KR101097605B1 - 도허티 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 도허티 증폭기는 길이가 다른 복수의 선로를 구비하며, 캐리어 증폭기의 출력단과 피킹 증폭기의 출력단 사이에 배치되는 임피던스 변환부 및 상기 임피던스 변환부에서 선택된 선로를 상기 캐리어 증폭기의 출력단과 상기 피킹 증폭기의 출력단에 연결하는 연결부를 포함함으로써, 임피던스 매칭을 용이하게 수행할 수 있다.
도허티 증폭기, 캐리어 증폭기, 피킹 증폭기, 지연 선로, 임피던스

Description

도허티 증폭기{DOHERTY AMPLIFIER}
본 발명은 도허티 증폭기에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 길이가 다른 복수의 선로가 구비된 임피던스 변환부를 포함하여 임피던스 매칭을 최적화할 수 있는 도허티 증폭기에 관한 것이다.
근래에 WCDMA, WiBro, WiMAX, LTE와 같이 신호의 PAR(peak-to-average power ratio)이 높은 디지털 통신시스템의 사용이 증가하면서 시스템에서 신호증폭을 담당하는 전력증폭기의 선형성 및 효율 개선이 요구되고 있다. 또한 시스템의 소형화 요구 및 근래에 디지털전치왜곡(digital pre-distortion) 선형화 방식의 상용기술 수준의 증가에 따라 DPD 선형화 방식의 적용에 적합하고 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기를 사용함으로써 효율특성이 우수하여 소모전력과 크기를 줄일 수 있는 도허티 증폭기 방식의 사용이 증가하고 있다.
현재 도허티 증폭기는 통상 유전율 4.8을 가지는 FR-4 기판이나 유전율 3.5를 가지는 테프론 기판을 사용하여 제작되는데, 이러한 기판들의 낮은 유전률로는 도허티 증폭기의 사이즈를 축소하는데 한계가 있다.
또한 도허티 증폭기의 입력 부분은 신호를 분배하기 위한 분배기와 90도의 위상 지연을 주기 위한 지연 선로로 구성되어 있으며, 출력 부분은 전력증폭기의 출력 매칭을 위한 매칭 회로들과 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기의 출력을 결합하기 위한 90도 지연선로로 구성되며, 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기의 출력이 합쳐지는 부분에서 임피던스가 변화하게 되어 이 임피던스를 출력측의 임피던스로 변환하기 위한 임피던스 변환회로로 구성된다. 이때 도허티 증폭기 회로의 임피던스를 원하는 임피던스로 미세조정하기 위한 튜닝 작업이 필요한데, 고출력 트랜지스터의 경우 최대의 출력과 효율이 발생하도록 하기 위해 선로부분의 패턴을 변경하거나, 캐패시터 부품들을 부착하여 튜닝을 수행한다. 그러나, 이와 같은 방식은 작업의 수율을 낮추고 균일한 품질의 장애요인으로 작용한다.
한편, 고출력의 도허티 증폭기를 제작하기 위해 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기에 Cu/Mo/Cu 또는 CuW와 같은 금속으로 구성된 패키지를 사용하고 있는데, 이러한 패키지의 사용으로 비용이 증가하게 된다. 또한, 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기를 구성하는 트랜지스터를 금속패키지에 부착하는 구조를 취함으로써 기본적으로 많은 면적을 차지하고 나사를 이용해 고정하기 때문에 사이즈 축소의 장애요인이 되며 열처리를 어렵게 하는 요소가 된다.
본 발명은 길이가 다른 복수의 선로가 구비된 임피던스 변환부를 포함하여 임피던스 매칭을 최적화할 수 있는 도허티 증폭기를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 도허티 증폭기는 길이가 다른 복수의 선로를 구비하며, 캐리어 증폭기의 출력단과 피킹 증폭기의 출력단 사이에 배치되는 임피던스 변환부 및 상기 임피던스 변환부에서 선택된 선로를 상기 캐리어 증폭기의 출력단과 상기 피킹 증폭기의 출력단에 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 연결부는 상기 선택된 선로의 양단에 연결될 수 있다.
또한, 상기 연결부는 와이어 본딩일 수 있다.
또한, 상기 임피던스 변환부는 상기 선로의 임피던스를 조절하는 위성 패드 및 상기 위성 패드를 상기 선로에 연결하는 위성 패드 연결부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 위성 패드 연결부는 와이어 본딩일 수 있다.
또한, 상기 캐리어 증폭기의 출력단에 연결되는 캐리어 보상 선로 및 상기 피킹 증폭기의 출력단에 연결되는 피킹 보상 선로를 더 포함하고, 상기 연결부는 상기 임피던스 변환부에서 선택된 선로를 상기 캐리어 보상 선로와 상기 피킹 보상 선로에 연결할 수 있다.
또한, 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기는 질화갈륨(GaN) 트랜지스터일 수 있다.
