KR20180092530A - 전력 증폭기 및 임피던스 조정 회로 - Google Patents

전력 증폭기 및 임피던스 조정 회로 Download PDF

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Abstract

전력 증폭기는, 입력단을 통하여 수신되는 전기적인 신호를 증폭하여, 증폭된 전기적인 신호를 출력단을 통하여 출력하는 소자, 상기 소자의 상기 입력단에 연결되어, 상기 입력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 1 임피던스 조정 회로, 상기 소자의 상기 입력단에 연결되어, 상기 입력단에서의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 2 임피던스 조정 회로, 상기 소자의 상기 출력단에 연결되어, 상기 출력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 3 임피던스 조정 회로, 상기 소자의 상기 출력단에 연결되어, 상기 출력단에서의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 4 임피던스 조정 회로, 상기 제 1 임피던스 조정 회로에 의한 상기 입력단에서의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하고, 상기 제 2 임피던스 조정 회로에 의한 상기 입력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하는 제 1 주파수 분리 회로 및 상기 제 3 임피던스 조정 회로에 의한 상기 출력단에서의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하고, 상기 제 4 임피던스 조정 회로에 의한 상기 출력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하는 제 2 주파수 분리 회로를 포함할 수 있다.

Description

전력 증폭기 및 임피던스 조정 회로{A POWER AMPLIFIER AND AN IMPEDANCE ADJUSTING CIRCUIT}
본 발명은 전력 증폭기 및 임피던스 조정 회로에 관한 것이다.
현대를 살아가는 많은 사람들에게 휴대용 디지털 통신기기들은 하나의 필수 요소가 되었다. 소비자들은 언제 어디서나 자신이 원하는 다양한 고품질의 서비스를 제공받고 싶어한다. 뿐만 아니라 최근 IoT (Internet of Thing) 기술의 발달로 인하여 우리 생활 속에 존재하는 각종 센서, 가전기기, 통신기기 등은 하나로 네트워크화 되고 있다. 이러한 각종 센서들을 원활하게 동작시키기 위해서는 무선 전력 송신 시스템이 필요하다.
무선 전력 송신은 자기유도, 자기공진, 그리고 전자기파 방식이 있으며 그 중 전자기파 방식은 다른 방식에 비해 원거리 전력 전송에 보다 유리하다는 장점이 있다.
전자기파 방식을 이용하여 전력을 무선으로 송신하는 경우에, 무선 전력 송신기는 상대적으로 높은 주파수(예를 들어, 5.8GHz)의 전자기파를 송신할 수 있다. 무선 전력 송신기는, 상대적으로 높은 주파수의 전기적인 신호를 전력 증폭기를 이용하여 증폭하여 안테나 어레이에 제공할 수 있다. 안테나 어레이는, 증폭된 전기적인 신호를 이용하여, 상대적으로 높은 주파수의 전자기파를 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기는, 상대적으로 높은 효율로 상대적으로 큰 크기의 출력으로 전기적인 신호를 증폭하여야 한다. 이에 따라, 무선 전력 송신기에 포함되는 전력 증폭기는 입력단 및 출력단에서 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
종래의 전력 증폭기는 비선형으로 동작하므로, 이에 따라 전력 증폭기에서 출력되는 증폭된 전기적인 신호에는 고조파(harmonic) 성분이 포함될 수 있다. 고조파 성분의 주파수 또한 상대적으로 높은 주파수를 가질 수 있으며, 이에 따라 고조파 성분에 의한 임피던스 또한 전력 증폭기의 입력단 또는 출력단에서의 임피던스에 영향을 미칠 수 있다. 종래의 전력 증폭기는, 기본(fundamental) 성분 및 고조파 성분의 각각의 주파수에 대한 독립적인 임피던스 조정회로를 포함하지 못하였다. 이에 따라, 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 조정을 수행하는 경우에, 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스가 함께 변경됨에 따라서 원하는 임피던스 매칭이 수행되기 어려울 수 있다. 또는, 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 조정을 수행하는 경우에, 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스가 함께 변경됨에 따라서 원하는 임피던스 매칭이 수행되기 어려울 수 있다.
다양한 실시예에 따른 전력 증폭기는, 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 및 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 독립적으로 조정할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 임피던스 조정 회로는, 복수 개의 상이한 주파수에 대한 임피던스들을 독립적으로 조정할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 전력 증폭기는, 입력단을 통하여 수신되는 전기적인 신호를 증폭하여, 증폭된 전기적인 신호를 출력단을 통하여 출력하는 소자; 상기 소자의 상기 입력단에 연결되어, 상기 입력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 1 임피던스 조정 회로; 상기 소자의 상기 입력단에 연결되어, 상기 입력단에서의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 2 임피던스 조정 회로; 상기 소자의 상기 출력단에 연결되어, 상기 출력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 3 임피던스 조정 회로; 상기 소자의 상기 출력단에 연결되어, 상기 출력단에서의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 4 임피던스 조정 회로; 상기 제 1 임피던스 조정 회로에 의한 상기 입력단에서의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하고, 상기 제 2 임피던스 조정 회로에 의한 상기 입력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하는 제 1 주파수 분리 회로; 및 상기 제 3 임피던스 조정 회로에 의한 상기 출력단에서의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하고, 상기 제 4 임피던스 조정 회로에 의한 상기 출력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하는 제 2 주파수 분리 회로를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 외부 소자의 임피던스 매칭을 수행하는 임피던스 조정 회로는, 상기 외부 소자에 연결되는 연결 노드; 제 1 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 1 임피던스 조정 회로; 제 2 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 2 임피던스 조정 회로; 및 상기 제 1 임피던스 조정 회로에 의한 상기 연결 노드에서의 제 2 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하고, 상기 제 2 임피던스 조정 회로에 의한 상기 연결 노드에서의 제 1 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하는 주파수 분리 회로를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 및 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 독립적으로 조정할 수 있는 전력 증폭기가 제공될 수 있다. 다양한 실시예에 따른 전력 증폭기가 입력단 또는 출력단에 대하여 임피던스 매칭을 위하여 임피던스를 조정하는 경우에, 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 때에는 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스가 변경되지 않을 수 있으며, 또는 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 때에는 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스가 변경되지 않을 수 있다. 이에 따라, 원하는 임피던스로 용이하게 조정할 수 있는 전력 증폭기가 제공될 수 있다. 아울러, 복수 개의 상이한 주파수에 대한 임피던스들을 독립적으로 조정할 수 있는 임피던스 조정 회로가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 시스템의 개념도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 증폭기의 구성을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 증폭기의 구성을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 6a는 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 단순화한 개념도이며, 도 6b는 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 단순화한 개념도이다.
도 7 및 도 8은 전력 증폭기의 시물레이션 결과를 도시한다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 5.8 GHz의 동작 주파수를 갖는 전력 증폭기의 성능 특성을 도시한다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수 주파수에 대한 임피던스 조정 회로를 도시한다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 문서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다. 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신기 또는 전자장치는, 예를 들면, 스마트폰, 태블릿 PC, 이동 전화기, 영상 전화기, 전자책 리더기, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터, 워크스테이션, 서버, PDA, PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 의료기기, 카메라, 또는 웨어러블 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈) 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드), 또는 생체 이식형 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 무선 전력 송신기 또는 전자장치는, 예를 들면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스, 홈 오토매이션 컨트롤 패널, 보안 컨트롤 패널, 미디어 박스, 게임 콘솔, 전자 사전, 전자 키, 캠코더, 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 무선 전력 송신기 또는 전자장치는, 각종 의료기기(예: 각종 휴대용 의료측정기기(혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 네비게이션 장치, 위성 항법 시스템(GNSS(global navigation satellite system)), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 드론(drone), 금융 기관의 ATM, 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치 (예: 전구, 각종 센서, 스프링클러 장치, 화재 경보기, 온도조절기, 가로등, 토스터, 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 무선 전력 송신기 또는 전자장치는 가구, 건물/구조물 또는 자동차의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터, 또는 각종 계측 기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기 또는 전자장치는 플렉서블(flexible)하거나, 또는 전술한 다양한 장치들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 무선 전력 송신기 또는 전자장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다. 본 문서에서, 사용자라는 용어는 전자 장치를 사용하는 사람 또는 무선 전력 송신기 또는 전자장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 전자 장치)를 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 시스템의 개념도를 도시한다.
