KR20170005913A - 광대역 위상변위기 및 이를 이용한 광대역 피드포워드 증폭기 - Google Patents

광대역 위상변위기 및 이를 이용한 광대역 피드포워드 증폭기 Download PDF

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KR20170005913A
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김홍준
박홍우
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박순우
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 전압에 대해 선형적인 위상 변위 특성을 가지면서 1.5GHz ~ 2.4GHz 대역의 광대역 신호에 대해 360°위상 변위가 가능하도록 된 소형의 위상변위기와, 이를 이용하여 광대역의 입력신호에 대해 안정적인 증폭 신호를 출력할 수 있도록 해 주는 광대역 피드포워드 증폭기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광대역 위상변위기 및 이를 이용한 광대역 피드포워드 증폭기는 전압레벨에 대응하여 입력 주파수에 대한 위상을 변화시키는 다수의 위상변이섹터 순차로 결합되어 구성되되, 상기 각 위상변이섹터는 제1 및 제2 버랙터 다이오드가 역전압이 인가되는 형태로 직렬 결합됨과 더불어, 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드 사이에 일단이 결합되면서 그 타단은 접지되는 인덕터가 결합되도록 구성되고, 상기 전원전압은 병렬 형태로 각 위상변이섹터의 제1 및 제2 버랙터 다이오드로 바이어스 저항을 통해 각각 분배 제공되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 위상변위기와, 입력 신호의 주파수 대역에 대응되는 전압 레벨을 근거로 상기 위상변위기로의 공급 전원 레벨을 제어하여 광대역의 입력 주파수에 대한 위상을 180°변환하여 입력 주파수의 증폭시 생성된 IMD 주파수를 제거하여 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

광대역 위상변위기 및 이를 이용한 광대역 피드포워드 증폭기{Wideband phase shifter and wideband feedforward amplifier}
본 발명은 전압에 대해 선형적인 위상 변위 특성을 가지면서 1.5GHz ~ 2.4GHz 대역의 광대역 신호에 대해 360°위상 변위가 가능하도록 된 소형의 위상변위기와, 이를 이용하여 광대역의 입력신호에 대해 안정적인 증폭 신호를 출력할 수 있도록 해 주는 광대역 피드포워드 증폭기에 관한 것이다.
일반적으로 무선통신시스템에서 송신기의 출력단에는 고주파 출력의 전압을 증폭하기 위한 회로로서 고주파 전력증폭기(Radio Frequency Power Amplifier)가 구비된다.
그런데, 상기한 전력증폭기는 비선형 특성을 가지기 때문에 통신시스템에 적용하는 경우 신호 왜곡을 야기시키는 원인으로서 작용하게 된다.
이에, 전력증폭기의 비선형특성을 줄이기 위한 선형화 방법이 요구된다.
선형화(linearization)란 전력증폭기의 신호왜곡(IMD: Inter Modulation Distortion)이 인접 주파수에 영향을 주는 것을 최소화시키는 것을 말한다. 여기서, IMD는 2개의 주파수 신호를 입력하였을 경우, 원래 주파수 신호들 이외에 그 두 주파수의 합과 곱에 의해 생성되는 여러가지 주파수를 의미한다.
상기 IMD 주파수를 제거하기 위해서는 일반적으로 IMD 주파수를 제거하거나 또는 입력 주파수만을 통과시키기 위한 필터를 생각해 볼 수 있다.
그런데, 입력 주파수에 대한 3차 IMD 주파수는 입력 주파수와 매우 가까운 주파수 대역에 위치하고 있어 일반적인 필터로는 제거할 수가 없다.
특히, 다수의 입력신호에 대한 증폭처리를 수행하는 전력증폭기에 있어서는, 입력신호에 비례하여 IMD가 발생할 수 있는 확률이 그만큼 증가하게 되고, 필터를 이용하여 IMD를 제대로 제거하지 못하게 됨으로써, 이를 구비하는 각종 통신시스템에서는 신호 품질이 저하되는 문제를 야기하게 된다.