또한, 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기는 열전달 소재의 패드에 점착제에 의하여 부착될 수 있다. 여기서, 상기 열 전달 소재의 이면에는 방열판이 부착될 수 있으며, 상기 방열판에는 메인 보드에 체결되는 나사가 삽입되는 체결홀이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 도허티 증폭기는 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기가 구비된 증폭부; 하나의 기판에 고주파 입력 단자, 상기 고주파 입력 단자로 입력된 입력 신호를 분배하는 분배기, 상기 분배된 신호가 입력되고 상기 캐리어 증폭기의 입력단에 연결되는 캐리어 입력 정합 회로, 상기 분배된 신호가 입력되고 상기 피킹 증폭기의 입력단에 연결되는 피킹 입력 정합 회로 및 상기 분배기와 상기 피킹 입력 정합 회로의 사이에 배치되는 지연 선로가 구비된 입력 모듈; 및 하나의 기판에 상기 캐리어 증폭기의 출력단에 연결되는 캐리어 출력 정합 회로, 상기 피킹 증폭기의 출력단에 연결되는 피킹 출력 정합 회로, 상기 캐리어 출력 정합 회로의 출력단에 연결되는 캐리어 보상 선로, 상기 피킹 출력 정합 회로의 출력단에 연결되는 피킹 보상 선로, 상기 캐리어 보상 선로와 상기 피킹 보상 선로를 연결하는 제1 임피던스 변환부, 상기 피킹 보상 선로에 연결되는 제2 임피던스 변환부 및 상기 제2 임피던스 변환부에 연결되는 고주파 출력 단자가 구비된 출력 모듈을 포함하고, 상기 증폭부, 입력 모듈 및 출력 모듈은 분리가 가능할 수 있다.
이때, 상기 증폭부는 상기 캐리어 증폭기 및 피킹 증폭기에 부착되는 방열판을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 도허티 증폭기는 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기가 구비된 증폭부; 하나의 기판에 고주파 입력 단자, 상기 고주파 입력 단자로 입력된 입력 신호를 분배하는 분배기, 상기 분배된 신호가 입력되고 상기 캐리어 증폭기의 입력단에 연결되는 캐리어 입력 정합 회로, 상기 분배된 신호가 입력되고 상기 피킹 증폭기의 입력단에 연결되는 피킹 입력 정합 회로 및 상기 분배기와 상기 피킹 입력 정합 회로의 사이에 배치되는 지연 선로가 구비된 입력 모듈 및 하나의 기판에 상기 캐리어 증폭기의 출력단에 연결되는 캐리어 출력 정합 회로, 상기 피킹 증폭기의 출력단에 연결되는 피킹 출력 정합 회로, 상기 캐리어 출력 정합 회로의 출력단에 연결되는 캐리어 임피던스 선로, 상기 피킹 출력 정합 회로의 출력단에 연결되는 피킹 임피던스 선로, 상기 캐리어 보상 선로와 상기 피킹 보상 선로를 연결하는 제1 임피던스 변환부, 상기 피킹 보상 선로에 연결되는 제2 임피던스 변환부 및 상기 제2 임피던스 변환부에 연결되는 고주파 출력 단자가 구비된 출력 모듈을 포함하고, 상기 증폭부, 입력 모듈 및 출력 모듈은 분리가 가능하고, 상기 제1 임피던스 변환부는, 길이가 다른 복수의 선로를 구비하며, 상기 제1 임피던스 변환부에서 선택된 선로를 상기 캐리어 보상 선로와 상기 피킹 보상 선로에 연결할 수 있다.
이때, 상기 지연 선로, 제1 임피던스 변환부, 제2 임피던스 변환부 중 적어 도 하나는 주변에 임피던스를 조절하기 위한 위성 패드를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 위성 패드는 와이어 본딩을 통해 상기 지연 선로, 제1 임피던스 변환부, 제2 임피던스 변환에 연결될 수 있다.
또한, 상기 지연 선로는 길이가 다른 복수의 선로를 구비하고, 선택된 하나의 선로가 상기 분배기와 상기 피킹 입력 정합 회로에 연결될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 도허티 증폭기는 길이가 다른 복수의 선로가 구비된 임피던스 변환부를 포함함으로써 도허티 증폭기의 출력 특성에 영향을 줄 수 있는 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기의 출력 신호를 결합하는 임피던스 변환 선로의 길이와 임피던스를 정확하고 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 입력 모듈, 증폭부, 출력 모듈과 같이 모듈화함으로써 유지보수 및 조립성이 우수하다. 즉 각 모듈을 적절히 배치한 후 각 모듈의 단자를 간단하게 솔더링함으로써 완성된 도허티 증폭기를 획득할 수 있다.
이하, 본 발명과 관련된 도허티 증폭기를 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도허티 증폭기(Doherty amplifier)는 기본 신호를 증폭하는 주 증폭기와 피 크 신호를 증폭하는 보조 증폭기를 위상을 조절하여 출력에서 합성되도록 구성된 대전력 송신기용 고능률 변조 증폭기이다. 1936년 미국의 윌리엄 도허티(William H. Doherty)가 발명한 것으로 통상적으로 주 증폭기는 클라스 B에, 보조 증폭기는 클라스 C에 동작점이 잡혀 있고, 주 증폭기가 포화되는 시점에서 보조 증폭기가 동작을 시작한다. 그림의 회로에는 반송파를 직선 증폭하는 B급 증폭 반송파관과 피크 신호만을 증폭하는 C급 증폭 피크 증폭관이 있고, 양쪽의 출력은 부하에서 합쳐지도록 반송파관의 그리드 측에는 90°이상 회로(移相回路), 출력 측에는 임피던스 반전 회로가 있어 합성된 양극 능률은 평균 60~70%에 달한다.
