KR20230082515A - 전력 증폭기 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시(disclosure)는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4^th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5^th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 다양한 실시 예들에 따를 때, 무선 통신 시스템의 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)에 있어서, 제1 전력 증폭기(power amplifier), 제2 전력 증폭기, 상기 제1 전력 증폭기의 출력단에 연결되는 제1 전송 선로(transmission line), 상기 제2 전력 증폭기의 입력단에 연결되는 제2 전송 선로, 제1 회로(network) 및 제2 회로를 포함하고, 상기 제1 회로는 상기 제1 전송 선로의 일단과 연결된 제1 노드 및 상기 제2 전력 증폭기의 출력단과 연결된 제2 노드 사이를 연결하고, 상기 제1 전송 선로의 일단은 상기 제1 전력 증폭기의 출력단에 대하여 반대편에 위치하고, 상기 제2 회로는 상기 제1 노드, 상기 제2 노드, 및 상기 도허티 전력 증폭기의 출력단인 제3 노드를 연결할 수 있다.

Description

전력 증폭기 및 이를 포함하는 전자 장치 {POWER AMPLIFIER AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 전력 증폭기(power amplifier) 및 이를 포함하는 전자 장치(electronic device)에 관한 것이다.

4G(4^th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5^th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(beyond 4G network) 통신 시스템 또는 LTE(long term evolution) 시스템 이후(post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.

높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파 대역에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive multi-input multi-output, massive MIMO), 전차원 다중입출력(full dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔포밍(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.

또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(device to device communication, D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(coordinated multi-points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.

이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(advanced coding modulation, ACM) 방식인 FQAM(hybrid frequency shift keying and quadrature amplitude modulation) 및 SWSC(sliding window superposition coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(filter bank multi carrier), NOMA(non orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.

5G 시스템에서 전자 장치는 많은 데이터 용량을 처리하기 위하여 높은 PAPR(peak to average power ratio)를 갖는 변조 방식이 이용될 수 있다. 높은 PAPR을 갖는 변조 신호를 선형적으로 증폭하기 위하여, 전력 증폭기(power amplifier)는 최대 출력을 갖는 영역 대신 최대 출력으로부터 일정 값만큼 백-오프(back-off)시킨 백-오프 영역에서 동작한다. 이 때, 백-오프 영역에서 동작하는 전력 증폭기는 효율이 감소되고, 전력 소모량이 증가된다. 백-오프 영역에서의 증폭기 효율을 개선하기 위하여, 2개의 전력 증폭기들로 구성되는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)가 이용될 수 있다. 그러나, 도허티 전력 증폭기는 효율이 개선되는 백-오프 영역이 제한되는 바, 효율 개선 능력이 제한될 수 있다.

상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 무선 통신 시스템에서 공통 모드(common mode)를 이용한 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)를 이용하여, 더 넓은 백-오프(back-off) 영역에서 증폭기 효율을 개선할 수 있는 전력 증폭기의 구조를 제공한다.

또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 공통 모드를 이용한 도허티 전력 증폭기를 이용하여, 높은 PAPR(peak to average power ratio)를 갖는 신호를 높은 효율로 증폭할 수 있는 전력 증폭기의 구조를 제공한다.

또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 공통 모드를 이용한 도허티 전력 증폭기를 이용하여, 전력 소모 및 발열을 최소화할 수 있는 전력 증폭기의 구조를 제공한다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템의 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)에 있어서, 제1 전력 증폭기(power amplifier), 제2 전력 증폭기, 상기 제1 전력 증폭기의 출력단에 연결되는 제1 전송 선로(transmission line), 상기 제2 전력 증폭기의 입력단에 연결되는 제2 전송 선로, 제1 회로(network) 및 제2 회로를 포함하고, 상기 제1 회로는 상기 제1 전송 선로의 일단과 연결된 제1 노드 및 상기 제2 전력 증폭기의 출력단과 연결된 제2 노드 사이를 연결하고, 상기 제1 전송 선로의 일단은 상기 제1 전력 증폭기의 출력단에 대하여 반대편에 위치하고, 상기 제2 회로는 상기 제1 노드, 상기 제2 노드, 및 상기 도허티 전력 증폭기의 출력단인 제3 노드를 연결할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템의 전자 장치에 있어서, 적어도 하나의 프로세서(processor), 상기 적어도 하나의 프로세서와 연결된 복수의 RF 체인(chain)들 및 상기 복수의 RF 체인들과 연결된 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하고, 상기 복수의 RF 체인들 중 제1 RF 체인은 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)를 포함하고, 상기 도허티 전력 증폭기는 제1 전력 증폭기(power amplifier), 제2 전력 증폭기, 상기 제1 전력 증폭기의 출력단에 연결되는 제1 전송 선로(transmission line), 상기 제2 전력 증폭기의 입력단에 연결되는 제2 전송 선로, 제1 회로(network) 및 제2 회로를 포함하고, 상기 제1 회로는 상기 제1 전송 선로의 일단과 연결된 제1 노드 및 상기 제2 전력 증폭기의 출력단과 연결된 제2 노드 사이를 연결하고, 상기 제1 전송 선로의 일단은 상기 제1 전력 증폭기의 출력단에 대하여 반대편에 위치하고, 상기 제2 회로는 상기 제1 노드, 상기 제2 노드, 및 상기 도허티 전력 증폭기의 출력단인 제3 노드를 연결할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치는, 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기를 통해, 더 넓은 백-오프(back-off) 영역에서 증폭기 효율을 개선할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치는, 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기를 통해, 높은 PAPR(peak to average power ratio)를 갖는 변조 신호를 선형적으로(linear) 증폭시킬 수 있고, 효율을 개선할 수 있게 한다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치는, 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기를 통해, 장치의 전력 소모 및 발열을 최소화할 수 있게 한다.

이 외에, 본 문서를 통해 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있다.

도 1은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 환경의 예를 도시한다.
도 2a는 본 개시의 실시 예들을 설명하기 위한 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 예를 도시한다.
도 2b는 본 개시의 실시 예들을 설명하기 위한 전력 결합 네트워크(power combining network)의 예를 도시한다.
도 2c는 본 개시의 실시 예들에 따른 출력 신호에 따른 전력 증폭기들의 PAE(power added efficiency)의 예들을 도시하는 그래프이다.
도 3은 본 개시의 실시 예들을 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 예를 도시한다.
도 4a는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드 네트워크(common mode network)의 공통 모드 특성(common mode characteristic)을 설명하기 위한 예를 도시한다.
도 4b는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드 네트워크(common mode network)의 구조에 대한 예시들을 도시한다.
도 5a는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 전력 증폭기들의 출력단 사이의 결합 방식에 대한 예를 도시한다.
도 5b는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 전력 증폭기들의 출력단 사이의 결합 방식에 대한 다른 예를 도시한다.
도 6a는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 제1 상태에서의 동작에 대한 예를 도시한다.
도 6b는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 제2 상태에서의 동작에 대한 예를 도시한다.
도 7a는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 제1 상태에서의 동작에 대한 다른 예를 도시한다.
도 7b는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 제2 상태에서의 동작에 대한 다른 예를 도시한다.
도 8a는 본 개시의 실시 예에 따른 입력 전압에 따른 전력 증폭기의 부하 임피던스의 예들을 도시하는 그래프이다.
도 8b는 본 개시의 실시 예에 따른 입력 전압에 따른 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스 변화의 예를 도시하는 그래프이다.
도 8c는 본 개시의 실시 예에 따른 입력 전압에 따른 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스 변화의 예를 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 개시의 실시 예에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 입력 전압에 따른 PAE(power added efficiency)의 예를 도시하는 그래프이다.
도 10는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 기능적 구성을 도시한다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.

이하 본 개시는 무선 통신 시스템에서 공통 모드(common mode)를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)를 통해 효율이 개선된 백-오프(back-off) 전력 영역을 확대하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 도허티 전력 증폭기의 전력 증폭기들 사이를 연결하고 공통 모드 특성을 이용함으로써, 더 넓은 백-오프(back-off) 전력 영역에서 증폭기 효율을 개선할 수 있는 기술을 설명한다.

이하 설명에서 사용되는 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어(분배기(divider), 전력 분배기(power divider), 선로(line), 전송 선로(transmission line), 급전선(feeding line), 전력 증폭기(power amplifier), 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier), 캐리어 증폭기(carrier amplifier), 주 전력 증폭기(main power amplifier), 주 증폭기, 피킹 증폭기(peaking amplifier), 보조 전력 증폭기(auxiliary power amplifier), 보조 증폭기, 위상 오프셋(phase offset), 변조 임피던스(modulation impedance), 네트워크(network), 공통 모드 네트워크(common mode network), 매칭 네트워크(matching network), 전력 결합 네트워크(power combining network), 전류 결합 네트워크(current combining network), 전압 결합 네트워크(voltage combining network)), 장치의 구성 요소의 일 구성을 지칭하는 용어(포트(port), 단자, 단(end), 입력단(input end), 출력단(output end), 노드(node)) 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.

도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다. 도 1은 무선 통신 시스템에서 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 기지국(110), 단말(120), 및 단말(130)을 예시한다. 도 1은 하나의 기지국만을 도시하나, 기지국(110)과 동일 또는 유사한 다른 기지국이 더 포함될 수 있다.

기지국(110)은 단말들(120, 130)에게 무선 접속을 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. 기지국(110)은 신호를 송신할 수 있는 거리에 기초하여 일정한 지리적 영역으로 정의되는 커버리지(coverage)를 가진다. 기지국(110)은 기지국(base station) 외에 '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '5G 노드(5th generation node)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.

단말(120) 및 단말(130) 각각은 사용자에 의해 사용되는 장치로서, 기지국(110)과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 경우에 따라, 단말(120) 및 단말(130) 중 적어도 하나는 사용자의 관여 없이 운영될 수 있다. 즉, 단말(120) 및 단말(130) 중 적어도 하나는 기계 타입 통신(machine type communication, MTC)을 수행하는 장치로서, 사용자에 의해 휴대되지 아니할 수 있다. 단말(120) 및 단말(130) 각각은 단말(terminal) 외 '사용자 장비(user equipment, UE)', '이동국(mobile station)', '가입자국(subscriber station)', '고객 댁내 장치'(customer premises equipment, CPE), '원격 단말(remote terminal)', '무선 단말(wireless terminal)', '전자 장치(electronic device)', 또는 '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.

기지국(110), 단말(120), 단말(130)은 밀리미터 파(mmWave) 대역(예: 28GHz, 30GHz, 38GHz, 60GHz)에서 무선 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 이때, 채널 이득의 향상을 위해, 기지국(110), 단말(120), 단말(130)은 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 여기서, 빔포밍은 송신 빔포밍 및 수신 빔포밍을 포함할 수 있다. 즉, 기지국(110), 단말(120), 단말(130)은 송신 신호 또는 수신 신호에 방향성(directivity)을 부여할 수 있다. 이를 위해, 기지국(110) 및 단말들(120, 130)은 빔 탐색(beam search) 또는 빔 관리(beam management) 절차를 통해 서빙(serving) 빔들(112, 113, 121, 131)을 선택할 수 있다. 서빙 빔들(112, 113, 121, 131)이 선택된 후, 이후 통신은 서빙 빔들(112, 113, 121, 131)을 송신한 자원과 QCL(quasi co-located) 관계에 있는 자원을 통해 수행될 수 있다.

기지국(110) 또는 단말들(120, 130)은 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다. 안테나 어레이에 포함되는 각 안테나는 어레이 엘리먼트(array element), 또는 안테나 엘리먼트(antenna element)로 지칭될 수 있다. 이하, 본 개시에서 안테나 어레이는 2차원의 평면 어레이(planar array)로 도시되었으나, 이는 일 실시 예일뿐, 본 개시의 다른 실시 예들을 제한하지 않는다. 안테나 어레이는 선형 어레이(linear array) 혹은 다층 어레이 등 다양한 형태로 구성될 수 있다. 안테나 어레이는 매시브 안테나 어레이(massive antenna array)로 지칭될 수 있다. 또한, 안테나 어레이는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 서브 어레이(sub array)를 다수 포함할 수 있다.

이하, 본 개시에서는 네트워크(network), 전력 결합 네트워크(power combining network), 공통 모드 네트워크(common mode network), 매칭 네트워크(matching network)를 이용하여 설명하나, 상기와 같은 표현들은 도허티 전력 증폭기의 일 구성요소, 회로 또는 회로의 구조를 지칭할 수 있다. 또한, 노드(node) 및 경로(path)는 도허티 전력 증폭기의 일 영역 또는 일 지점과 같은 일부를 지칭할 수 있다.

도 2a는 본 개시의 실시 예들을 설명하기 위한 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 예를 도시한다. 여기서 도허티 전력 증폭기는, 두 개의 전력 증폭기를 이용한 부하 임피던스 변조를 통해 백-오프(back-off) 영역에서의 효율을 개선하기 위한 전력 증폭기 구조를 의미할 수 있다. 이 때, 백-오프 영역은 최대 출력 영역에서 일정 값(또는 오프셋(offset))만큼 낮은 출력을 갖는 영역을 의미한다. 일반적으로, 전력 증폭기는 선형적인 전력 증폭을 위하여 백-오프 영역에서 동작할 수 있다.

도 2a를 참고하면, 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier, DPA)(200)는 전력 분배기(power divider or RF power divider), 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220), 전력 결합 네트워크(power combining network)(230), 제1 매칭 네트워크(matching network)(240), 위상 보상기(phase compensation)(245), 제2 매칭 네트워크(247), 및 출력 부하(Z_L)를 포함할 수 있다. 도허티 전력 증폭기(200)는 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)가 결합된 구조로 구성될 수 있다. 이 때, 제1 전력 증폭기(210) 및 제2 전력 증폭기(220)에 전력 분배기를 통해 분배된 전력들이 각각 입력될 수 있다. 다시 말해서, 전력 분배기는 입력단으로부터 수신한 신호를 분배할 수 있다. 예를 들어, 전력 분배기는 윌킨슨 전력 분배기(Wilkinson power divider)일 수 있다.

