KR101873531B1 - 증폭기 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 증폭기(PA), 안테나 포트(ANT), 송신 포트(TX), 수신 포트(RX) 및 적어도 3개의 90°하이브리드(HYB1, HYB2, HYB3)를 가진 회로 장치를 포함하는 증폭기 모듈에 관한 것으로, 하이브리드는 각각 입력 신호를 2개의 출력 신호들로 나누고, 이때 두 출력 신호는 상호 90°의 상대적 위상 이동을 포함하고, 안테나 포트, 송신 포트 및 수신 포트(ANT, TX, RX)는 각각 적어도 하나의 90°하이브리드(HYB1, HYB2, HYB3)와 연결된다.

Description

증폭기 모듈{AMPLIFIER MODULE}
본 발명은 안테나 포트, 송신 포트, 수신 포트 및 적어도 하나의 증폭기를 포함하는 증폭기 모듈에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 공지되어 있는 증폭기 모듈을 도시한다. 이 증폭기 모듈은 2개의 증폭기, 2개의 90°하이브리드(HYB1, HYB2) 및 듀플렉서(DPX1)를 포함한다. 또한 증폭기 모듈은 안테나 포트(ANT), 송신 포트(TX) 및 수신 포트(RX)를 포함한다. 송신 포트(TX)는 90°하이브리드 중 하나(HYB1)와 직접적으로 연결되어 있다. 상기 90°하이브리드(HYB1)는 송신 포트(TX)에 인가된 신호를 2개의 출력 신호들로 나누고, 상기 출력 신호들은 상호 90°의 상대적 위상 이동을 포함한다.
제1 90°하이브리드(HYB1)의 두 출력 신호들은 각각 출력 경로(AP1, AP2) 내에 출력되고, 두 출력 경로들(AP1, AP2) 중 각각의 출력 경로 내에는 증폭기(PA1, PA2)가 각각 배치되어 있다. 제1 출력 경로(AP1) 내의 신호는 제2 출력 경로(AP2) 내의 신호에 비해 90°만큼 위상 이동되어 있다. 두 증폭기들(PA1, PA2)은 각각의 신호를 증폭한다. 두 증폭기들(PA1, PA2) 각각은 제2 90°하이브리드(HYB2)의 연결부(1, 2)와 연결되어 있다. 상기 제2 90°하이브리드(HYB2) 내에서 두 출력 신호들이 가산되고, 제1 출력 경로(AP1) 내의 출력 신호는 제2 출력 경로(AP2) 내의 출력 신호에 대해 상대적으로 -90°의 위상 이동을 경험한다. 이에 상응하여, 이제 두 출력 신호들은 위상 내에 있고, 상호 보강 간섭한다.
제2 90°하이브리드(HYB2)의 연결부(3)는 듀플렉서(DPX1)의 입력부와 연결되어 있다. 듀플렉서(DPX1)의 2개의 부가적 입력부들은 안테나 포트(ANT) 또는 수신 포트(RX)와 연결되어 있다.
도 1에 도시된 모듈은 소위 I/Q-회로(I = in-phase, Q = quadrature)를 가리킨다. 송신 포트(TX)의 출력 신호는 우선 2개의 분기부들로 나눠지고, 이때 상기 두 분기부 사이에 90°위상 이동이 존재한다. 이어서, 각각의 분기부 내에서 신호가 증폭되고, 이제 상기 증폭된 신호는 상기 위상 이동이 다시 소거되고 두 신호들은 보강적으로 중첩하도록 가산된다.
상기 회로는 90°하이브리드를 미포함한 회로에 비해, 증폭이 전체적으로 그 거동면에서 더 내구적이라는 이점이 있다. 신호가 2개의 부분 신호들로 나눠짐으로써, 90°하이브리드를 미포함한 회로의 경우보다 증폭 이후 덜 왜곡되는 신호가 전달된다.
2개의 하이브리드 및 이후에 2개의 증폭기 경로로 나눠진 부분 신호들을 활용하는 다른 증폭기 모듈은 예컨대 미국 특허들 US 3371284 A, US 4656434 A로부터 공지되어 있다.
그러나 도 1에 따른 회로에서 본질적인 문제는, 안테나에서의 모든 정합 오류가 직접적으로 그 이후의 회로에 전달된다는 것이다.
안테나에 증폭기를 정합하는 것은 어려운 일이고, 더욱이 90°하이브리드 또는 병렬 연결된 두 증폭기에 의해 더 문제가 될 수 있다. 또한 안테나의 잘못된 정합은 증폭기 자체에도 불리하게 작용한다. 이에 상응하여 두 증폭기는 안테나 임피던스의 잘못된 정합과 관련하여 매우 견고하게 설계되어야 한다.
이제 본 발명의 과제는 안테나 임피던스의 잘못된 정합으로부터 덜 심하게 영향을 받는 증폭기 모듈을 제공하는 것이다.
상기 과제는 당해 제1항에 따른 증폭기 모듈에 의하여 해결된다. 본 발명의 유리한 형성방식은 다른 청구항들로부터 도출된다.
적어도 하나의 증폭기, 안테나 포트, 송신 포트, 수신 포트 및 회로 장치를 포함하는 증폭기 모듈이 제안된다. 상기 회로 장치는 적어도 3개의 90°하이브리드를 포함하고, 상기 하이브리드는 각각 입력 신호를 2개의 출력 신호들로 나누고, 이때 두 출력 신호들은 상호 90°의 상대적 위상 이동을 포함하며, 또한 상기 안테나 포트, 송신 포트, 수신 포트는 각각 적어도 하나의 90°하이브리드와 연결되어 있다. 증폭기들 중 적어도 하나의 증폭기는 송신 포트와 90°하이브리드 사이에서 직렬로 접속되어 있다.
본 발명에 따른 모듈을 통해, 안테나와의 잘못된 정합의 효과가 상당히 줄어들 수 있다. 이에 상응하여 수신 경로 내에서 수신 감도가 현저히 증대될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 회로 장치는 송신 포트와 수신 포트 사이의 격리(isolation)를 개선한다.
일 실시예에서, 회로 장치는 적어도 2개의 듀플렉서를 더 포함한다. 듀플렉서는 송신 포트에 연결된 90°하이브리드가 출력하는 두 출력 신호들이 안테나 포트에서 보강 간섭하도록 접속되어 있을 수 있다. 이에 상응하여 송신 신호는 우선 2개의 부분 신호 경로들로 배분된다. 이에 상응하여 두 듀플렉서 각각에는 도 1에 도시된 바와 같이 1개의 듀플렉서만을 포함하는 회로에 비해 절반의 신호 세기만 인가된다. 따라서 3 dB만큼 감소된 전력 호환성(power compatibility)을 가진 듀플렉서가 사용될 수 있다. 그 결과 직접적으로 모듈을 위한 공간 수요가 감소한다. 또한 적어도 부분적으로 듀플렉서 내의 공진기-캐스캐이드가 생략될 수 있어서, 송신포트와 수신 포트의 격리뿐만 아니라 듀플렉서의 정재파 비율(VSWR)이 개선될 수 있다. 부가적으로 듀플렉서의 선형성이 개선된다.