도 1은 일반적인 도허티 증폭기를 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 참조부호 10은 입력을 분산시키기 위한 분배기를 나타내고, 참조부호 20은 캐리어 증폭부를 나타내고, 참조부호 30은 피킹 증폭부를 나타내고, 참조부호 40은 오프셋 선로를 나타내고, 참조부호 Z1, Z2, Z3 각각은 도면에 도시된 각각의 위상각을 갖는 특성 임피던스를 나타낸다.
그 구조를 살펴보면, 상기 캐리어 증폭부(20) 및 피킹 증폭부(30)의 전단에 각각 입력 정합회로(21)(31)를 연결하며, 임의의 임피던스 R0가 되도록 출력 정합회로(23)(33)를 각각 캐리어 증폭부(20)와 피킹 증폭부(30)의 출력단에 연결하고, 상기 캐리어 증폭부(20)의 출력 정합회로(23) 후단에는 임피던스 선로(41)를 연결하며, 피킹 증폭부(30)의 출력 정합회로(33) 후단에는 임피던스 선로(43)를 연결한다.
여기서, 상기 캐리어 증폭부(20)와 피킹 증폭부(30)의 최종 출력에는 쿼터 웨이브 트랜스포머(Z2, Z3)를 연결하여 도허티 동작이 일어나게 한다.
또한 상기 쿼터 웨이브 트랜스포머(Z2, Z3)를 포함한 임피던스 선로(41, 43)의 양 경로간 위상 차이를 보상하기 위하여 피킹 증폭부(30)의 입력 정합회로(31) 이전에 임피던스 선로(Z1)를 삽입 연결한다.
이에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 방식은 트랜지스터(Q1)(Q2)의 출력부에 정합회로(23)(33)를 두고, 그 후단에 오프셋 선로(41)(43)가 오게 함으로써 실수부뿐만 아니라 허수부의 정합도 가능하게 하여 증폭기의 출력을 최대한 얻으면서 도허티 동작을 끌어내도록 하는 방식이다.
그런데, 실제 환경에서 도허티 증폭기를 구성하는 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기의 제작 특성이 각 기기마다 상이함에 따라 Z2를 각 도허티 증폭기마다 변경시킬 필요가 있다. 이러한 방안의 일환으로 Z2의 선로 패턴을 변경하거나 커패시터 부품을 부착하여 튜닝을 수행하고 있으나, 매 도허티 증폭기마다 이러한 작업을 수행해야 하는 관계로 생산성이 낮아지는 문제가 있다. 특히, 소형화 추세에 맞추어 소형으로 제작되는 도허티 증폭기의 경우에는 이와 같은 방안을 적용시키기도 어려운 실정이므로, 출력 신호를 최적화하지 못한 상태로 도허티 증폭기를 사용하는 경우도 있다.
도 2는 본 발명과 관련된 도허티 증폭기를 나타낸 개략도이다.
도 2에 도시된 도허티 증폭기는 길이가 다른 복수의 선로(131, 133)를 구비하며, 캐리어 증폭기(110)의 출력단과 피킹 증폭기(120)의 출력단 사이에 배치되는 임피던스 변환부(130) 및 상기 임피던스 변환부에서 선택된 선로를 상기 캐리어 증 폭기의 출력단과 상기 피킹 증폭기의 출력단에 연결하는 연결부(150)를 포함하고 있다.
임피던스 변환부(130)는 도 1의 Z2에 해당하는 요소로, Z1에 의한 신호 지연(λ/4)을 보상하게 된다. 캐리어 증폭기(110) 및 피킹 증폭기(120)의 특성과 도허티 증폭기를 구성하는 다른 요소들의 특성이 설계시에 정해지나 실제작시에 발생되는 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기의 특성의 차이, 다른 요소들의 특성의 차이로 인하여 Z2의 임피던스를 조절할 필요가 있다. 임피던스의 조절은 Z2, 즉 임피던스 변환부의 길이 변화로 가능하나 매번 임피던스 변환부의 회로 패턴을 조절하는 것이 용이하지 않은 것이 현실이다.
따라서, 본 실시예에서는 임피던스 변환부에 길이가 다른 복수의 선로(131, 133)를 형성하고, 최적화된 출력이 가능한 선로를 선택하여 사용할 수 있도록 하고 있다. 물론, 이를 위해서는 실험을 통해 임피던스 변환부의 길이 변화의 범위를 체크하고 상기 길이의 변화 범위 내에서 일정 개수의 다른 길이를 갖는 선로를 형성해야 한다. 이와 같은 복수의 선로의 형성은 임피던스 변환부를 포함하는 패턴 제작시에 수행할 수 있으므로 사용자는 최적화된 선로를 찾아 캐리어 증폭기의 출력단과 피킹 증폭기의 출력단에 연결시키기만 하면 된다.
이와 같은 연결은 연결부(150)를 통하여 수행되며, 이때의 연결부는 와이어 본딩일 수 있다. 연결부의 일단은 선택된 선로(각 도허티 증폭기에 최적화된 선로의 선택은 검사를 통해 사용자가 선택)의 양단에 연결되고, 다른 일단은 캐리어 증폭기의 출력단과 피킹 증폭기의 출력단에 연결된다.
도 2에서는 선로 131에 연결이 되는 상태를 나타내었으나, 연결부의 조정에 의해 133에 연결될 수 있음을 알 수 있다. 또한 도 2에서는 131, 133 두개의 선로를 나타내었으나, 각 도허티 증폭기의 특성에 따라 더 많은 수의 선로가 형성될 수도 있다.
