KR20160136883A - 교차 상쇄 방식을 이용한 다중대역 고효율 전력 증폭기 - Google Patents

교차 상쇄 방식을 이용한 다중대역 고효율 전력 증폭기 Download PDF

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Abstract

전력 증폭기의 비선형 특징을 보완하기 위한 선형화 장치 및 방법이 제공된다. 전력 증폭기는 입력 받은 RF(Radio Frequency) 신호에 포함되는 복수의 중심 주파수 중 제1 중심 주파수 성분을 증폭하는 증폭 회로, 상기 제1 중심 주파수 성분에 연관되는 제1 상호 변조(IMD: Intermodulation)성분을 제거하기 위한 제1 상쇄 신호를 생성하는 상쇄 회로 및 상기 제1 중심 주파수 성분과 상기 제1 상쇄 신호를 커플링하여 상기 제1 상호 변조 성분이 제거된 RF 증폭 신호를 출력하는 커플링부를 포함할 수 있다. 더하여, 상기 증폭 회로는 상기 제1 중심 주파수 성분을 추출하고 나머지 주파수 성분을 차단하는 복수의 제1 필터를 포함하고, 상기 상쇄 회로는 상기 제1 상호 변조 성분을 제거 하도록 하는 복수의 제2 필터를 포함할 수 있다.

Description

교차 상쇄 방식을 이용한 다중대역 고효율 전력 증폭기{MULTI BAND HIGH EFFICIENCY HIGH POWER AMPLIFIER USING CROSS CANCELLATION METHOD}
본 발명은 전력 증폭기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력 증폭기의 비선형적인 특성을 보완하기 위한 선형화 장치 및 방법에 관한 것이다.
오늘날 전력 증폭기는 이동통신 기지국 및 중계기와 같은 장치에 널리 활용되는 중요한 장치로 이용되고 있다. 다만, 전력 증폭기의 출력이 증가함에 따라 진폭 및 위상의 왜곡 또한 함께 증가하고 이러한 왜곡은 전력 증폭기의 비선형 특성을 발생시킨다. 이러한 비선형 특성은 시스템의 정보를 손상시키고 에러 확률을 증가시키는 것과 같은 여러 가지 문제점을 야기시킨다.
이와 같은 비선형 특성을 감소시키기 위해 교차 상쇄(cross cancellation) 방식이 효율성 높은 선형화 방식으로 연구되어 관련된 많은 연구가 진행되고 있다. 다만, 이동통신 발전 추세가 2G, 3G, Wibro, LTE, LTE-A로 진화하면서 기지국 및 중계기는 많은 대역의 전력 증폭기를 사용해야 하는 어려움이 존재한다. 현재 기술의 발전을 고려하여 광대역의 다대역(multi band)에서 사용 가능한 전력 증폭기에 대한 개발의 필요성이 증가하고 있는 시점이다.
본 발명은 전력 증폭기의 비선형 특징을 보완하는 선형화 장치 및 방법에 관한 것이다. 일실시예들은, 교차 상쇄(cross cancellation) 방법을 이용하여 복수의 주파수 대역에 존재하는 상호 변조(intermodulation)된 왜곡 신호(distortion signal)를 제거하는 기술을 제공할 수 있다.
본 발명은 다중 대역의 선형화를 구현하는 전력 증폭기를 제공하고, 이를 통해 전력 증폭기의 크기를 줄이고, 설치 공간을 쉽게 찾을 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 이동 통신 발달에 따라 광대역을 지원하는 전력 증폭기를 제공하여 저비용 및 고효율의 전력 증폭기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
복수의 주파수 대역에 존재하는 상호 변조된 왜곡 신호를 제거하는 선형화 장치의 다양한 측면 및 실시예들이 제시된다. 예시적으로, 그러나 한정되지 않은 몇 개의 측면들은 아래에서 서술된다.