이에, 상기한 전력증폭기의 비선형특성을 줄이기 위한 대표적인 방법으로는 피드포워드(feedforward)를 이용한 선형화 방법이 제안되어 적용되어지고 있다.
피드포워드(feedforward) 기법을 이용한 증폭기는 뛰어난 선형성 개선 효과로 인해 실질적으로 가장 널리 사용되고 있다.
그러나, 상기한 피드포워드 방식의 증폭기는 신호의 위상을 변조하기 위한 위상 변위기가 매우 좁은 주파수대역에서 동작하기 때문에 IMD를 상쇄시켜 줄 수 있는 주파수대역이 협소하다는 단점이 있다.
이에, 서로 다른 주파수 대역에 대한 위상변위기를 다수 구비하여 광대역 신호에 대한 증폭처리를 수행하는 방법이 있을 수 있으나, 이는 다수의 위상변위기를 구비함에 따른 비용 경쟁력이 약화됨은 물론, 이들을 배치하기 위한 공간 확보로 인해 소형화에 문제가 있을 수 있다.
1. 한국등록특허 제1093632호 (발명의 명칭: 음의 군지연 회로를 갖는 피드포워드 선형 전력 증폭기) 2. 한국등록특허 제0390073호 (발명의 명칭 : 초선형 피드포워드 RF 증폭기)
이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 전압에 대해 선형적인 위상 변위 특성을 가지면서 1.5GHz ~ 2.4GHz 대역의 광대역 신호에 대해 360°위상 변위가 가능하도록 된 소형의 광대역 위상변위기를 제공함에 그 기술적 목적이 있다.
또한, 상기한 광대역 위상 변위기를 이용하여 1.5GHz ~ 2.4GHz 대역의 광대역 신호대해 안정적인 증폭 신호를 출력할 수 있도록 해 주는 광대역 피드포워드 증폭기를 제공함에 또 다른 기술적 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 전압레벨에 대응하여 입력 주파수에 대한 위상을 변화시키는 다수의 위상변이섹터 순차로 결합되어 구성되되, 상기 각 위상변이섹터는 제1 및 제2 버랙터 다이오드가 역전압이 인가되는 형태로 직렬 결합됨과 더불어, 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드 사이에 일단이 결합되면서 그 타단은 접지되는 인덕터가 결합되도록 구성되고, 상기 전원전압은 병렬 형태로 각 위상변이섹터의 제1 및 제2 버랙터 다이오드로 바이어스 저항을 통해 각각 분배 제공되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 위상변위기가 제공된다.
또한, 상기 위상변이섹터는 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드의 애노드(+)단이 마주하는 형태로 직렬 결합되는 것을 특징으로 하는 광대역 위상변위기가 제공된다.
또한, 상기 위상변이섹터는 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드의 캐소드(-)단에는 바이어스 저항을 통해 공급전원이 인가되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 위상변위기가 제공된다.
또한, 상기 각 위상변이섹터를 구성하는 인덕터는 기판상에 마이크로 스트립형태로 이루어지고, 폭이 0.2mm 이면서 길이가 6.5mm 로 설정되는 것을 특징으로 하는 광대역 위상변위기가 제공된다.
또한, 상기 위상변위기로 공급되는 입력 주파수는 1.5GHz ~2.4GHz 대역 주파수인 것을 특징으로 하는 광대역 위상변위기가 제공된다.
