KR960011121B1 - 송신기의 출력전력 제어회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

송신기의 출력전력 제어회로

제1도는 종래의 출력전력 제어회로의 일예를 보인 블록구성도.

제2도는 본 발명에 따른 출력전력 제어회로의 회로도 .

제3도는 제2도의 회로에서 온도변화에 따른 출력전압 특성을 나타낸 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 전력증폭기 22 : 전압가변기

24 : 전압제어부 26 : 써미스터

28 : 전원전압단자 30 : 고주파신호 입력단자

32 : 고주파신호 출력단자 34,36,38 : 저항

본 발명은 송신기의 출력전압 제어회로에 관한 것으로, 특히 무선 통신시스템의 송신기에 사용되는 고출력 전력 증폭기(High Power Amplifier : 이하 HPA라함)의 출력전력을 안정되게 제어하는 회로에 관한 것이다.

일반적으로 무선 통신 시스템에 있어서 송신기에서는 HPA를 사용하고 고주파신호를 전력증폭한 후 안테나를 통해 송신하고 있다. 이때 HPA는 트랜지스터와 같은 반도체소자(solid state)로 구성된 HPA가 널리 사용되고 있다. 이에따라 HPA의 출력전력특성은 주변온도의 변화에 따라 내부의 반도체소자들, 특히 최종출력 트랜지스터의 온도특성으로 인하여 변동한다. 즉 HPA의 주변온도가 높아지면 출력전력이 낮아지고 주변온도가 낮아지면 출력전력이 높아진다. 이러한 HPA의 특성으로 인해 HPA의 동작온도는 일반적으로 넓은 주변온도 범위의 사용조건뿐만 아니라 주변온도가 일정하더라도 HPA 자체에서 발생되는 열 때문에 시간적으로 크게 변하게 된다. 결과적으로 HPA의 주변온도가 일정하더라도 출력전력이 크게 변동하게 된다. 이에 반하여 HPA를 사용하는 송신기에 있어서는 모든 동작조건하에서 가능한한 고주파신호 출력전력이 일정한 레벨을 유지할 것이 요구되고 있다.

이에 따른 대책으로서 통상적으로 자동레벨제어회로를 사용하여 출력전력의 안정화를 도모하여 왔었다.

한편 상기한 HPA는 입출력특성에 따라 선형 HPA와 비선형 HPA로 대별된다. 선형 HPA라 함은 입력신호 레벨의 변화에 대하여 출력신호 레벨이 선형적으로 변화하는 특성을 가지는 HPA를 말하고, 비선형 HPA라 함은 입력신호 레벨의 변화에 대하여 출력신호 레벨이 비선형적으로 변화하는 특성을 가지는 HPA를 말한다. 여기서 HPA의 입출력특성은 온도에 대한 출력신호의 레벨이 변화하는 특성을 말하는 것이 아니라, 입력신호의 레벨 변화에 대해 출력신호의 레벨이 변화하는 특성을 의미한다.

제1도는 상기와 같은 HPA를 사용한 종래의 송신기의 출력전력 제어회로의 일예를 보인 것이다. 제1도에서 고주파신호 입력단자(14)에 입력되는 고주파신호는 가변감쇄기(2)를 통해 선형 HPA인 전력증폭기(4)에서 전력증폭된후 결합기(coipler)(6)를 통해 고주파신호 출력단자(16)로 출력됨으로써 안테나를 통해 송신된다. 이때 결합기(6)는 전력증폭기(4)의 출력을 유지시켜 레벨검출기(8)에 인가한다. 여기서 결합기(6)는 방향성결합기로서 전력증폭기(4)의 출력레벨의 1/10 내지 1/10000에 해당하는 크기의 신호를 유지시킨다. 레벨검출기(8)는 유기된 고주파신호를 포락선검파하여 직류전압레벨을 검출한다. 비교기(10)는 레벨검출기(8)에서 검출된 직류전압레벨을 미리 설정된 기준전압레벨과 비교하는데, 검출된 직류전압레벨이 기준전압레벨보다 크면 양의 전압을, 검출된 직류전압레벨이 기준전압레벨보다 작으면 음의 전압을 생성하여 적분기(12)에 인가한다. 적분기(12)는 비교기(10)의 출력신호를 적분하고 적분한 신호를 가변감쇄기(2)에 인가함으로써 감쇄량을 가변 제어한다. 가변감쇄기(2)는 감쇄량이 초기에는 최저로 설정되어 있는 상태에서 적분기(12)의 적분신호의 크기에 대응하여 입력 고주파신호에 대한 감쇄량을 조절한다. 그러므로 제1도의 회로는 가변감쇄기(2)에서 적분기(12)까지 자동레벨제어루프로서 동작하는 것이다. 이에따라 주변온도가 변동됨에 따라 전력증폭기(4)의 출력전력이 변동할 경우 그 변동에 따라 상기와 같은 자동레벨제어루프에 의해 출력전력을 일정하게 유지시키는 것이다.