한편, 이와 같이 선택된 선로를 캐리어 증폭기의 출력단과 피킹 증폭기의 출력단에 연결시킨 경우라 하더라도 임피던스 변환부의 길이 변화의 범위를 모두 커버하지 못하고 이산적인 길이만을 커버하게 된다. 따라서 최적화가 일정 범위 내에서 이루어지지 못할 가능성이 있는데, 이러한 문제를 해소하기 위하여 별도의 위성 패드를 선로의 주변에 배치하고 위성 패드 연결부를 통하여 선로에 연결시킬 수 있다.
즉, 임피던스 변환부는 선로(131, 133)의 임피던스를 조절하는 위성 패드(135) 및 위성 패드를 선로에 연결하는 위성 패드 연결부(137)를 더 포함할 수 있다. 이때의 위성 패드의 크기는 실험에 의하여 책정되어 하며 복수개가 존재할 수 있다. 또한, 임피던스 변환부 내의 선로와의 연결을 위하여 상기 선로에 전기적으로 분리된 상태로 인접하게 배치되는 것이 바람직하다. 위성 패드가 복수개인 경우 도 2에서와 같이 어느 하나의 위성 패드만 선로에 연결될 수도 있으며, 2개 이상이 선로에 연결될 수도 있다.
위성 패드 연결부는 앞에서 살펴본 연결부와 같이 와이어 본딩일 수 있으며, 이외에도 전기적으로 위성 패드와 선로를 연결할 수 있는 다양한 방안이 적용될 수 있다.
한편, 도허티 증폭기는 캐리어 증폭기의 출력단과 피킹 증폭기의 출력단에 도 2의 오프셋 선로와 같은 보상 선로를 배치하는 것이 일반적이다.
따라서, 도 2의 도허티 증폭기는 캐리어 증폭기의 출력단에 연결되는 캐리어 보상 선로(170) 및 피킹 증폭기의 출력단에 연결되는 피킹 보상 선로(180)를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 경우 연결부(150)는 임피던스 변환부(130)에서 선택된 선로 131을 상기 캐리어 보상 선로(170)와 상기 피킹 보상 선로(180)에 연결하게 된다.
캐리어 증폭기의 출력을 정합하는 캐리어 출력 정합 회로와 피킹 증폭기의 출력을 정합하는 피킹 출력 정합 회로가 존재하는 경우 상기 캐리어 출력 정합 회로는 캐리어 증폭기와 캐리어 보상 선로 사이에 배치되며, 상기 피킹 출력 정합 회로는 피킹 증폭기와 피킹 보상 선로 사이에 배치된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예에 따른 도허티 증폭기는 길이가 다른 복수의 선로를 갖는 임피던스 변환부를 포함함으로써, 일정 선로를 선택하여 연결부를 통해 연결시키기만 하면 최적의 출력을 얻을 수 있다. 또한, 잘못 연결된 경우에도 패턴을 재변경시킬 필요없이 연결부의 연결 위치만 변경시키면 되므로 유지 보수 또한 용이하다.
캐리어 증폭기 및 피킹 증폭기는 질화갈륨(GaN) 트랜지스터를 포함하여 구성될 수 있는데, 질화갈륨 트랜지스터를 사용함으로써 소형으로 고출력의 증폭이 가능하다.
한편, 캐리어 증폭기 및 피킹 증폭기는 열전달 소재의 패드에 점착제에 의하 여 부착될 수 있는데, 도 3에 이와 같은 상태를 나타내었다.
도 3을 살펴보면 캐리어 증폭기(210)와 피킹 증폭기(220)는 각각 열전달 소재의 패드(211, 221)에 부착될 수 있다. 캐리어 증폭기(210)와 패드 211의 부착과 피킹 증폭기(220)와 패드 221의 부착은 나사가 아닌 점착제에 의해 이루어질 수 있는데, 이에 따르면 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기 각각에 나사가 체결되는 홀을 요구하지 않는다. 따라서, 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기 자체를 보다 소형화시킬 수 있다.
증폭기는 특성상 많은 열이 발생되는데, 열에 의해 증폭기가 손상되는 것을 방지하도록 방열판을 사용한다.
캐리어 증폭기와 피킹 증폭기에서도 이러한 방열판을 사용하는데 상기 방열판은 캐리어 증폭기 및 피킹 증폭기가 부착된 패드의 이면에 부착된다. 이때의 부착은 점착제에 의해 이루어지며 패드가 열 전달 소재인 관계로 각 증폭기에서 생성되는 열을 방열판으로 효율적으로 전달할 수 있다.
기존에 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기에 형성된 체결홀은 실질적으로 방열판에 각 증폭기를 방열판에 체결시키기 위해 사용되는데, 본 실시예에 따르면 열 전달 소재의 패드에 의해 증폭기와 방열판 간의 체결이 이루어진다.
도 3은 본 발명과 관련된 다른 실시예에 따른 도허티 증폭기를 나타낸 개략도이다.
도 3에 도시된 도허티 증폭기는 증폭부(200), 입력 모듈(300), 출력 모 듈(400)을 포함하고 있다.