일측에 따르면, 전력 증폭기가 제공된다. 상기 전력 증폭기는 입력 받은 RF(Radio Frequency) 신호에 포함되는 복수의 중심 주파수 중 제1 중심 주파수 성분을 증폭하는 증폭 회로, 상기 제1 중심 주파수 성분에 연관되는 제1 상호 변조(IMD: Intermodulation)성분을 제거하기 위한 제1 상쇄 신호를 생성하는 상쇄 회로 및 상기 제1 중심 주파수 성분과 상기 제1 상쇄 신호를 커플링하여 상기 제1 상호 변조 성분이 제거된 RF 증폭 신호를 출력하는 커플링부를 포함한다. 더하여, 상기 증폭 회로는 상기 제1 중심 주파수 성분을 추출하고 나머지 주파수 성분을 차단하는 복수의 제1 필터를 포함하고, 상기 상쇄 회로는 상기 제1 상호 변조 성분을 제거 하도록 하는 복수의 제2 필터를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 상쇄 회로는 상기 제1 상호 변조 성분과 진폭은 같고, 위상차가 180도인 신호를 상기 제1 상쇄 신호로서 생성할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 상기 전력 증폭기는 상기 제1 중심 주파수 성분 및 상기 제1 상쇄 신호를 동기화하는 적어도 하나의 딜레이 라인을 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 제1 중심 주파수 성분은 2G, 3G, Wibro, LTE 및 LTE-A를 위한 국제 통신 규격 중 어느 하나의 주파수 대역에 상응하고, 상기 제1 중심 주파수 성분에 따라 상기 복수의 제1 필터 및 상기 복수의 제2 필터의 통과 대역이 결정될 수 있다.
다른 일측에 따르면, RF(Radio Frequency) 신호의 커플링 경로를 제어하는 커플링 수단을 포함하는 전력 증폭기가 제공된다. 상기 전력 증폭기는 상기 커플링 수단을 통해 전달받은 상기 RF 신호의 제1 중심 주파수 성분의 이득 값을 제어하는 제1 가변 감쇠기, 상기 제1 중심 주파수 성분의 위상 값을 제어하는 제1 위상 제어기 및 상기 제1 중심 주파수 성분을 추출하는 제1 필터를 포함하고, 상기 제1 중심 주파수 성분을 증폭하는 제1 증폭 회로, 상기 커플링 수단을 통해 전달받은 상기 RF 신호의 제2 중심 주파수 성분의 이득 값을 제어하는 제2 가변 감쇠기, 상기 제2 중심 주파수 성분의 위상 값을 제어하는 제2 위상 제어기 및 상기 제2 중심 주파수 성분을 추출하는 제2 필터를 포함하고, 상기 제2 중심 주파수 성분을 증폭하는 제2 증폭 회로, 상기 제1 중심 주파수 성분에 연관되는 제1 상쇄 신호의 이득 값을 제어하는 제3 가변 감쇠기, 상기 제1 상쇄 신호의 위상 값을 제어하는 제3 위상 제어기 및 상기 제1 상쇄 신호의 주파수 성분을 추출하는 제3 필터를 포함하고 상기 제1 상쇄 신호를 생성하는 제1 상쇄 회로; 및 상기 제2 중심 주파수 성분에 연관되는 제2 상쇄 신호의 이득 값을 제어하는 제4 가변 감쇠기, 상기 제2 상쇄 신호의 위상 값을 제어하는 제4 위상 제어기 및 상기 제2 상쇄 신호의 주파수 성분을 추출하는 제4 필터를 포함하고 상기 제2 상쇄 신호를 생성하는 제2 상쇄 회로를 포함한다. 상기 커플링 수단은 상기 제1 상쇄 신호를 이용하여 상기 제1 중심 주파수 성분에 연관되는 제1 상호 변조 성분을 제거하고, 상기 제2 상쇄 신호를 이용하여 제2 중심 주파수 성분에 연관되는 제2 상호 변조 성분을 제거할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 증폭 회로의 동작을 설명하는 예시도이다.
도 2는 일실시예에 따른 증폭 회로의 블록도이다.
도 3은 일실시예에 따른 상쇄 회로의 동작을 설명하는 예시도이다.
도 4는 일실시예에 따른 상쇄 회로의 블록도이다.
도 5는 일실시예에 따른 전력 증폭기의 블록도이다.
도 6은 일실시예에 따른 커플링부의 동작을 설명하는 예시도이다.
도 7은 일실시예에 따른 이중대역 전력 증폭기의 예시도이다.
아래 설명하는 실시예에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일실시예에 따른 증폭 회로의 동작을 설명하는 예시도이다.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 증폭 회로(120)가 도시되고, 증폭 회로(120)의 입력 신호(110)의 그래프와 출력 신호(130)의 그래프가 도시된다.