일 실시예에서, 두 듀플렉서 각각의 3개의 연결부들은 상기 3개의 90°하이브리드 중 하나와 각각 연결되어 있다. 연결부들은 각각의 90°하이브리드와 직접적으로 연결되어 있을 수 있다. 또는 90°하이브리드와 각각의 듀플렉서 연결부 사이에는 회로 장치의 하나 이상의 부재들이 배치되어 있을 수 있다. 예컨대 90°하이브리드와 듀플렉서 사이에 증폭기가 배치되어 있을 수 있다. 또한, 개별 스테이지들 간의 정합을 위한 부재가 포함되어 있을 수 있다.
일 실시예에서, 두 듀플렉서 중에 일 듀플렉서는 수신 포트와 연결된 90°하이브리드 및 송신 포트와 연결된 90°하이브리드와 연결되되, 이러한 두 90°하이브리드는 상기 하이브리드의 입력 신호에 대해 상대적으로 각도(Φ1)만큼 위상 이동된 출력 신호를 듀플렉서에 각각 출력하도록 연결된다. 또한 두 듀플렉서 중에 타 듀플렉서는 수신 포트와 연결된 90°하이브리드 및 송신 포트와 연결된 90°하이브리드와 연결되되, 이러한 두 90°하이브리드는 상기 하이브리드의 입력 신호에 대해 상대적으로 각도(Φ2)만큼 이동된 출력 신호를 듀플렉서에 각각 출력하도록 연결될 수 있다. 두 각도 (Φ1, Φ2)의 차이값은 거의 90°일 수 있고, 두 듀플렉서는 각각 안테나 포트와 연결된 90°하이브리드의 출력부들 중에 하나와 연결될 수 있다.
이러한 접속 방식은 송신 포트에 결합되어 들어간(coupled-in) 신호가 안테나 포트에서 구성 간섭을 일으키고 수신 포트에서 상쇄 간섭을 일으키는 것을 보장한다. 송신 신호의 특정한 비율은 항상 기생 신호로서 수신 포트에 도달한다. 기생 신호들의 상쇄 간섭으로 인하여, 송신 포트와 수신 포트의 수신 감도 및 격리가 향상될 수 있다.
듀플렉서는 이산 부재들로 구성되거나 음향 소자들을 포함할 수 있다. 듀플렉서는 음향 소자일 수 있고, 특히 SAW 듀플렉서(Surface Acoustic Wave) 또는 BAW-듀플렉서(Bulk Acoustic Wave) 일 수 있다. 또한 SAW- 및 BAW-변환기를 포함하는 하이브리드 듀플렉서가 사용될 수 있다. 대안적으로, 이산 부재들로 구성된 듀플렉서도 가능하고, 송신 필터와 수신 필터가 서로 다른 기술을 사용하여 소위 하이브리드 듀플렉서라고 칭하는 듀플렉서도 가능하다. 또한 상기 듀플렉서는 고역 필터 및 저역 필터의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 듀플렉서들은 이들의 주파수가 동조 가능하도록 형성될 수 있다. 그러한 소위 "가변형 듀플렉서(tunable Duplexer)"는, 듀플렉서의 통과 대역을 동조 영역 내에서 이동시켜 각각 필요한 송신- 및 수신 채널들에 정합하는 것을 허용한다. 그러한 듀플렉서는 동조 가능한 부재들을 포함한다.
본 발명에 따른 모듈은 주파수 동조 가능한 듀플렉서를 사용하지 않고도 다양한 주파수 대역들을 위해 설계될 수 있는데, 이때 회로 장치는 주파수 대역 당 2개의 듀플렉서를 포함하고 다양한 듀플렉서와 주파수 대역들 간의 전환을 위한 수단을 포함한다. 또한, 회로 장치는 각각의 주파수 대역을 위해, 분리된 수신 포트 및 고유의 90°하이브리드를 포함할 수 있고, 이때 전환 수단은 송신 포트를 선택적으로 상이한 주파수 대역들에 부속한 듀플렉서와 연결한다.
듀플렉서 및/또는 90°하이브리드는 이산 부재들로서 모듈 기판상에 실장되거나 구조화된 금속배선의 형태로 적어도 부분적으로 모듈 기판 내에 통합될 수 있다. 또한 모듈 기판 내에는 상기 듀플렉서를 다양한 주파수에 맞출 수 있는 부재들이 통합될 수 있다. 여기에는 예컨대 스위치 또는 동조 가능한 소자들이 속한다. 듀플렉서 및 90°하이브리드는 특히 L-, C-, R-소자의 형태로 다층의 모듈 기판 내에 통합될 수 있다.
90°하이브리드는 4개의 연결부(101, 102, 103, 104)를 가진 회로망이다. 작동방식은 도 2에 도시된 바와 같이 이산 부재들로 이루어진 90°하이브리드에 의거하여 설명된다. 90°하이브리드는 대칭 구조를 가진다. 연결부(101)에는 신호가 인가된다. 연결부(101)와 연결부(102)의 연결은 주요 도선(105)이 된다. 주요 도선은 인덕턴스(106)를 가진다. 인덕턴스(106)는 서브 도선(108)내의 다른 인덕턴스(107)와 자기적으로 결합되어 있다. 이에 상응하여, 입력 신호의 비율은 주요 도선(105)으로부터 결합되어 나와(coupled-out) 서브 도선(108)으로 결합되어 들어간다(coupled-in). 연결부(104)는 임피던스(Z0)와 연결되고, 이러한 임피던스에 의해 종단된다. 연결부(102, 103)의 임피던스가 적절하게 정합되어 있으면, 연결부(101)에 결합되어 들어온 거의 전체의 신호는 상기 두 연결부(102, 103)에서 결합되어 나온다. 이에 상응하여 연결부(104)에서 거의 어떠한 신호 비율도 출력되지 않으며, 상기 연결부는 사실상 격리되어 있다.
두 연결부들(102, 103)에서 출력되는 신호들은 서로 상대적으로 위상 이동되어 있다. 상대적인 상호 위상 이동은 90°+ Δn이다. Δn은 이상적인 90°하이브리드를 위해 0°이다. 실제의 90°하이브리드에서 Δn을 위해 약 ±3°가 일반적이다.
가장 일반적인 경우에, 90°하이브리드는 연결부(102)에 신호를 출력하고, 상기 신호는 입력 신호에 비해 각도(φ1)만큼 위상 이동되어 있는 반면, 연결부(103)에서 출력되는 신호는 입력 신호에 비해 각도(φ2)만큼 위상 이동되어 있다. 또한 이상적인 90°하이브리드에서 ┃φ2 - φ1 ┃= 90°이다. 각도(φ1, φ2)는 예컨대 0°와 90°라는 값 또는 -45°와 +45°라는 값을 수용할 수 있다.
자기적 결합 또는 유도적 결합의 결합 상수에 의해, 얼만큼의 신호 비율이 주요 도선(105)으로부터 결합되어 나와 서브 도선(108)안으로 결합되어 들어가는가가 조절될 수 있다.
이산 부재들로 구성된 90°하이브리드에 대한 다양한 대안예는 공지되어 있다. 90°하이브리드는 예컨대 소위 랭 커플러(Lange Coupler)와 같이 마이크로스트립 도체들로 구성되거나 또는 적어도 하나의 마이크로스트립도체를 포함할 수 있다. 다른 가능성은 브랜치 라인 커플러(Branch-Line-Coupler)이다. 한편 작동 방식은 항상 변경 없이 그대로이다. 주요 도선으로부터 어느 정도의 신호 비율이 결합되어 나와 서브 도선 안으로 결합되어 들어간다. 이러한 서브 도선의 연결부는 그 임피던스가 정합됨으로써 여기서 위상 이동된 신호가 출력된다. 다른 연결부는 격리되어 있다. 임피던스 정합이 없다면, 격리된 연결부에서도 무시하지 못할만한 신호 비율이 출력된다.