증폭부(200)는 캐리어 증폭기(210)와 피킹 증폭기(220)를 포함하고 있다. 여기에 추가로 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기에서 발생된 열을 방열하는 방열판(230)이 부착된다. 이때 방열판은 캐리어 증폭기용 방열판과 피킹 증폭기 방열판으로 나뉘어 부착될 수도 있으나 상기 입력 모듈과 출력 모듈과 관련하여 각 증폭기간의 거리가 고정되는 것이 바람직하므로 일체형의 방열판에 각 증폭기가 부착되는 것이 바람직하다. 이를 통해 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기는 일정 거리를 두고 배치된다.
캐리어 증폭기와 피킹 증폭기는 앞에서 살펴본 열 전달 소재의 패드에 의해 방열판에 부착될 수 있는데, 이를 위해 상기 패드는 양면에 점착제가 도포되거나 점착층이 형성되어 있어야 한다. 기존에 나사를 이용하여 증폭기를 방열판에 체결하는 방식에 비하여 증폭기에 나사 체결을 위한 홀이나 체결부가 형성될 필요가 없으므로 증폭기의 소형화에 유리하다. 도 2에서는 방열판을 크게 도시하였으나 캐리어 증폭기의 상단부터 피킹 증폭기의 하단까지의 폭을 갖는 방열판을 사용할 경우 도허티 증폭기 전체의 크기 또한 나사 체결 방식보다 줄일 수 있다. 나사 체결 방식의 경우 각 증폭기의 상단과 하단에 홀이나 체결부가 형성되므로 상기 홀이나 체결부의 길이만큼 방열판의 크기를 줄일 수 있기 때문이다.
입력 모듈(300)은 도 4에 도시된 바와 같이 고주파 입력 단자(320), 분배기(340), 캐리어 입력 정합 회로(380), 피킹 입력 정합 회로(390), 지연 선로(350)를 포함하고 있다. 또한 상기 각 요소는 하나의 기판(301)에 형성되어 있다.
고주파 입력 단자(320)는 도허티 증폭기를 통하여 증폭할 고주파 신호가 입력되는 단자이다.
분배기(340)는 고주파 입력 단자를 통해 입력된 고주파 신호를 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기로 분배한다.
캐리어 입력 정합 회로(380)는 분배기에서 분배된 신호가 입력되고 캐리어 증폭기의 입력단에 연결되어 캐리어 증폭기 입력단에 대한 입력 임피던스를 정합한다.
피킹 입력 정합 회로(390)는 분배기에서 분배된 신호가 입력되고 피킹 증폭기의 입력단에 연결되어 피킹 증폭기 입력단에 대한 입력 임피던스를 정합한다.
이외에 캐리어 입력 정합 회로와 피킹 입력 정합 회로에 전력을 공급하는 전력 공급 단자(310, 330)를 더 포함할 수 있다.
지연 선로(350) 주변에 임피던스를 조절하기 위한 위성 패드를 형성할 수 있다. 위성 패드의 수, 크기 및 위치는 지연 선로의 임피던스 조절에 적절하게 배치될 수 있으며, 위성 패드 연결부를 통하여 지연 선로에 연결될 수 있다. 만약 연결이 잘못 이루어진 경우 위성 패드 연결부를 다시 떼어낼 수 있어야 하는데, 이와 같은 경우를 감안하여 위성 패드 연결부는 와이어 본딩인 것이 바람직하다.
출력 모듈(400)은 도 5에 도시된 바와 같이 캐리어 출력 정합 회로(410), 피킹 출력 정합 회로(420), 캐리어 보상 선로(470), 피킹 보상 선로(480), 제1 임피던스 변환부(430), 제2 임피던스 변환부(480), 고주파 출력 단자(490)를 포함하고 있다. 상기 각 요소는 하나의 기판(401)에 형성되며, 도 5에서는 피킹 보상 선로와 제2 임피던스 변환부를 일체로 하여 나타내었다.
캐리어 출력 정합 회로(410)는 캐리어 증폭기에 대한 출력 임피던스를 정합하게 된다.
피킹 출력 정합 회로(420)는 피킹 증폭기에 대한 출력 임피던스를 정합하게 된다.
캐리어 보상 선로(470)는 캐리어 출력 정합 회로의 출력단에 연결되는 요소로, 도 1의 오프셋 선로에 해당한다.
피킹 보상 선로(480)는 피킹 출력 정합 회로의 출력단에 연결되는 요소로, 마찬가지로 도 1의 오프셋 선로에 해당한다.
제1 임피던스 변환부(430)는 입력 모듈의 지연 선로에 대한 보상을 수행하는 요소로 캐리어 보상 선로와 피킹 보상 선로를 연결한다. 구체적으로 도허티 증폭기에서 제1 임피던스 변환부는 캐리어 보상 선로의 출력단에 위치한다. 따라서 일단은 캐리어 보상 선로에 연결되고 타단은 피킹 보상 선로와 고주파 출력 단자의 접점에 연결된다. 도 1의 Z2에 해당한다.
제2 임피던스 변환부(480)는 피킹 보상 선로에 연결되는데 구체적으로 피킹 보상 선로와 고주파 출력 단자의 사이에 위치한다. 도 1의 Z3에 해당한다. 도 5에서는 피킹 보상 선로와 제2 임피던스 변환부를 일체로 형성하였다. 구체적으로 피킹 보상 선로와 제2 임피던스 변환부의 접점부분에서 피킹 출력 정합 회로측으로 돌출된 선로가 피킹 보상 선로가 되고 고주파 출력 단자측으로 폭이 확장된 선로가 제2 임피던스 변환부가 된다.
