있다. 예를 들어, 비교예(도 6 참조)의 경우 최대 PAE 및 드레인 효율이 각각 64%와 80.6%로 측정되었다. 본 실시예를 좀더 구체적으로 예를 들어 설명하면 다음과 같다.The Doherty power amplifier of the present embodiment sets the characteristic impedance of the first transmission line to be twice as high as the optimum impedance for achieving the maximum efficiency of the first transistor so that the efficiency of the amplifier at the point 6 dB away from the saturation power -added Efficiency, PAE) and Drain Efficiency can be improved to 85% and 91.2%, respectively. For example, in the comparative example (see FIG. 6), the maximum PAE and drain efficiencies were 64% and 80.6%, respectively. Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail by way of example.
도 2는 도 1의 광대역 도허티 전력 증폭기에 채용가능한 회로도이다.2 is a circuit diagram that can be employed in the broadband Doherty power amplifier of FIG.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 도허티 전력 증폭기는, 입력단(10)과 전원소스(VS1)에 제어단자가 연결되는 제1 트랜지스터(T1), 제1 트랜지스터(T1)의 제1 단자에 일단이 연결되는 제1의 λ/4 전송선로(DL1, 12), 제1 트랜지스터(T1)의 제어단자에 일단이 연결되는 제2의 λ/4 전송선로(DL2, 13), 및 제2의 λ/4 전송선로(13)의 타단과 전원소스(VS2)에 제어단자가 연결되는 제2 트랜지스터(T2)를 포함한다. 여기서, 제2 트랜지스터(T2)의 제1 단자는 제1의 λ/4 전송선로(12)의 타단에 연결된다. 그리고, 제1 트랜지스터(T1)의 제2 단자와 제2 트랜지스터(T2)의 제2 단자는 그라운드에 연결된다.2, the Doherty power amplifier according to the present embodiment includes a first transistor T1 having a control terminal connected to an
또한, 도허티 전력 증폭기는 제1의 λ/4 전송선로(12)의 타단과 부하(17)와의 사이에 임피던스 매칭부(16)를 더 포함할 수 있다. 임피던스 매칭부(16)는 인덕터와 캐패시터의 병렬 회로로 구현될 수 있다.The Doherty power amplifier may further include an impedance matching
본 실시예의 도허티 전력 증폭기에 있어서, 제1의 λ/4 전송선로(12)의 특성임피던스는 제1 트랜지스터(T1)가 최대 효율을 낼 수 있는 최적 임피던스(Ropt)의 2배로 설정된다. 그리고, 제2의 λ/4 전송선로(13)의 특성 임피던스를 최적 임피던스의 2배로 설정한다. 이러한 구성에 의하면, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 단자(출력단자)에서의 출력 등가 임피던스가 최적 임피던스(Ropt)가 되고, 출력단(15)에서의 출력 등가 임피던스가 최적 임피던스(Ropt)의 2배가 된다.In the Doherty power amplifier of the present embodiment, the characteristic impedance of the first? / 4
출력단(15)에서의 출력 등가 임피던스를 최적 임피던스의 2배로 설정하면, 기존의 출력단에서의 출력 등가 임피던스에 비해 출력 등가 임피던스가 4배 높기 때문에 출력 매칭의 부담을 줄여 도허티 전력 증폭기를 광대역화할 수 있다.If the output equivalent impedance at the
또한, 본 실시예의 도허티 전력 증폭기에 있어서, 균등한 파워 분배 분위기에서 제2 트랜지스터(T2)의 제2 전류는 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전류의 2배로 설정된다. 이러한 전류 특성은 전술한 임피던스 조건을 만족하는 상태에서 Class AB로 바이어스된 제1 트랜지스터(T1)와 Class C로 바이어스된 제2 트랜지스터(T2)를 균등한 파워 분배로 연결하였을 때 자연스럽게 얻어질 수 있다. 이러한 전류 특성은 불균등 파워 분배나 다른 사이즈의 트랜지스터를 사용할 때 야기되는 대역폭 감소를 방지하여 광대역 특성을 더욱 용이하게 확보할 수 있도록 한다.In the Doherty power amplifier of the present embodiment, the second current of the second transistor T2 is set to be twice the first current of the first transistor T1 in an even power distribution atmosphere. Such a current characteristic can be naturally obtained when the first transistor T1 biased by Class AB and the second transistor T2 biased by Class C are connected by equal power distribution in a state where the above-mentioned impedance condition is satisfied . This current characteristic prevents the reduction of the bandwidth caused by uneven power distribution or the use of transistors of different sizes, thereby making it possible to more easily secure the broadband characteristic.
