KR0148454B1 - 선형증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형증폭기에 관한 것으로, AB급 증폭기를 구동증폭기로 사용함으로써 발생하는 왜곡 성분을 구동증폭기에 피드 포워드(feed foward)방식의 선형회 회로를 부착시켜 억제해 주면서, 주증폭기에는 일부러 구동증폭기의 왜곡 신호를 전치 입력시켜 주증폭기의 선형성을 개선해 주는 것을 특징으로 하여, 증폭기의 선형성을 향상시킬 수 있으며 특히 전력효율이 좋다는 것과, QPSK와 같이 위상 변조 방식을 사용하는 시스템에 적용할 경우 선형 증폭으로 인해 위상 왜곡을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

선형증폭기(Linearizer Amplifier)

제1도는 본 발명에 의한 선형증폭기의 블록도.

제2도는 본 발명에 의한 선형증폭기의 각 점에서의 주파수 스펙트럼을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,3,8,12 : 커플러 2 : 구동증폭기(AB급)

4,7,9 : 시간 지연기 5,11 : 빼기 회로

6 : 주 증폭기(AB급) 10,13,15 : 위상변환기와 가변 감쇠기

14 : 보조증폭기(A급) 16 : 오차증폭기(A급)

본 발명은 선형증폭기에 관한 것으로 특히, AB급 증폭기를 구동증폭기로 사용함으로써 발생하는 왜곡 성분을 구동증폭기에 피드포워드(feel forward)방식의 선형화 회로를 부착시켜 억제하면서, 주증폭기에는 구동증폭기의 왜곡 신호를 전치 입력시켜 주증폭기의 선형성을 개선한 선형증폭기에 관한 것이다.

능동 소자들을 이용한 RF대 증폭기(AB급)는 전력 레벨의 변화에 따라 원하지 않는 왜곡 성분들을 많이 발생시킨다.

특히 증폭기가 포화 영역 부근에서 동작하게 되면 비직선 현상이 현저하게 나타나게 되어 출력의 크기와 위상이 왜곡되며, 2개 이상의 신호를 입력하였을 경우 입력 신호간 상호 변조 성분들이 발생하여 인접 채널에 큰 영향을 미치게 된다.

이러한 상호 변조 성분들은 잡음원으로 작용하여 통신 시스템의 전송 품질을 저하시키는 요인이 된다.

이러한 이유로 해서 RF 송신단에서는 증폭기가 직선 영역에서 동작할 수 있도록 동작점을 포화 영역으로부터 수 dB 백오프(back-off)하여 사용하게 되는데, 이럴 경우 잡음원은 줄일 수 있으나 입력 레벨을 작게 해야하므로 출력 레벨이 너무 낮아지는 단점이 있다.

이런 문제를 해결하기 위한 방법의 하나로 증폭기에 선형화 블록을 추가하는 방법이 연구되어 왔으며, 이러한 방법을 사용하면 포화 영역 부근인 비직선 영역에서 동작하더라도 상호 변조 성분이 작은, 원하는 크기의 출력 신호를 얻을 수 있다.

그러나 실제적으로는 제작상의 한계 및 정밀도 유지 등의 문제로 증폭기(구동증폭기(driving amp), 주증폭기(main amp.))의 여러 단중 최종단을 제외한 나머지 단의 트랜지스터를 모두 A급으로 동작시켜야 한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 선형증폭기의 단점을 보완하기 위해 구동증폭기와 주증폭기를 전력 효율이 좋은 AB급 증폭기로 사용하면서 간단한 회로의 추가로 증폭기의 선형성을 개선시킨 선형화증폭기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, AB급 증폭기를 구동증폭기로 사용함으로써 발생하는 왜곡 성분을 구동증폭기에 피드 포워드(feed forward)방식의 선형회 회로를 부착시켜 억제해 주면서, 주증폭기에는 일부러 구동증폭기의 왜곡 신호를 전치 입력시켜 주증폭기의 선형성을 개선해 주는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 주증폭기의 출력 왜곡 성분도 구동증폭기의 왜곡 성분을 이용해 제거해 주므로써, AB급 증폭기 사용으로 인해 구동증폭기에서 발생하는 왜곡 성분을 선형증폭기의 전체 성능을 향상시키는데 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 의한 선형화 증폭기의 블록도이다.