고주파 출력 단자(490)는 제2 임피던스 변환부에 연결되어 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기에서 증폭된 신호가 합성되어 출력된다.
이외에도 캐리어 출력 정합 회로와 피킹 출력 정합 회로에 전력을 공급하는 전력 공급 단자(402, 403)를 더 포함할 수 있다.
이상의 설명에 따르면 본 실시예에 따른 도허티 증폭기는 증폭부, 입력 모듈 및 출력 모듈로 이루어지고, 입력 모듈과 출력 모듈은 각각 하나의 기판상에 형성되므로 상기 증폭부, 입력 모듈 및 출력 모듈은 서로 분리가 가능하다. 따라서, 증폭부, 입력 모듈, 출력 모듈을 따로 제작할 수 있으며 어느 하나만을 교체할 수 있다. 결과적으로 도허티 증폭기를 3가지 부분으로 모듈화함으로써 생산성이 향상되고 유지보수가 용이해진다.
한편, 출력 모듈에서 제1 임피던스 변환부를 도 2에서 살펴본 것과 마찬가지로 길이가 다른 복수의 선로를 포함하도록 구성할 수 있다.
이에 따르면 도허티 증폭기는 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기가 구비된 증폭부(200), 하나의 기판에 고주파 입력 단자, 상기 고주파 입력 단자로 입력된 입력 신호를 분배하는 분배기, 상기 분배된 신호가 입력되고 상기 캐리어 증폭기의 입력단에 연결되는 캐리어 입력 정합 회로, 상기 분배된 신호가 입력되고 상기 피킹 증폭기의 입력단에 연결되는 피킹 입력 정합 회로 및 상기 분배기와 상기 피킹 입력 정합 회로의 사이에 배치되는 지연 선로가 구비된 입력 모듈(300) 및 하나의 기판에 상기 캐리어 증폭기의 출력단에 연결되는 캐리어 출력 정합 회로, 상기 피킹 증 폭기의 출력단에 연결되는 피킹 출력 정합 회로, 상기 캐리어 출력 정합 회로의 출력단에 연결되는 캐리어 임피던스 선로, 상기 피킹 출력 정합 회로의 출력단에 연결되는 피킹 임피던스 선로, 상기 캐리어 보상 선로와 상기 피킹 보상 선로를 연결하는 제1 임피던스 변환부, 상기 피킹 보상 선로에 연결되는 제2 임피던스 변환부 및 상기 제2 임피던스 변환부에 연결되는 고주파 출력 단자가 구비된 출력 모듈(400)을 포함하고, 상기 제1 임피던스 변환부(430)는 길이가 다른 복수의 선로(431, 433)를 구비하며, 상기 제1 임피던스 변환부에서 선택된 선로를 상기 캐리어 보상 선로(470)와 상기 피킹 보상 선로(480)에 연결할 수 있다.
물론, 증폭부, 입력 모듈 및 출력 모듈은 앞에서 설명한 바와 같이 분리가 가능한 구조이다.
제1 임피던스 변환부(430)는 길이가 다른 복수의 선로를 포함할 수 있으며 복수의 선로 중 하나를 선택하여 캐리어 보상 선로와 피킹 보상 선로에 연결부(450)를 통하여 연결한다. 이때의 연결부(450)는 와이어 본딩일 수 있으며 이외에도 전기적으로 연결시킬 수 있는 다양한 수단이 적용가능하다. 다만, 연결부는 생산성 향상 및 용이한 유지/보수를 목적으로 하는 제1 임피던스 변환부의 구성에 부합하도록 와이어 본딩과 같이 사용자가 용이하게 연결 및 해제시킬 수 있는 수단인 것이 바람직하다.
또한, 제1 임피던스 변환부는 도 2의 실시예에서 설명한 바와 같이 미세한 임피던스 정합을 위하여 복수의 선로 주변에 위성 패드(435)를 배치하고 위성 패드 연결부(437)를 통하여 상기 복수의 선로 중 선택된 선로에 연결할 수 있다. 위성 패드 연결부(437)도 연결부와 마찬가지로 와이어 본딩으로 이루어질 수 있다.
한편, 출력 모듈의 고주파 출력 단자에서 최적의 출력 신호가 출력될 수 있도록 필요한 경우 입력 모듈의 지연 선로(350), 제2 임피던스 변환부(480)의 주변에도 위성 패드를 배치할 수 있다. 즉, 도 4의 도면부호 360, 도 5의 도면 부호 460)과 같이 지연 선로의 주변 또는 제2 임피던스 변환부의 주변에 위성 패드를 배치하고 위성 패드 연결부(370, 440)을 통하여 지연 선로, 제2 임피던스 변환부에 연결할 수 있다.
정리하면 위성 패드는 지연 선로, 제1 임피던스 변환부, 제2 임피던스 변환부 중 적어도 하나의 주변에 형성될 수 있다. 이때, 지연 선로, 제1 임피던스 변환, 제2 임피던스 변환부 각각은 와이어 본딩과 같은 위성 패드 연결부를 통하여 위성 패드에 연결될 수 있다.
또한, 필요한 경우에는 지연 선로(350) 또한 길이가 다른 복수의 선로를 포함하도록 하여 제1 임피던스 변환부와 같이 사용자가 선택하여 사용하도록 할 수 있다.