도 3은 비교예의 전력 증폭기 구조에 대한 예시도이다. 도 4는 도 3의 전력 증폭기 구조에 사용되는 트랜지스터의 효율을 설명하기 위한 그래프이다. 그리고, 도 5는 도 3의 전력 증폭기 구조에서 Class AB 트랜지스터를 이용한 전력 증폭기(이하, Class AB 전력 증폭기라 함)의 효율과 CDMA 신호 파워에 관한 그래프이다.3 is an exemplary diagram of a power amplifier structure of a comparative example. 4 is a graph illustrating the efficiency of a transistor used in the power amplifier structure of FIG. 5 is a graph showing the efficiency of a power amplifier using a Class AB transistor (hereinafter referred to as a Class AB power amplifier) and CDMA signal power in the power amplifier structure of FIG.
도 3을 참조하면, 비교예의 Class AB 타입의 전력 증폭기는 Class A 타입의 전력 증폭기보다 효율이 좋고 Class B 타입의 전력 증폭기보다 선형성이 좋기에 대부분의 전력 증폭기에서 채택되고 있다.Referring to FIG. 3, the Class AB type power amplifier of the comparative example is more efficient than the Class A type power amplifier and is adopted in most power amplifiers because the linearity is better than that of the Class B type power amplifier.
전력 증폭기는 직류(DC) 파워를 고주파(RF) 파워로 바꾸어 주는 블록으로써 DC to RF 파워 컨버젼(Conversion)을 효율로 나타낼 수 있다. 이러한 파워 효율은 입력 신호의 크기가 클수록 도 3의 트랜지스터가 점점더 스위치와 같이 동작하게 되므로 결국 입력 신호가 클수록 효율이 높아지게 되어 있다. 즉, 도 4에 나타낸 바와 같이, Class AB 트랜지스터를 이용한 전력 증폭기는 입력 신호(Vg 참조)가 클수록 효율(Id 참조)가 높이지는 것을 알 수 있다.A power amplifier is a block that converts direct current (DC) power to high frequency (RF) power, and can efficiently represent DC to RF power conversion. This power efficiency is such that as the size of the input signal increases, the transistor of FIG. 3 operates more and more like a switch, and as a result, the greater the input signal, the higher the efficiency. That is, as shown in FIG. 4, it can be seen that as the input signal (Vg reference) increases, the efficiency (Id reference) increases in the power amplifier using the Class AB transistor.
도 5를 참조하면, CDMA(Code Division Mulitple Access) 신호를 보면 평균 파워가 18㏈m이 된다. Class AB 전력 증폭기의 효율을 보면 피크(Peak) 파워에서는 80%이나 18㏈m에서는 20%로 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 이렇듯 비교예의 전력 증폭기는 백오프(Back-off) 파워 영역(Power Region)(여기서는 18㏈m)에서 효율이 많이 떨어지는 문제점이 있다.Referring to FIG. 5, an average power of a code division multiple access (CDMA) signal is 18 dBm. The efficiency of the Class AB power amplifier is 80% for peak power and 20% for 18 dBm. As described above, the power amplifier of the comparative example has a problem that the efficiency is significantly reduced in the back-off power region (here, 18 dBm).
도 6은 비교예의 도허티 전력 증폭기의 동작 원리를 설명하기 위한 회로도이다.6 is a circuit diagram for explaining the operation principle of the Doherty power amplifier of the comparative example.