입력 신호(110)의 그래프에서 X축은 주파수를, Y축은 진폭을 나타낸다. 입력 신호(110)는 증폭 회로(120)를 통과하면서 증폭될 수 있다. 보다 구체적으로 입력 신호(110)는 복수의 중심 주파수(center frequency) 각각에 대응하는 신호 성분을 포함하는 임의의 신호일 수 있다. 예시적으로, 도 1에서는 f1, f2 및 f3의 중심 주파수 각각에 대응하는 신호 성분을 갖고 복수의 중심 주파수 상호 간에 겹치지 않는 세 개 대역의 입력 신호(110)가 증폭 회로(120)에 입력된다. 도 1을 참조하면, 입력 신호(110)는 중심 주파수 f1에 대응하는 기본(fundamental) 주파수 성분(111), 중심 주파수 f2에 대응하는 기본 주파수 성분(112) 및 중심 주파수 f3에 대응하는 기본 주파수 성분(113)이 도시된다. 더하여, 각각의 중심 주파수에 대응하는 기본 주파수 성분들은(111, 112, 113) 각각의 중심 주파수를 기준으로 서로 대칭될 수 있다.
증폭 회로(120)는 입력 신호(110)를 증폭(amplifying)할 수 있다. 보다 구체적으로 증폭 회로(120)는 GaN 소자로 구현된 증폭기(amplifier)로 구현될 수 있다. 앞서 기재한 바와 같이 입력 신호(110)는 복수의 중심 주파수 성분(f1, f2 및 f3)을 갖고 있다. 복수의 중심 주파수 성분이 증폭 회로(120)를 통과하는 경우에, 비선형적 특징에 의해 상호 변조 신호가 발생한다. 앞서 기재한 바와 같이, 중심 주파수 f1에 대응하는 기본 주파수 성분(111)은 증폭 회로(120)를 통과하여 증폭된 신호(131)로 나타난다. 다만, 상호 변조된 왜곡 신호(132)가 발생된다. 일실시예로서 상호 변조(IMD: intermodulation)된 왜곡(distortion) 신호(132)는 3차 IMD 왜곡 신호일 수 있다.
다만, 증폭 회로(120)를 통과한 출력 신호(130)에는 중심 주파수 f2 및 중심 주파수 f3 각각에 대응하는 기본 주파수 성분의 신호는 나타나지 않는다. 증폭 회로(120)는 다대역(multi-band)의 신호 중에서 특정 대역의 신호 만을 출력 하도록 입력 신호(110)의 일부를 필터링 할 수 있다. 예시적으로 증폭 회로(120)의 필터링은 대역 통과 필터(BPF: Band Pass Filter)를 통해 구현될 수 있다.
도 1에서는 중심 주파수 f1에 대응하는 기본 주파수 성분(111)의 신호를 증폭하는 증폭 회로(120)가 도시된다. 위와 같은 증폭 회로(120)에 대한 설명을 참조하여, 복수의 증폭 회로를 이용하여 중심 주파수 f2에서 중심 주파수 fn까지 각각의 중심 주파수에 대응하는 기본 주파수 신호 성분도 각각 증폭하도록 하는 N개 대역의 다중 대역(multi-band) 전력 증폭기를 구현할 수 있다는 것은 기술 분야에 속하는 당업자에게는 자명한 사실일 것이다.
도 2는 일실시예에 따른 증폭 회로의 블록도이다.
증폭 회로(200)는 가변 감쇠기(210), 위상 제어기(220) 및 필터(230)를 포함할 수 있다. 가변 감쇠기(210)는 증폭 회로(200)의 입력 신호의 진폭을 제어할 수 있다. 입력 신호의 진폭을 제어하여 입력 신호가 증폭 회로(200)를 통과하여 증폭되는 크기를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로 가변 감쇠기(210)는 입력 신호의 진폭을 조절하여 증폭 회로(200)를 통과한 출력 신호가 증폭 회로(200)의 동작 범위를 초과하여 증폭 회로(200)를 파손하는 것을 방지 할 수 있다. 한편, 위상 제어기(220)는 증폭 회로(200)의 입력 신호의 위상을 제어할 수 있다.
필터(230)는 입력 신호의 통과 대역을 분리할 수 있다. 본원의 전력 증폭기는 복수의 통신 규격에 상응하는 기지국 또는 중계기를 위해서 전력 공급이 가능하다. 예시적으로, 복수의 통신 규격은 2G, 3G, Wibro, LTE 및 LTE-A 중에서 어느 하나일 수 있다. 이와 같은 경우에, 복수의 통신 규격 중 어느 하나에 대응 하는 주파수 대역의 전력을 공급하기 위해서 필터(230)는 나머지 주파수 대역에 대응하는 신호를 차단하여 원하는 주파수 대역의 신호만이 증폭 회로(200)에 의해 증폭되도록 조절할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 상쇄 회로의 동작을 설명하는 예시도이다.