그러나 상기한 제1도의 회로는 HPA의 입력신호 레벨을 조절하는 것이기 때문에 선형 HPA를 사용할 경우에만 적용되고 비선형 HPA를 사용할 경우에는 적용할 수 없는 문제점이 있었다. 또한 초기에 고주파신호의 입력에 대한 감쇄량이 최저로 설정되어 있기 때문에 자동레벨제어루프가 안정될때까지는 HPA에 과도한 레벨의 고주파 신호가 그대로 입력됨으로써 출력전력도 순간적으로 과도하게 되는 문제점이 있었다. 그리고 HPA의 출력전력 레벨을 검출하여 HPA의 입력신호 레벨을 조절하기 위하여 가변감쇄기, 결합기, 레벨검출기, 비교기, 적분기 등이 필요함에 따라 회로의 구성이 복잡할 뿐만아니라 응답속도가 느리기 때문에 빠른 고주파신호 입력의 단속이 요구되는 시스템에는 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 선형 HPA뿐만 아니라 비선형 HPA를 사용할 경우에도 적용할 수 있는 출력전력 제어회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 초기에 과도한 출력전력이 나타나는 것을 방지할 수 있는 출력전력 제어회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 간단한 회로로서 출력전력에 대한 제어 응답속도를 향상시킬 수 있는 출력전력 제어회로를 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 공급되는 전원전압의 레벨에 비례하여 입력 고주파신호를 전력 증폭하는 고출력 전력증폭기에 부착되며 전력증폭기의 주변온도를 감지하는 온도감지수단과, 전력증폭기에 공급되는 전원전압의 레벨을 온도감지수단에서 감지된 온도에 비례하여 가변시키는 전압가변제어수단으로 구성한다. 또한 온도감지수단은 부온도계수 저항소자로서 전력증폭기의 주변온도에 반비례하여 저항값이 변화한다. 또한 전압가변제어수단은 출력 전원전압의 조정을 위한 조정단자를 가지며 조정단자와 출력단자 사이의 저항값의 변화에 대응하여 출력전원전압의 레벨을 가변시켜 전력증폭기에 공급 전원전압으로서 인가하는 전압가변수단과, 전압가변수단의 조정단자와 출력단자 사이에 접속되는 동시에 부온도계수 저항소자와 병렬 접속되며 부온도계수 저항소자의 저항값 변화를 설정된 비율로 변화시켜 전압가변수단이 설정된 온도 대 전압함수에 따라 전원전압의 레벨을 가변시키도록 하는 전압제어수단으로 구성한다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하에 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 출력전력 제어회로의 실시예를 보인 것이다. 제2도에서 전력증폭기(20)는 고주파신호 입력단자(30)에 입력되는 고주파신호를 공급되는 전원전압의 레벨에 비례하여 전력 증폭하고 증폭된 고주파신호는 고주파신호 출력단자(32)로 출력된다. 전력증폭기(20)는 본 발명은 실제 적용하는 경우에 따라 선형 HPA가 될 수도 있고 비선형 HPA가 될 수도 있다. 전압가변기(22)는 출력 전원전압의 조정을 위한 조정단자(ADJ)를 가지며 전원전압단자(28)에 입력단자(IN)가 접속되고 출력단자(OUT)는 전력증폭기(20)에 접속된다. 가압가변기(22)는 전원전압단자(28)에 인가되는 전원전압의 레벨을 조정단자(ADJ)와 출력단자(OUT)사이의 저항값의 변화에 대응하여 가변시켜 전력증폭기(20)에 공급 전원전압으로서 인가한다. 전압가변기(22)는 LM117과 같은 범용의 3단자 가변전압 레귤레이터를 사용한다. 써미스터(thermistor)(26)는 전력증폭기(20)의 동작에 따른 주변온도를 감지하는 온도감지수단으로서 전력증폭기(20)의 주변온도 변화에 대응하여 저항값이 변화한다. 전압제어부(24)는 전압가변기(22)의 조정단자(ADJ)와 출력단자(OUT)사이에 접속되는 동시에 써미스터(26)와 병렬 접속된다. 전압제어부(24)는 또한 써미스터(26)의 저항값 변화를 설정된 비율로 변화시켜 전압가변기(22)가 후술하는 바와 같이 설정된 온도 대 전압함수에 따라 전원전압의 레벨 Vout을 가변시키도록 한다. 전압제어부(24)는 전압가변기(22)의 조정단자(ADJ)와 출력단자(OUT)사이에 제1, 제2저항(34,36)이 직력 접속되고, 전압가변지(22)의 조정단자(ADJ)와 접지 사이에 제3저항(38)이 접속되어 구성된다. 또한 써미스터(26)는 제2저항(36)의 양단간에 병렬 접속되는 동시에 전력증폭기(20)의 방열판에 부착한다. 그러므로 전압가변기(22)와 전압제어부(24)는 전압가변제어수단으로서 전력증폭기(20)에 공급되는 전원전압의 레벨을 써미스터(26)에서 감지된 온도에 반비례하여 가변시키는 것이다.