제1 전력 증폭기(210)는 주 전력 증폭기(main power amplifier, main PA), 주 증폭기, 또는 캐리어 증폭기(carrier power amplifier, carrier PA)로 지칭될 수 있다. 제2 전력 증폭기(220)는 보조 전력 증폭기(auxiliary power amplifier, auxiliary PA), 보조 증폭기, 또는 피킹 증폭기(peaking power amplifier, peaking PA)로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 제1 전력 증폭기(210)는 Class-AB 바이어스(bias)인 전력 증폭기로 구성될 수 있고, 제2 전력 증폭기(220)는 Class-C 바이어스인 전력 증폭기로 구성될 수 있다.

제1 전력 증폭기(210)의 출력단은 제1 매칭 네트워크(240)와 결합될 수 있다. 여기서, 제1 매칭 네트워크(240)는 부하를 변조하기 위한 구성을 의미할 수 있다. 제1 매칭 네트워크(240)는 전송 선로(transmission line)일 수 있다. 예를 들어, 전송 선로는 특성 임피던스(characteristic impedance)가 R_opt--이고, 전기적 길이가 90°일 수 있다. 또한, 제1 매칭 네트워크(240)에 의해 제1 전력 증폭기(210)에서 출력된 신호의 위상 변화를 보상하기 위하여, 제2 전력 증폭기(220)의 입력단은 위상 보상기(245)가 결합될 수 있다. 여기서, 위상 보상기(245)는 신호의 위상을 변환하기 위한 구성을 의미할 수 있다. 위상 보상기(245)는 전송 선로를 의미할 수 있다. 예를 들어, 전송 선로는 전기적 길이가 90°일 수 있다. 또한, 제2 전력 증폭기(220)의 출력단에는 제2 매칭 네트워크(247)가 결합될 수 있다. 제2 매칭 네트워크(247)는 전송 선로를 의미할 수 있다. 제2 매칭 네트워크(247)는 신호의 특성을 변경하지 않고 신호를 전달하기 위한 전송 선로일 수 있다. 제1 전력 증폭기(210)의 출력단에 연결된 전기적 경로를 제1 경로, 제2 전력 증폭기(220)의 출력단에 연결된 전기적 경로를 제2 경로라 할 때, 전력 결합 네트워크(230)는 제1 경로와 제2 경로, 도허티 전력 증폭기(200)의 출력단을 연결할 수 있다. 여기서, 전력 결합 네트워크(230)에 의한 제1 경로와 제2 경로, 도허티 전력 증폭기(200)의 출력단 사이의 연결은 전기적 연결을 의미할 수 있고, 이는 직접적인 연결 또는 간접적인 연결을 모두 의미할 수 있다. 전력 결합 네트워크(230)의 결합 방식에 대한 구체적인 예들은 이하 도 2b에서 서술한다.

도 2b는 본 개시의 실시 예들을 설명하기 위한 전력 결합 네트워크(power combining network)의 예를 도시한다. 여기서, 전력 결합 네트워크는 도 2a의 전력 결합 네트워크(230)를 의미할 수 있다. 다시 말해서, 전력 결합 네트워크는 도허티 전력 증폭기의 주 전력 증폭기의 출력단에 연결된 제1 경로와 보조 전력 증폭기의 출력단에 연결된 제2 경로, 및 도허티 전력 증폭기의 출력단을 전기적으로 연결하기 위한 구조를 의미할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 전력 결합 네트워크가 제1 경로와 연결된 지점을 제1 단(end 또는 port), 제2 경로와 연결된 지점을 제2 단, 도허티 전력 증폭기의 출력단과 연결된 지점을 제3 단이라 지칭한다.

도 2b를 참고하면, 전력 결합 네트워크(230)는 전류 결합 방식에 따른 전력 결합 네트워크(231), 전압 결합 방식에 따른 전력 결합 네트워크(232)를 포함할 수 있다. 전력 결합 네트워크(230)는 입력된 복수의 전력들을 결합하여 단일 전력으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 도 2a의 도허티 전력 증폭기를 고려하면, 제1 전력 증폭기(210)의 출력 전력과 제2 전력 증폭기(220)의 출력 전력을 결합하여 하나의 전력으로 출력할 수 있다.

전류 결합 방식에 따른 전력 결합 네트워크(231)는 제1 단, 제2 단 및 제3 단이 하나의 노드(node)에서 결합될 수 있고, 동일한 전압(V)이 인가될 수 있다. 예를 들어, 제1 경로에서 제1 단을 통해 입력되는 전류를 I₀, 제2 경로에서 제2 단을 통해 입력되는 전류를 βI-₀라 할 때, 제3 단을 통해 출력되는 전류는 (1+β)I₀일 수 있다. 또한, 제1 단의 실효 전력을 P₀, 제2 단의 실효 전력을 βP₀이라 하면, 제3 단의 실효 전력은 (1+β)P₀일 수 있다. 여기서, β는 기준에 대한 비율(ratio)을 의미한다. 상기의 예에서, 제3 단에 종단된(terminated) 임피던스를 Z_L이라 가정하면, 제1 단의 입력 임피던스는 (β+1)Z_L일 수 있고, 제2 단의 입력 임피던스는 (β+1)β^-1Z_L일 수 있다.

전압 결합 방식에 따른 전력 결합 네트워크(232)는 제1 단, 제2 단 및 제3 단이 복수의 변압기(transformer)들을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 도 2b에서는 설명의 편의를 위하여 이상적인 변압기를 포함하는 전력 결합 네트워크(232)를 예로 설명한다. 제3 단을 통해 출력되는 전류를 I라고 할 때, 제1 경로에서 제1 단을 통해 입력되는 전류를 NI, 제2 경로에서 제2 단을 통해 입력되는 전류를 NβI가 되도록 변압기들의 권선 비가 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 단과 제3 단 사이의 변압기를 제1 변압기, 제2 단과 제3 단 사이의 변압기를 제2 변압기라 할 때, 제1 변압기의 권선 비는 1:N, 제2 변압기의 권선 비는 1:Nβ일 수 있다. 또한, 제1 단의 전압과 제2 단의 전압을 동일한 전압 V₀이 되도록 설정하는 경우, 제3 단의 전압은 N(1+β)V₀일 수 있다. 이에 따라, 제1 단의 실효 전력을 P₀, 제2 단의 실효 전력을 βP₀이라 하면, 제3 단의 실효 전력은 (1+β)P₀일 수 있다. 여기서, β는 기준에 대한 비율(ratio)을 의미한다. 상기의 예에서, 제3 단에 종단된(terminated) 임피던스를 Z_L이라 가정하면, 제1 단의 입력 임피던스는 N^-2(β+1)^-1Z_L일 수 있고, 제2 단의 입력 임피던스는 N^-2(β+1)^-1βZ_L일 수 있다.

상술한 바에 따르면, 도허티 전력 증폭기의 전력 증폭기들(예: 주 전력 증폭기, 보조 전력 증폭기)과 도허티 전력 증폭기의 출력단 사이는 전력 결합 네트워크(230)를 통해 연결될 수 있다. 이에 따라, 도허티 전력 증폭기의 전력 증폭기들(예: 주 전력 증폭기, 보조 전력 증폭기)과 도허티 전력 증폭기의 출력단 사이는 전류 결합 방식의 전력 결합 네트워크(231)를 통해 직접적으로 연결될 수 있고, 전압 결합 방식의 전력 결합 네트워크(232)를 통해 간접적으로 연결될 수 있다. 다시 말해서, 전력 결합 네트워크(230)를 통한 연결은 전기적 연결을 의미할 수 있다. 전력 결합 네트워크(230)는 입력된 복수의 전력들을 하나의 전력으로 출력할 수 있다.

도 2c는 본 개시의 실시 예들에 따른 출력 신호에 따른 전력 증폭기들의 PAE(power added efficiency)의 예들을 도시하는 그래프이다. 여기서, PAE는 전력 효율(power efficiency)과 다른 개념으로, 전력 증폭기에서 생성된 전력만을 고려한 전력 효율을 의미할 수 있다. 예를 들어, DC 입력 전력을 15mW, 전력 증폭기에 공급된 전력이 1mW, 전력 증폭기로부터 출력된 전력이 10mW인 경우, PAE는 100*(10mW-1mW)/15mW=60%로 계산될 수 있다. 예를 들어, 전력은 RF(radio frequency) 전력을 의미할 수 있다.

도 2c를 참고하면, 그래프(250)는, Class-AB 전력 증폭기의 출력 신호의 전력에 따른 PAE를 도시하는 제1 라인(260), 도허티 전력 증폭기(DPA)의 출력 신호의 전력에 따른 PAE를 도시하는 제2 라인(270), 본 개시의 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기의 출력 신호의 전력에 따른 PAE를 도시하는 제3 라인(280)을 도시한다. 그래프(250)의 가로축은 출력 신호의 전력(단위: dBm)을, 세로축은 PAE(단위: %)를 의미할 수 있다.

제1 라인(260)을 참고하면, 제1 라인(260)은 출력되는 신호의 최대 출력에 포화되는 시점의 전력(P_SAT)에서 최대의 PAE값을 가질 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 전력 증폭기의 선형성을 확보하기 위하여 PAPR을 고려하여 일정 값만큼 백-오프가 요구된다. 그러나, P_SAT으로부터 약 6dB만큼 백-오프된 영역에서의 PAE는 현저히 감소된다.

제2 라인(270)을 참고하면, 제1 라인(260)과 마찬가지로, 제2 라인(270)은 P_SAT에서 최대의 PAE 값을 가질 수 있다. 제2 라인(270)은, 제1 라인(260)과 달리, 약 6dB 만큼 백오프된 영역에서도 P_SAT에서의 PAE와 유사한 값을 갖는 바, 효율이 높게 형성될 수 있다. 그러나, 약 6dB 이상의 백-오프 영역에서는, 제2 라인(270)의 PAE는 현저히 감소된다. 예를 들어, 약 9dB의 백-오프 영역에서는, 제2 라인(270)의 PAE가 6dB에서의 PAE에 비해 낮게 형성될 수 있다. 즉, 높은 차수의 변조 방식을 이용하는 변조 신호는 PAPR이 증가될 수 있고, 기존의 도허티 전력 증폭기(예: 도 2a의 도허티 전력 증폭기(200))는 높은 PAPR(6dB 이상)을 갖는 신호를 선형적으로 증폭하면서 증폭기 효율을 개선하는 능력이 제한될 수 있다.

제3 라인(280)을 참고하면, 제3 라인(280)은 제1 라인(260)과 마찬가지로, 제2 라인(270)은 P_SAT에서 최대의 PAE 값을 가질 수 있다. 또한, 약 6dB 이상의 백-오프 영역에서도 P_SAT에서의 PAE와 동일한 값을 갖는 높은 효율이 형성될 수 있다. 이에 따라, 높은 차수의 변조 방식을 이용함에 따라 높은 PAPR을 갖는 신호에 대하여, 본 개시의 임피던스 변조 방식을 사용한 도허티 전력 증폭기(예: 도 3의 도허티 전력 증폭기(300))는 선형성을 유지할 수 있는 백-오프 영역(약 6dB 이상)에서 높은 효율을 제공할 수 있다.

다시 말해서, 무선 통신 시스템에 있어서, 5G(5^th generation) 또는 pre-5G와 같이 통신 시스템이 개발됨에 따라, 더 많은 데이터 용량을 처리하기 위한 변조 방식이 적용될 수 있다. 이러한 변조 방식들은 높은 PAPR이 요구될 수 있다. 그러나, 도 2a의 도허티 전력 증폭기(200)는, Class-AB 바이어스 전력 증폭기와 비교하여, 약 6dB의 백-오프 영역에서만 효율이 개선되는 바, 높은 PAPR을 갖는 변조 신호들에 대해서는 효율 개선 능력이 제한될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 개시는 도허티 전력 증폭기의 전력 증폭기 사이를 연결하는 구성을 통해 공통 모드를 이용함으로써, 개선된 효율을 제공하기 위한 백-오프 영역을 조절할 수 있는 도허티 전력 증폭기(이하, 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기)가 제안된다.

도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 예를 도시한다.

도 3을 참고하면, 도허티 전력 증폭기(300)는 전력 분배기(power divider, RF power divider), 제1 전력 증폭기(310), 제2 전력 증폭기(320), 전력 결합 네트워크(power combining network)(330), 제1 매칭 네트워크(matching network)(340), 위상 보상기(345), 제2 매칭 네트워크(347), 및 공통 모드 네트워크(common mode network)(350)를 포함할 수 있다. 제1 전력 증폭기(310)는 주 전력 증폭기(main PA), 주 증폭기 또는 캐리어 전력 증폭기(carrier PA)로 지칭될 수 있다. 또한, 제2 전력 증폭기(320)는 보조 전력 증폭기(auxiliary PA), 보조 증폭기 또는 피킹 전력 증폭기(peaking PA)로 지칭될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제1 전력 증폭기(310)는 전력 분배기로부터 분배되어 입력되는 신호(예: RF 신호)에 대하여 전력을 증폭할 수 있다. 제1 전력 증폭기(310)는 증폭되어 출력된 신호를 제1 매칭 네트워크(340)를 통해 전력 결합 네트워크(330)로 전달할 수 있다. 제1 매칭 네트워크(340)의 양단 중 전력 결합 네트워크(330)와 가까운 일 단에서 임의의 일 지점을 노드 A(node A)라 하면, 노드 A와 전력 결합 네트워크(330)의 제1 단(end 또는 port)을 연결하는 경로는 제1 경로(path)로 지칭될 수 있다. 제2 전력 증폭기(320)는 전력 분배기로부터 분배되어 입력되는 신호가 위상 보상기(345)를 통해 위상이 보상된 신호를 입력받을 수 있다. 제2 전력 증폭기(320)는 입력된 신호의 전력을 증폭하여 제2 매칭 네트워크(347)를 통해 전력 결합 네트워크(330)로 전달할 수 있다. 제2 매칭 네트워크(347)의 양단 중 전력 결합 네트워크(330)와 가까운 일 단에서 임의의 일 지점을 노드 B(node B)라 하면, 노드 B와 전력 결합 네트워크(330)의 제2 단을 연결하는 경로는 제2 경로로 지칭될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 전력 증폭기(310)는 Class-AB 전력 증폭기로 구성될 수 있다. 제2 전력 증폭기(320)는 Class-C 전력 증폭기로 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전력 결합 네트워크(330)는 제1 단, 제2 단 및 제3 단을 연결하기 위한 구조를 의미할 수 있다. 여기서, 제1 단은 제1 전력 증폭기(310)로부터 연장되어 제1 매칭 네트워크(340), 노드 A를 연결하는 제1 경로와 연결될 수 있다. 제2 단은 제2 전력 증폭기(320)로부터 연장되어 제2 매칭 네트워크(347), 노드 B를 연결하는 제2 경로와 연결될 수 있다. 제3 단은 도허티 전력 증폭기(300)의 출력단을 의미할 수 있고, 도허티 전력 증폭기(300)의 출력단은 임피던스가 Z_L인 부하가 연결될 수 있다. 전력 결합 네트워크(330)는 도 2b에서도 설명한 바와 같이, 전류 결합 방식을 통한 전력 결합 네트워크와 전압 결합 방식을 통한 전력 결합 네트워크를 포함할 수 있다. 구체적인 내용은 도 5a 및 도 5b에서 설명한다.