무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 전자장치(150,160)에 무선으로 전력을 송신할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기(100)는 복수 개의 패치 안테나(patch antenna)(111 내지 126)를 포함할 수 있다. 패치 안테나(111 내지 126)는 각각이 RF 웨이브를 발생시킬 수 있는 안테나라면 제한이 없다. 패치 안테나(111 내지 126)가 발생시키는 RF 웨이브의 진폭 및 위상 중 적어도 하나는 무선 전력 송신기(100)에 의하여 조정될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 패치 안테나(111 내지 126) 각각이 발생시키는 RF 웨이브를 서브 RF 웨이브라 명명하도록 한다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기(100)는 패치 안테나(111 내지 126)에서 발생되는 서브 RF 웨이브 각각의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 한편, 서브 RF 웨이브들은 서로 간섭될 수 있다. 예를 들어, 어느 한 지점에서는 서브 RF 웨이브들이 서로 보강 간섭될 수 있으며, 또 다른 지점에서는 서브 RF 웨이브들이 서로 상쇄 간섭될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 의한 무선 전력 송신기(100)는 제 1 지점(x1,y1,z1)에서 서브 RF 웨이브들이 서로 보강 간섭될 수 있도록, 패치 안테나(111 내지 126)가 발생하는 서브 RF 웨이브 각각의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 송신기(100)는 제 1 지점(x1,y1,z1)에 전자장치(150)가 배치된 것을 결정할 수 있다. 여기에서, 전자장치(150)의 위치는, 예를 들어 전자장치(150)의 전력 수신용 안테나가 위치한 지점일 수 있다. 무선 전력 송신기(100)가 전자장치(150)의 위치를 결정하는 구성에 대하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다. 전자장치(150)가 높은 송신 효율로 무선으로 전력을 수신하기 위하여서는, 제 1 지점(x1,y1,z1)에서 서브 RF 웨이브들이 보강 간섭되어야 한다. 이에 따라, 무선 전력 송신기(100)는 제 1 지점(x1,y1,z1)에서 서브 RF 웨이브들이 서로 보강 간섭이 되도록 패치 안테나(111 내지 126)를 제어할 수 있다. 여기에서, 패치 안테나(111 내지 126)를 제어한다는 것은, 패치 안테나(111 내지 126)로 입력되는 신호의 크기를 제어하거나 또는 패치 안테나(111 내지 126)로 입력되는 신호의 위상(또는 딜레이)을 제어하는 것을 의미할 수 있다. 한편, 특정 지점에서 RF 웨이브가 보강 간섭되도록 제어하는 기술인 빔-포밍(beam forming)에 대해서는 당업자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 아울러, 본 발명에서 이용되는 빔-포밍의 종류에 대하여 제한이 없음 또한 당업자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 미국 공개특허 2016/0099611, 미국 공개특허 2016/0099755, 미국 공개특허 2016/0100124 등에 개시된 바와 같은, 다양한 빔 포밍 방법이 이용될 수 있다. 빔-포밍에 의하여 형성된 RF 웨이브의 형태를, 에너지 포켓(pockets of energy)이라 명명할 수도 있다.
이에 따라, 서브 RF 웨이브들에 의하여 형성된 RF 웨이브(130)는 제 1 지점(x1,y1,z1)에서 진폭이 최대가 될 수 있으며, 이에 따라 전자장치(150)는 높은 효율로 무선 전력을 수신할 수 있다. 한편, 무선 전력 송신기(100)는 제 2 지점(x2,y2,z2)에 전자장치(160)가 배치된 것을 감지할 수도 있다. 무선 전력 송신기(100)는 전자장치(160)를 충전하기 위하여 서브 RF 웨이브들이 제 2 지점(x2,y2,z2)에서 보강 간섭이 되도록 패치 안테나(111 내지 126)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 서브 RF 웨이브들에 의하여 형성된 RF 웨이브(131)는 제 2 지점(x2,y2,z2)에서 진폭이 최대가 될 수 있으며, 전자장치(160)는 높은 송신 효율로 무선 전력을 수신할 수 있다.
더욱 상세하게, 전자장치(150)는 상대적으로 우측에 배치될 수 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기(100)는 상대적으로 우측에 배치된 패치 안테나(예를 들어, 114,118,122,126)로부터 형성되는 서브 RF 웨이브들에 상대적으로 더 큰 딜레이를 적용할 수 있다. 즉, 상대적으로 좌측에 배치된 패치 안테나(예를 들어, 111,115,119,123)로부터 형성되는 서브 RF 웨이브들이 먼저 형성된 이후에, 소정의 시간이 흐른 후에 상대적으로 우측에 배치된 패치 안테나(예를 들어, 114,118,122,126)로부터 서브 RF 웨이브가 발생될 수 있다. 이에 따라, 상대적으로 우측의 지점에서 서브 RF 웨이브들이 동시에 만날 수 있으며, 즉 상대적으로 우측의 지점에서 서브 RF 웨이브들이 보강 간섭될 수 있다. 만약, 상대적으로 중앙의 지점에 빔-포밍을 수행하는 경우에는, 무선 전력 송신기(100)는 좌측의 패치 안테나(예를 들어, 111,115,119,123)와 우측의 패치 안테나(예를 들어, 114,118,122,126)와 실질적으로 동일한 딜레이를 적용할 수 있다. 또한, 상대적으로 좌측의 지점에 빔-포밍을 수행하는 경우에는, 무선 전력 송신기(100)는 좌측의 패치 안테나(예를 들어, 111,115,119,123)에 우측의 패치 안테나(예를 들어, 114,118,122,126)보다 더 큰 딜레이를 적용할 수 있다. 한편, 다른 실시예에서는, 무선 전력 송신기(100)는 패치 안테나(111 내지 126) 전체에서 서브 RF 웨이브들을 실질적으로 동시에 발진시킬 수 있으며, 상술한 딜레이에 대응되는 위상을 조정함으로써 빔-포밍을 수행할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 무선 전력 송신기(100)는 전자장치(150,160)의 위치를 결정하고, 결정된 위치에서 서브 RF 웨이브들이 보강 간섭이 되게 하여, 높은 송신 효율로 무선 충전을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한다.
무선 전력 송신기(200)는 전력 소스(source)(201), 전력 송신용 안테나 어레이(210), 프로세서(220), 메모리(230), 통신 회로(240) 및 통신용 안테나(241 내지 243)를 포함할 수 있다. 전자장치(250)는 무선으로 전력을 수신하는 장치이면 제한이 없으며, 전력 수신용 안테나(251), 정류기(252), 컨터버(253), 차저(charger)(254), 프로세서(255), 메모리(256), 통신 회로(257) 및 통신용 안테나(258)를 포함할 수 있다.