도 3을 참조하면, 일실시예에 따른 상쇄 회로(320)가 도시되고, 상쇄 회로(320)의 입력 신호(310)의 그래프와 출력 신호(330)의 그래프가 도시된다.
입력 신호(310) 및 출력 신호(330)의 그래프에서 X축은 주파수를, Y축은 진폭을 나타낸다. 도 1에 도시된 실시예와 마찬가지로, 입력 신호(310)는 복수의 중심 주파수 각각에 대응하는 신호 성분을 포함하는 임의의 신호일 수 있다. 도 3을 참조하면, 입력 신호(310)는 중심 주파수 f1에 대응하는 기본 주파수 성분의 신호(311), 중심 주파수 f2에 대응하는 기본 주파수 성분의 신호(312) 및 중심 주파수 f3에 대응하는 기본 주파수 성분의 신호(313)가 도시된다. 도 1과 마찬 가지로 각각의 중심 주파수에 대응하는 기본 주파수 성분들은(311, 312, 313) 각각의 중심 주파수를 기준으로 서로 대칭될 수 있다.
도 3에서 f1, f2 및 f3의 중심 주파수 성분을 갖는 입력 신호(310)가 상쇄 회로(320)에 입력된다. 입력 신호(310)는 상쇄 회로(320)를 통과하면서 증폭될 수 있다. 보다 구체적으로 입력 신호(310)는 증폭 회로(120)의 출력 신호(130)의 크기와 동일한 만큼 증폭될 수 있다.
출력 신호(330)를 참조하면, f1에 대응하는 중심 주파수 성분(311)의 증폭된 신호(331) 및 상쇄 신호(332)가 도시된다. 앞서 기재한 바와 같이 증폭된 신호(331)의 크기는 도 1에서의 증폭된 신호(131)의 크기와 동일할 수 있다. 마찬 가지로, 상쇄 회로(320)를 통과한 상쇄 신호(332)의 진폭의 크기는 도 1에서 도시된 상호 변조된 왜곡 신호(132)의 진폭의 크기와 동일할 수 있다. 다만, 상쇄 회로(320) 내에 존재하는 필터를 통과한 출력 신호(330)에는 중심 주파수 f2 및 f3 각각에 대응하는 기본 주파수 성분의 신호는 나타나지 않는다. 보다 구체적으로, 상쇄 회로(320) 내에서 존재하는 필터는 중심 주파수 f1에 대응하는 기본 주파수 성분(331) 및 상쇄 신호(332)를 제외하고 다른 주파수 대역의 신호들을 제거할 수 있다. 한편, 상쇄 회로(320)는 증폭 회로(120)를 통과한 f1에 대응하는 중심 주파수 성분의 상호 변조된 왜곡 신호(132)를 제거하기 위한 상쇄 신호(332)를 생성할 수 있다.
더하여, 상쇄 신호(332)는 입력 신호(310)가 상쇄 회로(320)를 통과하면서 증폭 회로(120)를 통과한 출력 신호(130)의 상호 변조 성분(132)의 위상과 180도 차이를 갖도록 제어될 수 있다. 상쇄 회로(320)의 출력 신호(330)는 전력 증폭기의 효율성을 감소하도록 하는 상호 변조 성분(132)이 제거될 수 있도록 한다.
이와 같은 상쇄 회로(320)의 원리를 참조하면, 복수의 상쇄 회로를 이용하여 중심 주파수 f2 에서 중심 주파수 fn까지 각각에 대응하는 상호 변조 성분도 각각 제거하여 전력 증폭기의 선형화를 구현할 수 있다는 것은 기술 분야에 속하는 당업자에게는 자명한 사실일 것이다.
도 4는 일실시예에 따른 상쇄 회로의 블록도이다.
상쇄 회로(400)는 가변 감쇠기(410), 위상 제어기(420) 및 필터(430)를 포함할 수 있다. 상쇄 회로(400)는 증폭 회로(200)를 통과한 출력 신호의 상호 변조된 왜 곡 신호와 크기는 동일하고 위상은 180도 차이를 갖는 출력 신호를 상쇄 신호로서 생성할 수 있다.
가변 감쇠기(410)는 상쇄 회로(400)의 입력 신호의 진폭을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로 가변 감쇠기(410)는 증폭 회로의 출력 신호의 크기와 상쇄 회로(400)의 출력 신호의 크기가 동일하도록 제어할 수 있다. 그에 따라, 상쇄 회로(400)의 출력 신호를 이용하여 전력 증폭기 전체의 출력 신호에서 상호 변조된 왜곡 신호가 제거되어 선형화가 구현되도록 할 수 있다.