90°하이브리드는 실질적으로 이하의 2개의 기능을 위해 사용된다: 90°하이브리드의 제1 연결부에 인가된 입력 신호는 2개의 출력 신호들의 형태로 2개의 부가적 연결부들에서 다시 출력된다. 출력 신호들은 각각 상기 입력 신호의 약 절반의 신호 세기를 가지고, 따라서 입력 신호의 신호 세기보다 각각 약 3 dB만큼 더 낮은 신호 세기를 가진다. 이상적인 90°하이브리드에서 두 출력 신호들의 신호 세기는 정확히 3 dB만큼 더 낮다. 그러나 실제의 90°하이브리드에서 상기 값은 손실로 인하여 정확하게 달성되지 않는다. 또한 두 출력 신호들 사이의 상대적인 위상 이동은 약 90°로 존재한다.
이에 대해 보완적으로, 90°하이브리드는 2개의 연결부에 인가된 2개의 신호를 가산하기 위해 사용될 수 있다. 이때 신호들 중 하나는 상기 가산 전에 90°만큼 위상 이동된다.
또한 90°하이브리드는 제4 연결부를 포함한다. 입력 신호가 제1 연결부에 인가되면, 제2 및 제3 연결부에는 약 3 dB만큼 더 낮은 신호 세기를 가진 출력 신호가 출력된다. 일반적인 경우에 제4 연결부에는 어떠한 신호도 출력되지 않는다. 물론 이때, 90°하이브리드의 모든 4개의 연결부들 사이에는 임피던스 정합이 존재한다는 것을 출발점으로 한다. 연결부들의 임피던스가 정합되어 있지 않으면, 무시할 수 없는 신호 비율이 제4 연결부를 통해 출력된다.
제4 연결부는 종종 그 기능에 따라 "Input", "Output 1", "Output 2" 및 "Isolated"라고 명명된다. 90°하이브리드는 대칭 구조이므로, 각각의 제4 연결부는 각각 "Input", "Output 1", "Output 2" 또는 "Isolated" 기능을 맡을 수 있다. 이는 다만, 어떤 연결부에 입력 신호가 인가되는가에 의존한다.
본 발명의 바람직한 형성방식에서, 두 듀플렉서 각각의 3개의 연결부들은 각각 90°하이브리드와 연결되어 있다. 이때 송신 포트, 수신 포트 및 안테나 포트와 두 듀플렉서 사이에는 각각 90°하이브리드가 배치되어 있다. 이에 상응하여 두 듀플렉서에는, 송신-, 수신- 및 안테나 포트가 직접적으로 듀플렉서와 연결된 회로에 비해 약 3 dB만큼 더 낮은 신호 세기를 가진 신호가 각각 인가된다. 그 결과, 이제 더 작은 최대 전력만을 견디는 듀플렉서의 사용이 가능해진다. 이러한 듀플렉서는 가령 더 작은 크기, 더 간단한 구조 및 더 낮은 가격이라는 이점 또는 대안적으로 동일한 가격일 때 통과 대역에서의 더 양호한 삽입 손실이라는 이점을 제공하는 경우가 자주 있다.
이러한 형성방식에서, 두 듀플렉서 중에 일 듀플렉서는 수신 포트에서 90°하이브리드와 연결되되, 상기 90°하이브리드가 상기 수신 포트로부터의 상기 하이브리드의 입력 신호에 대해 상대적으로 각도(φ1)만큼 위상 이동된 출력 신호를 듀플렉스에 출력하도록 연결된다. 또한 이러한 제1 듀플렉서는 송신 포트에서 90°하이브리드와 연결되되, 상기 90°하이브리드가 상기 송신 포트로부터의 상기 하이브리드의 입력 신호에 대해 상대적으로 상기 송신 포트로부터 각도(φ1)만큼 위상 이동된 출력 신호를 듀플렉서에 출력하도록 연결된다. 이러한 방식으로 송신 포트로부터 수신 포트로의 제1 신호 경로가 정의되고, 이러한 신호 경로 상에서 φ1의 2배인 전체 위상 이동이 발생한다.
또한 두 듀플렉서 중에 타 듀플렉서는 수신 포트와 연결된 90°하이브리드와 연결되되, 상기 90°하이브리드가 상기 수신 포트로부터의 상기 하이브리드의 입력 신호에 대해 상대적으로 각도(φ2)만큼 위상 이동된 출력 신호를 듀플렉서에 출력하도록 연결된다. 또한 두 듀플렉서 중에 상기 타 듀플렉서는 송신 포트와 연결된 90°하이브리드와 연결되되, 상기 90°하이브리드가 상기 송신 포트로부터의 상기 하이브리드의 입력 신호에 대해 상대적으로 각도(φ2)만큼 위상 이동된 출력 신호를 듀플렉서에 출력하도록 연결된다. 수신 포트와 송신 포트 사이의 이러한 제2 경로 내에서도 위상 이동이 가산됨으로써, 전체적으로 상기 신호를 위해 φ2의 2배의 위상 이동이 나타난다.
이에 상응하여, 이제 송신 경로와 수신 경로 사이에는 2개의 신호 경로가 존재하고, 상기 신호 경로는 송신 포트로부터 출력되었던 신호에 대해 상대적으로 φ1의 2배 또는 φ2의 2배인 위상 이동을 포함한다. 90°하이브리드는 각도(φ1 , φ2)의 차이값이 약 90°이도록, ┃φ1 - φ2┃ ≒ 90°이도록 조절된다. 이 경우, 두 신호 경로는 상호 180°의 상대적 위상 이동을 포함한다. 따라서 수신 포트에는 상쇄 간섭이 발생하여 두 신호들은 거의 소멸된다. 이상적인 방식으로, 구성이 동일한 2개의 듀플렉서들 및 동일한 경로 길이의 신호 경로를 포함한 대칭적 구성의 경우에 두 신호들은 100% 소멸된다.
또한 이러한 형성방식에서 두 듀플렉서는 안테나 포트와 연결된 하이브리드의 출력부들 중 하나와 각각 연결된다.
본 발명에 따른 회로 장치는, 송신 채널과 수신 채널의 격리를 개선할 수 있다. 부가적으로 EVM(Error Vector Magnitude), VSWR Tx 및 VSWR Rx, 안테나에서의 부하 변경 시 억제(원거리 선택)의 안정성 및 통과 대역에서의 진폭 리플이 개선되고, 군 지연(group delay)은 안정화된다. 이에 상응하여 이제, 단독적으로 채용되면 두 채널의 충분한 격리를 제공하지 않는 듀플렉서도 사용할 수 있다. 여기에는 특히 주파수가 동조 가능하게 형성된 듀플렉서가 속한다. 이러한 소위 가변형 듀플렉서는, 상기 듀플렉서의 통과 대역이 동조 영역(tuning 영역) 내에서 이동하여 각각 필요한 송신- 및 수신 채널들에 정합하는 것을 허용한다. 본 발명에 따른 회로 장치에 의해, 가변형 듀플렉서에서는 송신 포트와 수신 포트 사이의 격리가 최대화될 수 있다.