전력 소스(201)는 송신을 위한 전력을 전력 송신용 안테나 어레이(210)로 제공할 수 있다. 전력 소스(201)는, 예를 들어 직류 전력을 제공할 수 있으며, 이 경우에는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력 송신용 안테나 어레이(210)로 전달하는 인버터(inverter)(미도시)가 무선 전력 송신기(200)에 더 포함될 수도 있다. 다른 실시예에서는, 전력 소스(201)는 교류 전력을 전력 송신용 안테나 어레이(210)로 제공할 수도 있다. 한편, 전력 소스(201) 및 전력 송신용 안테나 어레이(210) 사이에는, 전력 소스(201)로부터의 전력을 증폭하는 전력 증폭기가 더 배치될 수도 있으며, 이는 도 3을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 전력 증폭기는, 전력 소스(301)로부터 입력되는 전력을 증폭하여 전력 송신용 안테나 어레이(310)로 전달할 수 있다. 또는, 전력 송신용 안테나 어레이(310)가 전력 증폭기를 포함하도록 구현될 수도 있다. 전력 증폭기는, 입력단 임피던스 매칭 및 출력단 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 이에 따라, 전자 장치(250)의 이동 또는 주변 환경 변경에 의한 임피던스 변경에 대하여, 전력 증폭기는 최대 효율 또는 최대 출력 특성을 가지도록 입력단 임피던스 매칭 및 출력단 임피던스 매칭 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
전력 송신용 안테나 어레이(210)는 복수 개의 패치 안테나들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 복수 개의 패치 안테나들이 전력 송신용 안테나 어레이(210)에 포함될 수 있다. 패치 안테나의 개수 또는 배열 형태에 대하여서는 제한이 없다. 전력 송신용 안테나 어레이(210)는 전력 소스(201)로부터 제공받은 전력을 이용하여, RF 웨이브를 형성할 수 있다. 전력 송신용 안테나 어레이(210)는 프로세서(220)의 제어에 따라서, 특정 방향으로 RF 웨이브를 형성할 수 있다. 여기에서, 특정 방향으로 RF 웨이브를 형성한다는 것은, 특정 방향의 일 지점에서의 서브 RF 웨이브들이 보강 간섭을 일으키도록, 서브 RF 웨이브들의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 제어함을 의미할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는 전력 송신용 안테나 어레이(210)에 연결되는 위상 쉬프터들 각각을 제어할 수 있으며, 이는 도 3을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 한편, 전력 송신용 안테나 어레이(210)는 전력 전송을 위한 것으로, 전력 전송용 안테나로 명명될 수도 있다.
프로세서(220)는 전자장치(250)가 위치한 방향을 결정할 수 있으며, 결정된 방향에 기초하여 RF 웨이브의 형성 방향을 결정할 수 있다. 즉, 프로세서(220)는, 결정된 방향의 일 지점에서 서브 RF 웨이브들이 보강 간섭을 일으키도록, 서브 RF 웨이브들을 발생시키는 전력 송신용 안테나 어레이(210)의 패치 안테나들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는 패치 안테나들 또는 패치 안테나들과 연결된 제어 수단을 제어함으로써, 패치 안테나들 각각으로부터 발생되는 서브 RF 웨이브의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
프로세서(220)는 통신용 안테나(241 내지 243)에서 수신된 통신 신호를 이용하여, 전자장치(250)가 위치한 방향을 결정할 수 있다. 즉, 프로세서(220)는 통신용 안테나(241 내지 243)에서 수신된 통신 신호를 이용하여, 패치 안테나들 각각으로부터 발생되는 서브 RF 웨이브의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 통신용 안테나(241 내지 243)은 3개로 도시되어 있지만, 이는 단순히 예시적인 것으로 통신용 안테나의 개수에는 제한이 없다. 하나의 실시예에서, 통신용 안테나(241 내지 243)는 적어도 3개가 배치될 수 있으며, 이는 3차원적인 방향, 예를 들어 구면 좌표계에서의 θ, φ값을 판단하기 위한 것일 수 있다. 더욱 상세하게, 전자장치(250)의 통신용 안테나(258)는 통신 신호(259)를 송신할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 통신 신호(259)에는 전자장치(250)의 식별정보를 포함할 수도 있으며, 무선 충전에 요구되는 정보가 포함될 수도 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기(200)는 무선 충전을 위한 통신 신호를 이용함으로써, 별도의 하드웨어 추가 없이 전자장치(250)의 방향을 판단할 수 있다. 한편, 통신용 안테나(241 내지 243)에서 통신 신호(259)가 수신되는 시각은 상이할 수 있다.
전자장치(250)는 통신 신호를 발생시킬 수 있는데, 통신 신호는 예를 들어 구면파의 형태로 공간으로 진행할 수 있다. 이에 따라, 제 1 통신용 안테나(241)에 통신 신호가 수신되는 시각, 제 2 통신용 안테나(242)에 통신 신호가 수신되는 시각 및 제 3 통신용 안테나(243)에 통신 신호가 수신되는 시각은 상이할 수 있다. 예를 들어, 통신 신호 발생 지점에서 가장 가까운 제 1 통신용 안테나(241)가 가장 먼저 통신 신호를 수신하고, 제 2 통신용 안테나(242)가 그 다음으로 통신 신호를 수신하고, 제 3 통신용 안테나(243)가 마지막으로 통신 신호를 수신할 수 있다. 통신 신호가 지향성 파형을 가진 경우에도 통신용 안테나들(241,342,243) 각각에 수신되는 시각은 상이할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기(200)는 3개 이상의 통신용 안테나를 포함할 수 있으며, 이는 3차원 상에서의 통신 신호의 수신 방향을 판단하기 위함이다.
무선 전력 송신기(200)의 프로세서(220)는 통신용 안테나(241,342,243)에서 통신 신호가 수신된 시각(예를 들어, t1, t2, t3)을 이용하여, 무선 전력 송신기(200)에 대한 전자장치(250)의 상대적인 방향을 결정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는 t1-t2, t2-t3, t3-t1의 시각 차이 정보를 이용하여 무선 전력 송신기(200)에 대한 전자장치(250)의 상대적인 방향을 결정할 수 있다. 예를 들어, t1-t2가 0에 가까울수록 전자장치(250)는 통신용 안테나(241) 및 통신용 안테나(242)을 연결하는 선분의 중심을 직교하여 통과하는 선상에 배치되는 것으로 판단될 수 있다. 아울러, t1-t2가 상대적으로 큰 양의 값을 가질수록 전자장치(250)는 통신용 안테나(242) 측에 가까운 것으로 판단될 수 있다. 또한, t1-t2가 상대적으로 작은 음의 값을 가질수록 전자장치(250)는 통신용 안테나(241) 측에 가까운 것으로 판단될 수 있다. 무선 전력 송신기(200)는 t1-t2뿐만 아니라, t2-t3와 t3-t1을 모두 고려함으로써, 무선 전력 송신기(200)에 대한 전자장치(250)의 3차원적인 방향을 판단할 수 있다. 프로세서(220)는, 예를 들어 메모리(230)에 저장된 방향을 결정할 수 있는 프로그램 또는 알고리즘을 이용하여 전자장치(250)의 상대적인 방향을 결정할 수 있다. 또 다른 실시예에 따라 프로세서(220)는, 예를 들어 메모리(230)에 저장된 통신용 안테나별 수신 시각의 차이와 전자장치의 방향 사이의 룩업테이블을 이용하여, 전자장치(250)의 상대적인 방향을 결정할 수도 있다. 무선 전력 송신기(200)(또는, 프로세서(220))는 다양한 방식으로 전자장치(250)의 상대적인 방향을 결정할 수 있다. 예를 들어 TDOA(time difference of arrival) 또는 FDOA(frequency difference of arrival) 등의 다양한 방식으로 전자장치(250)의 상대적인 방향을 결정할 수 있으며, 수신 신호의 방향을 결정하는 프로그램 또는 알고리즘의 종류에는 제한이 없다.
한편, 또 다른 실시예에서, 전자장치(250)는 수신되는 통신 신호의 위상에 기초하여 전자장치(250)의 상대적인 방향을 결정할 수도 있다. 전자장치(250)의 통신용 안테나(258)과 무선 전력 송신기(200)의 통신용 안테나들(241,342,243) 각각과의 거리가 상이할 수 있다. 이에 따라, 통신용 안테나(258)로부터 발진된 통신 신호가 통신용 안테나들(241,342,243) 각각에서 수신되는 경우의 위상이 상이할 수 있다. 프로세서(220)는 통신용 안테나들(241,342,243) 각각에서의 통신 신호의 위상의 차이에 기초하여 전자장치(250)의 방향을 판단할 수도 있다.