또한, 상기 위상변위섹터는 전원 레벨에 따라 입력 주파수에 대해 최대 60°범위의 위상을 변화시켜 출력하도록 구성되고, 상기 위상변위기는 6개의 위상변위섹터가 순차로 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 위상변위기가 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일측면에 의하면, 입력 주파수를 기 설정된 비율로 분배 출력하는 분배기와, 상기 분배기로부터 제공되는 입력 주파수를 일정 레벨 증폭하여 입력 주파수와 IMD 주파수를 포함하는 증폭 주파수를 출력하는 증폭기, 상기 증폭기로부터 제공되는 증폭 주파수를 기 설정된 비율로 분할하여 출력하는 커플러, 상기 분배기로부터 제공되는 입력 주파수를 180°위상 변환하여 출력하는 제1 위상변위기, 상기 제1 위상변위기로부터 제공되는 180°위상 변환된 입력주파수와, 상기 커플러로부터 제공되는 증폭주파수를 합성하여 입력주파수를 제거하고 IMD 주파수만을 출력하는 제1 결합기, 상기 제1 결합기로부터 제공되는 IMD 주파수를 180°위상 변환하여 출력하는 제2 위상변위기, 상기 제2 위상변위기로부터 제공되는 180°위상 변환된 IMD 주파수와 상기 커플러로부터 제공되는 증폭주파수를 합성하여 IMD 주파수를 제거하고 입력주파수만을 출력하는 제2 결합기, 제어신호를 근거로 상기 제1 및 제2 위상변위기로 제공되는 전원 전압 레벨을 변경하여 전원을 공급하는 전원부 및, 기 설정된 입력 주파수 대역에 대응되는 전압 레벨을 근거로 상기 전원부로 제1 및 제2 위상변위기로의 전원 전압 레벨을 변경하기 위한 제어신호를 제공하는 제어부를 포함하여 구성되고, 상기 제1 및 제2 위상변위기는 전압레벨에 대응하여 입력 주파수에 대한 위상을 변화시키는 다수의 위상변이섹터 순차로 결합되어 구성되되, 상기 각 위상변이섹터는 제1 및 제2 버랙터 다이오드가 역전압이 인가되는 형태로 직렬 결합됨과 더불어, 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드 사이에 일단이 결합되면서 그 타단은 접지되는 인덕터가 결합되도록 구성되고, 상기 전원전압은 병렬 형태로 각 위상변이섹터의 제1 및 제2 버랙터 다이오드로 바이어스 저항을 통해 각각 분배 제공되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 피드포워드 증폭기가 제공된다.
또한, 상기 위상변이섹터는 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드의 애노드(+)단이 마주하는 형태로 직렬 결합되는 것을 특징으로 하는 광대역 피드포워드 증폭기가 제공된다.
또한, 상기 위상변이섹터는 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드의 캐소드(-)단에는 바이어스 저항을 통해 공급전원이 인가되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역피드포워드 증폭기가 제공된다.
또한, 상기 위상변이섹터에서 상기 인덕터는 기판상에 마이크로 스트립형태로 이루어지고, 폭이 0.2mm 이면서 길이가 6.5mm 로 설정되는 것을 특징으로 하는 광대역 피드포워드 증폭기가 제공된다.
또한, 상기 입력 주파수는 1.5GHz ~2.4GHz 대역의 주파수인 것을 특징으로 하는 광대역 피드포워드 증폭기가 제공된다.
또한, 상기 선형성을 만족하는 주파수대역별 위상변화값에 대응되는 전압 레벨이 저장되는 룩업테이블을 구비하여 구성되고, 상기 제어부는 상기 룩업테이블에 기초하여 전원부를 통해 위상변위기로 공급되는 전원 전압 레벨을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 피드포워드 증폭기가 제공된다.
본 발명에 의하면 1.5GHz ~2.4GHz 의 900MHz 광대역에서 인가 전압에 대해 선형적인 위상 변위특성을 갖는 소형의 위상변위기를 제공할 수 있다.
또한, 상기한 위상변위기를 이용하여 피드포워드 증폭기를 구현함으로써, 1.5GHz ~2.4GHz 의 900MHz 광대역에서 입력 신호에 대한 IMD 주파수를 용이하게 제거하여 안정된 증폭 신호를 출력할 수 있도록 해 주는 광대역 피드포워드 증폭기를 제공할 수 있게 된다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광대역 피드포워드 증폭기의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도2는 도1에 도시된 제어부(100)에 구비되는 룩업테이블의 주파수대역별 위상변화값에 대응되는 전압레벨을 나타낸 도면.
도3은 도1에 도시된 제1 및 제2 위상변위기(40,60)에 적용되는 회로구성도.