위상 제어기(420)는 상쇄 회로(400)의 입력 신호의 위상을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로 입력 신호의 위상을 제어하여 상쇄 회로(400)의 출력 신호의 상쇄 신호가 증폭 회로(200)의 상호 변조 성분과 비교할 때 180도 위상 차이를 갖도록 할 수 있다.
필터(430)는 입력 신호의 통과 대역을 분리할 수 있다. 본원의 전력 증폭기는 복수의 통신 규격에 상응하는 기지국 또는 중계기를 위해서 전력 공급이 가능하다. 예시적으로, 복수의 통신 규격 중 어느 하나에 대응 하는 주파수 대역의 전력을 공급하기 위해서 필터(430)는 나머지 주파수 대역에 대응하는 신호를 차단하여 원하는 주파수 대역의 신호의 상호 변조된 왜곡 신호가 제거될 수 있도록 조절할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 전력 증폭기의 블록도이다.
전력 증폭기(500)는 증폭 회로(510), 상쇄 회로(520), 커플링부(530) 및 딜레이 라인(540)을 포함할 수 있다.
증폭 회로(510)는 전력 증폭기(500)에 입력된 RF(Radio Frequency) 신호에 포함되는 복수의 중심 주파수 중 특정 중심 주파수 성분을 증폭할 수 있다. 더하여, 특정 중심 주파수 성분은 2G, 3G, Wibro, LTE 및 LTE-A를 위한 국제 통신 규격 중 어느 하나의 주파수 대역에 상응하는 것일 수 있다.
증폭 회로(510)는 적어도 하나의 필터를 통하여 특정 중심 주파수 성분을 추출하고, 가변 감쇠기 및 위상 제어기를 이용하여 전력 증폭기(500)의 용도에 따라 출력 신호의 이득 값 및 위상 값을 제어할 수 있다. 앞서 기재한 특정 중심 주파수 성분의 주파수 대역에 대응하여 상기 필터의 통과 대역이 결정될 수 있다. 더하여, 증폭 회로(510)내에는 입력 신호를 증폭하는 GaN 소자로 구성되는 적어도 하나의 증폭기가 존재할 수 있다.
한편, 상응하는 특정 중심 주파수 성분의 개수에 따라 전력 증폭기(500) 전체에 복수의 증폭 회로(510)가 포함될 수 있다. 위와 같은 설명과 함께, 복수의 증폭 회로(510)를 구현하여 다중 대역 전력 증폭기를 구현할 수 있다는 것은 동일한 기술 분야의 당업자에게는 자명할 것이다.
상쇄 회로(520)는 특정 중심 주파수 성분에 연관되는 상호 변조 성분을 제거하기 위한 상쇄 신호를 생성할 수 있다. 보다 구체적으로 상쇄 신호는 상호 변조 성분과 진폭의 크기는 같고, 위상차는 180도를 갖는 신호일 수 있다.
보다 구체적으로, 상쇄 회로(520)는 특정 중심 주파수 성분에 연관되는 상호 변조 성분을 제거하기 위한 상쇄 신호를 추출하는 적어도 하나의 필터를 포함하고, 더하여, 상쇄 신호의 이득 값을 제어하는 가변 감쇠기 및 상쇄 신호의 위상 값을 제어하는 위상 제어기를 포함할 수 있다. 가변 감쇠기는 상쇄 신호가 상호 변조 성분과 동일한 크기의 진폭을 갖도록 제어 할 수 있다. 위상 제어기는 상쇄 신호가 상호 변조 성분과 180도의 위상 차를 갖도록 제어 할 수 있다. 또한, 상쇄 회로(520)내에는 입력 신호를 증폭하는 GaN 소자로 구성되는 적어도 하나의 증폭기가 존재할 수 있다.
커플링부(530)는 특정 중심 주파수 성분과 상쇄 신호를 커플링하여 상호 변조 성분이 제거된 RF 증폭 신호가 전력 증폭기(500)에서 출력 될 수 있도록 한다. 또한 커플링부(530)는 전력 증폭기(500)의 입력 신호를 증폭 회로(510) 및 상쇄 회로(520)에 대응하는 각각의 커플링 경로를 통해 커플링하여 증폭 회로(510) 및 상쇄 회로(520) 각각에 입력되도록 연결할 수 있다.