도 6에 도시한 바와 같이, 비교예의 도허티 전력 증폭기는 입력 전압(VIN)이 최대 또는 풀(Full) 입력 전압의 절반이 되기 전까지 제1 트랜지스터(IM)의 전류만 흐르게 하고, 최대 입력 전압의 절반이 되었을 때에 제2 트랜지스터(IA)의 전류를 흐르게 하여 최종 전류(Imax)를 부하(RL)에 흘리면서 그때의 전압 스윙이 VL(Vdc)가 되도록 동작한다. 여기서, IM은 Class AB로 바이어스된 제1 트랜지스터의 전류를, IA는 Class C로 바이어스된 제2 트랜지스터의 전류를 각각 나타낸다. 그리고, Zt는 도허티 구성을 위한 전송선로의 특성 임피던스를 나타낸다.As shown in FIG. 6, the Doherty power amplifier of the comparative example allows only the current of the first transistor (I M ) to flow until the input voltage (V IN ) becomes half of the maximum or full input voltage, The current of the second transistor I A flows and the final current Imax flows to the load R L so that the voltage swing at that time becomes V L (Vdc). Here, I M represents the current of the first transistor biased by Class AB and I A represents the current of the second transistor biased by Class C, respectively. And Z t represents the characteristic impedance of the transmission line for the Doherty configuration.
전술한 비교예의 도허티 전력 증폭기의 코어(Core)를 등가 모델로 구현하고 이를 토대로 도허티 전력 증폭기의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.The core of the Doherty power amplifier of the above-described comparative example is implemented as an equivalent model and the operation principle of the Doherty power amplifier will be described below.
먼저, 비교예의 도허티 전력 증폭기의 동작 설명을 위한 수식은 다음의 수학식 1 내지 수학식 4와 같다. First, the expression for describing the operation of the Doherty power amplifier of the comparative example is expressed by the following Equations (1) to (4).
위의 수학식 1 내지 수학식 4와 함께 도허티 전력 증폭기의 동작 원리에 대한 이해를 돕고자 도허티 전력 증폭기의 이상적인 전압전류 조건을 추가로 설명하면 아래와 같다.The ideal voltage and current conditions of the Doherty power amplifier will be further described below to help understand the operation principle of the Doherty power amplifier together with Equations (1) to (4) above.
도 7은 도 6의 도허티 전력 증폭기의 이상적인 전압전류 조건에 대한 그래프이다. 도 8은 도 6의 도허티 전력 증폭기의 백오프(Back Off)상에서의 효율을 나타낸 그래프이다. 그리고, 도 9는 도 6의 도허티 전력 증폭기의 실제 전압전류 조건에 대한 그래프이다.7 is a graph of ideal voltage and current conditions of the Doherty power amplifier of FIG. 8 is a graph showing the efficiency of the Doherty power amplifier of FIG. 6 on the back-off. 9 is a graph of actual voltage and current conditions of the Doherty power amplifier of FIG.
도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 도허티 전력 증폭기의 이상적인 전류 조건은 최대 효율에서 도허티 전력 증폭기의 최대 전류의 절반(Imax/2)을 각각 담당하는 형태로 도시될 수 있다.As shown in Fig. 7 (a), the ideal current condition of the Doherty power amplifier can be shown in the form of taking charge of half the maximum current (Imax / 2) of the Doherty power amplifier at maximum efficiency.
또한, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 도허티 전력 증폭기의 이상적인 전압 조건은 최대 효율에서 제1 트랜지스터에 의한 전압(VM)과 제2 트랜지스터에 의한 전압(VA)이 풀 입력 전압(Vdc)인 형태로 도시될 수 있다.7 (b), the ideal voltage condition of the Doherty power amplifier is that the voltage (V M ) by the first transistor and the voltage (V A ) by the second transistor at the maximum efficiency are equal to the full input voltage (Vdc). ≪ / RTI >
즉, 위의 수학식 1 내지 수학식 4의 조건들을 만족시키면 도허티 전력 증폭기는 도 7에 나타낸 바와 같이 입력 전압(Vin)의 1/2에서 최대 효율을 보이고 입력 전압이 증가할수록 효율이 감소하다가 입력 전압이 Vmax에 이르면 다시 최대 효율을 보이는 특성을 나타내게 된다. 이로써 도허티 전력 증폭기의 구조는 백오프(Back-off)상에서도 고 효율의 특성을 나타내는 구조가 된다.7, the Doherty power amplifier exhibits the maximum efficiency at half the input voltage (Vin) as shown in FIG. 7, and the efficiency decreases as the input voltage increases, When the voltage reaches Vmax, it exhibits maximum efficiency again. As a result, the structure of the Doherty power amplifier becomes a structure showing high efficiency characteristics even in the back-off.