도4는 도3에 도시된 위상변위기의 구현 형상을 예시한 도면.
도5는 도1에 도시된 광대역 피드포워드 증폭기의 구현 형상을 예시한 도면.
도6과 도7은 도5와 같이 구현된 광대역 피드포워드 증폭기의 출력 특성을 실험한 결과를 예시한 도면.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광대역 위상변위기 및 이를 이용한 광대역 피드포워드 증폭기를 설명한다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광대역 피드포워드 증폭기의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도1에 도시된 바와 같이 광대역 피드포워드 증폭기는 분배기(10)와, 증폭기(20), 커플러(30), 제1 위상변위기(40), 결합기(50), 제2 위상변위기(60),에러 증폭기(70), 합성기(80), 전원부(90) 및 제어부(100)를 포함하여 구성된다.
상기 분배기(10)는 입력단으로부터 제공되는 입력 주파수(a)를 기 설정된 비율로 분배하여 상기 증폭기(20)와 제1 위상변위기(40)로 제공한다. 즉, 상기 증폭기(20)와 제1 위상변위기(40)로 입력 주파수(a)가 제공된다. 이때, 상기 분배기(10)는 윌킨슨 분배기(Wilkinson Divider)로 구성될 수 있다.
상기 증폭기(20)는 상기 분배기(10)로부터 제공되는 입력 주파수(a)를 일정 레벨 증폭하여 상기 커플러(30)로 제공한다. 이때, 상기 증폭기(20)에서 출력되는 증폭 신호는 입력 주파수(a)와 이 입력 주파수(a)에 대한 고조파 성분, 즉 IMD 주파수(c)를 포함한다.
상기 커플러(30)는 상기 증폭기(20)로부터 제공되는 입력 주파수(a)과 IMD 주파수(c)를 포함하는 증폭 신호를 일정 비율로 분할하여 결합기(50)와 합성기(80)로 각각 출력한다.
상기 제1 위상변위기(40)는 상기 분배기(10)로부터 제공되는 입력 주파수(a)를 180°위상차를 갖는 역위상 주파수(a')로 변환하여 상기 결합기(50)로 출력한다. 상기 제1 위상변위기(40)는 상기 제어부(100)의 제어에 따라 입력 주파수(a)에 대응되도록 위상변위 정도를 가변함으로써, 입력 주파수대역에 적응적으로 180°위상차를 갖는 역위상 주파수 변환처리를 수행한다.
상기 결합기(50)는 상기 커플러(30)로부터 제공되는 증폭신호와 상기 제1 위상변위기(40)로부터 제공되는 역위상 주파수를 합성하여 생성된 IMD 주파수(c)를 상기 제2 위상변위기(60)로 출력한다. 즉, 입력 주파수(a)와 IMD 주파수(c)를 포함하는 증폭 신호와 역위상 주파수(a')를 합성함에 따라 입력 주파수(a)는 역위상 주파수(a')에 의해 상쇄되고 IMD 주파수(c)만 남게 된다. 이때, 상기 결합기(50)는 윌킨슨 합성기(Wilkinson Combiner)로 구성될 수 있다.
상기 제2 위상변위기(60)는 상기 결합기(50)로부터 제공되는 IMD 주파수(c)를 180°위상차를 갖는 역위상 IMD주파수(c')로 변환하여 상기 에러 증폭기(70)로 출력한다. 상기 제2 위상변위기(60)는 제1 위상변위기(40)와 마찬가지로 상기 제어부(100)의 제어에 따라 입력 주파수대역에 적응적으로 180°위상차를 갖는 역위상 주파수 변환처리를 수행한다.
상기 에러 증폭기(70)는 상기 제2 위상변위기(60)로부터 제공되는 역위상 IMD 주파수(c')를 일정 레벨 증폭하여 상기 합성기(80)로 출력한다. 즉, 상기 에러 증폭기(70)는 입력단으로부터 제공되는 입력 주파수(a)에 대한 역위상 에러주파수(c')를 증폭하여 출력한다.