딜레이 라인(540)은 특정 중심 주파수 성분의 신호 및 상쇄 신호가 커플링부(530)에 도달하는 시간이 같아질 수 있도록 각각의 도달 시간을 지연한다. 서로 진폭이 같고, 180도의 위상 차이를 갖는 상호 변조된 왜곡 신호와 상쇄 신호가 생성되었더라도, 커플링부(530)에 도달하는 시간이 상이한 경우에는 전력 증폭기는 교차 상쇄를 수행할 수 없을 것이다. 도 5에서 설명한 전력 증폭기(500)에 대한 설명은 전력 증폭기를 위한 선형화 방법에도 적용할 수 있을 것이다. 이와 같은 장치를 이용한 선형화 방법의 구현은 기술 분야에 속하는 당업자에게는 자명한 사실일 것이고, 그에 따라 자세한 설명은 생략 가능할 것이다.
도 6은 일실시예에 따른 커플링부의 동작을 설명하는 예시도이다.
증폭 회로의 출력 신호(610), 상쇄 회로의 출력 신호(620) 및 전력 증폭기의의 그래프의 출력 신호(640)의 그래프에서 X축은 주파수를, Y축은 진폭을 나타낸다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 출력 신호(610)는 중심 주파수 f1의 기본 주파수 성분(611)과 그에 대응하는 상호 변조된 왜곡 신호(612)를 포함하고 있다. 더하여, 상쇄 회로의 출력 신호(620)는 중심 주파수 f1의 기본 주파수 성분(621)과 상호 변조된 왜곡 신호(612)를 제거하기 위한 상쇄 신호(622)를 포함한다. 앞서 기재한 바와 같이, 상쇄 신호(622)는 상호 변조된 왜곡 신호(612)와 진폭의 크기는 같고, 위상은 180도 차이를 갖는 신호이다. 더하여, 증폭 회로 및 상쇄 회로의 필터를 통해 특정 중심 주파수 성분이 아닌 나머지 중심 주파수 성분과 관련되는 신호들은 차단할 수 있을 것이다.
커플링부(630)는 증폭 회로의 출력 신호(610)와 상쇄 회로의 출력 신호(620)를 커플링할 수 있다. 상호 간에 반전 관계에 있는 상호 변조된 왜곡 신호(612)와 상쇄 신호(622)가 커플링되어 상호 변조 신호가 제거될 수 있다. 커플링부(630)를 통과한 신호는 전력 증폭기 전체의 출력 신호(640)로서 출력될 수 있다.
전력 증폭기의 출력 신호(640)는 중심 주파수 f1의 기본 주파수 성분(641)만이 존재하고, 비선형 특징을 야기시키는 원인이 되는 상호 변조 신호들은 제거된다. 이와 같은 특징으로, 전력 증폭기의 효율을 높이고 비용을 감소하는 효과를 기대할 수 있다. 더하여, 본원의 증폭 회로 및 상쇄 회로 각각의 복수의 필터를 포함하고 있어, 원하는 대역대의 중심 주파수에 대한 상호 변조 신호의 제거를 수행할 수 있고 전력 증폭기의 경량화 및 비용 감소와 같은 효과를 기대할 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 이중대역 전력 증폭기의 예시도이다.
이중대역 전력 증폭기는 두 개의 중심 주파수(f1, f2) 각각에 대응하는 RF 신호가 두 개의 입력 단자(711, 712)로 입력된다. 입력된 RF 신호는 결합기(combiner)를 통과하고 제1 증폭기(721)를 통과하면서 증폭될 수 있다. 더하여, RF 신호는 제1 커플링부(731)로 입력되어 커플링되고 증폭회로로 입력될 수 있다. 예시적으로, 증폭 회로는 복수의 가변 감쇠기(741, 742), 복수의 위상 제어기(751, 752) 및 복수의 필터(761, 762)를 포함할 수 있다. 일실시예로서, 중심 주파수 f1에 연관되는 신호 성분은 제1 가변 감쇠기(741)를 통하여 진폭이 제어되고, 제1 위상 제어기(751)를 통하여 위상이 제어되고, 제1 필터(761)를 통해 중심 주파수 f2에 연관되는 왜곡 신호들을 제거할 수 있다. 마찬가지로, 중심 주파수 f2에 연관되는 신호 성분은 제2 가변 감쇠기(742)를 통하여 진폭이 제어되고, 제2 위상 제어기(752)를 통하여 위상이 제어되고, 제2 필터(762)를 통해 중심 주파수 f1에 연관되는 왜곡 신호들을 제거할 수 있다. 다만, 위와 같은 RF 신호는 제2 증폭기(722)를 통과하면서 증폭된 기본 주파수 성분뿐만 아니고 상호 변조된 왜곡 신호 또한 생성될 수 있다. 이에 따라, 전력 증폭기는 상쇄 회로를 통해 위와 같이 상호 변조된 왜곡 신호를 제거하기 위한 상쇄 신호를 생성할 필요가 있다.