제1도에서, 1은 증폭기 경로와 선형화 경로로 입력 신호를 나누기 위한 커플러, 2는 구동증폭기(AB급), 3은 구동증폭기의 출력 신호 중 일부를 빼기회로로 보내주기 위한 커플러, 4는 빼기회로(5)에서 두 입력 경로 간에 같은 시간지연을 갖도록 하기 위한 시간 지연기, 5는 빼기회로, 6은 주증폭기(AB급), 7은 커플러(8)에서 두 입력 경로 간에 같은 시간지연을 갖도록 하기 위한 시간 지연기, 8은 선형화 회로로부터의 신호를 증폭기 경로에 혼합해주기 위한 커플러, 9는 빼기회로(11)에서 두 입력 경로 간에 같은 시간지연을 갖도록하기 위한 시간 지연기, 10은 신호의 위상을 180°반전시키기 위한 위상변환기와 신호 레벨을 조절하기 위한 가변 감쇠기, 11은 빼기 회로, 12는 신호중 일부를 보조증폭기(14)경로로 보내주기 위한 커플러, 13은 신호의 위상을 180°반전시키기 위한 위상변환기와 신호 레벨을 조절하기 위한 가변 감쇠기, 14는 보조증폭기(A급), 15는 신호의 위상을 180°반전시키기 위한 위상변환기와 신호레벨을 조절하기 위한 가변 감쇠기, 16은 오차증폭기(A급)를 각각 나타낸다.

입력신호는 커플러(1)로 인해 둘로 분리되며 그 중 하나(point A)는 증폭기 경로로 입력되고 나머지 하나(point B)는 선형화 경로로 입력된다.

증폭기 경로로 입력된 신호는 구동증폭기(2)에서 증폭되는데 이때 구동증폭기가 AB급이므로 비선형성 때문에 왜곡 신호도 함께 발생하게 된다(point C).

상기 구동증폭기(2)의 출력인 증폭된 신호와 왜곡 신호는 커플러(3)를 통과하며 대부분의 전력은 신호 지연회로(4)로 전달되며 약간의 전력을 선형화 경로에 있는 빼기회로(11)에 전달한다.

상기 커플러(1)에 의해 선형화 경로로 전달된 신호는 빼기회로(11)에서 두 입력경로간에 같은 시간 지연을 갖도록 하기 위한 시간 지연기(9)(구동증폭기(2) 때문에 발생하는 시간 지연을 상쇄시키기 위한 것임)을 거쳐 가변 감쇠기와 위상 변환기(10)로 전달된다.

가변 감쇠기와 위상 변환기(10)에서는, 커플러(3)를 통해 전달되는 신호(point C의 일부 전력, 증폭된 신호와 왜곡신호) 중 빼기회로(11)에서 증폭된 신호 성분을 제거할 수 있도록 신호 크기를 조정하고 위상을 180°반전시킨다(point D).

그러므로 빼기회로(11)의 출력은 왜곡신호(point E)뿐이다.

커플러(12)를 통과하며 왜곡 신호는 일부 전력을 보조증폭기(14) 경로에 전달하며, 나머지 전력을 신호 레벨 조절을 위한 가변감쇄기와 위상을 180°변환시키기 위한 위상변환기(15)로 전달한다.

보조증폭기(14)경로에 입력된 신호는 가변감쇠기와 위상을 180°변환시키기 위한 위상변환기(13)를 거쳐 보조증폭기(14)에서 증폭된다. 이때 가변감쇠기를 이용하여 F점 신호의 크기를 증폭기 경로의 시간지연기(4)를 거쳐 입력되는 신호(C점)중 왜곡 신호의 레벨 보다 더 크게 조절한다.

한편 커플러(3)을 통과한 신호는 빼기회로(5)에서 두 입력 경로 간에 같은 시간지연을 갖도록하기 위한 시간 지연기(4)(보조증폭기(14) 때문에 발생하는 시간 지연을 상쇄시키기 위한 것임)을 거쳐 빼기회로(5)에 입력된다.

빼기회로(5)로 입력되는 두 신호중 왜곡 성분은 보조증폭기 경로에서 입력된 신호가 더 크므로 G점과 같은 신호를 출력시켜 주증폭기(6)로 입력하게 된다.

주증폭기(6)에서는 입력신호를 증폭시키며 왜곡신호를 발생시키게 되는데 입력신호 자체에 위상이 반대인 왜곡 성분이 포함되어 있으므로 H점에서와 같이 선형성이 개선된 신호를 출력하게 된다.