도허티 전력 증폭기의 백오프를 고려하여 위의 전류 전압 조건과 유도된 수식을 바탕으로 얻어지는 비교예의 설계 파라미터는 다음의 수학식 5 및 수학식 6과 같다.Considering the backoff of the Doherty power amplifier, the design parameters of the comparative example obtained on the basis of the above current voltage condition and the derived formula are expressed by the following equations (5) and (6).
수학식 5 및 수학식 6에서, Zt는 1/4 파장 전송선로의 특성임피던스이고, RL은 출력 부하 임피던스이며, Ropt는 원하는 출력을 얻기 위해 선택한 캐리어 증폭기의 제1 트랜지스터가 최대 효율을 낼 수 있는 최적의 임피던스를 지칭한다. 즉, 도 8에 나타낸 바와 같이, 비교예의 도허티 전력 증폭기의 백오프 시에도 최대 효율(Pmax)과 유사하게 약 80%에 미치는 효율을 낼 수 있음을 알 수 있다.In Equations 5 and 6, Z t is the characteristic impedance of the 1/4 wavelength transmission line, R L is the output load impedance, and R opt is the maximum efficiency of the first transistor of the carrier amplifier selected to achieve the desired output Refers to the optimum impedance that can be produced. That is, as shown in FIG. 8, it can be seen that even when the Doherty power amplifier of the comparative example is backed off, the efficiency is about 80% similar to the maximum efficiency Pmax.
수학식 5 및 수학식 6을 적용하여 설계한 비교예의 경우, 이론적으로 도허티 전력 증폭기가 잘 동작할 것 같으나 실질적으로 구현하는데 있어서 문제점이 있다. 즉, 위의 수학식 1 내지 수학식 4를 만족시키기 위해서는 도 9에서 메인 전류원(IM참조)으로 동작하는 제1트랜지스터를 Class AB로 바이어스 연결하고 피킹 전류원(IA 참조)으로 동작하는 제2트랜지스터를 Class C로 바이어스 연결해야 한다. 그렇기 때문에 실제 입력 파워를 균등하게 분배할 때, 도 7과 같은 이상적인 전류 전압 조건에 따른 효율이 나오지 않고, 도 9와 같은 실제 전류 전압 조건에 따른 낮은 효율이 나오게 된다.In the comparative example designed by applying equations (5) and (6), the Doherty power amplifier seems to operate theoretically, but there is a problem in practically implementing it. That is, the second to in order to satisfy
위에서 설명한 바에 의하면, 비교예의 경우와 같이 실제 도허티 전력 증폭기를 구현하는데 있어서 고효율을 달성하는데 한계가 있다. 이런 문제점을 극복하기 위하여 종래 기술에서는 입력 파워를 비대칭으로 도허티 전력 증폭기에 인가해주는 방안을 시도하기도 하지만, 그 경우 증폭기의 이득을 크게 감소시키고 대역폭을 줄이기 때문에 그 사용에 제한이 있다. 또한, 종래 기술에서는 Class AB와 Class C 트랜지스터들의 사이즈를 다르게 하여 고효율을 달성하는 방안도 제안되고 있으나 실제 고효율 달성에 문제가 있고 게다가 다른 사이즈의 트랜지스터를 사용함으로 인하여 대역폭이 제한받는 문제가 있다. 또한, 종래 기술에서는 출력 부하 임피던스(RL)가 최적 임피던스의 0.5배(1/2 Ropt)가 되는 조건인데, 보통 최적 임피던스가 50Ω보다 상당히 낮은 임피던스이므로 이를 50Ω으로 임피던스 변환하는데 있어서 도허티 전력 증폭기의 대역폭을 제한하여 광대역화를 못하게 막는 주된 요인이 된다.As described above, there is a limit to achieving high efficiency in realizing the Doherty power amplifier as in the comparative example. In order to overcome this problem, the prior art attempts to apply the input power asymmetrically to the Doherty power amplifier. However, the use of the amplifier is limited because it reduces the gain of the amplifier and reduces the bandwidth. In the prior art, a method of achieving high efficiency by varying the sizes of Class AB and Class C transistors has been proposed. However, there is a problem in achieving high efficiency, and further, there is a problem that bandwidth is limited due to the use of transistors of different sizes. In the prior art, the output load impedance (R L ) is 0.5 times (1/2 Ropt) of the optimum impedance. Since the optimum impedance is an impedance considerably lower than 50 Ω, Limiting the bandwidth is the main factor preventing the broadband from being blocked.