상기 합성기(80)는 상기 커플러(30)로부터 제공되는 증폭신호와 상기 에러 증폭기(70)로부터 제공되는 감쇄된 역위상 IMD 주파수(c')를 합성함으로써, 증폭된 입력 주파수(a)만을 출력단으로 출력한다.
상기 전원부(90)는 본 발명에 따른 피드포워드 증폭기를 구동하기 위한 공급전원을 해당 장치로 제공한다. 이때, 상기 전원부(90)는 상기 제어부(100)의 제어신호를 근거로 상기 제1 및 제2 위상변위기(40,60)로의 전원 전압(VDC), 즉 전압 레벨을 변경하여 제공한다.
상기 제어부(100)는 피드포워드 증폭기를 구동하기 위한 전반적인 동작을 제어한다.
상기 제어부(100)는 상기 제1 및 제2 위상변위기(40,60)의 위상 가변 정도를 설정하기 위한 입력 주파수대역별 위상 가변 정도에 대응되는 전압레벨이 저장되는 룩업테이블을 구비한다. 이때, 상기 룩업테이블은 도2에 도시된 바와 같이 선형성을 만족하는 주파수대역별 위상변화값에 대응되는 전압레벨이 저장된다.
즉, 상기 제어부(100)는 상기 룩업테이블을 근거로 입력 주파수대역에 대응되는 전압레벨을 확인하고, 상기 전원부(90)를 제어하여 상기 제1 및 제2 위상변위기(40,60)로의 전원전압(VDC) 레벨을 설정하도록 구성된다. 즉, 상기 제어부(100)는 입력 주파수대역이 변경되는 경우, 기 설정된 룩업데이블을 근거로 전원부(90)를 제어하여 상기 제1 및 제2 위상변위기(40,60)로의 전원전압 레벨을 변경설정한다.
한편, 본 발명에 있어서는 제1 및 제2 가변감쇄기를 추가로 포함하여 광대역 피드포워드 증폭기를 구성할 수 있다. 이때, 제1 가변감쇄기는 상기 분배기(10)와 제1 위상변위기(40) 사이에 결합되어 분배기(10)로부터 제공되는 입력 주파수(a)를 감쇄시켜 상기 제1 위상변위기(40)로 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 가변감쇄기는 상기 제2 위상변위기(60)와 상기 에러 증폭기(70) 사이에 결합되어 제2 위상변위기(60)로부터 제공되는 역위상 IMD 주파수(c')를 일정 레벨 감쇄하여 상기 에러 증폭기(70)로 출력하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 가변 감쇄기는 상기 제어부(100)의 제어에 따라 입력신호에 대한 정도를 가변할 수 있다.
이어, 상기 제1 및 제2 위상변위기(40,60)의 구성을 도3 및 도4를 참조하여 보다 상세히 설명한다. 또한, 제1 및 제2 위상변위기(40,60)는 동일하게 구성되는 바, 이하에서는 제1 위상변위기(40)를 통해 설명하기로 한다.
제1 위상변위기(40)는 도3에 도시된 바와 같이, 전압레벨에 대응하여 입력 주파수에 대해 위상을 변화시키는 위상변위섹터 6개(41,42,…46)가 순차로 결합되는 형태로 구성된다. 이때, 상기 제1 내지 제6 위상변위섹터(41~46)는 입력 주파수에 대해 최대 60°범위의 위상을 변화시켜 출력하도록 구성된다.
즉, 상기 본 발명에 따른 제1 위상변위기(40)는 1.5GHz ~ 2.4GHz 대역에서 최대 60°의 위상 변위 기능을 갖는 위상변위섹터를 6개 순차 결합하는 형태로 구성함으로써, 최대 360°위상변위가 가능하도록 구성된다.
또한, 상기 입력단에 결합되는 제1 위상변위섹터(41)의 출력단측으로 순차 결합되는 제2 내지 제6 위상변위섹터(42~46)는 제1 바이어스 저항(R1)을 제외한 형태로 이루어진다. 즉 제2 내지 제6 위상변위섹터(42~46)에서 제1 바이이스 저항(R1)은 이전 위상변위섹터의 제2 바이어스 저항(R2)이 된다.