RF 신호 중 제1 커플링부(731)에 의해서 커플링되지 않은 신호는 제1 딜레이 라인(771)을 통과하고 분리 회로를 통과하여 새로운 결합 회로의 입력 신호로서 입력될 수 있다. 제1 결합 회로(781)에는 제2 증폭기(722)를 통과하여 기본 주파수 성분 및 상호 변조된 왜곡 신호를 포함하는 신호와 제1 딜레이 라인(771)을 통과한 신호가 입력된다. 이 경우에, 제1 결합 회로(781)는 기본 주파수 성분 및 위상이 180도 반전이 일어난 상호 변조된 왜곡 신호를 출력할 것이다.
분리 회로의 출력 신호는 제3 가변 감쇠기(743), 제3 위상 제어기(753) 및 제3 필터(763) 또는 제4 가변 감쇠기(744), 제4 위상 제어기(754) 및 제4 필터(764)를 통과 하여 위상 및 진폭이 제어될 수 있다.
앞서 기재한 제1 결합 회로(781)의 출력 신호 및 분리 회로의 출력 신호는 제2 결합 회로(782)의 두 입력 신호가 될 수 있다. 제2 결합 회로(782)의 출력 신호는 기본 주파수 성분의 위상이 180도 반전되어 제2 증폭기(722)의 출력 신호와 비교하여 위상이 같아질 수 있다. 더하여, 제2 결합 회로(782)의 출력 신호는 상호 변조된 왜곡 신호의 위상이 그대로 유지되어, 제2 증폭기(722)의 출력 신호와 비교할 때 여전히 180도의 위상 차이가 존재할 수 있다. 제2 결합 회로(782)의 출력 신호는 제5 가변 감쇠기(745), 제5 위상 제어기(755) 및 제5 필터(765) 또는 제6 가변 감쇠기(746), 제6 위상 제어기(756) 및 제6 필터(766)를 통과하여 위상 및 진폭이 제어되고 에러 증폭기(723)에 입력될 수 있다. 예시적으로, 에러 증폭기(723)의 입력 신호는 제2 결합 회로(782)의 출력 신호 전체의 위상이 180도 반전된 신호일 수 있다. 더하여, 왜곡 신호 검출기를 통하여 검출된 왜곡 신호의 정도에 따라서 진폭 및 위상이 제어될 수 있다.
제2 증폭기(722)의 출력 신호는 제2 커플링부(732)에 연결되어 커플링되고 제2 딜레이 라인(772)를 통하여 쿼드러쳐 하이브리드(Quadrature Hybrid) 커플링부(735)의 제1 입력 단자에 연결될 수 있다. 더하여, 에러 증폭기(723)의 출력 신호는 쿼드러쳐 하이브리드(Quadrature Hybrid) 커플링부(735)의 제2 입력 단자에 연결될 수 있다. 이 경우에, 쿼드러쳐 하이브리드(Quadrature Hybrid) 커플링부(735)는 제1 입력 단자의 신호와 제2 입력 단자의 신호를 이용하여, 상호 변조된 왜곡 신호가 제거된 기본 주파수 성분이 존재하는 출력 신호를 출력 단자를 통하여 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 상호 변조된 왜곡 신호는 3차 IMD 신호일 수 있다.