일 실시 예에 따르면, 제1 매칭 네트워크(340)는 부하 변조를 위한 구성을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 매칭 네트워크(340)는 전송 선로(transmission line)일 수 있다. 이하에서는, 제1 매칭 네트워크(340)는 제1 전송 선로로도 지칭될 수 있다. 제1 매칭 네트워크(340)는 부하 변조를 위하여, 특정한 조건의 특성으로 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 위상 보상기(345)는 제1 전력 증폭기(310)와 제2 전력 증폭기(320) 사이의 위상 차이를 보상하기 위한 구성을 의미할 수 있다. 예를 들어, 위상 보상기(345)는 전송 선로일 수 있다. 이하에서는, 위상 보상기(345)는 제2 전송 선로로 지칭될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제2 매칭 네트워크(347)는 부하 변조를 위한 구성을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제2 매칭 네트워크(347)는 전송 선로(transmission line)일 수 있다. 그러나, 이하 본 개시에서는 설명의 편의를 위하여, 제2 전력 증폭기(320)로부터 출력된 신호의 특성을 변경시키지 않고 전달하기 위한 전송 선로일 수 있다. 따라서, 제2 매칭 네트워크(347)는 도시되지 않을 수 있다. 다만, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 보다 정밀한 임피던스 매칭을 위하여 제2 매칭 네트워크(347)가 특정한 조건의 특성으로 구성될 수도 있다.

일 실시 예에 따르면, 공통 모드 네트워크(350)는 임의의 리액턴스(reactance) 소자일 수 있다. 예를 들어, 공통 모드 네트워크(350)는 jX의 임피던스 값을 갖는 소자일 수 있다. 여기서, j는 허수 단위를, X는 임의의 상수를 의미할 수 있다. 공통 모드 네트워크(350)는 도 4b에서 서술하는 바와 같이 집중정수 소자(lumped element)인 커패시터(capacitor) 또는 인덕터(inductor)일 수 있고, 고주파 신호에서 실질적으로 커패시터 및 인덕터로 동작하는 분포 소자(distributed element)인 전송 선로일 수 있다. 또한, 공통 모드 네트워크(350)는 집중정수 소자와 분포 소자의 조합으로 구성될 수 있다. 공통 모드 네트워크(350)의 공통 모드 특성 및 구조에 대한 설명은 도 4a 및 도 4b에서 구체적으로 서술한다.

일 실시 예에 따르면, 공통 모드 네트워크(350)는 노드 A와 노드 B 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 노드 A와 노드 B 사이를 연결하는 경로를 제3 경로라 할 때, 공통 모드 네트워크(350)는 제3 경로에 배치될 수 있다. 공통 모드 네트워크(350)는, 후술하는 바와 같이, 공통 모드의 특성을 통해 특정 조건에서 제1 경로와 제2 경로를 전기적으로 분리할 수 있다. 다시 말해서, 공통 모드 네트워크(350)는 제3 경로가 전기적으로 오픈(open)되도록 전기적 장벽(electrical wall)을 형성할 수 있다. 구체적인 내용은 이하 도 4a에서 설명한다.

도 4a는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드 네트워크(common mode network)의 공통 모드 특성(common mode characteristic)을 설명하기 위한 예를 도시한다. 도 4a의 공통 모드 네트워크(450)는 도 3의 공통 모드 네트워크(350)와 동일하게 이해될 수 있다. 도 4a는 공통 모드 네트워크(450) 및 인접한 노드들(예: 노드 A 및 노드 B) 사이의 연결 상태에 대하여 도시하며, 설명의 편의를 위하여 그 외의 연결 상태는 생략한다.

도 4a를 참고하면, 공통 모드 네트워크(450)는 노드 A와 노드 B 사이에 배치되는 도면(400)과 도면(405)이 도시된다. 여기서, 도면(400)과 도면(405)은 서로 전기적으로 동일한 등가 회로일 수 있다. 공통 모드 네트워크(450)의 공통 모드에 대한 특성의 설명을 위하여, 공통 모드 네트워크(450)의 S 파라미터(S parameter)는 S_COM, 노드 A의 전압을 V₀, 노드 B의 전압을 V₀, 노드 A로부터 공통 모드 네트워크(450)로 흐르는 전류를 I₀, 노드 B로부터 공통 모드 네트워크(450)로 흐르는 전류를 I₀라고 가정한다.

대칭성이 있는 2개의 노드들 사이에 임의의 회로(예: 공통 모드 네트워크(450))는 대칭 평면(symmetric plane)에서 전류를 통과하지 못하는 전기적 장벽(electrical wall)을 형성할 수 있다. 형성된 전기적 장벽에 따라, 공통 모드 네트워크(450)는 S_COM`의 S 파라미터를 갖는 2개의 구성들로 분리될 수 있다. 다시 말해서, 공통 모드 네트워크(450)는 노드 A와 노드 B 사이에서 대칭적인(symmetric) 구조로 구성될 수 있다. 전압의 정의에 따라, 전위 차가 형성되지 않을 수 있고, V_AB=0일 수 있다. 또한, 서로 반대되는 방향으로 흐르는 전류는 서로 상쇄되므로, I_AB=0일 수 있다. 즉, 노드 A에서 노드 B 방향 또는 노드 B에서 노드 A 방향으로 흐르는 전류 성분은 0일 수 있다.

상술한 바에 따라, 서로 다른 2개의 노드를 잇는 회로(예: 공통 모드 네트워크(450))에 있어서, 2개의 노드에서의 전위가 동일하고 전류의 크기는 같으나 위상이 반대(즉, 서로 반대 방향의 전류)인 경우, 전기적 장벽이 형성될 수 있고 2개의 동일한 회로로 분리될 수 있다. 이하 도 5a 내지 도 9에서, 이러한 특성을 통해 서로 다른 경로를 분리함으로써, 더 넓은 백-오프 영역에서 효율을 개선할 수 있는 도허티 전력 증폭기의 구조를 설명한다.

도 4b는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드 네트워크(common mode network)의 구조에 대한 예시들을 도시한다. 도 4b에서는 공통 모드 네트워크(450)를 구성할 수 있는 다양한 예들을 도시한다. 그러나, 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기의 공통 모드 네트워크가 도 4b에서 도시하는 구조들로만 제한 해석될 것은 아니다. 즉, 전기적으로 동일한 의미를 갖는 구성은 본 개시의 실시 예로써 이해될 수 있다.

일 실시 예에 따라, 공통 모드 네트워크(450)는 집중정수 소자(lumped element)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공통 모드 네트워크(450)는 커패시턴스(capacitance)가 C인 커패시터(capacitor)(452)를 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 공통 모드 네트워크(450)는 인덕턴스(inductance)가 L인 인덕터(inductor)(454)를 포함할 수 있다. 또한 도시하지 않았으나, 공통 모드 네트워크(450)는 커패시터와 인덕터의 조합을 포함할 수 있다.

또한, 공통 모드 네트워크(450)는 분포 소자(distributed element)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공통 모드 네트워크(450)는 전송 선로(transmission line)(456)를 포함할 수 있다. 여기서, 전송 선로는 Z₀의 특성 임피던스(characteristic impedance)와 θ°의 전기적 길이(electrical length)로 구성될 수 있다.

또한, 공통 모드 네트워크(450)는 집중정수 소자와 분포 소자의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 공통 모드 네트워크(450)는 커패시터와 전송 선로의 조합(458)을 포함할 수 있다. 또한, 공통 모드 네트워크(450)는 인덕터와 전송 선로의 조합(460)을 포함할 수 있다.

공통 모드 네트워크(450)는 도 4b에서 도시한 바와 같이, 집중정수 소자 및/또는 분포 소자를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 인덕터, 적어도 하나의 전송 선로의 조합을 통해서도 공통 모드 네트워크(450)가 구성될 수 있다.

도 5a는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 전력 증폭기들의 출력단 사이의 결합 방식에 대한 예를 도시한다. 도 5a의 도허티 전력 증폭기는 전류 결합 방식에 따른 전력 결합 네트워크를 포함한다. 다시 말해서, 도 5a는 도 2b의 전력 결합 네트워크(231)를 포함하는 도허티 전력 증폭기의 예를 도시한다. 이하, 전류 결합 방식에 따른 전력 결합 네트워크는 제1 전력 결합 네트워크라 지칭된다.

도 5a를 참고하면, 도허티 전력 증폭기(500)는 전력 분배기(power divider, RF power divider), 제1 전력 증폭기(510), 제2 전력 증폭기(520), 제1 전력 결합 네트워크(power combining network)(530), 제1 매칭 네트워크(matching network)(540), 위상 보상기(545), 및 공통 모드 네트워크(common mode network)(550)를 포함할 수 있다. 제1 전력 증폭기(510)는 주 전력 증폭기(main PA), 주 증폭기 또는 캐리어 전력 증폭기(carrier PA)로 지칭될 수 있다. 또한, 제2 전력 증폭기(520)는 보조 전력 증폭기(auxiliary PA), 보조 증폭기 또는 피킹 전력 증폭기(peaking PA)로 지칭될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제1 전력 증폭기(510)는 전력 분배기로부터 분배되어 입력되는 신호(예: RF 신호)에 대하여 전력을 증폭할 수 있다. 제1 전력 증폭기(510)는 증폭되어 출력된 신호를 제1 매칭 네트워크(540)를 통해 제1 전력 결합 네트워크(530)로 전달할 수 있다. 제1 매칭 네트워크(540)의 양단 중 제1 전력 결합 네트워크(530)와 가까운 일 단에서 임의의 일 지점을 노드 A(node A)라 하면, 노드 A와 제1 전력 결합 네트워크(530)의 제1 단(end 또는 port)을 연결하는 경로는 제1 경로(path)로 지칭될 수 있다. 제2 전력 증폭기(520)는 전력 분배기로부터 분배되어 입력되는 신호가 위상 보상기(545)를 통해 위상이 보상된 신호를 입력받을 수 있다. 제2 전력 증폭기(520)는 입력된 신호의 전력을 증폭하여 제1 전력 결합 네트워크(530)로 전달할 수 있다. 제2 전력 증폭기(520)의 출력단과 제1 전력 결합 네트워크(530) 사이의 임의의 일 지점을 노드 B(node B)라 하면, 노드 B와 제1 전력 결합 네트워크(530)의 제2 단을 연결하는 경로는 제2 경로로 지칭될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 전력 증폭기(510)는 Class-AB 전력 증폭기로 구성될 수 있다. 제2 전력 증폭기(520)는 Class-C 전력 증폭기로 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제1 전력 결합 네트워크(530)는 결합 회로(531)와 제1 임피던스 매칭 회로(533) 및 제2 임피던스 매칭 회로(535)를 포함할 수 있다. 결합 회로(531)는 제1 단, 제2 단 및 제3 단을 하나의 노드에서 연결하기 위한 구조를 의미할 수 있다. 여기서, 제1 단은 제1 전력 증폭기(510)로부터 연장되어 제1 매칭 네트워크(540), 노드 A 및 제1 임피던스 매칭 회로(533)를 연결하는 제1 경로와 연결될 수 있다. 제2 단은 제2 전력 증폭기(520)로부터 연장되어 노드 B, 및 제2 임피던스 매칭 회로(535)를 연결하는 제2 경로와 연결될 수 있다. 제3 단은, 도허티 전력 증폭기(500)의 출력단을 의미할 수 있고, 도허티 전력 증폭기(500)의 출력단은 임피던스가 R_L인 부하가 연결될 수 있다. 이 때, 제1 임피던스 매칭 회로(533)와 제2 임피던스 매칭 회로(535)는 노드 A에서의 전압(V_A)과 노드 B에서의 전압(V_B)을 동일하게 하기 위한 전송 회로를 의미할 수 있다. 도 5a는, 설명의 편의를 위하여, 제1 임피던스 매칭 회로(533)는 Z_c의 특성 임피던스(characteristic impedance)와 90°의 전기적 길이(electrical length)를 갖는 전송 선로, 제2 임피던스 매칭 회로(535)는 Z_P의 특성 임피던스와 90°의 전기적 길이를 갖는 전송 선로를 예로 도시한다. 상술한 바에 따르면, 전류 결합 방식의 전력 결합 네트워크인 제1 전력 결합 네트워크(530)는 전력 증폭기들과 연결되는 제1 단 및 제2 단과 출력단을 연결하기 위한 결합 회로(531)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 전력 결합 네트워크(530)는 전력 증폭기들의 출력단으로부터 연장되는 경로들(예: 제1 경로, 제2 경로) 사이의 노드들(예: 노드 A와 노드 B)의 전위 차를 0으로 만들기 위한 제1 임피던스 매칭 회로(533) 및 제2 임피던스 매칭 회로(535)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제1 매칭 네트워크(540)는 부하 변조를 위한 구성을 의미할 수 있다. 제1 매칭 네트워크(540)는 전송 선로(transmission line)일 수 있다. 이하에서는, 제1 매칭 네트워크(540)는 제1 전송 선로로도 지칭될 수 있다. 제1 매칭 네트워크(540)는 부하 변조를 위하여, 특정한 조건의 특성으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 매칭 네트워크(540)는 특성 임피던스(characteristic impedance)가 R_opt이고, 전기적 길이(electrical length)가 θ_offset°인 전송 선로일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 위상 보상기(545)는 제1 전력 증폭기(510)와 제2 전력 증폭기(520) 사이의 위상 차이를 보상하기 위한 구성을 의미할 수 있다. 여기서, 제1 전력 증폭기(510)와 제2 전력 증폭기(520) 사이의 위상 차이는 제1 매칭 네트워크(540)에 따라 발생되는 위상 차이를 의미할 수 있다. 위상 보상기(545)는 전송 선로일 수 있다. 이하에서는, 위상 보상기(545)는 제2 전송 선로로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 위상 보상기(545)는 위상 차이를 보상하기 위하여 전기적 길이가 θ_offset°인 전송 선로일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 공통 모드 네트워크(550)는 임의의 리액턴스(reactance) 소자일 수 있다. 예를 들어, 공통 모드 네트워크(550)는 jX의 임피던스 값을 갖는 소자일 수 있다. 여기서, j는 허수 단위를, X는 임의의 상수를 의미할 수 있다. 공통 모드 네트워크(550)는 집중정수 소자(lumped element)인 커패시터(capacitor) 또는 인덕터(inductor)일 수 있고, 고주파 신호에서 실질적으로 커패시터 및 인덕터로 동작하는 분포 소자(distributed element)인 전송 선로일 수 있다. 또한, 공통 모드 네트워크(550)는 집중정수 소자와 분포 소자의 조합으로 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 공통 모드 네트워크(550)는 노드 A와 노드 B 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 노드 A와 노드 B 사이를 연결하는 경로를 제3 경로라 할 때, 공통 모드 네트워크(550)는 제3 경로에 배치될 수 있다. 공통 모드 네트워크(550)는, 공통 모드의 특성을 통해 특정 조건에서 제1 경로와 제2 경로를 전기적으로 분리할 수 있다. 여기서, 특정 조건은 노드 A와 노드 B의 전위가 같고, 전류의 크기는 같으나 서로 반대 방향(즉, 서로 위상이 반대)인 경우를 의미할 수 있다. 다시 말해서, 공통 모드 네트워크(550)는 제3 경로가 전기적으로 오픈(open)되도록 전기적 장벽(electrical wall)을 형성할 수 있다.