따라서, 본 실시예에서는 도 1이나 도 2에 도시한 바와 같은 도허티 전력 증폭기 구조를 제안하고, 이를 통해 기존의 협대역 문제를 해결하고 안정적인 구조를 갖는 광대역 고효율의 도허티 전력 증폭기를 제공할 수 있다.Therefore, in the present embodiment, a Doherty power amplifier structure as shown in FIG. 1 or 2 is proposed, and a wide band high efficiency Doherty power amplifier having a stable structure can be provided by solving the conventional narrow band problem.
이상에서와 같이 바람직한 실시 형태들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be apparent to those skilled in the art that various combinations and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, it should be understood that the technical contents related to the modifications and applications that can be easily derived from the embodiments of the present invention are included in the present invention.
10: 입력단
11: 캐리어 증폭기
12: 제1 전송선로
13: 제2 전송선로
14: 피킹 증폭기
15: 출력단
16: 임피던스 매칭부10: Input
11: Carrier amplifier
12: first transmission line
13: second transmission line
14: Picking amplifier
15: Output stage
16: Impedance matching unit
Claims (10)
입력과 출력을 구비하고, 상기 입력이 상기 입력단에 연결되는 캐리어 증폭기; 및
일단과 타단을 구비하고, 상기 일단이 상기 캐리어 증폭기의 출력에 연결되는 제1 전송선로;
를 포함하고,
상기 제1 전송선로의 특성임피던스는 상기 캐리어 증폭기의 제1 트랜지스터가 최대 효율을 내는 제1 임피던스(Ropt)의 2배로 설정되는 도허티 전력 증폭기.An input terminal through which an input signal is input;
A carrier amplifier having an input and an output, the input being connected to the input; And
A first transmission line having one end and the other end, the one end of which is connected to the output of the carrier amplifier;
Lt; / RTI >
Wherein the characteristic impedance of the first transmission line is set to twice the first impedance (R opt ) for maximizing the efficiency of the first transistor of the carrier amplifier.
일단과 타단을 구비하고, 상기 일단이 상기 입력단에 연결되는 제2 전송선로; 및
입력과 출력을 구비하고, 상기 입력이 상기 제2 전송선로의 타단에 연결되며 상기 출력이 상기 제1 전송선로의 타단에 연결되는 피킹 증폭기;
를 더 포함하는 도허티 전력 증폭기.The method according to claim 1,
A second transmission line having one end and the other end and having one end connected to the input end; And
A peaking amplifier having an input and an output, the input connected to the other end of the second transmission line, and the output connected to the other end of the first transmission line;
Wherein the Doherty power amplifier further comprises:
상기 제1 전송선로의 타단과 상기 피킹 증폭기의 출력의 접합 지점에서의 출력 등가 임피던스는 상기 제1 임피던스의 2배로 설정되는 도허티 전력 증폭기. The method of claim 2,
Wherein an output equivalent impedance at a junction point of the other end of the first transmission line and an output of the picking amplifier is set to twice the first impedance.