상기 각 위상변위섹터(41~46)는 제1 및 제2 버랙터 다이오드(Varactor Diode : VD1,VD2)가 역전압이 인가되는 형태로 직렬 결합됨과 더불어, 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드(VD1,VD2) 사이에 일단이 결합되면서 그 타단은 접지되는 인덕터(Inductor:L)가 결합되어 구성된다.
이때, 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드(VD1,VD2)는 애노드(+)단이 마주하는 형태로 직렬 결합된다.
또한, 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드(VD1,VD2)의 캐소드(-)단에는 바이어스 저항(R1, R2)을 통해 전원전압(Vdc), 즉, DC 전압이 인가되도록 구성됨으로써, 제1 및 제2 버랙터 다이오드(VD1,VD2)로 역전압이 인가되도록 구성된다.
이때, 상기 전원전압(Vdc)은 병렬 형태로 각 위상변이섹터의 제1 및 제2 버랙터 다이오드로 각각 분배 제공된다.
다시 말해, 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드(VD1,VD2)는 역전압이 인가되는 형태로 배치되어, 다이오드의 특성에 따라 역전압 레벨에 대응되도록 위상이 가변하게 된다. 즉, 상기한 버랙터 다이오드는 다이오드 접합에서 발생하는 커패시턴스를 역전압으로 조정함으로서, 입력 신호에 대한 위상을 변화시키게 된다.
또한, 상기 제1 위상변위기(40)는 통상 기판상에 형성되어 이용되게 되는 바, 이때 상기 인덕터(L)는 기판상에 마이크로 스트립 형태로 형성될 수 있다. 즉, 1.5GHz ~ 2.4GHz 대역에서 60°의 위상 변위 기능을 갖는 위상변위섹터를 구현하기 위해 상기 인덕터(L)는 바람직하게는 0.2mm 폭을 가지면서 길이가 6.5mm 로 설정될 수 있다.
도5는 본 발명에 따른 광대역 피드포워드 증폭기를 기판상에 구현한 형상을 예시한 도면이다.
본 발명자는 본 발명에 따른 광대역 피드포워드 증폭기의 성능을 측정하기 위하여 도5에 도시된 바와 같이 광대역 피드포워드 증폭기를 구현하였다.
즉, 도5에는 기판상에 분배기(10)와 증폭기(20), 커플러(30), 제1 위상변위기(40), 결합기(50), 제2 위상변위기(60) 및 에러 증폭기(70)를 포함하는 피드포워드 증폭기가 형성되어 있다. 이때, 상기 커플러(30)의 출력단과 에러 증폭기(70)의 출력단은 기판의 외측으로 각각 출력되도록 구성되는 바, 기판의 외측에 합성기(80)를 결합하여 광대역 피드포워드 증폭기가 완성될 수 있다.
또한, 상기 기판은 유전율(εr)이 4.3이고 두께가 1.6mm 인 FR기판으로 구성된다.
또한, 도5에는 제1 및 제2 가변감쇄기가 구비된 광대역 피드포워드 증폭기가 도시되어 있다. 즉, 상기 제1 가변감쇄기는 분배기(10)로부터 제공되는 입력 주파수에 대한 신호 레벨을 감쇄한 후 이를 제1 위상변위기(40)로 제공하고, 제2 가변감쇄기는 결합기(50)로부터 제공되는 IMD 주파수에 대한 신호 레벨을 감쇄한 후 이를 제2 위상변위기(60)로 제공하도록 배치 구성된다.
한편, 도6 내지 도8은 도5에 도시된 바와 같은 형태로 구성된 광대역 피드포워드 증폭기의 성능 측정 실험결과를 예시한 도면이다.