90°하이브리드는 이산 부재들로 구성되거나 마이크로스트립도체로서 구성될 수 있다. 마이크로스트립 도체로서 형성된 90°하이브리드는 랭 커플러라고도 한다.
일 실시방식에서, 증폭기 모듈은 2개의 증폭기를 포함하고, 제1 증폭기는 송신 포트와 연결된 90°하이브리드와 제1 듀플렉서 사이에서 직렬로 접속되어 있고, 제2 증폭기는 송신 포트에 연결된 90°하이브리드와 제2 듀플렉서 사이에서 직렬로 접속되어 있다.
다른 실시방식에서, 증폭기 모듈은 송신 포트와 90°하이브리드 중 하나와의 사이에서 직렬로 접속된 하나의 증폭기만을 포함한다.
일 형성방식에서, 포트들 중 하나는 평형(balanced)으로 형성되고 서로 대칭인 2개의 연결부를 포함하며, 상기 연결부는 둘 다 각각 90°하이브리드와 연결되어 있다. 이는 송신 포트이자 수신 포트일 수도 있다. 또한 두 포트가 평형으로 형성되고, 이에 상응하여 서로 대칭인 연결들이 각각 하나의 90°하이브리드와 연결되는 것도 가능하다.
일반적으로, 증폭기 모듈의 증폭기 회로 내에서 부가적인 포트들이 제공될 수 있고, 상기 부가적인 포트들은 모두 각각 하나의 하이브리드와 연결되어 있다. 포트들 중 하나가 부가적인 연결부를 포함하면, 상기 부가적 연결부도 하이브리드와 연결되어 있다. 즉 N개의 연결부를 위해 N개의 하이브리드가 제공되는 것이 가장 일반적인 실시방식이며, 이때 N은 3 이상의 정수이다.
90°하이브리드의 원리와 상이하게, 다른 위상 회전을 발생시켜 ┃φ1 - φ2┃≠ 90°인 비대칭 하이브리드가 사용될 수도 있다. 이러한 비대칭 하이브리드는 서로 접속되되, 격리의 개선을 위해 요구된 약 180°의 위상 회전이 상기 접속에 의해 발생하도록 접속될 수 있다. 이 경우에도 격리는 개선된다.
본 발명에 따른 회로는 예컨대 LTE-주파수 대역 XI, VII에서의 신호 전송을 위해 사용될 수 있다. LTE-주파수 대역 XI은 1427.9 내지 1452.9 MHz의 송신 범위 및 1475.9 내지 1500.9의 수신 범위를 가진다. LTE-주파수 대역 VII의 송신 범위는 2500 내지 2570 MHz까지 달하고, 이에 속한 수신 범위는 2620 내지 2690 MHz까지 달한다. 또한, 송신 대역이 777 내지 787 MHz이고 수신 대역이 746 내지 756 MHz에 달하는 대역 XIII에서의 회로가 사용될 수도 있다. 그러나 다른 LTE 대역을 위해서도 상기 회로는 원칙적으로 적합하다.
종종 휴대폰은 약 1 GHz의 주파수 범위 또는 약 2 GHz의 주파수 범위를 위해 동조된 증폭기 회로를 포함한다. 이러한 증폭기 회로는 LTE 주파수 대역 XI, VII를 커버할 수 없다. 따라서 상기 대역은 상기 주파수 대역의 주파수를 위해 정확하게 설계된 본 발명에 따른 증폭기 모듈에 의해 이상적으로 보완될 수 있다.
예컨대 90°하이브리드 또는 증폭기와 같은 모든 회로 부재는 예컨대 50 Ω의 특정한 임피던스에 정합된 입력부들 또는 출력부들을 포함할 수 있다.
일 실시 형태에서, 증폭기 모듈의 적어도 하나의 증폭기 및/또는 적어도 하나의 90°하이브리드는 낮은 오믹의 출력 스테이지를 포함한다.
특히 전력 증폭기는 일반적으로 50 Ω미만의 출력 임피던스를 가진다. 증폭기 또는 상기 증폭기의 출력 스테이지는 약 2 Ω 내지 10 Ω의 영역에서 출력 임피던스를 포함할 수 있다. I/Q 증폭기는 더 큰 출력 임피던스를 가질 수 있고, 그럼에도불구하고 상기 임피던스는 50 Ω보다 낮을 수 있다. I/Q 증폭기는 예컨대 < 20Ω, 예컨대 10 내지 20 Ω의 값을 가진 출력 임피던스를 포함할 수 있다.
그러므로, 50 Ω과 상이한 출력 임피던스를 가진 증폭기가 사용될 때, 개선된 성능 및 특히 개선된 효율을 가진 증폭기 모듈이 얻어질 수 있다.
임피던스 정합망이 증폭기의 낮은 오믹의 출력부에 연결되어, 임피던스가 그 외의 회로를 위해 제공된 50 Ω의 임피던스에 정합될 수 있다. 그러나 또한, 이에 상응하는 증폭기 이후에 수반된 회로가 정합되어, 상기 회로의 입력 임피던스가 증폭기의 낮은 출력 임피던스와 일치할 수 있다.
일 실시 형태에서, 증폭기 모듈은 90°하이브리드 중 하나 및/또는 증폭기 중 하나에 따른 임피던스 변환망을 포함한다.
일 실시 형태에서, 증폭기 모듈은 병렬로 접속된 2개의 증폭기 유닛 및 2개의 90°하이브리드를 가진 I/Q 증폭기를 포함한다. I/Q 증폭기는, 병렬로 접속되어 있을 수 있는 2개의 증폭기 유닛뿐만 아니라 2개의 90°하이브리드를 포함하는 증폭기이다. 이때 상기 2개의 증폭기 유닛은 일반적으로 2개의 90°하이브리드 사이에서 병렬로 연결된 경로 내에서 접속되어 있다.
증폭기의 증폭기 유닛 및 90°하이브리드는 50 Ω보다 더 낮은 출력 임피던스 및 입력 임피던스를 가져서, 개선된 성능 및 특히 개선된 효율이 얻어질 수 있다.
일 실시 형태에서, 증폭기 모듈은 90°하이브리드의 제1 출력부와 접속된 제1 임피던스 변환망 및 90°하이브리드의 제2 출력부와 접속된 제2 임피던스 변환망을 포함한다. 임피던스 변환망은 출력측에서 증폭기 모듈의 두 듀플렉서와 접속되어 있을 수 있고, 증폭기 및/또는 상기 증폭기와 접속된 90°하이브리드의 동작 임피던스를 듀플렉서의 동작 주파수로 변환할 수 있다. 이러한 해결 방법에서, 2개의 서로 다른 임피던스 변환망이 제공되는 것이 필요하긴 하다; 일반적으로, 개선된 효율이라는 이점은 부가적인 추가 비용에 따른 상기 단점을 다시 보상한다.
일 실시 형태에서, 증폭기 모듈은 90°하이브리드의 제1 출력부와 제1 임피던스 변환망 사이에 접속된 제1 증폭기 유닛 및 90°하이브리드의 제2 출력부와 제2 임피던스 변환망 사이에 접속된 제2 증폭기 유닛을 포함한다.