이때 사용자에 의해 선택된 선로는 분배기(340)와 피킹 입력 정합 회로(390)에 연결될 것이다. 물론 이때의 연결에도 연결부가 사용되며, 연결부는 와이어 본딩일 수 있다.
이상의 내용을 정리하면 다음과 같다. 고유전율 기판을 이용하여 회로가 집적화되어 설계된 입력 모듈(300)과 출력 모듈(400)이 있으며, 열전달 소재을 이용하여 질화갈륨 고출력 트랜지스터(캐리어 증폭기, 피킹 증폭기)가 알루미늄 또는 구리와 같은 메탈로 이루어진 방열판(히트싱트, heatsink)에 부착된 증폭부(200)가 있다. 열전달 소재(211, 221)에 부착된 고출력 트랜지스터는 용이하게 열을 방열판으로 전달하여 분산될 수 있도록 된다.
질화갈륨 고출력트랜지스터의 게이트 패드는 입력 모듈의 입력 정합 회로(380, 390))와 와이이 본딩으로 연결되어 있으며, 드레인 패드는 출력 모듈의 출력 정합 회로(410, 420))와 와이어 본딩으로 연결되어 있다. 따라서, 고주파 입력 단자(320)를 통하여 입력된 신호는 분배기(340)와 지연선로(λ/4)(350)를 통하여 고주파 신호가 분리되며 와이어 본딩을 통하여 트랜지스터에 입력되어 증폭된다. 증폭된 신호는 트랜지스터의 드레인 패드와 와이어 본딩을 통하여 출력된 후 출력 정합 회로 등을 거쳐 합쳐진 후 고주파 출력단자(490)를 통하여 출력된다.
이때, 질화갈륨 고주파 트랜지스터가 동작하기 위해서는 트랜지스터의 게이트와 드레인에 전압이 인가되어야 하므로, 게이트에 전원을 공급하기 위한 단자와 드레인에 전원을 공급하기 위한 단자를 가지고 있다.
위와 같이 제작된 도허티 증폭기는 메인 보드(미도시)에 장착하여 사용되기 위하여 방열판(방열판에 입력 모듈과 출력 모듈이 부착된 경우)을 메인 보드의 금속판 부분에 부착하기 위한 체결홀(231) 4개를 가지고 있다. 이렇게 체결홀을 통하여 메인 보드에 체결하고 여기에 입력 모듈과 출력 모듈의 각 단자들(310, 320, 330, 402, 490, 403)을 메인 보드의 패드에 연결하여 사용할 수 있다.
고주파 입력단자(320)를 통하여 입력된 신호는 분배기(340)를 통하여 분배되어 일부는 상측에 위치한 캐리어 증폭기(210)로 입력되며, 일부 신호는 지연 선 로(350)를 거쳐 피킹 증폭기(220)로 입력된다. 이때 지연 선로(350)의 임피던스는 일률적이지 않은 고출력 트랜지스터의 차이로 인하여 조정되어야 최적의 성능을 가질 수 있다. 이때, 최적의 성능를 가질 수 있도록 지연 선로의 임피던스를 변환할 수 있도록 있어야 하는데, 고유전률 기판을 사용하여 설계하였기 때문에 작아진 패턴으로 인하여 조정이 쉽지 않다. 이에 위성 패드(360)를 선로 주위에 위치하여 와이어 본딩(370)을 이용하여 연결/조정하게 되면 정밀하고 일정한 작업이 가능하다.
캐리어 질화갈륨 트랜지스터와 피킹 질화갈륨 트랜지스터를 통하여 증폭된 고주파 신호는 각각의 출력 정합 회로를 거치고 임피던스 변환부를 거쳐 고주파 출력단자를 통하여 외부로 나아가게 된다. 이때, 출력 신호를 합치기 위한 임피던스 정합이 최적으로 이루어져야 최대의 효율을 얻을 수 있다. 따라서, 사용된 캐리어 트랜지스터와 피킹 트랜지스터의 특성에 따라 제1 임피던스 변환부의 선로의 길이와 임피던스가 조정되어야 할 필요가 있다. 앞에서 설명한 것처럼 고유전율 기판을 사용하여 소형화하였기 때문에 선로의 길이와 임피던스를 변형하는 것은 쉽지 않기 때문에 와이어 본딩을 이용하여 선로의 길이와 임피던스를 변화할 수 있도록 제2의 선로(433)와 위성 패드(435)를 가지고 있다. 제1 임피던스 변환부에서 원하는 길이의 선로를 선택하여 사용할 수 있는데, 와이어 본딩(450)으로 연결된 선로(470, 431, 480)가 성능을 최적화하기 위하여 길이가 부족한 경우, 와이어 본딩을 더 긴 선로를 가지고 있는 선로(470,433,480)로 와이어 본딩하여 사용할 수 있다. 이렇게 선택된 선로가 최적의 특성을 갖기 위해 임피던스 매칭이 필요할 경우 와이어 본 딩(437)을 통하여 위성 패드(435, 460)로 연결될 수 있다. 이와 같이 와이어 본딩을 통하여 손쉽게 선로의 길이 변환 및 임피던스 매칭이 가능하며, 와이어 본딩을 이용하여 작업하기 때문에 일정하고 정확한 작업이 가능하다.