도 5b는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 전력 증폭기들의 출력단 사이의 결합 방식에 대한 다른 예를 도시한다. 도 5b의 도허티 전력 증폭기는 전류 결합 방식에 따른 전력 결합 네트워크를 포함한다. 다시 말해서, 도 5b는 도 2b의 전력 결합 네트워크(232)를 포함하는 도허티 전력 증폭기의 예를 도시한다. 이하, 전압 결합 방식에 따른 전력 결합 네트워크는 제2 전력 결합 네트워크라 지칭된다.

도 5b를 참고하면, 도허티 전력 증폭기(500)는 전력 분배기(power divider, RF power divider), 제1 전력 증폭기(510), 제2 전력 증폭기(520), 제2 전력 결합 네트워크(power combining network)(532), 제1 매칭 네트워크(matching network)(540), 위상 보상기(545), 및 공통 모드 네트워크(common mode network)(550)를 포함할 수 있다. 제1 전력 증폭기(510)는 주 전력 증폭기(main PA), 주 증폭기 또는 캐리어 전력 증폭기(carrier PA)로 지칭될 수 있다. 또한, 제2 전력 증폭기(520)는 보조 전력 증폭기(auxiliary PA), 보조 증폭기 또는 피킹 전력 증폭기(peaking PA)로 지칭될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제1 전력 증폭기(510)는 전력 분배기로부터 분배되어 입력되는 신호(예: RF 신호)에 대하여 전력을 증폭할 수 있다. 제1 전력 증폭기(510)는 증폭되어 출력된 신호를 제1 매칭 네트워크(540)를 통해 제2 전력 결합 네트워크(532)로 전달할 수 있다. 제1 매칭 네트워크(540)의 양단 중 제2 전력 결합 네트워크(532)와 가까운 일 단에서 임의의 일 지점을 노드 A(node A)라 하면, 노드 A와 제2 전력 결합 네트워크(532)의 제1 단(end 또는 port)을 연결하는 경로는 제1 경로(path)로 지칭될 수 있다. 제2 전력 증폭기(520)는 전력 분배기로부터 분배되어 입력되는 신호가 위상 보상기(545)를 통해 위상이 보상된 신호를 입력받을 수 있다. 제2 전력 증폭기(520)는 입력된 신호의 전력을 증폭하여 제2 전력 결합 네트워크(532)로 전달할 수 있다. 제2 전력 증폭기(520)의 출력단과 제2 전력 결합 네트워크(532) 사이의 임의의 일 지점을 노드 B(node B)라 하면, 노드 B와 제2 전력 결합 네트워크(532)의 제2 단을 연결하는 경로는 제2 경로로 지칭될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 전력 증폭기(510)는 Class-AB 전력 증폭기로 구성될 수 있다. 제2 전력 증폭기(520)는 Class-C 전력 증폭기로 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제2 전력 결합 네트워크(532)는 복수의 변압기(transformer)들을 포함할 수 있다. 제2 전력 결합 네트워크(532)는 제1 단과 제3 단 사이를 연결하는 제1 변압기 및 제2 단과 제3 단 사이를 연결하는 제2 변압기를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 단은 제1 전력 증폭기(510)로부터 연장되어 제1 매칭 네트워크(540) 및 노드 A를 연결하는 제1 경로와 연결될 수 있다. 제2 단은 제2 전력 증폭기(520)로부터 연장되어 노드 B를 연결하는 제2 경로와 연결될 수 있다. 제3 단은 도허티 전력 증폭기(500)의 출력단을 의미할 수 있고, 도허티 전력 증폭기(500)의 출력단은 출력 임피던스(R_L)가 연결될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제2 전력 결합 네트워크(532)의 복수의 변압기들은 노드 A에서의 전압(V_A)과 노드 B에서의 전압(V_B)을 동일하게 하기 위한 권선 비로 구성될 수 있다. 다시 말해서, 노드(534)를 기준으로 구별되는 제1 변압기의 권선 비와 제2 변압기의 권선 비는 서로 다를 수 있다. 상술한 바에 따르면, 전압 결합 방식의 전력 결합 네트워크인 제2 전력 결합 네트워크(532)는 제1 전력 결합 네트워크(530)와 달리 제1 임피던스 매칭 회로(533) 및 제2 임피던스 매칭 회로(535)를 포함하지 않을 수 있다. 제2 전력 결합 네트워크(532)는 제1 변압기 및 제2 변압기의 권선 비에 기반하여 노드 A와 노드 B의 전위 차를 0으로 설계할 수 있기 때문이다. 일 실시 예에 따르면, 제2 전력 결합 네트워크(532)의 변압기들은 전송 선로로 구성될 수 있다. 즉, 변압기들은 인접한 전송 선로들의 전자기 유도에 따라 구성될 수 있다. 예를 들어, 전송 선로가 꼬아진 형태(즉, 나선형(spiral))로 구성되어 변압기를 형성할 수 있고, 꼬아진 정도에 따라 권선 비가 달라질 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제1 매칭 네트워크(540)는 부하 변조를 위한 구성을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 매칭 네트워크(540)는 전송 선로(transmission line)일 수 있다. 이하에서는, 제1 매칭 네트워크(540)는 제1 전송 선로로도 지칭될 수 있다. 제1 매칭 네트워크(540)는 부하 변조를 위하여, 특정한 조건의 특성으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 매칭 네트워크(540)는 특성 임피던스(characteristic impedance)가 R_opt이고, 전기적 길이(electrical length)가 θ_offset°인 전송 선로일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 위상 보상기(545)는 제1 전력 증폭기(510)와 제2 전력 증폭기(520) 사이의 위상 차이를 보상하기 위한 구성을 의미할 수 있다. 여기서, 제1 전력 증폭기(510)와 제2 전력 증폭기(520) 사이의 위상 차이는 제1 매칭 네트워크(540)에 따라 발생되는 위상 차이를 의미할 수 있다. 위상 보상기(545)는 전송 선로일 수 있다. 이하에서는, 위상 보상기(545)는 제2 전송 선로로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 위상 보상기(545)는 위상 차이를 보상하기 위하여 전기적 길이가 θ_offset°인 전송 선로일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 공통 모드 네트워크(550)는 임의의 리액턴스(reactance) 소자일 수 있다. 예를 들어, 공통 모드 네트워크(550)는 jX의 임피던스 값을 갖는 소자일 수 있다. 여기서, j는 허수 단위를, X는 임의의 상수를 의미할 수 있다. 공통 모드 네트워크(550)는 집중정수 소자(lumped element)인 커패시터(capacitor) 또는 인덕터(inductor)일 수 있고, 고주파 신호에서 실질적으로 커패시터 및 인덕터로 동작하는 분포 소자(distributed element)인 전송 선로일 수 있다. 또한, 공통 모드 네트워크(550)는 집중정수 소자와 분포 소자의 조합으로 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 공통 모드 네트워크(550)는 노드 A와 노드 B 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 노드 A와 노드 B 사이를 연결하는 경로를 제3 경로라 할 때, 공통 모드 네트워크(550)는 제3 경로에 배치될 수 있다. 공통 모드 네트워크(550)는, 공통 모드의 특성을 통해 특정 조건에서 제1 경로와 제2 경로를 전기적으로 분리할 수 있다. 여기서, 특정 조건은 노드 A와 노드 B의 전위가 같고, 전류의 크기는 같으나 서로 반대 방향(즉, 서로 위상이 반대)인 경우를 의미할 수 있다. 다시 말해서, 공통 모드 네트워크(550)는 제3 경로가 전기적으로 오픈(open)되도록 전기적 장벽(electrical wall)을 형성할 수 있다.

도 6a는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 제1 상태에서의 동작에 대한 예를 도시한다. 도 6b는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 제2 상태에서의 동작에 대한 예를 도시한다.

도 6a의 도허티 전력 증폭기(600) 및 도 6b의 도허티 전력 증폭기(605)는 도 5a의 도허티 전력 증폭기(500)와 동일하게 이해될 수 있다. 따라서, 도허티 전력 증폭기(600) 및 도허티 전력 증폭기(605)의 구조에 대한 내용은 도 5a의 도허티 전력 증폭기(500)에 대한 내용과 동일하게 이해될 수 있다. 이하에서는, 제1 상태의 도허티 전력 증폭기(600)의 동작 과정 및 제2 상태의 도허티 전력 증폭기(605)에 대하여 설명하는 바, 도 5a에서 설명한 내용과 동일한 내용은 생략한다. 여기서, 제1 상태는 고전력(high power, HP) 상태를, 제2 상태는 저전력(low power, LP) 상태를 의미할 수 있다. 저전력 및 고전력은 최대 출력 전력을 기준으로 상대적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 고전력(즉, 제1 상태)는 최대 출력 전력을 의미할 수 있다. 또한, 저전력(즉, 제2 상태)는 보조 증폭기가 전력을 출력하지 않으며 최대 출력 전력보다 낮은 전력 영역을 의미할 수 있다.

도 6a를 참고하면, 도허티 전력 증폭기(600)는 전력 분배기(power divider 또는 RF power divider), 제1 전력 증폭기(610), 제2 전력 증폭기(620), 제1 전력 결합 네트워크(630), 제1 매칭 네트워크(640)(즉, 제1 전송 선로), 위상 보상기(phase compensation)(645)(즉, 제2 전송 선로) 및 공통 모드 네트워크(650)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제1 상태(즉, 고전력(HP) 상태)에서는, 도허티 전력 증폭기(600)의 제1 전력 증폭기(610)와 도허티 전력 증폭기(600)의 제2 전력 증폭기(620)의 출력 전력의 크기 비율은 1:β로 정의될 수 있다. 여기서 β는 기준 전력(예: 제1 전력 증폭기의 출력 전력) 대비 전력의 비율을 의미할 수 있다. 예를 들어, 대칭적인(symmetric) 도허티 전력 증폭기의 경우, β는 1일 수 있다. 또한 예를 들어, 비대칭적인(asymmetric) 도허티 전력 증폭기의 경우, β는 1보다 작거나 1보다 큰 값일 수 있다. 제1 전력 증폭기(610)와 제2 전력 증폭기(620)가 각각 P₀, βP₀인 경우, 제1 상태에서 제1 전력 증폭기(610)와 제2 전력 증폭기(620)의 최적의 부하 임피던스는 각각 R_opt 및 R_opt/β로 결정될 수 있다. 최적의 부하 임피던스를 위하여, 제1 매칭 네트워크(640)는 특성 임피던스(characteristic impedance)가 R_opt이고, 전기적 길이(electrical length)가 θ_offset°인 전송 선로일 수 있다. 또한 제1 매칭 네트워크(640)에 의해 발생되는 위상 차이를 보상하기 위하여, 위상 보상기(645)는 전기적 길이(electrical length)가 θ_offset°인 전송 선로일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제1 전력 증폭기(610)의 출력단으로부터 연장되어 형성되는 제1 경로와 제2 전력 증폭기(620)의 출력단으로부터 연장되어 형성되는 제2 경로 사이의 분리를 위한 조건(즉, 노드 A와 노드 B 사이의 전위 차가 0)을 위하여, 제1 임피던스 매칭 회로(633)와 제2 임피던스 매칭 회로(635) 사이의 관계는 이하의 수학식 1과 같다.

상기

는 제1 임피던스 매칭 회로(633)의 특성 임피던스를, 상기

는 제2 임피던스 매칭 회로(635)의 특성 임피던스를, 상기 β는 제1 전력 증폭기(610)와 제2 전력 증폭기(620)가 제1 상태에서 갖는 출력 전력 비를, 상기 R_L은 도허티 전력 증폭기(600)의 출력단에 연결되는 부하 임피던스를, 상기 R_opt는 제1 상태에서 제1 전력 증폭기(610)의 최적의 부하 임피던스를 의미할 수 있다. 여기서, R_L과 R_opt는 계산의 편의를 위하여 저항 성분만을 포함하는 임피던스로 가정한다.