도6은 도5에 도시된 바와 같이 구현된 광대역 피드포워드 증폭기의 입력단으로 중심주파수가 2GHz 이고, 주파수 간격이 2MHz 인 신호를 입력한 경우의 실험 결과를 나타낸 것이다. 도6에서 (A)는 위상변위 조정 전의 스펙트럼 출력 파형이고, (B)는 위상변위 조정 후의 스펙트럼 출력 파형이다.
도7은 도5에 도시된 바와 같이 구현된 광대역 피드포워드 증폭기의 입력단으로 중심주파수가 2GHz 이고, 주파수 간격이 20MHz 인 신호를 입력한 경우의 실험 결과를 나타낸 것이다. 도7에서 (A)는 위상변위 조정 전의 스펙트럼 출력 파형이고, (B)는 위상변위 조정 후의 스펙트럼 출력 파형이다.
또한, 도시되지는 않았지만 본 발명자는 중심주파수가 1.5GHz 인 때와 2.4GHz인 때에 대해서도 도5에 도시된 바와 같이 구현된 광대역 피드포워드 증폭기를 이용하여 위상변위 조정 전의 스펙트럼 출력 파형과 위상변위 조정 후의 스펙트럼 출력 파형을 비교하여 분석해 본 결과 다음 표와 같은 결과가 나타남을 확인하였다.
중심주파수(GHz) 1.5 2.0 2.4
IMD 개선 (DBm) 18 25 20
중심주파수(GHz) 1.5 2.0 2.4
IMD 개선 (DBm) 13 17 15
여기서, 상기 표1은 주파수 간격이 2MHz인 때의 위상변위 조정 결과이고, 표2는 주파수 간격이 20MHz인 때의 위상변위 조정 결과이다.
즉, 상기 표1 및 표2에 의하면, 본 발명에 따른 광대역 피드포워드 증폭기는 중심주파수가 2GHz 인 경우 가장 양호한 IMD 개선효과(25dBm)를 얻음을 알 수 있다. 또한, 주파수 간격이 클수록 IMD 특성이 나타나 출력에 영향을 미침을 확인할 수 있다.
한편, 도8은 도5에 도시된 바와 같이 구현된 광대역 피드포워드 증폭기의 입력단으로 제공되는 중심주파수가 1.5GHz인 경우(A)와, 2GHz 인 경우(B) 및, 2.4GHz 인 경우(C)의 삽입 손실과 선형성을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
즉, 도8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 광대역 피드포워드 증폭기는 1.5GHz ~2.4GHz 의 900MHz 광대역에서 4dBm 이하의 삽입 손실을 가지면서 선형적인 출력 특성을 나타냄을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 1.5GHz ~2.4GHz 의 900MHz 광대역에서 선형적인 특성을 가지면서 IMD 주파수가 용이하게 제거되어 안정적인 출력특성을 갖는 광대역 피드포워드 증폭기를 제공할 수 있게 된다.
10 : 분배기, 20 : 증폭기,
30 : 커플러, 40, 60 : 위상변위기,
50 : 결합기, 70 : 에러 증폭기,
80 : 합성기, 90 : 전원부,
100 : 제어부,
VD : 버랙터 다이오드, L : 인덕터,
R : 저항.

Claims (12)

  1. 전압레벨에 대응하여 입력 주파수에 대한 위상을 변화시키는 다수의 위상변이섹터 순차로 결합되어 구성되되,
    상기 각 위상변이섹터는 제1 및 제2 버랙터 다이오드가 역전압이 인가되는 형태로 직렬 결합됨과 더불어, 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드 사이에 일단이 결합되면서 그 타단은 접지되는 인덕터가 결합되도록 구성되고,
    상기 전원전압은 병렬 형태로 각 위상변이섹터의 제1 및 제2 버랙터 다이오드로 바이어스 저항을 통해 각각 분배 제공되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 위상변위기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상변이섹터는 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드의 애노드(+)단이 마주하는 형태로 직렬 결합되는 것을 특징으로 하는 광대역 위상변위기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 위상변이섹터는 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드의 캐소드(-)단에는 바이어스 저항을 통해 공급전원이 인가되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역위상변위기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 각 위상변이섹터를 구성하는 인덕터는 기판상에 마이크로 스트립형태로 이루어지고, 폭이 0.2mm 이면서 길이가 6.5mm 로 설정되는 것을 특징으로 하는 광대역 위상변위기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위상변위기로 공급되는 입력 주파수는 1.5GHz ~2.4GHz 대역 주파수인 것을 특징으로 하는 광대역 위상변위기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위상변위섹터는 전원 레벨에 따라 입력 주파수에 대해 최대 60°범위의 위상을 변화시켜 출력하도록 구성되고,
    상기 위상변위기는 6개의 위상변위섹터가 순차로 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 위상변위기.