이하 본 발명에 따른 제2도의 동작예를 첨부한 제3도의 특성도를 참조하여 상세히 설명한다. 통상적으로 HPA는 입출력특성이 선형 또는 비선형을 막론하고 출력전력이 HPA에 공급되는 전원전압의 레벨에 비례하는데, 이는 공지의 사실이다. 그러므로 전력증폭기(20)의 전원전압으로 공급되는 전압가변기(22)의 출력 전압을 전력증폭기(20)의 발열 온도의 변화에 대응하여 비례하도록 제어한다면, 전술한 바와 같이 주변온도 변화로 인해 HPA의 출력전력특성이 변동하는 것을 보상할 수 있다.

전압제어부(24)에서, 제1, 제2, 제3저항(34,36,38)의 저항값을 각각 R34,R36,R38이라 하고 서미스터(26)의 저항값을 R26이라하며 제1,제2저항(34,36)과 써미스터(26)의 합성저항값을 R_S라 할 때, 전압가변기(22)의 출력전압 Vout는 일반적으로 하기(1)식으로 정의된다.

상기 (1)식에서 Vref는 전압가변기(22)의 조정단자(ADJ)와 출력단자(OUT)간의 기준전압으로서 LM117인 경우에는 1.25V가 되고, I_ADJ는 조정단자(ADJ)로부터 흐르는 전류이다. 또한 합성저항값 R_S는 하기(2)식과 같이 된다.

만일 상기 (1)식에서 전류 I_ADJ를 상대적으로 무시할 수 있도록 제3저항(38)의 저항값 R38을 선택한다면, 출력전압 Vout은 하기 (2)식과 같이 된다.

상기 (3)식에서 알 수 있는 바와 같이 출력전압 Vout는 저항값 R26의 변화에 대응하여 변화한다.

만일 써미스터(26)를 부온도계수(NTC : Negative Temperature Coefficient)형으로 선택한다면, 저항값 R26은 전력증폭기(20)의 발열 온도의 변화에 반비례한다.

그러므로 전력증폭기(20)의 발열온도가 낮아지면 저항값 R26이 커지게 됨으로써 출력전압 Vout이 낮아지게 되고, 전력증폭기(20)의 발열온도가 높아지면 저항값 R26이 작게됨으로써 출력전압 Vout이 높아지게 된다.

따라서 전력증폭기(20)의 주변온도 변화에 비례하도록 전력증폭기(20)의 전원전압을 제어함으로써 전술한 바와 같이 주변온도가 높아지면 출력전력이 낮아지고 주변온도가 높아지면 출력전력이 높아지는 현상을 보상하여 안정화시킨다.

상기한 바와 같은 본 발명의 회로를 실제로 적용할 경우 사용하는 전력증폭기(20)마다의 고유 특성, 즉 전원전압의 변화에 따른 출력전력특성을 온도별로 측정하여 동작온도범위내에서 요구되어지는 특정한 출력 전력 레벨을 설정하고, 설정된 레벨을 유지하는 전원전압을 각 온도별로 조사하여 전압가변기(22)의 출력전압 Vout이 그 전압 레벨을 추종하도록 제1, 제2, 제3저항(34,36,38)의 저항값 R34,R36,38과 써미스터(26)의 저항값 R26을 설정하면 된다.

실제 적용예로서 위성통신장비의 일종인 안마세트(INMARSAT) 표준－C형 단말기의 HPA에 적용할 경우를 살펴보면 다음과 같다. 인마세트 표준－C형 단말기의 HPA는 모든 동작조건하에서 출력전력이 ＋43dBm±1dB이내의 성능을 요구한다. HPA를 SGS－TOMSON사에서 제조 및 판매하고 있는 RF 전력 모듈 STN－1645－30을 사용할 경우 온도에 따른 출력전력특성을 살펴보면, ＋43dBm를 유지하는 전원전압 V는 제3도에서 점선으로 나타낸 직선과 같다. 그러므로 제3도의 전원전압 V_D의 궤적에 가장 가까운 값이 되도록 제1,제2,제3저항(34,36,38)을 R34＝270Ω, R36＝150Ω, R38＝5.9Ω으로 설정하고 써미스터(26)를 R26＝100Ω(25℃에서)으로 설정하면, 전력증폭기(20)에 공급되는 전원전압 즉, 전압가변기(22)의 출력전압 Vout은 제3도에서 실선으로 나타낸 궤적을 갖게 된다. 여기서 써미스터(26)는 대한민국 IDEA전자사의 부온도계수 써미스터 KTDS－110를 사용하였다. 따라서 본 발명에 따른 제2도의 회로를 인마세트표준－C형 단말기의 HPA에 적용할 경우 ＋43dBm±1dB이내의 성능을 용이하게 구현할 수 있게 된다.