상술한 수학식에 따라, 제1 임피던스 매칭 회로(633)와 제2 임피던스 매칭 회로(635)가 β:1의 임피던스 비율 관계를 만족하는 경우, 노드 A와 노드 B 사이의 전위 차(V_AB)는 0이고, 노드 A와 노드 B 사이의 전류(I_AB)는 0일 수 있다. 이 경우, 공통 모드 네트워크(650)는 전기적 장벽(electrical wall)을 형성할 수 있다. 공통 모드 네트워크(650)가 전기적으로 존재하지 않는 구성으로 동작하는 바, 제1 전력 증폭기(610)의 출력단과 제2 전력 증폭기(620)의 출력단 사이(즉, 제1 경로와 제2 경로)는 분리될 수 있다. 결과적으로, 제1 전력 증폭기(610)의 출력단에는 최적의 부하 임피던스(R_opt)가 인가될 수 있고, 제2 전력 증폭기(620)의 출력단에도 최적의 부하 임피던스(β^-1 R_opt)가 인가될 수 있다. 따라서, 도허티 전력 증폭기(600)는 제1 상태에서 최적의 전력을 출력할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제2 상태(즉, 저전력(LP) 상태)에서, 도허티 전력 증폭기(600)의 제2 전력 증폭기(620)는 동작하지 않도록 제어될 수 있다. 제2 전력 증폭기(620)가 동작하지 않는 경우, 제2 전력 증폭기(620)의 출력단에서 바라본 임피던스는 무한대(

)일 수 있다. 제2 상태에서, 제1 전력 증폭기(610)의 출력 전력은 k^-1P₀로 감소할 수 있다. 이 경우, 노드 A에서 부하로 보이는 임피던스(Z_c`)는 이하의 수학식과 같다.

상기

는 제2 상태에서 노드 A에서 부하로 보이는 임피던스를, 상기 β는 제1 전력 증폭기(610)와 제2 전력 증폭기(620) 사이의 전력 비를, 상기 j는 허수 단위를, 상기 X는 공통 모드 네트워크(650)의 리액턴스(reactance)를, 상기 R_opt는 제1 상태에서 제1 전력 증폭기(610)의 최적의 부하 임피던스를 의미할 수 있다. 상기

는 노드 A를 바라보는 방향으로의 등가 회로(또는 포트 네트워크(port network) 시스템 해석)에 따라 계산될 수 있다.

제1 전력 증폭기(610)의 출력 전력이 k^-1배수만큼 감소된 경우, 제1 전력 증폭기(610)의 출력단의 최적의 부하 임피던스는 k배만큼 증가된(즉, 변조된) kR_opt값으로 결정될 수 있다. 따라서, 제1 전력 증폭기(610)의 출력단에 대한 최적의 부하 임피던스를 제공하기 위하여 제1 매칭 네트워크(640)는 이하의 수학식에 의한 임피던스 변환 관계를 만족시킬 수 있다.

상기

는 제2 상태에서 노드 A에서 부하로 보이는 임피던스에 대한 켤레 복소수(complex conjugate)를, 상기 j는 허수 단위를, 상기 k는 임피던스 변조율을, 상기 R_opt는 제1 상태에서 제1 전력 증폭기(610)의 최적의 부하 임피던스를 의미할 수 있다.

상술한 수학식과 전송 선로 이론을 고려하여, 공통 모드 네트워크(650)의 리액턴스 성분(X)과 제1 매칭 네트워크(640)의 전기적 길이(θ_offset°)에 대한 식으로 정리하면 이하의 수학식과 같다.

상기 θ_offset°는 제1 매칭 네트워크(640)의 전기적 길이를, 상기 β는 제1 전력 증폭기(610)와 제2 전력 증폭기(620)가 제1 상태에서의 출력 전력 비를, 상기 k는 임피던스 변조율을, 상기 R_opt는 제1 상태에서 제1 전력 증폭기(610)의 최적의 부하 임피던스를 의미할 수 있다.

상술한 바를 고려하면, 도허티 전력 증폭기(600)가 제1 상태(고전력)인 경우, 제1 전력 증폭기(610)의 출력단으로부터 연장되는 제1 경로와 제2 전력 증폭기(620)의 출력단으로부터 연장되는 제2 경로가 공통 모드 네트워크(650)의 공통 모드 특성에 의해 전기적으로 분리될 수 있다. 전기적으로 분리된 상태에서 전류 결합 방식의 전력 결합 네트워크(630)의 제1 임피던스 매칭 회로(633) 및 제2 임피던스 매칭 회로(635)의 임피던스 값을 특정한 조건에 부합하도록 설계함으로써, 제1 전력 증폭기(610) 및 제2 전력 증폭기(620)에 대한 최적의 부하 임피던스가 적용될 수 있다. 이에 따라, 제1 상태의 도허티 전력 증폭기(600)는 최대 출력 전력을 출력할 수 있다.

또한, 도허티 전력 증폭기(600)가 제2 상태(저전력)인 경우, 제2 전력 증폭기(620)는 동작하지 않을 수 있다. 제1 전력 증폭기(610)의 감소된 출력 전력에 대한 최적의 부하 임피던스를 적용하기 위하여, 전송 선로 이론에 기반하여 제1 매칭 네트워크(640)와 공통 모드 네트워크(650)가 결정될 수 있다. 이 때, 감소된 출력 전력에 대한 최적의 부하 임피던스는 특정 비율만큼 변조(즉, 변조율 k)될 수 있고, 변조율에 기반하여 개선된 효율을 제공하기 위한 도허티 전력 증폭기(600)의 백-오프 영역은 확대될 수 있다. 관련하여, 백-오프 전력(P_backoff)을 k와 β에 대한 식으로 나타내면 이하의 수학식과 같다. 여기서, 백-오프 전력은 최대 출력의 전력으로부터 최대 효율을 갖는 2 개의 출력 전력 지점들 사이의 차이 값을 의미할 수 있다.

상기

는 도허티 전력 증폭기의 효율이 개선될 수 있는 백-오프 범위를 나타내는 전력을, 상기 β는 제1 전력 증폭기(610)와 제2 전력 증폭기(620)가 제1 상태에서의 출력 전력 비를, 상기 k는 임피던스의 변조율을 나타내는 상수를 의미할 수 있다. 정리하면, 도허티 전력 증폭기의 백-오프 전력(P_backoff)은 도허티 전력 증폭기의 제1 전력 증폭기의 출력단에서 바라본 임피던스(즉, 부하 임피던스)의 변조율(k)과, 제1 전력 증폭기와 제2 전력 증폭기 사이의 전력 비율(β)에 의해 결정될 수 있다. k와 β는 전력 증폭기를 설계함에 있어서, 전력 증폭기의 동작 영역 및 동작 상태에 기반하여 결정될 수 있다.

상술한 바에 따라, 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용한 도허티 전력 증폭기는 전류 결합 방식에 따른 전력 결합 및 공통 모드 특성을 이용하여, 전력 증폭기의 제1 상태에서는 최대의 출력 전력을 출력할 수 있고, 제2 상태에서는 넓은 백-오프 영역에서 높은 효율을 확보할 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 전력 증폭기는 변조 차수에 따라 요구되는 높은 PAPR을 갖는 신호를 지원할 수 있고, 전력 사용량을 최소화하여 전력 증폭기를 포함하는 전자 장치의 배터리 사용 효율 또한 개선할 수 있다.

도 7a는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 제1 상태에서의 동작에 대한 다른 예를 도시한다. 도 7b는 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 제2 상태에서의 동작에 대한 다른 예를 도시한다.

도 7a의 도허티 전력 증폭기(700) 및 도 7b의 도허티 전력 증폭기(705)는 도 5b의 도허티 전력 증폭기(500)와 동일하게 이해될 수 있다. 따라서, 도허티 전력 증폭기(700) 및 도허티 전력 증폭기(705)의 구조에 대한 내용은 도 5b의 도허티 전력 증폭기(500)에 대한 내용과 동일하게 이해될 수 있다. 이하에서는, 제1 상태의 도허티 전력 증폭기(700)의 동작 과정 및 제2 상태의 도허티 전력 증폭기(705)에 대하여 설명하는 바, 도 5a에서 설명한 내용과 동일한 내용은 생략한다. 여기서, 제1 상태는 고전력(high power, HP) 상태를, 제2 상태는 저전력(low power, LP) 상태를 의미할 수 있다. 저전력 및 고전력은 최대 출력 전력을 기준으로 상대적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 고전력(즉, 제1 상태)는 최대 출력 전력 영역을 의미할 수 있다. 또한, 저전력(즉, 제2 상태)는 보조 증폭기가 전력을 출력하지 않으며 최대 출력 전력보다 낮은 전력 영역을 의미할 수 있다.

도 7a를 참고하면, 도허티 전력 증폭기(700)는 전력 분배기(power divider 또는 RF power divider), 제1 전력 증폭기(710), 제2 전력 증폭기(720), 제2 전력 결합 네트워크(732), 제1 매칭 네트워크(740)(즉, 제1 전송 선로), 위상 보상기(phase compensation)(745)(즉, 제2 전송 선로) 및 공통 모드 네트워크(750)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제1 상태(즉, 고전력(HP) 상태)에서는, 도허티 전력 증폭기(700)의 제1 전력 증폭기(710)와 도허티 전력 증폭기(700)의 제2 전력 증폭기(720)의 출력 전력의 크기 비율은 1:β로 정의될 수 있다. 여기서 β는 기준 전력(예: 제1 전력 증폭기(710)의 출력 전력) 대비 전력의 비율을 의미할 수 있다. 예를 들어, 대칭적인(symmetric) 도허티 전력 증폭기의 경우, β는 1일 수 있다. 또한 예를 들어, 비대칭적인(asymmetric) 도허티 전력 증폭기의 경우, β는 1보다 작거나 1보다 큰 값일 수 있다. 제1 전력 증폭기(710)와 제2 전력 증폭기(720)가 각각 P₀, βP₀인 경우, 제1 상태에서 제1 전력 증폭기(710)와 제2 전력 증폭기(720)의 최적의 부하 임피던스는 각각 R_opt 및 R_opt/β로 결정될 수 있다. 최적의 부하 임피던스를 위하여, 제1 매칭 네트워크(740)는 특성 임피던스(characteristic impedance)가 R_opt이고, 전기적 길이(electrical length)가 θ_offset°인 전송 선로일 수 있다. 또한 제1 매칭 네트워크(740)에 의해 발생되는 위상 차이를 보상하기 위하여, 위상 보상기(745)는 전기적 길이(electrical length)가 θ_offset°인 전송 선로일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제1 전력 증폭기(710)의 출력단으로부터 연장되어 형성되는 제1 경로와 제2 전력 증폭기(720)의 출력단으로부터 연장되어 형성되는 제2 경로 사이의 분리를 위한 조건(즉, 노드 A와 노드 B 사이의 전위 차가 0)을 위하여, 제2 전력 결합 네트워크(732)의 제1 단과 제3 단 사이의 제1 변압기의 권선 비가 1:N으로 설정될 때, 제2 단과 제3 단 사이의 제2 변압기의 권선 비는 1:Nβ로 설정될 수 있다. 여기서, 제1 변압기와 제2 변압기는 노드(734)를 기준으로 구별될 수 있다. 이 때, 도 2b에서 언급한 바와 같이 임피던스 변압기의 각 단에 인가되는 임피던스 사이의 관계를 고려하면, N은 이하의 수학식과 같다.

상기 N은 제1 변압기의 제1 단에 대한 제3 단의 권선 비를, 상기 β는 제1 전력 증폭기(710)와 제2 전력 증폭기(720)가 제1 상태에서의 출력 전력 비를, 상기 R_L은 도허티 전력 증폭기(700)의 출력단에 연결되는 부하 임피던스를, 상기 R_opt는 제1 상태에서 제1 전력 증폭기(710)의 최적의 부하 임피던스를 의미할 수 있다. 여기서, R_L과 R_opt는 계산의 편의를 위하여 저항 성분만을 포함하는 임피던스로 가정한다.

상술한 수학식에 따라, 제1 변압기와 제2 변압기가 권선 비 관계를 만족하는 경우, 노드 A와 노드 B 사이의 전위 차(V_AB)는 0이고, 노드 A와 노드 B 사이의 전류(I_AB)는 0일 수 있다. 이에 따라, 공통 모드 네트워크(750)는 전기적 장벽(electrical wall)을 형성할 수 있다. 공통 모드 네트워크(750)가 전기적으로 존재하지 않는 구성으로 동작하는 바, 제1 전력 증폭기(710)의 출력단과 제2 전력 증폭기(720)의 출력단 사이(즉, 제1 경로와 제2 경로)는 분리될 수 있다. 결과적으로, 제1 전력 증폭기(710)의 출력단에는 최적의 부하 임피던스(R_opt)가 인가될 수 있고, 제2 전력 증폭기(720)의 출력단에도 최적의 부하 임피던스(β^-1 R_opt)가 인가될 수 있다. 따라서, 도허티 전력 증폭기(700)는 제1 상태에서 최적의 전력을 출력할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제2 상태(즉, 저전력(LP) 상태)에서, 도허티 전력 증폭기(700)의 제2 전력 증폭기(720)는 동작하지 않을 수 있다. 제2 전력 증폭기(720)가 동작하지 않는 경우, 제2 전력 증폭기(720)의 출력단에서 바라본 임피던스는 무한대(

)일 수 있다. 제2 상태에서, 제1 전력 증폭기(710)의 출력 전력은 k^-1P₀로 감소할 수 있다. 이 경우, 노드 A에서 부하로 보이는 임피던스(Z_c`)는 이하의 수학식과 같다.

상기

는 제2 상태에서 노드 A에서 부하로 보이는 임피던스를, 상기 β는 제1 전력 증폭기(710)와 제2 전력 증폭기(720)가 제1 상태에서의 출력 전력 비를, 상기 j는 허수 단위를, 상기 X는 공통 모드 네트워크(750)의 리액턴스(reactance)를, 상기 R_opt는 제1 상태에서 제1 전력 증폭기(710)의 최적의 부하 임피던스를 의미할 수 있다. 상기

는 노드 A를 바라보는 방향으로의 등가 회로 또는 포트 네트워크(port network) 시스템 해석에 따라 계산될 수 있다.

제1 전력 증폭기(710)의 출력 전력이 k^-1배수만큼 감소된 경우, 제1 전력 증폭기(710)의 출력단의 최적의 부하 임피던스는 k배만큼 증가된(즉, 변조된) kR_opt값으로 결정될 수 있다. 도 6a 및 도 6b에서 상술한 수학식과 전송 선로 이론을 고려하여, 제1 전력 증폭기(710)의 출력단에 대한 최적의 부하 임피던스를 제공하기 위하여 공통 모드 네트워크(750)의 리액턴스 성분(X)과 제1 매칭 네트워크(740)의 전기적 길이(θ_offset°)에 대한 식으로 정리하면 이하의 수학식과 같다.