  7. 입력 주파수를 기 설정된 비율로 분배 출력하는 분배기와,
    상기 분배기로부터 제공되는 입력 주파수를 일정 레벨 증폭하여 입력 주파수와 IMD 주파수를 포함하는 증폭 주파수를 출력하는 증폭기,
    상기 증폭기로부터 제공되는 증폭 주파수를 기 설정된 비율로 분할하여 출력하는 커플러,
    상기 분배기로부터 제공되는 입력 주파수를 180°위상 변환하여 출력하는 제1 위상변위기,
    상기 제1 위상변위기로부터 제공되는 180°위상 변환된 입력주파수와, 상기 커플러로부터 제공되는 증폭주파수를 합성하여 입력주파수를 제거하고 IMD 주파수만을 출력하는 제1 결합기,
    상기 제1 결합기로부터 제공되는 IMD 주파수를 180°위상 변환하여 출력하는 제2 위상변위기,
    상기 제2 위상변위기로부터 제공되는 180°위상 변환된 IMD 주파수와 상기 커플러로부터 제공되는 증폭주파수를 합성하여 IMD 주파수를 제거하고 입력주파수만을 출력하는 제2 결합기,
    제어신호를 근거로 상기 제1 및 제2 위상변위기로 제공되는 전원 전압 레벨을 변경하여 전원을 공급하는 전원부 및,
    기 설정된 입력 주파수 대역에 대응되는 전압 레벨을 근거로 상기 전원부로 제1 및 제2 위상변위기로의 전원 전압 레벨을 변경하기 위한 제어신호를 제공하는 제어부를 포함하여 구성되고,
    상기 제1 및 제2 위상변위기는 전압레벨에 대응하여 입력 주파수에 대한 위상을 변화시키는 다수의 위상변이섹터 순차로 결합되어 구성되되, 상기 각 위상변이섹터는 제1 및 제2 버랙터 다이오드가 역전압이 인가되는 형태로 직렬 결합됨과 더불어, 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드 사이에 일단이 결합되면서 그 타단은 접지되는 인덕터가 결합되도록 구성되고, 상기 전원전압은 병렬 형태로 각 위상변이섹터의 제1 및 제2 버랙터 다이오드로 바이어스 저항을 통해 각각 분배 제공되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 피드포워드 증폭기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 위상변이섹터는 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드의 애노드(+)단이 마주하는 형태로 직렬 결합되는 것을 특징으로 하는 광대역 피드포워드 증폭기.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 위상변이섹터는 상기 제1 및 제2 버랙터 다이오드의 캐소드(-)단에는 바이어스 저항을 통해 공급전원이 인가되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역피드포워드 증폭기.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 위상변이섹터에서 상기 인덕터는 기판상에 마이크로 스트립형태로 이루어지고, 폭이 0.2mm 이면서 길이가 6.5mm 로 설정되는 것을 특징으로 하는 광대역 피드포워드 증폭기.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 입력 주파수는 1.5GHz ~2.4GHz 대역의 주파수인 것을 특징으로 하는 광대역 피드포워드 증폭기.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 선형성을 만족하는 주파수대역별 위상변화값에 대응되는 전압 레벨이 저장되는 룩업테이블을 구비하여 구성되고,
    상기 제어부는 상기 룩업테이블에 기초하여 전원부를 통해 위상변위기로 공급되는 전원 전압 레벨을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 피드포워드 증폭기.
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