예시적으로, 도 7에서 설명한 실시예에는 서로 다른 두 개의 중심 주파수(f1 , f2)에 연관되는 RF 신호가 전력 증폭기의 입력 신호로 연결된다. 더하여, 증폭 회로 및 상쇄 회로 각각에 두 개의 필터를 사용한 실시예가 설명된다. 다만, 도 7에서 설명한 이중대역 전력 증폭기 뿐만 아니라, 서로 다른 N 개의 중심 주파수 (f1 … fn)가 입력되는 다중대역 전력 증폭기도 본 발명의 설명에 따라 확장할 수 있다. 증폭 회로 및 상쇄 회로 각각에 N 개의 필터를 사용하여 구현할 수 있을 것이다. 이 경우에, 서로 다른 N 개의 중심 주파수 (f1 … fn) 각각은 2G, 3G, Wibro, LTE 및 LTE-A를 위한 국제 통신 규격 중 어느 하나의 주파수 대역에 상응하는 것일 수 있다. 더하여, N 개의 필터 각각의 통과 대역 범위는 서로 다른 N 개의 중심 주파수 (f1 … fn) 각각에 따라 결정될 수 있다. 이와 같이, 각각의 주파수 대역에 대해 선형화 기능을 구현하는 다중대역 전력 증폭기가 본 발명의 설명에 따라 구현 가능한 것은 기술분야에 속하는 전문가에게는 자명할 것이다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (5)

  1. 입력 받은 RF(Radio Frequency) 신호에 포함되는 복수의 중심 주파수 중 제1 중심 주파수 성분을 증폭하는 증폭 회로;
    상기 제1 중심 주파수 성분에 연관되는 제1 상호 변조(IMD: Intermodulation)성분을 제거하기 위한 제1 상쇄 신호를 생성하는 상쇄 회로; 및
    상기 제1 중심 주파수 성분과 상기 제1 상쇄 신호를 커플링하여 상기 제1 상호 변조 성분이 제거된 RF 증폭 신호를 출력하는 커플링부
    를 포함하고,
    상기 증폭 회로는 상기 제1 중심 주파수 성분을 추출하고 나머지 주파수 성분을 차단하는 복수의 제1 필터를 포함하고, 상기 상쇄 회로는 상기 제1 상호 변조 성분을 제거 하도록 하는 복수의 제2 필터를 포함하는 전력 증폭기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상쇄 회로는 상기 제1 상호 변조 성분과 진폭은 같고, 위상차가 180도인 신호를 상기 제1 상쇄 신호로서 생성하는 전력 증폭기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중심 주파수 성분 및 상기 제1 상쇄 신호를 동기화하는 적어도 하나의 딜레이 라인
    을 더 포함하는 전력 증폭기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중심 주파수 성분은 2G, 3G, Wibro, LTE 및 LTE-A를 위한 국제 통신 규격 중 어느 하나의 주파수 대역에 상응하고, 상기 제1 중심 주파수 성분에 따라 상기 복수의 제1 필터 및 상기 복수의 제2 필터의 통과 대역이 결정되는 전력 증폭기.
  5. RF 신호의 커플링 경로를 제어하는 커플링 수단을 포함하는 전력 증폭기에 있어서,
    상기 커플링 수단을 통해 전달받은 상기 RF 신호의 제1 중심 주파수 성분의 이득 값을 제어하는 제1 가변 감쇠기, 상기 제1 중심 주파수 성분의 위상 값을 제어하는 제1 위상 제어기 및 상기 제1 중심 주파수 성분을 추출하는 제1 필터를 포함하고, 상기 제1 중심 주파수 성분을 증폭하는 제1 증폭 회로
    상기 커플링 수단을 통해 전달받은 상기 RF 신호의 제2 중심 주파수 성분의 이득 값을 제어하는 제2 가변 감쇠기, 상기 제2 중심 주파수 성분의 위상 값을 제어하는 제2 위상 제어기 및 상기 제2 중심 주파수 성분을 추출하는 제2 필터를 포함하고, 상기 제2 중심 주파수 성분을 증폭하는 제2 증폭 회로
    상기 제1 중심 주파수 성분에 연관되는 제1 상쇄 신호의 이득 값을 제어하는 제3 가변 감쇠기, 상기 제1 상쇄 신호의 위상 값을 제어하는 제3 위상 제어기 및 상기 제1 상쇄 신호의 주파수 성분을 추출하는 제3 필터를 포함하고 상기 제1 상쇄 신호를 생성하는 제1 상쇄 회로; 및
    상기 제2 중심 주파수 성분에 연관되는 제2 상쇄 신호의 이득 값을 제어하는 제4 가변 감쇠기, 상기 제2 상쇄 신호의 위상 값을 제어하는 제4 위상 제어기 및 상기 제2 상쇄 신호의 주파수 성분을 추출하는 제4 필터를 포함하고 상기 제2 상쇄 신호를 생성하는 제2 상쇄 회로
    를 포함하고,
    상기 커플링 수단은 상기 제1 상쇄 신호를 이용하여 상기 제1 중심 주파수 성분에 연관되는 제1 IMD(Intermodulation) 성분을 제거하고, 상기 제2 상쇄 신호를 이용하여 상기 제2 중심 주파수 성분에 연관되는 제2 IMD 성분을 제거하는 전력 증폭기.
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