상기 θ_offset°는 제1 매칭 네트워크(740)의 전기적 길이를, 상기 β는 제1 전력 증폭기(710)와 제2 전력 증폭기(720)가 제1 상태에서의 출력 전력 비를, 상기 k는 임피던스 변조율을, 상기 R_opt는 제1 상태에서 제1 전력 증폭기(710)의 최적의 부하 임피던스를 의미할 수 있다.

상술한 바를 고려하면, 도허티 전력 증폭기(700)가 제1 상태(고전력)인 경우, 제1 전력 증폭기(710)의 출력단으로부터 연장되는 제1 경로와 제2 전력 증폭기(720)의 출력단으로부터 연장되는 제2 경로가 공통 모드 네트워크(750)의 공통 모드 특성에 의해 전기적으로 분리될 수 있다. 전기적으로 분리된 상태에서 전류 결합 방식의 전력 결합 네트워크(732)의 제1 변압기 및 제2 변압기를 특정한 조건에 부합하도록 설계함으로써, 제1 전력 증폭기(710) 및 제2 전력 증폭기(720)에 대한 최적의 부하 임피던스가 적용될 수 있다. 이에 따라, 제1 상태의 도허티 전력 증폭기(700)는 최대 출력 전력을 출력할 수 있다.

또한, 도허티 전력 증폭기(700)가 제2 상태(저전력)인 경우, 제2 전력 증폭기(720)는 동작하지 않을 수 있다. 제1 전력 증폭기(710)의 감소된 출력 전력에 대한 최적의 부하 임피던스를 적용하기 위하여, 전송 선로 이론에 기반하여 제1 매칭 네트워크(740)와 공통 모드 네트워크(750)가 결정될 수 있다. 이 때, 감소된 출력 전력에 대한 최적의 부하 임피던스는 특정 비율만큼 변조(즉, 변조율 k)될 수 있고, 변조율에 기반하여 도허티 전력 증폭기(700)의 개선된 효율을 제공하기 위한 백-오프 영역은 확대될 수 있다. 관련하여, 백-오프 전력(P_backoff)을 k와 β에 대한 식으로 나타내면 이하의 수학식과 같다. 여기서, 백-오프 전력은 최대 출력의 전력으로부터 최대 효율을 갖는 2 개의 출력 전력 지점들 사이의 차이 값을 의미할 수 있다.

상술한 바에 따라, 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용한 도허티 전력 증폭기는 전압 결합 방식에 따른 전력 결합 및 공통 모드 특성을 이용하여, 전력 증폭기의 제1 상태에서는 최대의 출력 전력을 출력할 수 있고, 제2 상태에서는 넓은 백-오프 영역에서 높은 효율을 확보할 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 전력 증폭기는 변조 차수에 따라 요구되는 높은 PAPR을 갖는 신호를 지원할 수 있고, 전력 사용량을 최소화하여 전력 증폭기를 포함하는 전자 장치의 배터리 사용 효율 또한 개선할 수 있다.

도 8a는 본 개시의 실시 예에 따른 입력 전압에 따른 전력 증폭기의 부하 임피던스의 예들을 도시하는 그래프이다. 도 8a의 입력 전압은 각 증폭기(예: 도 3의 도허티 전력 증폭기(300)의 제1 전력 증폭기(310) 및 제2 전력 증폭기(320) 또는 도 6a 및 도 6b의 도허티 전력 증폭기(600)의 제1 전력 증폭기(610) 및 제2 전력 증폭기(620) 또는 도 7a 및 도 7b의 도허티 전력 증폭기(700)의 제1 전력 증폭기(710) 및 제2 전력 증폭기(720))의 입력단에 인가되는 전압의 크기에 따른 부하 임피던스를 나타낸다. 설명의 편의를 위하여, 도허티 전력 증폭기의 제1 전력 증폭기(또는 주 증폭기, 캐리어 증폭기)와 제2 전력 증폭기(또는 보조 증폭기, 피킹 증폭기)는 대칭적인(β=1) 경우를 가정하여 설명한다.

도 8a를 참고하면, 그래프(800)는 제1 전력 증폭기(즉, carrier PA)에 대한 입력 전압에 따른 부하 임피던스 값을 도시하는 실선들을, 제2 전력 증폭기(peaking PA)에 대한 입력 전압에 따른 부하 임피던스 값을 도시하는 점선들을 포함한다. 구체적으로, 그래프(800)는 k(증폭기의 부하 임피던스의 변조율)가 2인 경우의 제1 전력 증폭기에 대하여 도시하는 제1 라인(810), k가 3인 경우의 제1 전력 증폭기에 대하여 도시하는 제2 라인(820), k가 4인 경우의 제1 전력 증폭기에 대하여 도시하는 제3 라인(830)을 의미할 수 있다. k가 2인 경우의 제2 전력 증폭기에 대하여 도시하는 제4 라인(815), k가 3인 경우의 제2 전력 증폭기에 대하여 도시하는 제5 라인(825), k가 4인 경우의 제2 전력 증폭기에 대하여 도시하는 제6 라인(835)을 도시한다. 그래프(800)의 가로축은 증폭기의 입력단 전압의 크기(단위: V)를, 세로축은 부하 임피던스(단위: Ω)를 의미할 수 있다.

제1 라인(810)을 참고하면, 제1 전력 증폭기의 입력 전압 크기가 최대(V_{IN, MAX})인 경우, 부하 임피던스는 약 R_opt값으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 전력 증폭기의 입력 전압의 크기가 점차 감소함에 따라, 부하 임피던스는 약 2R_opt값으로 수렴될 수 있다. 이 때, 부하 임피던스가 수렴되기 시작하는 시점은, 제1 전력 증폭기의 입력 전압의 크기가 약 V_{IN, MAX}/2일 수 있다. 이와 달리, 제4 라인(815)을 참고하면, 제2 전력 증폭기의 입력 전압 크기가 최대(V_{IN, MAX})인 경우, 부하 임피던스는 약 R_opt값으로 제1 전력 증폭기와 유사하게 형성될 수 있다. 그러나, 제2 전력 증폭기의 입력 전압의 크기가 점차 감소함에 따라, 부하 임피던스는 무한대(

)로 수렴될 수 있다. 즉, 제1 라인(810)과 제4 라인(815)을 비교하면, 본 개시의 실시 예들에 따른 도허티 전력 증폭기가 제1 상태(즉, 고전력(HP) 상태)인 경우, 도허티 전력 증폭기의 제1 전력 증폭기와 제2 전력 증폭기는 모두 약 R_opt값의 부하 임피던스로 형성될 수 있다. 또한, 본 개시의 실시 예들에 따른 도허티 전력 증폭기가 제2 상태(즉, 저전력(LP) 상태)인 경우, 도허티 전력 증폭기의 제1 전력 증폭기는 약 2R_opt값의 부하 임피던스로 형성될 수 있고, 제2 전력 증폭기는 무한대(

)의 부하 임피던스로 형성될 수 있다.

제2 라인(820)을 참고하면, 제1 전력 증폭기의 입력 전압 크기가 최대(V_{IN, MAX})인 경우, 부하 임피던스는 약 R_opt값으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 전력 증폭기의 입력 전압의 크기가 점차 감소함에 따라, 부하 임피던스는 약 3R_opt값으로 수렴될 수 있다. 이 때, 부하 임피던스가 수렴되기 시작하는 시점은, 제1 전력 증폭기의 입력 전압의 크기가 약 V_{IN, MAX}/2와 약 V_{IN, MAX}/4 사이의 값일 수 있다. 이와 달리, 제5 라인(825)을 참고하면, 제2 전력 증폭기의 입력 전압 크기가 최대(V_{IN, MAX})인 경우, 부하 임피던스는 약 R_opt값으로 제1 전력 증폭기와 유사하게 형성될 수 있다. 그러나, 제2 전력 증폭기의 입력 전압의 크기가 점차 감소함에 따라, 부하 임피던스는 무한대(

)로 수렴될 수 있다. 즉, 제2 라인(820)과 제5 라인(825)을 비교하면, 본 개시의 실시 예들에 따른 도허티 전력 증폭기가 제1 상태(즉, 고전력(HP) 상태)인 경우, 도허티 전력 증폭기의 제1 전력 증폭기와 제2 전력 증폭기 모두 약 R_opt값의 부하 임피던스로 형성될 수 있다. 또한, 본 개시의 실시 예들에 따른 도허티 전력 증폭기가 제2 상태(즉, 저전력(LP) 상태)인 경우, 도허티 전력 증폭기의 제1 전력 증폭기는 약 3R_opt값의 부하 임피던스로 형성될 수 있고, 제2 전력 증폭기는 무한대(

)의 부하 임피던스로 형성될 수 있다.

제3 라인(830)을 참고하면, 제1 전력 증폭기의 입력 전압 크기가 최대(V_{IN, MAX})인 경우, 부하 임피던스는 약 R_opt값으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 전력 증폭기의 입력 전압의 크기가 점차 감소함에 따라, 부하 임피던스는 약 4R_opt값으로 수렴될 수 있다. 이 때, 부하 임피던스가 수렴되기 시작하는 시점은, 제1 전력 증폭기의 입력 전압의 크기가 약 V_{IN, MAX}/4 일 수 있다. 이와 달리, 제6 라인(835)을 참고하면, 제2 전력 증폭기의 입력 전압 크기가 최대(V_{IN, MAX})인 경우, 부하 임피던스는 약 R_opt값으로 제1 전력 증폭기와 유사하게 형성될 수 있다. 그러나, 제2 전력 증폭기의 입력 전압의 크기가 점차 감소함에 따라, 부하 임피던스는 무한대(

)로 수렴될 수 있다. 즉, 제3 라인(830)과 제6 라인(835)을 비교하면, 본 개시의 실시 예들에 따른 도허티 전력 증폭기가 제1 상태(즉, 고전력(HP) 상태)인 경우, 도허티 전력 증폭기의 제1 전력 증폭기와 제2 전력 증폭기는 모두 약 R_opt값의 부하 임피던스로 형성될 수 있다. 또한, 본 개시의 실시 예들에 따른 도허티 전력 증폭기가 제2 상태(즉, 저전력(LP) 상태)인 경우, 도허티 전력 증폭기의 제1 전력 증폭기는 약 4R_opt값의 부하 임피던스로 형성될 수 있고, 제2 전력 증폭기는 무한대(

)의 부하 임피던스로 형성될 수 있다.

도 8b는 본 개시의 실시 예에 따른 입력 전압에 따른 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스 변화의 예를 도시하는 그래프이다.

그래프(850)를 참고하면, 부하 임피던스의 변조율(k)이 2인 경우의 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변화를 나타내는 제1 라인(851), k가 3인 경우의 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변화를 나타내는 제2 라인(853), k가 4인 경우의 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변화를 나타내는 제3 라인(855)이 도시된다. 제1 라인(851)을 참고하면, 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스는 제1 상태(즉, 고전력)인 경우 R_opt부터 제2 상태(즉, 저전력)인 경우 2R_opt 사이의 값으로 형성될 수 있다. 제2 라인(853)을 참고하면, 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스는 제1 상태인 경우 R_opt부터 제2 상태인 경우 3R_opt 사이의 값으로 형성될 수 있다. 제3 라인(855)을 참고하면, 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스는 제1 상태인 경우 R_opt부터 제2 상태인 경우 4R_opt 사이의 값으로 형성될 수 있다. 다시 말해서, 제1 라인(851) 내지 제3 라인(853)은 k값에 따라 부하 임피던스의 범위가 결정될 수 있다. 결정된 범위 내에서 부하 임피던스는 전력 증폭기의 상태, 즉, 출력 전력의 크기에 기반하여 부하 임피던스의 값이 결정될 수 있다. 또한, 부하 임피던스의 변조율(k)에 따라 효율이 개선되는 백-오프 영역이 결정될 수 있다.

도 8c는 본 개시의 실시 예에 따른 입력 전압에 따른 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스 변화의 예를 도시하는 그래프이다.

그래프(860)를 참고하면, 공통 모드 네트워크의 리액턴스(reactance)가 용량성(capacitive)인 경우, 부하 임피던스에 대한 변조율(k)이 2인 경우의 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변화를 나타내는 제1 라인(861), k가 3인 경우의 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변화를 나타내는 제2 라인(863), k가 4인 경우의 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변화를 나타내는 제3 라인(865)이 도시된다. 제1 라인(861)을 참고하면, 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스가 제1 상태(즉, 고전력)에서 R_opt부터 제2 상태(즉, 저전력)에서

사이의 값으로 형성될 수 있다. 제1 라인(861)은 위상 값이 0으로 고정된 직선 형태로 형성될 수 있다. 제2 라인(863)을 참고하면, 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스가 제1 상태에서 R_opt부터 제2 상태에서

사이의 값으로 형성될 수 있다. 제2 라인(863)은 위상 값이 변화하는 형태인 곡선 형태로 형성될 수 있다. 제3 라인(865)을 참고하면, 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스가 제1 상태에서 R_opt부터 제2 상태에서

사이의 값으로 형성될 수 있다. 제3 라인(865)은 위상 값이 변화하는 형태인 곡선 형태로 형성될 수 있으며, 제2 라인(863)보다 위상 값의 변화율이 더 크게 형성될 수 있다. 또한, 제2 라인(863) 및 제3 라인(865)을 참고하면, 공통 모드 네트워크의 리액턴스가 용량성인 바, 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스는 공통 모드 네트워크의 리액턴스와 반대로 양의 리액턴스 값을 가질 수 있다. 즉, 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스는 양(positive)의 위상 값을 갖는 상태에서 변화될 수 있다.