프로세서(220)는 전자장치(250)의 방향에 기초하여 전력 송신용 안테나 어레이(210)를 제어함으로써, 전자장치(250)의 방향으로 RF 웨이브를 형성할 수 있다. 한편, 프로세서(220)는 통신 신호(259) 내의 정보를 이용하여 전자장치(250)를 식별할 수도 있다. 통신 신호(259)는 전자장치의 고유 식별자 또는 고유 어드레스를 포함할 수 있다. 통신 회로(240)는 통신 신호(259)를 처리하여 정보를 프로세서(220)로 제공할 수 있다. 통신 회로(240) 및 통신용 안테나(241,342,243)는, WiFi(wireless fidelity), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zig-bee) 및 BLE(Bluetooth Low Energy) 등의 다양한 통신 방식에 기초하여 제작될 수 있으며, 통신 방식의 종류에는 제한이 없다. 한편, 통신 신호(259)는 전자장치(250)의 정격 전력 정보를 포함할 수도 있으며, 프로세서(220)는 전자장치(250)의 고유 식별자, 고유 어드레스 및 정격 전력 정보 중 적어도 하나에 기초하여 전자장치(250)의 충전 여부를 결정할 수도 있다. 프로세서(220)는 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있으며, 마이크로 컨트롤러 유닛(micro controller unit), 또는 미니 컴퓨터 등으로 구현될 수도 있다.
아울러, 통신 신호(259)는 무선 전력 송신기(200)가 전자장치(250)를 식별하는 과정, 전자장치(250)에 전력 송신을 허락하는 과정, 전자장치(250)에 수신 전력 관련 정보를 요청하는 과정, 전자장치(250)로부터 수신 전력 관련 정보를 수신하는 과정 등에서도 이용될 수 있다. 즉, 통신 신호(259)는, 무선 전력 송신기(200) 및 전자장치(250) 사이의 가입, 명령 또는 요청 과정에서 이용될 수 있다.
한편, 프로세서(220)는 전력 송신용 안테나 어레이(210)를 제어하여 결정된 전자장치(250)의 방향으로 RF 웨이브(211)를 형성하도록 제어할 수 있다. 프로세서(220)는, 검출용 RF 웨이브를 형성하고, 이후에 피드백으로 수신되는 또 다른 통신 신호를 이용하여 전자장치(250)까지의 거리를 판단할 수도 있다.
이에 따라, 프로세서(220)는 전자장치(250)의 방향 및 전자장치(250)까지의 거리를 모두 결정할 수 있으며, 결국 전자장치(250)의 위치를 결정할 수 있다. 프로세서(220)는 전자장치(250)의 위치에서 패치 안테나들이 발생하는 서브 RF 웨이브들이 보강 간섭이 되도록, 패치 안테나를 제어할 수 있다. 이에 따라, RF 웨이브(211)는 상대적으로 높은 송신 효율로 전력 수신용 안테나(251)로 전달될 수 있다. 전력 수신용 안테나(251)는 RF 웨이브를 수신할 수 있는 안테나라면 제한이 없다. 아울러, 전력 수신용 안테나(251) 또한 복수 개의 안테나를 포함하는 어레이 형태로 구현될 수도 있다. 전력 수신용 안테나(251)에서 수신된 교류 전력은 정류기(252)에 의하여 직류 전력으로 정류될 수 있다. 컨버터(253)는 직류 전력을 요구되는 전압으로 컨버팅하여 차저(254)로 제공할 수 있다. 차저(254)는 배터리(미도시)를 충전할 수 있다. 한편, 도시되지는 않았지만, 컨버터(253)는 컨버팅된 전력을 PMIC(power management integrated circuit)(미도시)로 제공할 수도 있으며, PMIC(미도시)는 전자장치(250)의 각종 하드웨어로 전력을 제공할 수도 있다.
한편, 프로세서(255)는 정류기(252)의 출력단의 전압을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 정류기(252)의 출력단에 연결되는 전압계가 전자장치(250)에 더 포함될 수도 있으며, 프로세서(255)는 전압계로부터 전압값을 제공받아 정류기(252)의 출력단의 전압을 모니터링할 수 있다. 프로세서(255)는 정류기(252)의 출력단의 전압값을 포함하는 정보를 통신 회로(257)로 제공할 수 있다. 차저, 컨버터 및 PMIC는 서로 상이한 하드웨어로 구현될 수 있으나, 적어도 두 개의 요소가 하나의 하드웨어로 통합하여 구현될 수도 있다. 한편, 전압계는, 전류력계형(electro dynamic instrument) 전압계, 정전기형 전압계, 디지털 전압계 등 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 그 종류에는 제한이 없다. 통신 회로(257)는 통신용 안테나(258)를 이용하여 수신 전력 관련 정보를 포함하는 통신 신호를 송신할 수 있다. 수신 전력 관련 정보는, 예를 들어 정류기(252)의 출력단의 전압과 같은 수신되는 전력의 크기와 연관되는 정보일 수 있으며, 정류기(252)의 출력단의 전류를 포함할 수도 있다. 이 경우, 정류기(252)의 출력단의 전류를 측정할 수 있는 전류계가 전자장치(250)에 더 포함될 수 있음 또한 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 전류계는 직류 전류계, 교류 전류계, 디지털 전류계 등으로 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 그 종류에는 제한이 없다. 아울러, 수신 전력 관련 정보를 측정하는 위치 또한 정류기(252)의 출력단 또는 입력단 뿐만 아니라, 전자장치(250)의 어떠한 지점이라도 제한이 없다.
아울러, 상술한 바와 같이, 프로세서(255)는 전자장치(250)의 식별 정보를 포함하는 통신 신호(259)를 송신할 수도 있다. 메모리(256)는 전자장치(250)의 각종 하드웨어를 제어할 수 있는 프로그램 또는 알고리즘을 저장할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한다.
도 3을 참조하면, 전력 소스(301)는 전력 증폭기(power amplifier: PA)(302)에 연결될 수 있다. 전력 증폭기(302)는 전력 소스로부터 제공되는 전력을 증폭할 수 있으며, 증폭 이득은 프로세서(330)에 의하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(330)는 통신 회로(340)로부터 전달받은 전자장치의 통신 신호를 이용하여 전자장치의 방향을 판단할 수 있다. 아울러, 상술한 바와 같이, 판단된 방향에서 전자장치 및 무선 전력 송신기 사이의 거리를 판단하거나 또는 수신 전력 관련 정보가 기설정된 조건을 만족하는 패치 안테나별 인가 전력의 크기를 판단하기 위하여, 복수 개의 RF 웨이브들을 형성할 수 있도록 프로세서(330)는 전력 증폭기(302)의 증폭 이득을 제어할 수 있다.