이 경우, 90°하이브리드는 증폭기의 증폭기 유닛의 입력 임피던스와 일치하는 출력 임피던스를 포함할 수 있고, 이때 상기 임피던스들은 50 Ω보다 더 낮을 수 있다. 어느 경우든 증폭기 유닛의 출력 임피던스는 임피던스 변환망을 통해 이와 접속 가능한 듀플렉서의 동작 임피던스로 변환된다.
일 실시 형태에서, 증폭기 모듈은 증폭기 또는 증폭기 유닛을 위한 전압 변조기를 포함한다.
증폭기의 공급 전압이 각각의 전력 상태에 맞춰지면, 앞에 언급한 실시 형태의 증폭기 모듈은 더욱 전력 효율적으로 동작할 수 있다는 점이 확인되었다. 이러한 공급 전압 변조 시(영문: envelope tracking), HF 증폭기의 공급 전압은 일시적인 출력 전력에 정합된다. 출력 전력이 낮으면, 공급 전압이 감소한다. 반면 출력 전력이 높으면, 공급 전압이 이에 상응하여 증대된다. 이를 통해, 이상적인 경우에 전력 증폭기는 항상 거의 최대 출력 전력으로 동작하고 따라서 매우 효율적으로 동작한다. 공급 전압 변조의 핵심 소자는 전압 변조기일 수 있고, 상기 전압 변조기는 바람직하게는 높은 효율을 가지고, 그 자체가 HF 증폭기와 달리 저역 통과-신호를 증폭하는 전력 증폭기이다. 공급 전압 변조 시, 출력 전력은 전송될 음향 신호의 톤(ton)으로부터 파생된 주파수에 따라 변경된다. 따라서 전압 변조의 주파수는 일반적으로 오디오 주파수이다. 주파수가 낮으면 더 간단하게 효율적인 전력 증폭기를 구성할 수 있어서, 고 효율의 전압 변조기가 용이하게 얻어질 수 있다.
전압 변조기를 위해 DC/DC 변환기의 기술 또는 오디오 기술로부터 공지된 증폭기 원리를 활용할 수 있다.
공급 전압 변조는 예컨대 Alireza Kheirkhahi, Peter M. Asbeck, Laurence E. Larson의 "Enhanced Class-A/AB Mobile Terminal Power Amplifier Efficiency by Input Envelope Injection And ,Self' Envelope Tracking"이란 논문 (C2011 IEEE) 으로부터 공지되어 있다. 물론 이제까지 문제가 된 것은 안테나로부터 반사된 TX-신호의 백 커플링(back coupling)이었으며, 상기 신호는 증폭기로부터 직접 전달된 고유의 TX 신호와 중첩된다. 이러한 중첩의 결과로 잘못된 정합이 발생하고, 상기 잘못된 정합은 증폭기를 자극해야 할 해당 전력을 제공하는 포락선(envelope curve)을 손상시킨다. 따라서 공급 전압 변조의 효율이 상당히 제한된다.
원칙적으로, 신호 경로와 안테나의 임피던스는 임피던스 정합 회로에 의해 정합되어 포락선이 덜 손상될 수 있다. 그러한 임피던스 정합 회로는 물론 더 많은 제조 비용을 의미한다. 또한 소형화 추세인 이동 통신 기기에는 맞지 않는 경우가 종종 있다.
앞에 언급한 증폭기 모듈 중 하나와 공급 전압 변조를 함께 사용하면 임피던스 정합 회로의 사용이 불필요한데, 하이브리드와 듀플렉서로 이루어진 회로는 진성적인 임피던스 정합을 야기하고, 이는 공급 전압 변조의 요건을 충족한다. 바꾸어 말하면: 하이브리드 /90°-하이브리드 및 듀플렉서로 구성된 회로를 포함하는 앞에 언급한 증폭기 모듈 중 하나를 구비하면, 증폭기의 종단 저항(terminating resistance)은 거의 변경되지 않아서, 증폭기는 최적으로 부하를 받고 안테나에서의 반사에 의한 TX 신호의 손상이 발생하지 않는다. 이때 예컨대 저항과 같은 임피던스 요소에 의해, 접지와 연결된 하이브리드의 연결부는 반사된 신호를 흘려 보낼 수 있다.
공급 전압 변조를 위해 부가적인 회로 소자가 제공되어야 하고, 이러한 회로 소지가 어느 정도의 전류 소모를 포함하더라도, 종합적으로 소모 최적화된 증폭기 모듈이 얻어질 수 있고, 이는 특히 LTE 전송 시스템의 사용 시 전류 공급의 사용 기간과 관련하여 이점이 있다.
일 실시 형태에서, 증폭기 모듈은 증폭기 또는 증폭기 유닛의 공급 전압 변조를 위한 제어 신호가 결합되어 나오게 하기 위한 커플러를 포함한다.
이때 RF 신호의 전력의 특정한 백분율은 신호 경로로부터 결합되어 나오고 증폭기의 전력 레벨의 결정을 위해 사용된다. 이러한 신호는 자체적으로 증폭되어 증폭기에 또는 증폭기의 증폭기 유닛에 공급 전압으로서 제공된다. 이로써 증폭기의 공급 전압은 전력 종속적이어서, 증폭기 자체는 항상 최적의 구동 지점에서 동작한다.
일 실시 형태에서, 증폭기 모듈은 증폭기 또는 증폭기 유닛의 필요한 공급 전압을 검출하기 위한 검출기를 포함한다.
검출기는 다이오드 및/또는 반도체 스위치로 구성된 회로를 포함할 수 있다.
일 실시 형태에서, 증폭기 모듈은 증폭기 또는 증폭기 전압 앞의 신호 경로 내에서 지연 부재를 포함한다.
현재의 공급 전압의 산출은 어느 정도의 시간 간격(Δt)을 필요로 하며, 전력 증폭기가 접속되어 있는 신호 경로 내에서 정합된 공급 전압 및 RF 신호가 동시에 증폭기에 인가되기 위해, 상기 시간 간격만큼 RF 신호가 신호 경로 내에서 지연되어야만 한다.
일 실시 형태에서, 증폭기 모듈은 공급 전압 변조를 위한 회로 부재 및 상기 공급 전압 변조를 위한 회로 부재의 비활성화를 위한 스위치를 포함한다.
가령 어떤 전력 레벨이 증폭기로부터 추출될지를 예상할 수 있어 공급 전압 변조가 필요하지 않다는 점 외에도, 또한, 공급 전압 변조의 해당 회로 소자가 비활성화되면서 에너지가 절감될 수 있다. 물론, 공급 전압 변조를 위한 회로 부재는 상기 부재가 다시 에너지 절감을 위해 기여할 수 있는 경우에 다시 활성화될 수 있다.
이하, 본 발명은 실시예들 및 이에 대한 도면들에 의거하여 더욱 상세히 설명된다. 도면은 개략적이고 축척에 맞지 않는 표현에 의거하여 본 발명의 다양한 실시예들을 나타낸다.
도 1은 종래 기술에 공지된 증폭기 모듈을 도시한다.
도 2는 이산 부재들로 구성된 공지된 90°하이브리드를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 증폭기 모듈의 제1 실시방식을 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 회로의 통과 특성 및 격리를 도시한다.
도 5는 도 4의 일부분을 도시한다.
도 6은 도 3에 따른 회로의 반사를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 증폭기 모듈의 제2 실시방식을 도시한다.
도 8은 도 7에 따른 증폭기 모듈의 통과 특성 및 격리를 도시한다.