그래프(870)를 참고하면, 공통 모드 네트워크의 리액턴스(reactance)가 유도성(inductive)인 경우, 부하 임피던스에 대한 변조율(k)이 2인 경우의 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변화를 나타내는 제4 라인(871), k가 3인 경우의 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변화를 나타내는 제5 라인(873), k가 4인 경우의 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변화를 나타내는 제6 라인(875)이 도시된다. 제4 라인(871)을 참고하면, 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스는 제1 상태(즉, 고전력)에서 R_opt부터 제2 상태(즉, 저전력)에서

사이의 값으로 형성될 수 있다. 제4 라인(871)은 위상 값이 0으로 고정된 직선 형태로 형성될 수 있다. 제5 라인(873)을 참고하면, 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스는 제1 상태에서 R_opt부터 제2 상태에서

사이의 값으로 형성될 수 있다. 제5 라인(873)은 위상 값이 변화하는 형태인 곡선 형태로 형성될 수 있다. 제6 라인(875)을 참고하면, 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스는 제1 상태에서 R_opt부터 제2 상태에서

사이의 값으로 형성될 수 있다. 제6 라인(875)은 위상 값이 변화하는 형태인 곡선 형태로 형성될 수 있으며, 제5 라인(873)보다 위상 값의 변화율이 더 크게 형성될 수 있다. 또한, 제5 라인(873) 및 제6 라인(875)을 참고하면, 공통 모드 네트워크의 리액턴스가 유도성인 경우, 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스는 공통 모드 네트워크의 리액턴스와 반대로 음의 리액턴스 값을 가질 수 있다. 즉, 제2 전력 증폭기의 부하 임피던스는 음(negative)의 위상 값을 갖는 상태에서 변화될 수 있다.

상술한 바에 따르면, 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용한 도허티 전력 증폭기는 전압 결합 방식에 따른 전력 결합 및 공통 모드 특성을 이용하여, 전력 증폭기가 제1 상태에서 최대의 출력 전력을 출력할 수 있다. 또한, 전력 증폭기가 제2 상태에서 부하 임피던스의 변조율을 조절함으로써 넓은 백-오프 영역을 확보할 수 있다. 여기서, 부하 임피던스의 변조율은 공통 모드 네트워크 및 제1 매칭 네트워크와 관련될 수 있다. 상기 부하 임피던스의 변조율이 조절됨에 따라, 백-오프 전력의 값이 조절될 수 있다. 이하, 도 9에서는 변조율이 변화함에 따른 PAE(power added efficiency)의 변화를 설명한다.

도 9는 본 개시의 실시 예에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)의 입력 전압에 따른 PAE(power added efficiency)의 예를 도시하는 그래프이다. 여기서, 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기는 도허티 전력 증폭기의 제1 전력 증폭기와 제2 전력 증폭기의 각 출력단에 대하여 공통 모드 네트워크가 연결되는 구조를 의미할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 도허티 전력 증폭기의 제1 전력 증폭기와 제2 전력 증폭기는 대칭적인(β=1) 것으로 가정하여 설명한다. 그래프(900)의 가로축은 증폭기의 입력단 전압의 크기(단위: V)를, 세로축은 PAE(power added efficiency)(단위: %)를 의미할 수 있다.

그래프(900)를 참고하면, 증폭기의 부하 임피던스에 대한 변조율(k)이 2인 경우의 PAE의 변화를 나타내는 제1 라인(910), k가 3인 경우의 PAE의 변화를 나타내는 제2 라인(920), k가 4인 경우의 PAE의 변화를 나타내는 제3 라인(930)이 도시된다. 제1 라인(910)을 참고하면, 증폭단의 입력 전압의 크기가 최대(V_{IN, MAX})인 경우(즉, 증폭기의 출력이 최대인 경우) PAE는 약 80%로 형성될 수 있다. 또한, 증폭단의 입력 전압의 크기가 약 V_{IN, MAX}/2인 경우, PAE는 약 80%로 입력 전압의 크기가 최대인 경우와 유사하게 형성될 수 있다. 이는, k=2인 경우, 증폭기 효율이 개선되는 백-오프 전력 영역이 약 6dB정도 됨을 의미할 수 있다. 제2 라인(920)을 참고하면, 증폭단의 입력 전압의 크기가 최대(V_{IN, MAX})인 경우(즉, 증폭기의 출력이 최대인 경우) PAE는 약 80%로 형성될 수 있다. 또한, 증폭단의 입력 전압의 크기가 약 V_{IN, MAX}/2와 약 V_{IN, MAX}/4 사이의 값에서, PAE는 약 80%로 입력 전압의 크기가 최대인 경우와 유사하게 형성될 수 있다. 이는, k=3인 경우, 증폭기 효율이 개선되는 백-오프 전력 영역이 약 8dB정도로 형성됨을 의미할 수 있다. 제3 라인(930)을 참고하면, 증폭단의 입력 전압의 크기가 최대(V_{IN, MAX})인 경우(즉, 증폭기의 출력이 최대인 경우) PAE는 약 80%로 형성될 수 있다. 또한, 증폭단의 입력 전압의 크기가 약 V_{IN, MAX}/4의 값에서, PAE는 약 80%로 입력 전압의 크기가 최대인 경우와 유사하게 형성될 수 있다. 이는, k=4인 경우, 증폭기 효율이 개선되는 백-오프 전력 영역이 약 9dB정도 됨을 의미할 수 있다.

상술한 바에 따르면, 본 개시의 실시 예들에 따른 변조 임피던스가 결합된 도허티 전력 증폭기의 경우, 증폭기의 부하 임피던스에 대한 변조율이 조절됨에 따라, 부하 임피던스의 값이 조절될 수 있다. 구체적으로, 도허티 전력 증폭기의 제2 상태인 경우, 증폭기의 부하 임피던스에 대한 변조율이 조절됨에 따라서, 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스가 변조율에 의해 수렴되는 값이 결정될 수 있다. 이에 따라, 도 6b 및 도 7b에서 설명한 바와 같이, 공통 모드 네트워크의 리액턴스 및 제1 매칭 네트워크의 전기적 길이를 조절함으로써, 원하는 증폭기 부하 임피던스의 변조율(k)을 결정할 수 있다. 또한, 증폭기의 부하 임피던스가 변조된다는 것은, 변조율이 조절될 수 있고 효율이 개선되는 백-오프 전력 영역의 값이 조절될 수 있음을 의미할 수 있다. 즉, 증폭기의 고효율 백-오프 영역을 확대하여 증폭기의 성능을 개선할 수 있다.

본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기는 기존의 증폭기 구조(예: Class-AB, 도허티 전력 증폭기)와 달리, 확대된 고효율 백-오프 영역을 가질 수 있다. 구체적으로, 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기는 제1 전력 증폭기(또는 주 증폭기, 캐리어 증폭기)의 출력단으로부터 연장되는 제1 경로와 제2 전력 증폭기(또는 보조 증폭기, 피킹 증폭기)의 출력단으로부터 연장되는 제2 경로 사이를 연결하는 공통 모드 네트워크를 배치하는 구조일 수 있다. 본 개시의 도허티 전력 증폭기가 제1 상태(즉, 고전력 상태)에서 공통 모드 네트워크의 공통 모드 특성을 이용하여 제1 경로와 제2 경로가 전기적으로 분리될 수 있고, 각 전력 증폭기에 대한 최적의 부하 임피던스가 인가되도록 설계함으로써, 전력 증폭기의 제1 상태에서는 최대의 출력 전력을 출력할 수 있다. 또한, 본 개시의 도허티 전력 증폭기가 제2 상태(즉, 저전력 상태)에서는 공통 모드 네트워크와 제1 전력 증폭기의 출력단에 연결되는 전송 선로(즉, 제1 매칭 네트워크)의 소자 값을 조절함으로써 부하 임피던스의 변조율이 결정될 수 있고, 이에 따라 더 넓은 효율이 개선되는 백-오프 영역을 확보할 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 전력 증폭기는 무선 통신 시스템의 발달에 따른 높은 PAPR을 갖는 변조 방식의 신호에도 이용될 수 있고, 전력 소모를 최소화할 수 있다. 이를 통해, 본 개시의 실시 예들에 따른 도허티 전력 증폭기 구조를 포함하는 전자 장치(예: 기지국, 단말 등)은 전력 소모가 최소화되고, 발열이 감소될 수 있으며, 배터리의 수명이 증가할 수 있다.

도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 기능적 구성을 도시한다. 전자 장치(1010)는, 기지국 혹은 단말 중 하나일 수 있다. 일 실시 예에 따라, 전자 장치(1010)는 MMU 또는 mmWave 장치일 수 있다.

도 10을 참고하면, 전자 장치(1010)의 예시적인 기능적 구성이 도시된다. 전자 장치(1010)는 안테나부(1011), 필터부(1012), RF(radio frequency) 처리부(1013), 제어부(1014)를 포함할 수 있다.

안테나부(1011)는 다수의 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나는 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 안테나는 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나는 상향 변환된 신호를 무선 채널 상에서 방사하거나 다른 장치가 방사한 신호를 획득할 수 있다. 각 안테나는 안테나 엘리먼트 또는 안테나 소자로 지칭될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 안테나부(1011)는 복수의 안테나 엘리먼트들이 열(array)을 이루는 안테나 어레이(antenna array)(예: 서브 어레이(sub array))를 포함할 수 있다. 안테나부(1011)는 RF 신호선들을 통해 필터부(1012)와 전기적으로 연결될 수 있다. 안테나부(1011)는 다수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 PCB에 실장될 수 있다. PCB는 각 안테나 엘리먼트와 필터부(1012)의 필터를 연결하는 복수의 RF 신호선들을 포함할 수 있다. 이러한 RF 신호선들은 급전 네트워크(feeding network)로 지칭될 수 있다. 안테나부(1011)는 수신된 신호를 필터부(1012)에 제공하거나 필터부(1012)로부터 제공된 신호를 공기중으로 방사할 수 있다.

다양한 실시 예들에 따른 안테나부(1011)는 이중 편파 안테나를 갖는 적어도 하나의 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 이중 편파 안테나는 일 예로, 크로스-폴(x-pol) 안테나일 수 있다. 이중 편파 안테나는 서로 다른 편파에 대응하는 2개의 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이중 편파 안테나는 +45°의 편파를 갖는 제1 안테나 엘리먼트와 -45°의 편파를 갖는 제2 안테나 엘리먼트를 포함할 수 있다. 편파는 +45°, -45° 외에 직교하는 다른 편파들로 형성될 수 있음은 물론이다. 각 안테나 엘리먼트는 급전선(feeding line)과 연결되고, 후술되는 필터부(1012), RF 처리부(1013), 제어부(1014)와 전기적으로 연결될 수 있다.

일 실시 예에 따라, 이중 편파 안테나는 패치 안테나(혹은 마이크로스트립 안테나(microstrip antenna))일 수 있다. 이중 편파 안테나는 패치 안테나의 형태를 가짐으로써, 배열 안테나로의 구현 및 집적이 용이할 수 있다. 서로 다른 편파를 갖는 두 개의 신호들이 각 안테나 포트에 입력될 수 있다. 각 안테나 포트는 안테나 엘리먼트에 대응한다. 높은 효율을 위하여, 서로 다른 편파를 갖는 두 개의 신호들 간 코-폴(co-pol) 특성과 크로스-폴(cross-pol) 특성과의 관계를 최적화시킬 것이 요구된다. 이중 편파 안테나에서, 코-폴 특성은 특정 편파 성분에 대한 특성 및 크로스-폴 특성은 상기 특정 편파 성분과 다른 편파 성분에 대한 특성을 나타낸다.

필터부(1012)는 원하는 주파수의 신호를 전달하기 위해, 필터링을 수행할 수 있다. 필터부(1012)는 공진(resonance)을 형성함으로써 주파수를 선택적으로 식별하기 위한 기능을 수행할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 필터부(1012)는 구조적으로 유전체를 포함하는 공동(cavity)을 통해 공진을 형성할 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서 필터부(1012)는 인덕턴스 또는 커패시턴스를 형성하는 소자들을 통해 공진을 형성할 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 필터부(1012)는 BAW(bulk acoustic wave) 필터 혹은 SAW(surface acoustic wave) 필터와 같은 탄성 필터를 포함할 수 있다. 필터부(1012)는 대역 통과 필터(band pass filter), 저역 통과 필터(low pass filter), 고역 통과 필터(high pass filter), 또는 대역 제거 필터(band reject filter) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 필터부(1012)는 송신을 위한 주파수 대역 또는 수신을 위한 주파수 대역의 신호를 얻기 위한 RF 회로들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따른 필터부(1012)는 안테나부(1011)와 RF 처리부(1013)를 전기적으로 연결할 수 있다.

RF 처리부(1013)는 복수의 RF 경로들을 포함할 수 있다. RF 경로는 안테나를 통해 수신되는 신호 혹은 안테나를 통해 방사되는 신호가 통과하는 경로의 단위일 수 있다. 적어도 하나의 RF 경로는 RF 체인으로 지칭될 수 있다. RF 체인은 복수의 RF 소자들을 포함할 수 있다. RF 소자들은 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, RF 처리부(1013)는 기저대역(base band)의 디지털 송신신호를 송신 주파수로 상향 변환하는 상향 컨버터(up converter)와, 상향 변환된 디지털 송신신호를 아날로그 RF 송신신호로 변환하는 DAC(digital-to-analog converter)를 포함할 수 있다. 상향 컨버터와 DAC는 송신경로의 일부를 형성한다. 송신 경로는 전력 증폭기(power amplifier, PA) 또는 커플러(coupler)(또는 결합기(combiner))를 더 포함할 수 있다. 또한 예를 들어, RF 처리부(1013)는 아날로그RF 수신신호를 디지털 수신신호로 변환하는 ADC(analog-to-digital converter)와 디지털 수신신호를 기저대역의 디지털 수신신호로 변환하는 하향 컨버터(down converter)를 포함할 수 있다. ADC와 하향 컨버터는 수신경로의 일부를 형성한다. 수신 경로는 저전력 증폭기(low-noise amplifier, LNA) 또는 커플러(coupler)(또는 분배기(divider))를 더 포함할 수 있다. RF 처리부의 RF 부품들은 PCB에 구현될 수 있다. 전자 장치(1010)는 안테나부(1011)-필터부(1012)-RF 처리부(1013) 순으로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 안테나들과 RF 처리부의 RF 부품들은 PCB 상에서 구현될 수 있고, PCB와 PCB 사이에 필터들이 반복적으로 체결되어 복수의 층들(layers)을 형성할 수 있다. 본 개시의 실시 예들에 따른 공통 모드를 이용하는 도허티 전력 증폭기는 도 10의 RF 처리부(1013)에 포함될 수 있다.