전력 증폭기(302)는, GaN 트랜지스터와 같은 소자를 포함할 수 있다. 전력 증폭기(302)는, GaN 트랜지스터와 같은 소자의 입력단에서의 임피던스를 조정할 수 있는 회로를 포함할 수 있다. 아울러, 전력 증폭기(302)는, GaN 트랜지스터와 같은 소자의 출력단에서의 임피던스를 조정할 수 있는 회로를 포함할 수 있다. 이에 따라, 전력 증폭기(302)는, GaN 트랜지스터와 같은 소자의 입력단 임피던스 매칭 및 출력단 임피던스 매칭을 수행할 수 있어, 상대적으로 높은 효율 또는 상대적으로 높은 출력 특성을 가질 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 의한 전력 증폭기(302)는, GaN 트랜지스터와 같은 소자의 입력단에서 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 전력 증폭기(302)는, GaN 트랜지스터와 같은 소자의 입력단에서 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 전력 증폭기(302)는, 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 변경시키지 않으면서, 고조파 성분의 주파수를 조정할 수 있다. 아울러, 전력 증폭기(302)는, 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 변경시키지 않으면서, 기본 성분의 주파수를 조정할 수 있다. 즉, 전력 증폭기(302)는, 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 및 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 독립적으로 조정할 수 있다. 이에 따라, 상대적으로 높은 주파수의 신호를 증폭시킴에 따라 고조파 성분에 의한 민감도가 커진다 하더라도, 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 및 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 독립적으로 조정할 수 있어, 원하는 임피던스 값으로의 조정이 가능할 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭기(302)는, GaN 트랜지스터의 입력단에 연결되는 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 조정을 위한 회로, 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 조정을 위한 회로를 포함할 수 있다. 또한, 전력 증폭기(302)는, 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 조정 수행시에 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스에 영향을 미치지 않도록 하고, 아울러 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 조정 수행시에 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스에 영향을 미치지 않도록 하는 주파수 분리 회로를 더 포함할 수 있다. 전력 증폭기(302)는, GaN 트랜지스터의 출력단에 연결되는 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 조정을 위한 회로, 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 조정을 위한 회로를 포함할 수 있다. 또한, 전력 증폭기(302)는, 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 조정 수행시에 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스에 영향을 미치지 않도록 하고, 아울러 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 조정 수행시에 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스에 영향을 미치지 않도록 하는 주파수 분리 회로를 더 포함할 수 있다.
전력 증폭기(302)로부터 증폭된 전력은 분배기(303)로 제공될 수 있다. 분배기(303)는 복수 개의 패치 안테나(305,307,309)로 전력을 분배하여 제공할 수 있다. 한편, 분배기(303) 및 패치 안테나(305,307,309) 사이에는 위상 쉬프터(phase shifter)(304,306,308)가 배치될 수 있다. 위상 쉬프터 및 패치 안테나의 개수는 예시적인 것이며, 다른 개수의 위상 쉬프터 및 패치 안테나도 가능하다. 위상 쉬프터는 예를 들어 HMC642 또는 HMC1113 등과 같은 하드웨어 소자가 이용될 수 있다. 위상 쉬프터(304,306,308)는 입력받은 교류 전력의 위상을 쉬프트시킬 수 있으며, 위상 쉬프터(304,306,308) 각각의 쉬프트 정도는 프로세서(330)에 의하여 제어될 수 있다. 프로세서(330)는 통신 신호를 이용하여 판단한 전자장치의 방향으로 RF 웨이브를 형성시킬 수 있도록 위상 쉬프터(304,306,308) 각각에 입력되는 쉬프트 정도를 결정할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 전력 증폭기(302)는, 분배기(303)의 내부에 포함될 수도 있으며, 또는 위상 쉬프터(1004,1006,1008) 각각의 내부에 포함될 수도 있으며, 또는 패치 안테나(305,307,309) 각각의 내부에 포함되도록 구현될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 증폭기의 구성을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
전력 증폭기의 입력 노드(401)는, 예를 들어 전력 소스(도 2의 201)에 연결될 수 있으며, 입력 노드(401)는 외부로부터 전기적인 신호를 수신할 수 있다. 입력 노드(401)에는 제 1 임피던스 조정 회로(403)가 연결될 수 있다. 제 1 임피던스 조정 회로(403)는, FET(420)의 입력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정할 수 있다. 제 1 임피던스 조정 회로(403)에는 DC 차단 커패시터(DC block capacitor)(405)의 일단이 연결될 수 있다. DC 차단 커패시터(405)는, 입력 노드(401)로부터 제공받는 전기적인 신호에서 DC 성분을 차단할 수 있다.
제 1 바이어스(415)는 FET(420)의 입력단(407)에 기설정된 제 1 전압을 제공할 수 있으며, 제 2 바이어스(437)는 FET(420)의 출력단(421)에 기설정된 제 2 전압을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제 2 전압은 제 1 전압보다 클 수 있으며, 이에 따라 FET(420)로 입력되는 전기적인 신호가 증폭될 수 있다. 증폭된 전기적인 신호는, 출력 노드(429)로 제공될 수 있다. 출력 노드(429)는, 예를 들어 위상 쉬프터 등에 연결될 수 있으며, 이에 따라 증폭된 전기적인 신호나 전력 송신용 안테나 어레이로 제공될 수 있다. 제 1 바이어스(415)에는 제 2 임피던스 조정 회로(413)가 연결될 수 있다. 제 2 임피던스 조정 회로(413)는, FET(42)의 입력단(407)에서의 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정할 수 있다. FET(420)는 바이어스로부터 제공되는 전압을 이용하여, 입력되는 신호를 증폭할 수 있는 장치로 치환될 수도 있다. 또는, FET(420)는 비선형 특성을 가지는 다른 소자로 치환될 수도 있다.
한편, DC 차단 커패시터(405)의 타단에는 노드(419)가 연결될 수 있으며, 노드(419)에는 오픈 스터브(open-stub)(409)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 오픈 스터브(409)는 λ2/4의 길이를 가질 수 있으며, λ2는 고조파 성분 주파수(예를 들어, 기본 성분 주파수인 5.8GHz의 체배 고조파의 주파수인 11.6GHz)에 대응하는 파장일 수 있다. 제 2 임피던스 조정 회로(413)는 노드(417)에 연결될 수 있으며, 노드(417)에는 오픈 스터브(411)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 오픈 스터브(411)는 λ1/4의 길이를 가질 수 있으며, λ1은 기본 성분 주파수(예를 들어, 5.8GHz)에 대응하는 파장일 수 있다. 오픈 스터브(409)에 대하여, 고조파 성분, 예를 들어 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 계산하면, 단락(short)인 것으로 해석될 수 있다. 아울러, 오픈 스터브(411)에 대하여, 기본 성분에 대한 임피던스를 계산하면, 단락인 것으로 해석될 수 있다. 오픈 스터브(409)에 의하여, 제 1 임피던스 조정 회로(403)가 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 경우에도, 제 1 임피던스 조정 회로(403)에서의 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스는 변경되지 않을 수 있다. 아울러, 오픈 스터브(411)에 의하여, 제 2 임피던스 조정 회로(413)가 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 경우에도, 제 2 임피던스 조정 회로(413)에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스는 변경되지 않을 수 있으며, 이에 대하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
FET(420)의 출력단(421)은 노드(439)가 연결될 수 있다. 노드(439)에는, 예를 들어 λ2/4의 길이를 가지는 오픈 스터브(423)가 연결될 수 있다. FET(420)의 출력단(421)은 노드(431)가 연결될 수 있다. 노드(431)에는, 예를 들어 λ1/4의 길이를 가지는 오픈 스터브(433)가 연결될 수 있다. 아울러, 노드(431)에는 제 4 임피던스 조정 회로(435)가 연결될 수 있으며, 제 4 임피던스 조정 회로(435)에는 제 2 바이어스(437)가 연결될 수 있다. 노드(439)는 DC 차단 커패시터(425)의 일단에 연결될 수 있으며, DC 차단 커패시터(425)의 타단에는 제 3 임피던스 조정 회로(427)가 연결될 수 있다. 제 3 임피던스 조정 회로(427)는, FET(420)의 출력단(421)의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정할 수 있다. 제 4 임피던스 조정 회로(435)는, FET(420)의 출력단(421)의 고조파 성분, 예를 들어 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정할 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 오픈 스터브(423)에 의하여, 제 3 임피던스 조정 회로(427)가 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 변경하는 경우에도, 제 3 임피던스 조정 회로(427)에 의한 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스는 변경되지 않을 수 있다. 아울러, 오픈 스터브(433)에 의하여, 제 4 임피던스 조정 회로(435)가 고조파 성분, 예를 들어 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 변경하는 경우에도, 제 4 임피던스 조정 회로(435)에 의한 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스는 변경되지 않을 수 있다.