도 9는 도 8의 일부분을 도시한다.
도 10은 도 9에 따른 증폭기 모듈의 반사를 도시한다.
도 11은 2개의 90°하이브리드 사이에서 2개의 증폭기 유닛을 포함하는 증폭기 모듈의 블록 회로도를 도시한다.
도 12는 90°하이브리드와 2개의 듀플렉서 사이에서 2개의 임피던스 변환망을 포함하는 증폭기 모듈의 블록 회로도를 도시한다.
도 13은 90°하이브리드와 2개의 임피던스 변환망 사이에서 증폭기의 2개의 증폭기 유닛을 포함하는 블록 회로도를 도시한다.
도 14는 공급 전압 변조 시 증폭의 진폭이 갖는 시간적 종속성을 도시한다.
도 15는 공급 전압 변조의 간단한 실시 형태의 블록 회로도를 도시한다.
도 16은 공급 전압 변조의 회로 부재들의 형성방식을 도시한다.
도 17은 공급 전압 변조의 회로 부재들의 다른 형성방식을 도시한다.
도 18은 커플러를 포함한 공급 전압 변조의 회로 부재를 도시한다.
도 19는 대칭 Rx 포트를 포함한 증폭기 모듈의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 증폭기 모듈의 제1 실시예를 도시한다. 증폭기 모듈은 송신 포트(TX), 안테나 포트(ANT) 및 수신 포트(RX)를 포함한다. 그러한 회로 장치는 예컨대 이동 통신에 사용될 수 있다. 여기서 송신 포트 및 수신 포트(TX, RX)는 상이한 경로를 통하여 동일한 안테나 포트(ANT)와 연결되어 있다. 이러한 회로의 결정적인 특성값은 선택과 격리이다. 격리는 송신 포트(TX)로부터의 송신 신호의 얼마의 비율이 수신 포트(RX)에 도달하는가에 대한 기준이다. 그러한 신호는 일반적으로 원하지 않는다. 수신 포트(RX)로부터 수신된 신호는 이동 통신에서 다만 매우 약한 신호 세기만을 가진다. 따라서, 이러한 신호는 부가적으로 송신 포트(TX)로부터의 기생 신호에 의해 더 방해받지 않는 것이 중요하다.
선택은 통과 영역에서의 방출 전력과 통과 영역밖에서의 억제 사이의 비율을 설명한다. 이동 통신에서 매우 낮은 수신 전력으로 인하여 수신 신호와 송신 신호의 높은 선택성이 중요하다.
그 외 중요한 값은 안테나 임피던스의 잘못된 정합의 영향이다. 사용자의 상효 작용에 의해 안테나의 임피던스는 변경될 수 있다. 증폭기 모듈은 가급적 안테나 임피던스 편차에 무관하도록 형성되어야 한다.
본 발명에 따른 증폭기 모듈은 2개의 듀플렉서(DPX1, DPX2) 및 3개의 90°하이브리드(HYB1, HYB2, HYB3)를 더 포함한다. 송신 포트(TX)는 90°하이브리드의 연결부(4)에 연결되어 있다. 상기 연결부(4)에 인가된 입력 신호는 90°하이브리드(HYB1)로부터 연결부들(5, 6)에 출력되고, 이때 상기 출력된 신호는 서로 90°만큼 위상 이동되어 있고 입력 신호에 비해 약 3 dB만큼 더 약한 신호 세기를 가진다.
연결부(5)에는 90°하이브리드의 입력 신호에 비해 φ2만큼 위상 이동된 신호가 출력된다. 연결부(6)에 출력된 신호는 입력 신호에 비해 각도(φ1)만큼 위상 이동되어 있다. 또한 90°하이브리드(HYB1)의 제4 연결부(7)에는 부하 임피던스가 인가되고, 예컨대 50 Ω의 부하 저항이 인가된다. 부하 임피던스는 R, L, C 소자로부터 선택된 부가적 부재를 포함할 수 있다. 이러한 부하 임피던스는 임피던스 정합을 위한 것이다. 90°하이브리드(HYB1)의 연결부들(5, 6)은 각각 증폭기(PA1, PA2)와 연결되어 있다. 증폭기(PA1, PA2)의 출력부들은 다시 각각 상기 두 듀플렉서(DPX1, DPX2) 중 하나와 연결되어 있다.
수신 포트(RX)는 마찬가지로 90°하이브리드(HYB2)와 연결되어 있고 더욱이 상기 90°하이브리드(HYB2)의 연결부(8)와 연결되어 있다. 상기 90°하이브리드의 연결부들(9, 10)은 마찬가지로 각각 상기 두 듀플렉서(DPX1, DPX2) 중에 하나와 연결되어 있다. 90°하이브리드(HYB2)의 제4 연결부(11)는 부하 임피던스를 통해 접지되어 있다.
안테나 포트(ANT)는 90°하이브리드(HYB3)와 연결되고 더욱이 90°하이브리드의 연결부(12)와 연결되어 있다. 상기 90°하이브리드(HYB3)의 그 외 2개의 연결부들(13, 14)은 각각 듀플렉서와 연결되어 있다. 90°하이브리드(HYB3)의 제4 연결부(15)는 부하 임피던스를 통해 접지되어 있다.
90°하이브리드(HYB1, HYB2, HYB3) 및 듀플렉서(DPX1, DPX2)는 상호 접속되되, 듀플렉서(DPX1, DPX2)의 유한적 격리로 인하여 수신 포트(RX)에 도달하는 송신 신호들이 이상적인 경우에 상쇄되도록 접속되어 있다. 동시에, 다양한 신호 경로들에서 안테나 포트(ANT)에 도달하는 송신 신호들은 보강 간섭된다.
도 4는 제1 실시방식에 따른 증폭기 모듈을 위한 통과 특성을 도시한다. 안테나에 3:1의 정재파 비율이 인가되는 증폭기 모듈을 고찰한 것이다. 위상각은 단계적으로 0°내지 360°으로 20°단계씩 증대되어, 도 4에 도시된 일군의 곡선들이 얻어진다.
곡선(S21)은 TX 필터의 삽입 손실, 즉 신호의 주파수에 따라 좌우되는 송신 포트(TX)로부터 안테나 포트(ANT)로 가는 전송을 설명한다. 곡선(S32)은 RX 필터의 삽입 손실, 즉 신호의 주파수에 따라 좌우되는 안테나 포트(ANT)로부터 수신 포트(RX)로 가는 전송을 설명한다. 곡선(S31)은 듀플렉서의 격리, 즉 송신 포트(TX)로부터 수신 포트(RX)로의 신호의 전송을 설명한다.
도 5는 도 4에 도시된 통과 특성의 일부분을 확대한 도면이다. 도 5에는 TX 필터의 통과 영역 및 RX 필터의 통과 영역이 도시되어 있다.
도 6은 도 3에 도시된 증폭기 모듈을 위한 곡선(S11, S33)을 도시한다. 여기서도 안테나에서 3:1의 정재파 비율로부터 출력된다. 위상각은 단계적으로 0°내지 360°까지 20°의 단계씩 증대됨으로써, 도 6에 도시된 일군의 곡선들이 얻어진다.