제어부(1014)는 전자 장치(1010)의 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 제어부 (1014)은 통신을 수행하기 위한 다양한 모듈들을 포함할 수 있다. 제어부(1014)는 모뎀(modem)과 같은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 제어부(1014)는 디지털 신호 처리(digital signal processing)을 위한 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1014)는 모뎀을 포함할 수 있다. 데이터 송신 시, 제어부(1014)는 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 예를 들어, 데이터 수신 시, 제어부(1014)는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 제어부(1014)는 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택(protocol stack)의 기능들을 수행할 수 있다.

도 10에서는 본 개시의 증폭기 구조가 활용될 수 있는 장비로서, 전자 장치 (1010)의 기능적 구성을 서술하였다. 그러나, 도 10에 도시된 예는 도 1 내지 도 9를 통해 서술된 본 개시의 실시 예들에 따른 도허티 전력 증폭기 구조 및 이를 포함하는 전자 장치의 활용을 위한 예시적인 구성일 뿐, 본 개시의 실시 예들이 도 10에 도시된 장비의 구성 요소들에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 개시의 실시 예들에 따른 도허티 전력 증폭기의 구조, 상기 도허티 전력 증폭기 구조를 포함하는 전자 장치, 및 이를 포함하는 다른 구성의 통신 장비 또한 본 개시의 실시 예로써 이해될 수 있다.

상술된 바와 같은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템의 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)에 있어서, 제1 전력 증폭기(power amplifier), 제2 전력 증폭기, 상기 제1 전력 증폭기의 출력단에 연결되는 제1 전송 선로(transmission line), 상기 제2 전력 증폭기의 입력단에 연결되는 제2 전송 선로, 제1 회로(network) 및 제2 회로를 포함하고, 상기 제1 회로는 상기 제1 전송 선로의 일단과 연결된 제1 노드 및 상기 제2 전력 증폭기의 출력단과 연결된 제2 노드 사이를 연결하고, 상기 제1 전송 선로의 일단은 상기 제1 전력 증폭기의 출력단에 대하여 반대편에 위치하고, 상기 제2 회로는 상기 제1 노드, 상기 제2 노드, 및 상기 도허티 전력 증폭기의 출력단인 제3 노드를 연결할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 전력 증폭기는 Class-AB 전력 증폭기이고, 상기 제2 전력 증폭기는 Class-C 전력 증폭기일 수 있다

일 실시 예에서, 상기 제1 회로는 집중 정수 소자(lumped element), 분포 소자(distributed element), 또는 상기 집중 정수 소자와 상기 분포 소자의 조합 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제2 회로는 제3 전송 선로, 제4 전송 선로를 포함하고, 상기 제3 전송 선로는 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 제4 전송 선로는 상기 제2 노드와 연결되고, 상기 제3 전송 선로 및 상기 제4 전송 선로는 임의의 일 지점에서 상기 제3 노드와 연결될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 전력 증폭기 및 상기 제2 전력 증폭기가 각각 최대 출력 전력에서 동작하는 경우, 상기 제3 전송 선로와 상기 제4 전송 선로의 특성 임피던스(characteristic impedance)의 비는 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비에 기반하여 결정될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제2 전력 증폭기가 동작하지 않는 경우, 상기 제1 전송 선로의 전기적 길이(electrical length)와 상기 제1 회로의 리액턴스(reactance) 값은 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비와 상기 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변조율에 기반하여 결정될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제2 회로는 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이를 연결하는 제1 변압기 및 상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이를 연결하는 제2 변압기를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 전력 증폭기 및 상기 제2 전력 증폭기가 각각 최대 출력 전력에서 동작하는 경우, 상기 제1 변압기의 제1 권선 비 및 상기 제2 변압기의 제2 권선 비는 상기 제1 전송 선로의 특성 임피던스, 상기 도허티 전력 증폭기의 부하 임피던스 및 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비에 기반하여 결정될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제2 전력 증폭기가 동작하지 않는 경우, 상기 제1 전송 선로의 전기적 길이(electrical length)와 상기 제1 회로의 리액턴스(reactance) 값은 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비와 상기 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변조율에 기반하여 결정될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 전송 선로의 전기적 길이는 상기 제2 전송 선로의 전기적 길이와 동일할 수 있다.

상술된 바와 같은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템의 전자 장치에 있어서, 적어도 하나의 프로세서(processor), 상기 적어도 하나의 프로세서와 연결된 복수의 RF 체인(chain)들 및 상기 복수의 RF 체인들과 연결된 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하고, 상기 복수의 RF 체인들 중 제1 RF 체인은 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)를 포함하고, 상기 도허티 전력 증폭기는 제1 전력 증폭기(power amplifier), 제2 전력 증폭기, 상기 제1 전력 증폭기의 출력단에 연결되는 제1 전송 선로(transmission line), 상기 제2 전력 증폭기의 입력단에 연결되는 제2 전송 선로, 제1 회로(network) 및 제2 회로를 포함하고, 상기 제1 회로는 상기 제1 전송 선로의 일단과 연결된 제1 노드 및 상기 제2 전력 증폭기의 출력단과 연결된 제2 노드 사이를 연결하고, 상기 제1 전송 선로의 일단은 상기 제1 전력 증폭기의 출력단에 대하여 반대편에 위치하고, 상기 제2 회로는 상기 제1 노드, 상기 제2 노드, 및 상기 도허티 전력 증폭기의 출력단인 제3 노드를 연결할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 전력 증폭기는 Class-AB 전력 증폭기이고, 상기 제2 전력 증폭기는 Class-C 전력 증폭기일 수 있다

일 실시 예에서, 상기 제1 회로는 집중 정수 소자(lumped element), 분포 소자(distributed element), 또는 상기 집중 정수 소자와 상기 분포 소자의 조합 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제2 회로는 제3 전송 선로, 제4 전송 선로를 포함하고, 상기 제3 전송 선로는 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 제4 전송 선로는 상기 제2 노드와 연결되고, 상기 제3 전송 선로 및 상기 제4 전송 선로는 임의의 일 지점에서 상기 제3 노드와 연결될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 전력 증폭기 및 상기 제2 전력 증폭기가 각각 최대 출력 전력에서 동작하는 경우, 상기 제3 전송 선로와 상기 제4 전송 선로의 특성 임피던스(characteristic impedance)의 비는 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비에 기반하여 결정될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제2 전력 증폭기가 동작하지 않는 경우, 상기 제1 전송 선로의 전기적 길이(electrical length)와 상기 제1 회로의 리액턴스(reactance) 값은 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비와 상기 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변조율에 기반하여 결정될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제2 회로는 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이를 연결하는 제1 변압기 및 상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이를 연결하는 제2 변압기를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 전력 증폭기 및 상기 제2 전력 증폭기가 각각 최대 출력 전력에서 동작하는 경우, 상기 제1 변압기의 제1 권선 비 및 상기 제2 변압기의 제2 권선 비는 상기 제1 전송 선로의 특성 임피던스, 상기 도허티 전력 증폭기의 부하 임피던스 및 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비에 기반하여 결정될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제2 전력 증폭기가 동작하지 않는 경우, 상기 제1 전송 선로의 전기적 길이(electrical length)와 상기 제1 회로의 리액턴스(reactance) 값은 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비와 상기 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변조율에 기반하여 결정될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 전송 선로의 전기적 길이는 상기 제2 전송 선로의 전기적 길이와 동일할 수 있다.

본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.

소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.

이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.

또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.

상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.

한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

1. 무선 통신 시스템의 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)에 있어서,
   제1 전력 증폭기(power amplifier);
   제2 전력 증폭기;
   상기 제1 전력 증폭기의 출력단에 연결되는 제1 전송 선로(transmission line);
   상기 제2 전력 증폭기의 입력단에 연결되는 제2 전송 선로;
   제1 회로(network); 및
   제2 회로를 포함하고,
   상기 제1 회로는 상기 제1 전송 선로의 일단과 연결된 제1 노드 및 상기 제2 전력 증폭기의 출력단과 연결된 제2 노드 사이를 연결하고,
   상기 제1 전송 선로의 일단은 상기 제1 전력 증폭기의 출력단에 대하여 반대편에 위치하고,
   상기 제2 회로는 상기 제1 노드, 상기 제2 노드, 및 상기 도허티 전력 증폭기의 출력단인 제3 노드를 연결하는, 도허티 전력 증폭기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 전력 증폭기는 Class-AB 전력 증폭기이고,
   상기 제2 전력 증폭기는 Class-C 전력 증폭기인, 도허티 전력 증폭기.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 회로는 집중 정수 소자(lumped element), 분포 소자(distributed element), 또는 상기 집중 정수 소자와 상기 분포 소자의 조합 중 적어도 하나로 구성되는, 도허티 전력 증폭기.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 회로는 제3 전송 선로, 제4 전송 선로를 포함하고,
   상기 제3 전송 선로는 상기 제1 노드와 연결되고,
   상기 제4 전송 선로는 상기 제2 노드와 연결되고,
   상기 제3 전송 선로 및 상기 제4 전송 선로는 임의의 일 지점에서 상기 제3 노드와 연결되는, 도허티 전력 증폭기.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1 전력 증폭기 및 상기 제2 전력 증폭기가 각각 최대 출력 전력에서 동작하는 경우, 상기 제3 전송 선로와 상기 제4 전송 선로의 특성 임피던스(characteristic impedance)의 비는 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비에 기반하여 결정되는, 도허티 전력 증폭기.
   
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 제2 전력 증폭기가 동작하지 않는 경우, 상기 제1 전송 선로의 전기적 길이(electrical length)와 상기 제1 회로의 리액턴스(reactance) 값은 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비와 상기 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변조율에 기반하여 결정되는, 도허티 전력 증폭기.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 회로는 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이를 연결하는 제1 변압기 및 상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이를 연결하는 제2 변압기를 포함하는, 도허티 전력 증폭기.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제1 전력 증폭기 및 상기 제2 전력 증폭기가 각각 최대 출력 전력에서 동작하는 경우, 상기 제1 변압기의 제1 권선 비 및 상기 제2 변압기의 제2 권선 비는 상기 제1 전송 선로의 특성 임피던스, 상기 도허티 전력 증폭기의 부하 임피던스 및 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비에 기반하여 결정되는, 도허티 전력 증폭기.
   
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 제2 전력 증폭기가 동작하지 않는 경우, 상기 제1 전송 선로의 전기적 길이(electrical length)와 상기 제1 회로의 리액턴스(reactance) 값은 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비와 상기 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변조율에 기반하여 결정되는, 도허티 전력 증폭기.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전송 선로의 전기적 길이는 상기 제2 전송 선로의 전기적 길이와 동일한, 도허티 전력 증폭기.
    
11. 무선 통신 시스템의 전자 장치에 있어서,
    적어도 하나의 프로세서(processor);
    상기 적어도 하나의 프로세서와 연결된 복수의 RF 체인(chain)들; 및
    상기 복수의 RF 체인들과 연결된 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하고,
    상기 복수의 RF 체인들 중 제1 RF 체인은 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)를 포함하고,
    상기 도허티 전력 증폭기는:
    제1 전력 증폭기(power amplifier), 제2 전력 증폭기, 상기 제1 전력 증폭기의 출력단에 연결되는 제1 전송 선로(transmission line), 상기 제2 전력 증폭기의 입력단에 연결되는 제2 전송 선로, 제1 회로(network) 및 제2 회로를 포함하고,
    상기 제1 회로는 상기 제1 전송 선로의 일단과 연결된 제1 노드 및 상기 제2 전력 증폭기의 출력단과 연결된 제2 노드 사이를 연결하고,
    상기 제1 전송 선로의 일단은 상기 제1 전력 증폭기의 출력단에 대하여 반대편에 위치하고,
    상기 제2 회로는 상기 제1 노드, 상기 제2 노드, 및 상기 도허티 전력 증폭기의 출력단인 제3 노드를 연결하는, 전자 장치.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 전력 증폭기는 Class-AB 전력 증폭기이고,
    상기 제2 전력 증폭기는 Class-C 전력 증폭기인, 전자 장치.
    
13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 회로는 집중 정수 소자(lumped element), 분포 소자(distributed element), 또는 상기 집중 정수 소자와 상기 분포 소자의 조합 중 적어도 하나로 구성되는, 전자 장치.
    
14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 회로는 제3 전송 선로, 제4 전송 선로를 포함하고,
    상기 제3 전송 선로는 상기 제1 노드와 연결되고,
    상기 제4 전송 선로는 상기 제2 노드와 연결되고,
    상기 제3 전송 선로 및 상기 제4 전송 선로는 임의의 일 지점에서 상기 제3 노드와 연결되는, 전자 장치.
    
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 전력 증폭기 및 상기 제2 전력 증폭기가 각각 최대 출력 전력에서 동작하는 경우, 상기 제3 전송 선로와 상기 제4 전송 선로의 특성 임피던스(characteristic impedance)의 비는 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비에 기반하여 결정되는, 전자 장치.
    
16. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 전력 증폭기가 동작하지 않는 경우, 상기 제1 전송 선로의 전기적 길이(electrical length)와 상기 제1 회로의 리액턴스(reactance) 값은 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비와 상기 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변조율에 기반하여 결정되는, 전자 장치.
    
17. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 회로는 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이를 연결하는 제1 변압기 및 상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이를 연결하는 제2 변압기를 포함하는, 전자 장치.
    
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 전력 증폭기 및 상기 제2 전력 증폭기가 각각 최대 출력 전력에서 동작하는 경우, 상기 제1 변압기의 제1 권선 비 및 상기 제2 변압기의 제2 권선 비는 상기 제1 전송 선로의 특성 임피던스, 상기 도허티 전력 증폭기의 부하 임피던스 및 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비에 기반하여 결정되는, 전자 장치.
    
19. 청구항 17에 있어서,
    상기 제2 전력 증폭기가 동작하지 않는 경우, 상기 제1 전송 선로의 전기적 길이(electrical length)와 상기 제1 회로의 리액턴스(reactance) 값은 상기 제1 전력 증폭기와 상기 제2 전력 증폭기의 최대 출력 전력 비와 상기 제1 전력 증폭기의 부하 임피던스의 변조율에 기반하여 결정되는, 전자 장치.
    
20. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 전송 선로의 전기적 길이는 상기 제2 전송 선로의 전기적 길이와 동일한, 전자 장치.
    

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