즉, 제 1 임피던스 조정 회로(403)의 조정에 의하여 FET(420)의 입력단(407)에서의 기본 성분의 임피던스가 조정될 수 있다. 이는, 제 2 임피던스 조정 회로(413)가 조정을 수행한다 하더라도, 오픈 스터브(411)에 의하여 제 2 임피던스 조정 회로(413)의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스가 전체 입력단(407)에서의 임피던스 변경에 영향을 미치지 못하기 때문일 수 있다. 아울러, 제 2 임피던스 조정 회로(403)의 조정에 의하여 FET(420)의 입력단(407)에서의 고조파 성분의 임피던스가 조정될 수 있다. 오픈 스터브(403)에 의하여, 제 1 임피던스 조정 회로(403)의 조정 동작에 의하여서도 입력단(407)에서의 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스는 변경되지 않을 수 있다. 이에 따라, 전력 증폭기는, 제 1 임피던스 조정 회로(403)를 이용하여 입력단(407)에서 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 원하는 값으로 조정할 수 있으며, 제 2 임피던스 조정 회로(413)를 이용하여 입력단(407)에서 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 원하는 값으로 조정할 수 있다.
또한, 제 3 임피던스 조정 회로(427)의 조정에 의하여 FET(420)의 출력단(421)에서의 기본 성분의 임피던스가 조정될 수 있다. 이는, 제 4 임피던스 조정 회로(435)가 조정을 수행한다 하더라도, 오픈 스터브(431)에 의하여 제 4 임피던스 조정 회로(435)의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스가 전체 출력단(421)에서의 임피던스 변경에 영향을 미치지 못하기 때문일 수 있다. 아울러, 제 4 임피던스 조정 회로(435)의 조정에 의하여 FET(420)의 출력단(421)에서의 고조파 성분의 임피던스가 조정될 수 있다. 오픈 스터브(423)에 의하여, 제 3 임피던스 조정 회로(427)의 조정 동작에 의하여서도 출력단(421)에서의 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스는 변경되지 않을 수 있다. 이에 따라, 전력 증폭기는, 제 3 임피던스 조정 회로(427)를 이용하여 출력단(421)에서 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 원하는 값으로 조정할 수 있으며, 제 4 임피던스 조정 회로(435)를 이용하여 출력단(421)에서 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 원하는 값으로 조정할 수 있다. 한편, 제 1 임피던스 조정 회로(403), 제 2 임피던스 조정 회로(413), 제 3 임피던스 조정 회로(427) 및 제 4 임피던스 조정 회로(435)는 임피던스를 변경할 수 있는 회로라면 그 종류에는 제한이 없음을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 상술한 바에 따라서, 입력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스의 최적점, 입력단에서의 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스의 최적점, 출력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스의 최적점, 출력단에서의 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스의 최적점으로의 임피던스 조정이 가능할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 증폭기의 구성을 설명하기 위한 개념도를 도시한다. 도 5의 실시예는, 도 6a 및 6b를 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 6a는 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 단순화한 개념도이며, 도 6b는 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 단순화한 개념도이다.
입력 노드(501)는 제 1 임피던스 조정 회로(503)에 연결될 수 있으며, 제 1 임피던스 조정 회로(503)는 DC 차단 커패시터(505)의 일단에 연결될 수 있다. DC 차단 커패시터(505)의 타단에는 a 오픈 스터브(511) 및 b 전송 경로(transmission line)(513)이 연결될 수 있다. a 오픈 스터브(511)는, 고조파 성분, 예를 들어 체배 고조파 성분의 주파수에 대하여 90도의 위상을 가지는 전송 경로일 수 있으며, DC 차단 커패시터(505)로부터 연결되는 b 전송 경로(513)의 연장 방향과 실질적으로 수직 방향으로 배치될 수 있다. b 전송 경로(513)는, 고조파 성분, 예를 들어 체배 고조파 성분의 주파수에 대하여 90도의 위상을 가지는 전송 경로일 수 있다. 예를 들어, a 오픈 스터브(511) 및 b 전송 경로(513)는 λ2/4의 길이를 가질 수 있다. 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스로 해석한 경우에, a 오픈 스터브(511)는 숏트로 해석될 수 있으며, b 전송 경로(513)는 오픈(open)으로 해석될 수 있다. 즉, Junction A에서 a 오픈 스터브(511)의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스는 이론적으로 0일 수 있으며, Junction A에서 b 전송 경로(513)의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스는 이론적으로 무한대일 수 있다. 예를 들어, 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스는 도 6a와 같이 단순화하여 해석될 수 있다. 도 5에서의 a 오픈 스터브(511)는, 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스에서는 숏트로 해석될 수 있으므로, 도 6a에서와 같이 숏트된 경로(603)로 해석될 수 있다. 아울러, 도 5에서의 제 1 임피던스 조정 회로(503) 및 DC 차단 커패시터(505)의 전체 임피던스는 X1 임피던스(601)로 단순화할 수 있다. 만약, 제 1 임피던스 조정 회로(503)가 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 조정을 위하여 조정 작업을 수행한다 하더라도, Junction A에서 숏트된 경로(603)와 함께 연결되어 있으므로, 제 1 임피던스 조정 회로(503)에 의한 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스가 예를 들어 GaN 트랜지스터(530)의 입력단의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스에 영향을 줄 수 없다. 뿐만 아니라, 체배 고조파의 성분의 주파수에서는, b 전송 경로(513)가 오픈으로 해석될 수 있으므로, 제 1 임피던스 조정 회로(503)에 의한 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 영향이 무시될 수 있다. 즉, Junction B에는 X2 임피던스(605)가 연결된 것으로 해석될 수 있으며, 이에 따라 Junction A에서 DC 차단 커패시터(505) 방향으로 생기는 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 변경 또한 무시될 수 있다. X2 임피던스(605)는, c 오픈 스터브(515), d 전송 경로(517), 임피던스 변경을 위한 전송 경로(523) 및 RF 숏트 커패시터(521) 전체를 단순화한 임피던스일 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭기는, 임피던스 변경을 위한 전송 경로(523)의 적어도 일부, 예를 들어 임피던스 변경을 위한 전송 경로(523) 중 좌측의 전송 경로의 길이를 조정할 수 있으며, 이에 따라 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스가 변경될 수 있다. RF 숏트 커패시터(521)는, 예를 들어 체배 고조파 성분의 주파수(예를 들어, 11.6GHz)의 srf(self resonant frequency)를 가질 수 있다.
한편, c 오픈 스터브(515)는 기본 성분의 주파수에 대하여 90도 위상 특성을 가지는 전송 경로일 수 있다. 아울러, d 전송 경로(517)는 기본 성분의 주파수에 대하여 90도 위상 특성을 가지는 전송 경로일 수 있다. 예를 들어, c 오픈 스터브(515) 및 d 전송 경로(517)는 λ1/4의 길이를 가질 수 있다. 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스로 해석한 경우에, c 오픈 스터브(515)는 숏트로 해석될 수 있으며, d 전송 경로(517)는 오픈(open)으로 해석될 수 있다. 즉, Junction C에서 c 오픈 스터브(515)의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스는 이론적으로 0일 수 있으며, Junction B에서 d 전송 경로(517)의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스는 이론적으로 무한대일 수 있다. 예를 들어, 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스는 도 6b와 같이 단순화하여 해석될 수 있다. 도 5에서의 c 오픈 스터브(515)는, 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스에서는 숏트로 해석될 수 있으므로, 도 6b에서와 같이 숏트된 경로(617)로 해석될 수 있다. 아울러, 도 5에서의 RF 숏트 커패시터(521), 임피던스 변경을 위한 전송 경로(523)의 적어도 일부의 전체 임피던스는 도 6에서의 X4 임피던스(615)로 단순화할 수 있다. 만약, 임피던스 변경을 위한 전송 경로(523)의 적어도 일부, 예를 들어 임피던스 변경을 위한 전송 경로(523) 중 좌측의 전송 경로의 길이가 조정된다 하더라도, Junction C에서 숏트된 경로(617)와 함께 연결되어 있으므로, 임피던스 변경을 위한 전송 경로(523)의 적어도 일부에 의한 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스가 예를 들어 GaN 트랜지스터(530)의 입력단의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스에 영향을 줄 수 없다. 뿐만 아니라, 기본 성분의 주파수에서는, d 전송 경로(517)가 오픈으로 해석될 수 있으므로, 임피던스 변경을 위한 전송 경로(523)의 적어도 일부에 의한 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 영향이 무시될 수 있다. 즉, Junction B에는 X3 임피던스(611)가 연결된 것으로 해석될 수 있으며, 이에 따라 Junction B에서 임피던스 변경을 위한 전송 경로(523) 방향으로 생기는 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 변경 또한 무시될 수 있다. X3의 임피던스는, 제 1 임피던스 조정 회로(503), DC 차단 커패시터(505), a 오픈 스터브(511), b 전송 경로(513) 전체를 단순화한 임피던스일 수 있다.