한편 HPA의 출력전력은 상기한 바와 같이 선형 HPA나 비선형 HPA에 권계없이 모두 공급 전원전압의 레벨에 비례하므로 본 발명은 선형 HPA와 비선형 HPA에 모두 동일하게 적용된다. 이때 상기한 설정값들과 실제 전원전압레벨을 실제 사용하는 HPA가 선형 HPA인 경우와 비선형 HPA인 경우간에 서로 달라지겠지만, 제2도에 보인 바와 같은 구성과 그에따른 동작은 동일하다. 즉, 본 발명에 있어서 회로의 구성이나 동작은 선형 HPA와 비선형 HPA간에 입출력특성의 차이가 있음에도 불구하고 HPA마다의 제조업체, 종류에 따른 차이가 있는 경우와 마찬가지로 달라지지 않는다.

상술한 바와 같이 본 발명은 간단한 구성의 회로로서 HPA의 공급 전원전압을 주변온도 변화에 대응하여 제어함으로써 선형 HPA뿐만 아니라 비선형 HPA에도 적용할 수 있으며 초기에 과도한 출력전력이 나타나는 것을 방지할 수 있는 잇점이 있다. 또한 종래와 달리 가변감쇄기를 사용치 않음으로써 출력전력에 대한 제어 응답속도를 향상시켜 빠른 고주파신호 입력의 단속이 요구되는 시스템에도 사용할 수 있다.

Claims (6)

1. 입력 고주파신호를 공급되는 전원전압의 레벨에 비례하여 전력 증폭하는 고출력전력증폭기를 구비한 송신기의 출력전력 제어회로에 있어서, 상기 전력증폭기의 주변온도를 감지하는 온도감지수단과, 상기 전력 증폭기에 공급되는 전원전압의 레벨을 상기 온도감지수단에서 감지된 온도에 비례하여 가변시키는 전압가변제어수단으로 구성하는 것을 특징으로 하는 출력전압 제어회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 온도감지수단이 상기 전력증폭기의 주변온도 변화에 대응하여 저항값이 변화하는 저항소자인 것을 특징으로 하는 출력전압 제어회로.
3. 제2항에 있어서, 상기 저항소자가 상기 전력증폭기의 방열판에 부착되는 것을 특징으로 하는 출력전압 제어회로.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 전압가변제어수단이 출력 전원전압의 조정을 위한 조정단자를 가지며 입력 전원전압의 레벨조정단자와 출력단자 사이의 저항값의 변화에 대응하여 가변시켜 상기 전력증폭기에 상기 공급 전원전압으로서 인가하는 전압가변수단과, 상기 전압가변수단의 조정단자와 출력단자 사이에 접속되는 동시에 상기 저항소자와 병렬 접속되며 상기 저항소자의 저항값 변화를 설정된 비율로 변화시켜 상기 전압가변수단이 설정된 온도 대 전압함수에 따라 전원전압의 레벨을 가변시키도록 하는 전압제어수단으로 구성하는 것을 특징으로 하는 출력전압 제어회로.
5. 제4항에 있어서, 상기 저항소자가 상기 전력증폭기의 주변온도 변화에 반비례하여 저항값이 변화하는 부온도계수 써미스터인 것을 특징으로 하는 출력전압 제어회로.
6. 입력 고주파신호를 공급하는 전원전압의 레벨에 비례하여 전력 증폭하는 고출력 전력증폭기를 구비한 송신기의 출력전력 제어회로에 있어서, 출력 전원전압의 조장을 위한 조정단자를 가지며 입력 전원전압의 레벨을 조정단자와 출력단자 사이의 저항값의 변화에 대응하여 가변시켜 상기 전력증폭기에 상기 공급 전원 전압으로서 인가하는 전압가변수단과, 상기 전압가변수단의 조정단자와 출력단자 사이에 직렬 접속되는 제1, 제2저항소자와, 상기 전압가변수단의 조정단자와 접지 사이에 접속되는 제3저항소자와, 상기 전력증폭기에 부착되고 상기 제2저항소자의 양단간에 병렬 접속되며 상기 전력증폭기의 주변온도에 반비례하여 저항값이 변화하는 부온도계수 써미스터로 구성하는 것을 특징으로 하는 출력전압 제어회로.