한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도허티 증폭기에 적용이 가능하다.
특히, 임피던스 매칭을 패턴 변화나 커패시터의 부착으로 수행하기 어려운 소형의 도허티 증폭기에 적용이 유리하다.
또한, 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기의 특성이 일정하지 않은 도허티 증폭기에 적용이 유리하다.
유지 및 보수가 빈번히 수행될 필요가 있는 요소에 사용되는 도허티 증폭기에 유리하다.
도 1은 일반적인 도허티 증폭기를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명과 관련된 도허티 증폭기를 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명과 관련된 다른 실시예에 따른 도허티 증폭기를 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명과 관련된 도허티 증폭기에서 입력 모듈을 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명과 관련된 도허티 증폭기에서 출력 모듈을 나타낸 개략도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
110, 210...캐리어 증폭기 120, 220...피킹 증폭기
130, 430...임피던스 변환부 131, 133, 431, 433...선로
135, 360, 435, 460...위성 패드
137, 440, 437, 370...위성 패드 연결부
150, 450...연결부 170, 470...캐리어 보상 선로
180...피킹 보상 선로 380...캐리어 입력 정합 회로
390...피킹 입력 정합 회로 410...캐리어 출력 정합 회로
420...피킹 출력 정합 회로 211...열전달 소재 패드
230...방열판 231...체결홀

Claims (16)

  1. 길이가 다른 복수의 선로를 구비하며, 캐리어 증폭기의 출력단과 피킹 증폭기의 출력단 사이에 배치되는 임피던스 변환부; 및
    상기 임피던스 변환부에서 선택된 선로를 상기 캐리어 증폭기의 출력단과 상기 피킹 증폭기의 출력단에 연결하는 연결부;를 포함하고,
    상기 연결부는 상기 선택된 선로의 양단에 연결되는 도허티 증폭기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부는 와이어 본딩인 도허티 증폭기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스 변환부는 상기 선로의 임피던스를 조절하는 위성 패드; 및
    상기 위성 패드를 상기 선로에 연결하는 위성 패드 연결부를 더 포함하는 도 허티 증폭기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 위성 패드 연결부는 와이어 본딩인 도허티 증폭기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 증폭기의 출력단에 연결되는 캐리어 보상 선로; 및
    상기 피킹 증폭기의 출력단에 연결되는 피킹 보상 선로를 더 포함하고,
    상기 연결부는 상기 임피던스 변환부에서 선택된 선로를 상기 캐리어 보상 선로와 상기 피킹 보상 선로에 연결하는 도허티 증폭기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기는 질화갈륨(GaN) 트랜지스터인 도허티 증폭기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기는 열전달 소재의 패드에 점착제에 의하여 부착되는 도허티 증폭기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 패드 이면에는 방열판이 부착되는 도허티 증폭기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 방열판에는 메인 보드에 체결되는 나사가 삽입되는 체결홀이 형성되는 도허티 증폭기.
  11. 캐리어 증폭기와 피킹 증폭기가 구비된 증폭부;
    하나의 기판에 고주파 입력 단자, 상기 고주파 입력 단자로 입력된 입력 신호를 분배하는 분배기, 상기 분배된 신호가 입력되고 상기 캐리어 증폭기의 입력단에 연결되는 캐리어 입력 정합 회로, 상기 분배된 신호가 입력되고 상기 피킹 증폭기의 입력단에 연결되는 피킹 입력 정합 회로 및 상기 분배기와 상기 피킹 입력 정합 회로의 사이에 배치되는 지연 선로가 구비된 입력 모듈; 및
    하나의 기판에 상기 캐리어 증폭기의 출력단에 연결되는 캐리어 출력 정합 회로, 상기 피킹 증폭기의 출력단에 연결되는 피킹 출력 정합 회로, 상기 캐리어 출력 정합 회로의 출력단에 연결되는 캐리어 보상 선로, 상기 피킹 출력 정합 회로의 출력단에 연결되는 피킹 보상 선로, 상기 캐리어 보상 선로와 상기 피킹 보상 선로를 연결하는 제1 임피던스 변환부, 상기 피킹 보상 선로에 연결되는 제2 임피던스 변환부 및 상기 제2 임피던스 변환부에 연결되는 고주파 출력 단자가 구비된 출력 모듈을 포함하고,
    상기 증폭부, 입력 모듈 및 출력 모듈은 분리가 가능한 도허티 증폭기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 증폭부는 상기 캐리어 증폭기 및 피킹 증폭기에 부착되는 방열판을 포함하는 도허티 증폭기.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 변환부는,
    길이가 다른 복수의 선로를 구비하며, 상기 제1 임피던스 변환부에서 선택된 선로를 상기 캐리어 보상 선로와 상기 피킹 보상 선로에 연결하는 도허티 증폭기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 지연 선로, 제1 임피던스 변환부, 제2 임피던스 변환부 중 적어도 하나는 주변에 임피던스를 조절하기 위한 위성 패드를 더 포함하는 도허티 증폭기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 위성 패드는 와이어 본딩을 통해 상기 지연 선로, 제1 임피던스 변환부, 제2 임피던스 변환에 연결되는 도허티 증폭기.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 지연 선로는 길이가 다른 복수의 선로를 구비하고, 선택된 하나의 선로가 상기 분배기와 상기 피킹 입력 정합 회로에 연결되는 도허티 증폭기.
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