곡선(S11)은 송신 포트(TX)에 반사된 신호 비율을 설명한다. 곡선(S33)은 수신 포트(RX)에 반사된 신호 비율을 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예를 도시한다. 제1 실시예에 비해 두 증폭기(PA1, PA2)가 제거되고 단일의 증폭기(PA)로 대체되었으며, 상기 증폭기는 송신 포트(TX) 및 상기 송신 포트(TX)와 연결된 90°하이브리드(HYB1) 사이에서 직렬로 배치되어 있다.
이러한 회로 장치는 송신 포트와 수신 포트(TX, RX)의 격리를 현저히 개선한다. 도 8은 도 7에 도시된 증폭기 모듈의 통과 특성 및 격리를 도시하고, 이때 안테나에서 3:1의 정재파 비율로부터 출력되고, 위상각은 20°의 단계씩 0°내지 360°까지 증대된다. 도 9는 도 8에 도시된 통과 특성의 일부분을 도시하고, 도 10은 도 7에 도시된 회로 장치를 위한 곡선(S33, S11)을 도시한다. 다시 안테나에서 3:1의 정재파 비율로부터 출력되고, 위상각은 20°의 단계씩 0°부터 360°까지 증대된다.
도 4와 도 8의 비교는, 제2 실시예에 따른 회로 장치를 위해 송신 포트와 수신 포트 사이의 격리는 10 dB를 초과한 만큼 개선된다는 것을 시사한다. 또한 도 10은, 안테나의 잘못된 정합이 있을 때 정재파 비율의 변경이 개선된다는 점을 시사한다. 이에 상응하여 삽입 손실의 변동은 매우 낮다.
도 5와 도 9의 비교는 각각의 통과 대역에서 진폭 리플의 감소를 시사하고, 이는 특히 LTE 신호를 위해 중요한 전제이다.
도 11은 증폭기 모듈의 블록 회로도(대체 회로도)를 도시하고, 이때 송신 포트(TX) 및 두 듀플렉서와 접속된 TX 측의 90°하이브리드(HYB) 사이에 I/Q 증폭기가 접속되어 있다. I/Q 증폭기는 TX측의 하이브리드(HYB) 및 안테나측의 하이브리드(HYB)를 포함한다. TX 측의 하이브리드(HYB)의 출력 연결부들과 안테나측의 하이브리드(HYB)의 입력 연결부들 사이에는 증폭기(PA)의 2개의 증폭기 유닛이 병렬 경로 내에서 접속되어 있다. 이러한 증폭기 유닛은 낮은 오믹의 입력 연결부들 또는 출력 연결부들을 포함할 수 있다. 이와 접속된 90°하이브리드(HYB)는 그에 상응하여 정합될 수 있어서, 어떠한 임피던스 변환망도 증폭기 유닛과의 연결부 내에 직접적으로 제공되지 않아도 된다. 그러므로 특정하게 50 Ω의 출력 임피던스에 정합되지 않아도 되어서 더 에너지 효율적으로 동작할 수 있는 증폭기가 얻어질 수 있다.
도 12는 증폭기 모듈의 블록 회로도를 도시하고, 이때 일측의 TX 포트(TX)와 접속된 증폭기(PA)와 타측의 듀플렉서들 사이에는 90°하이브리드 및 이와 직렬로 임피던스 변환망(MN)이 접속되어 있다. 임피던스 회로망(MN)은 90°하이브리드의 각 출력부와 두 듀플렉서 중 하나와의 사이에 접속되어 있다.
도 13은 증폭기 모듈의 블록 회로도를 도시하고, 이때 송신 포트(TX)와 두 듀플렉서 사이에 90°하이브리드, 증폭기(PA)의 2개의 증폭기 유닛 및 2개의 임피던스 변환망(MN)이 접속되어 있다. 90°하이브리드(HYB)는 송신 포트(TX)와 직접적으로 접속되어 있다. 임피던스 변환망(MN) 각각은 두 듀플렉서 중에 각각의 듀플렉서와 접속되어 있다. 2개의 증폭기 유닛은 병렬 경로 내에서 90°하이브리드(HYB)와 임피던스 변환망(MN) 사이에서 접속되어 있다.
도 14는 예시적으로 증폭기의 전력 신호의 포락선의 진폭의 시간 종속성을 도시하고, 공급 전압 변조(VM)를 도시한다. 공급 전압 변조 시, 증폭기 모듈의 증폭기의 공급 전압은 상이한 진폭(A1, A2) 사이에서 현재 전송될 전력에 상응하여 조절될 수 있다. 이때 단시간에 더 큰 진폭(A2)이 초과할 수 있다. 종합적으로, 증폭기는, 상기 증폭기가 항상 최적의 동작 범위에서 그리고 이로 인하여 매우 에너지 효율적으로 동작하도록 선택되거나 전송될 RF 신호에 정합되는 전압을 공급받는다. 도 14에 도시된 곡선은 전송될 RF 신호의 포락선을 나타내고, 상기 포락선은 증폭기의 공급 전압을 결정한다.
도 15는 공급 전압 변조로 동작하는 증폭기 모듈의 간단한 형성방식을 도시하고, 상기 증폭기 모듈은 회로 소자(VMC)로서 신호 경로(SP) 내에 접속된 증폭기(PA) 및 포락선 추적기(ET)(영문: envelope tracker)를 포함한다.
도 16은 증폭기 모듈의 형성방식을 도시하고, 상기 증폭기 모듈은 신호 경로(SP) 내에서 지연 소자(DC)를 포함한다. 또한 신호 경로(SP) 내에서 구동 회로(DRV)가 접속되어 있다. 증폭기(PA)의 출력부에 임피던스 변환망(MN)이 접속되어 있다.
도 17은 증폭기 모듈의 블록 회로도를 도시하고, 이때 공급 전압 변조를 위한 소자(VMC)는 스위치(SW)를 포함하고, 상기 스위치에 의해 포락선 추적기(ET)는 신호 경로(SP)에 결합되거나 상기 신호 경로로부터 분리될 수 있다. 또한 스위치(SW)가 제공되고, 공급 전압 변조가 생략되어야 하는 경우에, 포락선 추적기(ET)에 의해 공급 전압이 결정되는 증폭기(PA)가 상기 스위치를 이용하여 조작될 수 있다.
증폭기(PA)의 출력 연결부에 또는 가교 스위치(SW)와 함께 임피던스 변환망(MN)이 접속되어 있고, 상기 인피던스 정합망의 출력부는 듀플렉서(DPX)의 TX 필터와 접속되어 있다.
증폭기 모듈의 모든 신호 경로는 평형, 즉 접지 대칭으로 또는 비평형, 즉 접지 비대칭으로 형성으로 형성될 수 있다. 도 17의 예시적 도면에서 TX 신호 경로는 비평형으로 형성되는 반면, 듀플렉서(DPX)의 RX 필터의 RX 출력부는 평형으로 형성된다.
도 18은 공급 전압 변조의 회로 부재(VMC)의 형성방식을 도시하고, 이때 신호 경로(SP) 내에 커플러(C)가 접속되어 있어, TX 신호의 전력의 특정한 백분율이 결합되어 나오고 포락선 추적기(ET)를 통해 공급 전압으로서 전력 증폭기(PC)에 공급될 수 있다.
도 19는 대칭 Rx 포트를 가진 증폭기 모듈의 블록 다이어그램을 도시한다. 예컨대 도 7에 설명된 바와 같이 비대칭 포트만을 포함하는 실시방식에 비해 여기서는 부가적인 하이브리드가 필요하다.