상기 제2 전송선로의 특성임피던스는 상기 제1 임피던스의 2배로 설정되는 도허티 전력 증폭기.The method of claim 3,
And the characteristic impedance of the second transmission line is set to twice the first impedance.
상기 제2 전송선로는 상기 제1 전송선로의 동위상 딜레이 전송선로인 도허티 전력 증폭기.The method of claim 4,
And the second transmission line is an in-phase delay transmission line of the first transmission line.
상기 캐리어 증폭기의 제1 트랜지스터와 상기 피킹 증폭기의 제2 트랜지스터는 동일한 사이즈를 구비하는 도허티 전력 증폭기.The method of claim 5,
Wherein the first transistor of the carrier amplifier and the second transistor of the picking amplifier have the same size.
상기 제1 전송선로의 타단과 상기 피킹 증폭기의 출력의 접합 지점에 연결되는 임피던스 매칭부를 더 포함하는 도허티 전력 증폭기.The method of claim 3,
And an impedance matching unit connected to a junction point of the other end of the first transmission line and the output of the picking amplifier.
제1입력과 제1출력을 구비하고, 상기 제1입력이 상기 입력단에 연결되는 캐리어 증폭기; 및
일단과 타단을 구비하고, 상기 일단이 상기 캐리어 증폭기의 제1출력에 연결되는 제1의 1/4 파장 전송선로;
일단과 타단을 구비하고, 상기 일단이 상기 입력단에 연결되는 제2의 1/4 파장 전송선로;
제2입력과 제2출력을 구비하고, 상기 제2입력이 상기 제2의 1/4 파장 전송선로의 타단에 연결되며 상기 제2출력이 상기 제1의 파장 전송선로의 타단에 연결되는 피킹 증폭기; 및
상기 제1의 1/4 파장 전송선로의 타단과 상기 피킹 증폭기의 제2출력의 접합 지점과 부하 사이에 연결되는 임피던스 매칭부;
를 포함하고,
상기 제1의 1/4 파장 전송선로의 특성임피던스는 상기 캐리어 증폭기의 제1 트랜지스터가 최대 효율을 내는 제1 임피던스(Ropt)의 2배로 설정되는 도허티 전력 증폭기.An input terminal through which an input signal is input;
A carrier amplifier having a first input and a first output, the first input coupled to the input; And
A first quarter wavelength transmission line having one end and the other end, the one end of which is connected to the first output of the carrier amplifier;
A second quarter wavelength transmission line having one end and the other end, the one end being connected to the input end;
A second input and a second output, the second input being connected to the other end of the second 1/4 wavelength transmission line, and the second output being connected to the other end of the first wavelength transmission line, ; And
An impedance matching unit connected between a junction point of the other end of the first quarter wavelength transmission line and a second output of the picking amplifier and a load;
Lt; / RTI >
Wherein the characteristic impedance of the first quarter-wavelength transmission line is set to twice the first impedance (R opt ) for which the first transistor of the carrier amplifier exhibits the maximum efficiency.
상기 제1의 1/4 파장 전송선로의 타단과 상기 피킹 증폭기의 출력의 접합 지점에서의 출력 등가 임피던스는 상기 제1 임피던스의 2배로 설정되는 도허티 전력 증폭기.The method of claim 8,
Wherein an output equivalent impedance at a junction point between the other end of the first quarter wavelength transmission line and the output of the picking amplifier is set to twice the first impedance.
상기 캐리어 증폭기의 제1 트랜지스터와 상기 피킹 증폭기의 제2 트랜지스터는 동일한 사이즈를 구비하고, 상기 제2의 1/4 파장 전송선로는 상기 제1의 1/4 파장 전송선로의 동위상 딜레이 전송선로인 도허티 전력 증폭기.The method of claim 8,
The first transistor of the carrier amplifier and the second transistor of the picking amplifier have the same size and the second 1/4 wavelength transmission line is a coplanar delay transmission line to the first 1/4 wavelength transmission line, Doherty power amplifier.
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2014
- 2014-12-02 KR KR1020140170298A patent/KR101654927B1/en active IP Right Grant
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