상술한 바에 따라서, 제 1 임피던스 조정 회로(503)를 조정함에 따라서, 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스에 영향을 미치지 않으면서, GaN 트랜지스터(530)의 입력단의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스가 조정될 수 있다. 아울러, 임피던스 변경을 위한 전송 경로(523)의 적어도 일부, 예를 들어 임피던스 변경을 위한 전송 경로(523) 중 우측의 전송 경로의 길이를 조정함에 따라서, 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스에 영향을 미치지 않으면서, GaN 트랜지스터(530)의 입력단의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스가 조정될 수 있다. 한편, a 오픈 스터브(511), b 전송 경로(513), c 오픈 스터브(515) 및 d 전송 경로(517)를 통칭하여 주파수 분리 회로로 명명할 수도 있다. 아울러, a 오픈 스터브(531), b 전송 경로(533), c 오픈 스터브(535) 및 d 전송 경로(537)를 통칭하여 주파수 분리 회로로 명명할 수도 있다.
한편, GaN 트랜지스터(530)의 출력단에서도 상술한 바와 동일한 방식으로 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스와 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스가 독립적으로 조정될 수 있다. GaN 트랜지스터(530)의 출력단에는 b 전송 경로(533) 및 d 전송 경로(537)가 연결될 수 있다. b 전송 경로(533)에는 a 오픈 스터브(531)가 연결될 수 있다. a 오픈 스터브(531) 및 b 전송 경로(533)는, a 오픈 스터브(511) 및 b 전송 경로(513)와 실질적으로 동일한 길이인 λ2/4의 길이를 가질 수 있다. d 전송 경로(537)에는 c 오픈 스터브(535)가 연결될 수 있다. c 오픈 스터브(535) 및 d 전송 경로(537)는, c 오픈 스터브(515) 및 d 전송 경로(517)와 실질적으로 동일한 길이인 λ1/4의 길이를 가질 수 있다. 아울러, Junction A에는 DC 차단 커패시터(541)의 일단이 연결될 수 있으며, DC 차단 커패시터(541)의 타단에는 제 3 임피던스 조정 회로(543)가 연결될 수 있다. 제 3 임피던스 조정 회로(543)는 출력 노드(545)에 연결될 수 있다. GaN 트랜지스터(530)는 제 1 바이어스(519) 및 제 2 바이어스(549)로부터 출력되는 전압을 이용하여 입력되는 전기적인 신호를 증폭하여 출력할 수 있다. d 전송 경로(537) 및 c 오픈 스터브(535)에는 임피던스 변경을 위한 전송 경로(523)가 연결되며, 임피던스 변경을 위한 전송 경로(523)에는 RF 숏트 커패시터(547)가 연결될 수 있다. RF 숏트 커패시터(547)는, 예를 들어 체배 고조파 성분의 주파수의 srf를 가질 수 있다. 즉, GaN 트랜지스터(530)의 출력단의 회로 구성은 GaN 트랜지스터(530)의 입력단의 회로 구성을 좌우 반전시킨 형태일 수 있다. 이에 따라, 제 3 임피던스 조정 회로(543)를 조정함에 따라서, 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스에 영향을 미치지 않으면서, GaN 트랜지스터(530)의 출력단의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스가 조정될 수 있다. 아울러, 임피던스 변경을 위한 전송 경로(523)의 적어도 일부, 예를 들어 임피던스 변경을 위한 전송 경로(523) 중 우측의 전송 경로의 길이를 조정함에 따라서, 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스에 영향을 미치지 않으면서, GaN 트랜지스터(530)의 출력단의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스가 조정될 수 있다.
상술한 바에 따라서, GaN 트랜지스터(530)의 입력단 또는 출력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 및 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스가 독립적으로 조정될 수 있으며, 구현에 따라 최대 효율 또는 최대 출력에 적합한 임피던스 최적값을 가지도록 조정될 수 있어, 5.8 GHz 이상 대역에서 단일 트랜지스터로 70% 이상의 효율 또는 50W 이상의 출력을 가질 수 있다.
도 7 및 도 8은 전력 증폭기의 시물레이션 결과를 도시한다. 도 7 에서는, DC 차단 커패시터 이후의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스의 전체 스윕(sweep)에 따른 임피던스 변화가 도시된다. 설계를 위해 Cree 사의 패키지 된 소자인 CGH40035F 소자가 이용되었다. 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스가 스미스 차트의 전 범위를 움직일 수 있음을 확인할 수 있다. 도 8은 DC 차단 커패시터 이후의 매칭 회로의 변화에 따른 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 변화를 도시한다.
도 7에서, 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스가 스미스 차트 전 범위를 스윕(sweep)함에 반하여, 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스가 도 8에 나타난 것과 같이 특정한 지점에 몰려 있는 형태로 큰 변화가 없음을 확인할 수 있다. 즉, 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 및 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스가 서로 독립적으로 조정될 수 있음을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 5.8 GHz의 동작 주파수를 갖는 전력 증폭기의 성능 특성을 도시한다. 5.8 GHz의 상대적으로 높은 동작 주파수를 사용함에도 불구하고, 70.2%의 상대적으로 높은 효율과 47.2dBm의 상대적으로 높은 출력이 구현될 수 있음을 확인할 수 있다. 이는, 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 및 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스의 정합이 가능한 것을 의미할 수 있으며, 전체 효율도 증가한 것을 의미할 수 있다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수 주파수에 대한 임피던스 조정 회로를 도시한다.