H점에서의 점선은 왜곡 신호 성분 중 개선된 양을 나타낸다.

주증폭기(6)의 출력신호(H점)는 커플러(8)에서 두 입력 경로 간에 같은 시간지연을 갖도록 하기 위한 시간 지연기(7)(오차증폭기(16) 때문에 발생하는 시간 지연을 상쇄시키기 위한 것임)을 거쳐 커플러(8)에 입력된다.

커플러(12)를 거쳐 가변감쇠기와 위상을 180°변환시키기 위한 위상변환기(15)에 전달된 신호는 오차증폭기(16)에서 증폭된다(I점).

이때 H점 신호중 왜곡신호 성분을 커플러(8)에서 제거할 수 있도록 가변감쇠기(15)를 이용하여 신호 레벨을 조정한다.

커플러(8)에 입력되는 두 경로의신호들은 왜곡신호 성분이 위상이 반대이며 같은 크기를 가지므로, 커플러(8)은 선형성이 개선된 증폭된 입력 신호만을 출력하게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의해, 증폭기의 선형성을 향상시킬 수 있으며 특히 전력효율이 좋다는 효과가 있다.

따라서, 이러한 방법을 사용하면 이동통신, 위성통신과 같이 다수 채널을 사용하며 비교적 고출력을 필요로 하는 시스템의 신호 증폭단에 적용될 수 있다.

또한 QPSK와 같이 위상 변조 방식을 사용하는 시스템에 적용할 경우 선형 증폭으로 인해 위상 왜곡을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 입력신호를 입력받아 증폭기 경로와 선형화 경로로 입력 신호를 분리하기 위한 제1커플러; 상기 제1커플러로부터 증폭기 경로로 분리된 입력신호를 입력받아 증폭하여, 증폭된 상기 입력신호와 왜곡신호를 함께 출력하는 AB급 구동증폭기(AB급); 상기 구동증폭기의 출력 신호중의 대부분의 전력은 증폭기 경로로 전달하고 작은 전력을 분리하여 선형화 경로로 보내는 제2커플러; 상기 제1커플러에서 분리된 입력신호의 일부를 입력받아 시간 지연된 신호를 출력하기 위한 제1시간 지연기; 상기 제1시간 지연기의 출력을 입력받아 신호 레벨을 조절하기 위한 제1가변감쇠기; 상기 제1가변감쇠기의 출력신호와 상기 제2커플러의 출력 신호를 입력받아, 상기 제2커플러의 출력에서 상기 제1가변감쇠기의 출력을 빼서 왜곡신호만 출력하는 제1빼기회로; 상기 제1빼기회로의 출력을 입력받아 일부를 증폭기 경로로 보내는 제3커플러; 상기 제3커플러의 출력을 입력받아 신호 레벨을 조절하기 위한 제2가변감쇠기; 상기 제2가변 감쇠기의 출력을 입력받아 증폭하는 A급의 보조 증폭기; 상기 제2시간 지연기의 출력과 상기 보조증폭기의 출력을 입력받아, 상기 제2시간 지연기의 출력에서 상기 보조증폭기의 출력을 빼는 제2빼기회로; 상기 제2배기 회로의 출력을 입력받아서 증폭하여 출력하는 AB급의 주증폭기; 상기 주증폭기의 출력을 입력받아 시간 지연을 주기 위한 제3시간 지연기; 상기 제3커플러의 출력을 입력받아 신호 레벨을 조절하기 위한 제3가변 감쇠기; 상기 제3가변 감쇠기의 출력을 입력받아서, 증폭하여 출력하는 A급의 오차증폭기; 상기 제3시간지연기의 출력과 상기 오차증폭기의 출력을 입력받아서 결합시켜 출력하는 제4커플러로 구성되는 것을 특징으로 하는 선형증폭기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1시간지연기는, 상기 제1시간지연기를 경우하여 상기 제1가변감쇠기에서 출력되는 신호와 상기 제2커플러에서 출력되는 신호 사이에 같은 시간 지연을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 선형증폭기.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1가변감쇠기는, 상기 제1가변감쇠기의 출력과 상기 제2커플러의 출력 중에서 상기 입력신호에 해당하는 신호의 크기가 동일하도록 제1시간지연기의 출력신호의 크기를 감쇠하는 것을 특징으로 하는 선형증폭기.