임피던스 조정 회로는 연결 노드(1001)를 포함할 수 있으며, 연결 노드(1001)는 임피던스 매칭이 요구되는 임의의 장치에 연결될 수 있다. 연결 노드(1001)에는 주파수 분리 회로(1030)가 연결될 수 있으며, 주파수 분리 회로(1030)에는 제 1 임피던스 조정 회로(1010) 및 제 2 임피던스 조정 회로(1020)가 연결될 수 있다. 제 1 임피던스 조정 회로(1010)는 제 1 주파수에 대한 임피던스를 조정할 수 있으며, 제 2 임피던스 조정 회로(1020)는 제 2 주파수에 대한 임피던스를 조정할 수 있다. 주파수 분리 회로(1030)는, 제 1 임피던스 조정 회로(1010)의 조정 동작 중에, 제 1 임피던스 조정 회로(1010)에 의한 제 2 주파수에 대한 임피던스의 영향을 차단할 수 있다. 주파수 분리 회로(1030)는, 제 2 임피던스 조정 회로(1020)의 조정 동작 중에, 제 2 임피던스 조정 회로(1020)에 의한 제 1 주파수에 대한 임피던스의 영향을 차단할 수 있다. 예를 들어, 주파수 차단 회로(1030)는, 도 10b에서와 같이, 전송 경로(1013,1017) 및 오픈 스터브(1011,1015)를 포함할 수 있다. 노드(1002)는 제 1 임피던스 조정 회로(1010)에 연결될 수 있으며, 노드(1003)는 제 2 임피던스 조정 회로(1020)에 연결될 수 있다. 오픈 스터브(1011) 및 전송 경로(1013)는 제 2 주파수에 대하여 90도의 위상을 가지도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 오픈 스터브(1011) 및 전송 경로(1013)는 제 2 주파수에 대응하는 제 2 파장을 4로 나눈 길이를 가질 수 있다. 오픈 스터브(1015) 및 전송 경로(1017)는 제 1 주파수에 대하여 90도의 위상을 가지도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 오픈 스터브(1015) 및 전송 경로(1017)는 제 1 주파수에 대응하는 제 1 파장을 4로 나눈 길이를 가질 수 있다. 상술한 바에 따라서, 제 1 임피던스 조정 회로(1010)의 제 1 주파수에 대한 임피던스 조정 및 제 2 임피던스 조정 회로(1020)의 제 2 주파수에 대한 임피던스 조정이 독립적으로 수행될 수 있다. 제 2 주파수는 제 1 주파수의 고조파가 아닐 수도 있으며, 제 1 주파수 및 제 2 주파수는 임의적으로 선택될 수도 있다.
본 문서에 개시된 실시예는 개시된, 기술 내용의 설명 및 이해를 위해 제시된 것이며, 본 개시의 범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 개시의 범위는, 본 개시의 기술적 사상에 근거한 모든 변경 또는 다양한 다른 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (17)

  1. 전력 증폭기에 있어서,
    입력단을 통하여 수신되는 전기적인 신호를 증폭하여, 증폭된 전기적인 신호를 출력단을 통하여 출력하는 소자;
    상기 소자의 상기 입력단에 연결되어, 상기 입력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 1 임피던스 조정 회로;
    상기 소자의 상기 입력단에 연결되어, 상기 입력단에서의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 2 임피던스 조정 회로;
    상기 소자의 상기 출력단에 연결되어, 상기 출력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 3 임피던스 조정 회로;
    상기 소자의 상기 출력단에 연결되어, 상기 출력단에서의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 4 임피던스 조정 회로;
    상기 제 1 임피던스 조정 회로에 의한 상기 입력단에서의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하고, 상기 제 2 임피던스 조정 회로에 의한 상기 입력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하는 제 1 주파수 분리 회로; 및
    상기 제 3 임피던스 조정 회로에 의한 상기 출력단에서의 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하고, 상기 제 4 임피던스 조정 회로에 의한 상기 출력단에서의 기본 성분의 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하는 제 2 주파수 분리 회로
    를 포함하는 전력 증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 분리 회로는,
    상기 소자의 상기 입력단 및 상기 제 1 임피던스 조정 회로에 연결되는 제 1 전송 경로; 및
    상기 제 1 전송 경로 및 상기 제 1 임피던스 조정 회로에 연결되는 제 1 오픈 스터브(open stub)
    를 포함하는 전력 증폭기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전송 경로 및 상기 제 1 오픈 스터브는, 상기 체배 고조파 성분의 주파수에 대응하는 파장을 4로 나눈 길이를 가지는 전력 증폭기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 분리 회로는,
    상기 소자의 상기 입력단 및 상기 제 2 임피던스 조정 회로에 연결되는 제 2 전송 경로; 및
    상기 제 2 전송 경로 및 상기 제 2 임피던스 조정 회로에 연결되는 제 2 오픈 스터브
    를 포함하는 전력 증폭기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 전송 경로 및 상기 제 2 오픈 스터브는, 상기 기본 성분의 주파수에 대응하는 파장을 4로 나눈 길이를 가지는 전력 증폭기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 임피던스 조정 회로는,
    상기 소자에 제 1 전압을 인가하는 제 1 바이어스에 연결되고, 상기 체배 고조파 성분의 주파수의 srf(self resonant frequency)를 가지는 제 1 RF 숏트 커패시터; 및
    상기 제 1 RF 숏트 커패시터 및 상기 제 2 오픈 스터브 사이의 거리를 조정함으로써, 상기 입력단의 상기 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 1 임피던스 조정 전송 경로
    를 포함하는 전력 증폭기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 주파수 분리 회로는,
    상기 소자의 상기 출력단 및 상기 제 3 임피던스 조정 회로에 연결되는 제 3 전송 경로; 및
    상기 제 3 전송 경로 및 상기 제 3 임피던스 조정 회로에 연결되는 제 1 오픈 스터브
    를 포함하는 전력 증폭기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 3 전송 경로 및 상기 제 3 오픈 스터브는, 상기 체배 고조파 성분의 주파수에 대응하는 파장을 4로 나눈 길이를 가지는 전력 증폭기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 주파수 분리 회로는,
    상기 소자의 상기 출력단 및 상기 제 4 임피던스 조정 회로에 연결되는 제 4 전송 경로; 및
    상기 제 4 전송 경로 및 상기 제 4 임피던스 조정 회로에 연결되는 제 4 오픈 스터브
    를 포함하는 전력 증폭기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 4 전송 경로 및 상기 제 4 오픈 스터브는, 상기 기본 성분의 주파수에 대응하는 파장을 4로 나눈 길이를 가지는 전력 증폭기.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 임피던스 조정 회로는,
    상기 소자에 제 2 전압을 인가하는 제 2 바이어스에 연결되고, 상기 체배 고조파 성분의 주파수의 srf(self resonant frequency)를 가지는 제 2 RF 숏트 커패시터; 및
    상기 제 2 RF 숏트 커패시터 및 상기 제 4 오픈 스터브 사이의 거리를 조정함으로써, 상기 출력단의 상기 체배 고조파 성분의 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 2 임피던스 조정 전송 경로
    를 포함하는 전력 증폭기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 분리 회로 및 상기 제 1 임피던스 회로에 연결되는 제 1 DC 차단 커패시터; 및
    상기 제 2 주파수 분리 회로 및 상기 제 3 임피던스 회로에 연결되는 제 2 DC 차단 커패시터
    를 더 포함하는 전력 증폭기.
  13. 외부 소자의 임피던스 매칭을 수행하는 임피던스 조정 회로에 있어서,
    상기 외부 소자에 연결되는 연결 노드;
    제 1 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 1 임피던스 조정 회로;
    제 2 주파수에 대한 임피던스를 조정하는 제 2 임피던스 조정 회로; 및
    상기 제 1 임피던스 조정 회로에 의한 상기 연결 노드에서의 제 2 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하고, 상기 제 2 임피던스 조정 회로에 의한 상기 연결 노드에서의 제 1 주파수에 대한 임피던스 변경을 방지하는 주파수 분리 회로
    를 포함하는 임피던스 조정 회로.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 주파수 분리 회로는,
    상기 연결 노드 및 상기 제 1 임피던스 조정 회로에 연결되는 제 1 전송 경로; 및
    상기 제 1 전송 경로 및 상기 제 1 임피던스 조정 회로에 연결되는 제 1 오픈 스터브(open stub)
    를 포함하는 임피던스 조정 회로.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 전송 경로 및 상기 제 1 오픈 스터브는, 상기 제 2 주파수에 대응하는 파장을 4로 나눈 길이를 가지는 임피던스 조정 회로.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 주파수 분리 회로는,
    상기 연결 노드 및 상기 제 2 임피던스 조정 회로에 연결되는 제 2 전송 경로; 및
    상기 제 2 전송 경로 및 상기 제 2 임피던스 조정 회로에 연결되는 제 2 오픈 스터브
    를 포함하는 임피던스 조정 회로.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 전송 경로 및 상기 제 2 오픈 스터브는, 상기 제 1 주파수에 대응하는 파장을 4로 나눈 길이를 가지는 임피던스 조정 회로.
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