증폭기 모듈은 2개의 듀플렉서(DPX1, DPX2) 및 4개의 90°하이브리드(HYB1, HYB2, HYB3, HYB4)를 포함한다. 송신 포트(TX)는 90°하이브리드(HYB4)의 제1 연결부에 연결되어 있다. 상기 연결부에 인가된 입력 신호는 90°하이브리드(HYB4)에 의해 2개의 다른 연결부들에 다시 출력되고, 이때 상기 출력된 신호들은 서로 90°만큼 위상 이동되어 있고, 입력 신호에 비해 약 3 dB만큼 더 낮은 신호 세기를 가진다. 이러한 두 출력부들은 각각 하나의 듀플렉서(DPX1, DPX2)와 접속되어 있다. 다른 하이브리드도 유사하게 또는 동일하게 형성될 수 있고, 서로 맞서서 위상 이동된 2개의 출력부들의 형태로 각각 입력 신호를 다시 출력한다.
두 듀플렉서(DPX1, DPX2)의 안테나측의 출력부들은 부가적인 하이브리드(HYB1)를 이용하여 안테나(ANT)에서 합류된다.
듀플렉서(DPX1, DPX2)는 (대칭의 신호 안내를 위해) 2개의 연결부들을 가진 대칭적 Rx 출력부를 각각 포함한다. 상기 두 듀플렉서의 Rx 출력부의 연결부들 각각은 각각 하나의 하이브리드(HYB1, HBY2)의 입력부와 연결된다. 이 위치에서 두 신호는 위상에 맞게 가산되어 출력부에서 출력되고 상기 Rx 포트(RX)의 각각의 연결부에 공급된다.
Tx 포트(TX)와 제1 하이브리드(HYB4) 사이에 증폭기(PA)가 배치되어 있다. 그외에 여기서도 앞의 실시예들에 의거하여 설명된 바와 동일한 작용 원리 및 이점이 적용된다. (비대칭 Rx 포트를 포함한 증폭기 모듈에 비해) 대칭 Rx 포트를 포함하는 증폭기는 1개의 부가적인 하이브리드만을 포함하여 구현될 수 있다는 점이 확인되었다.

Claims (24)

  1. 증폭기 모듈로서,
    상기 증폭기 모듈을 위한 적어도 하나의 증폭기;
    안테나 포트;
    송신 포트;
    수신 포트; 및
    적어도 3개의 90°하이브리드들을 포함하는 회로 배치(arrangement)를 포함하고,
    상기 적어도 3개의 90°하이브리드들은 각각의 경우에 입력 신호를 2개의 출력 신호들로 나누고, 상기 2개의 출력 신호들은 상호 90°의 상대적 위상 이동을 가지고,
    상기 안테나 포트, 상기 송신 포트 및 상기 수신 포트는 각각의 경우에 적어도 하나의 90°하이브리드에 연결되고,
    상기 적어도 하나의 증폭기는 상기 송신 포트를 위한 90°하이브리드의 입력에 연결되고,
    상기 적어도 하나의 증폭기는 상기 송신 포트와 상기 송신 포트를 위한 90°하이브리드의 사이에서 직렬로 상호 접속되는, 증폭기 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회로 배치는 적어도 2개의 듀플렉서들을 또한 가지고, 상기 2개의 듀플렉서들은 상기 송신 포트에 연결된 90°하이브리드가 출력하는 2개의 출력 신호들이 상기 안테나 포트에서 보강 간섭을 일으키는 방식으로 상호 접속되는, 증폭기 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2개의 듀플렉서들 각각의 3개의 연결부(terminal)들은 각각의 경우에 상기 3개의 90°하이브리드들 중 하나의 90°하이브리드에 연결되는, 증폭기 모듈.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 2개의 듀플렉서들 중 하나의 듀플렉서는 상기 수신 포트에 연결된 90°하이브리드 및 상기 송신 포트에 연결된 90°하이브리드에 연결되되, 상기 90°하이브리드들이 각각의 경우에 상기 90°하이브리드들의 입력 신호에 대해 상대적으로 각도(Φ1)만큼 위상 이동된 출력 신호를 상기 하나의 듀플렉서에 출력하는 방식으로 연결되고,
    상기 2개의 듀플렉서들 중 다른 듀플렉서는 상기 수신 포트에 연결된 90°하이브리드 및 상기 송신 포트에 연결된 90°하이브리드에 연결되되, 상기 90°하이브리드들이 각각의 경우에 상기 90°하이브리드들의 입력 신호에 대해 상대적으로 각도(Φ2)만큼 위상 이동된 출력 신호를 상기 다른 듀플렉서에 출력하는 방식으로 연결되고,
    2개의 각도들(Φ1, Φ2)의 차이값은 주로 90°이고, 그리고
    둘 모두의 듀플렉서들은 각각의 경우에 상기 안테나 포트에 연결된 90°하이브리드의 출력부들 중 하나에 연결되는, 증폭기 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 듀플렉서들은 이산 부재들(discrete elements)로 구성되거나, 또는 상기 듀플렉서들은 음향 소자들(acoustic components)을 포함하는, 증폭기 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 듀플렉서들은 SAW 듀플렉서들, BAW 듀플렉서들, 또는 SAW 변환기들과 BAW 변환기들 모두를 갖는 하이브리드 듀플렉서들을 포함하는, 증폭기 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 듀플렉서들은 고역 통과 필터 및 저역 통과 필터를 갖는, 증폭기 모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 듀플렉서들은 동조 가능한 부재들(tunable elements)을 갖는, 증폭기 모듈.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 듀플렉서들 및/또는 상기 90°하이브리드들은 모듈 기판에 통합되는, 증폭기 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 듀플렉서들 및/또는 상기 90°하이브리드들은 L-, C-, 및 R- 소자들의 형태로 다층의 모듈 기판에 통합되는, 증폭기 모듈.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 90°하이브리드들은 이산 부재들로 구성되거나, 또는 상기 90°하이브리드들은 마이크로스트립 라인들(microstrip lines)을 포함하는, 증폭기 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기 모듈은 LTE 주파수 대역 XI 또는 LTE 주파수 대역 VII에 대해 설계되는, 증폭기 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    포트들 중 하나의 포트는 평형 포트(balanced port)이고 그리고 2개의 서로 평형인 연결부들을 갖고,
    2개의 평형 연결부들 각각은 90°하이브리드에 연결되는, 증폭기 모듈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기 모듈의 상기 적어도 하나의 증폭기 및/또는 적어도 하나의 90°하이브리드는 저-임피던스(low-impedance) 출력 스테이지를 포함하는, 증폭기 모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 90°하이브리드들 중 하나의 90°하이브리드 및/또는 상기 적어도 하나의 증폭기 다음에 임피던스 변환망을 더 포함하는, 증폭기 모듈.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 증폭기는 2개의 증폭기 유닛들 및 2개의 90°하이브리드들을 갖는 I/Q-증폭기를 포함하는, 증폭기 모듈.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 90°하이브리드들 중 하나의 90°하이브리드의 제1 출력부와 상호 접속된 제1 임피던스 변환망,
    상기 90°하이브리드들 중 하나의 90°하이브리드의 제2 출력부와 상호 접속된 제2 임피던스 변환망을 더 포함하는, 증폭기 모듈.
  19. 삭제
  20. 제1항에 있어서,
    증폭기 또는 증폭기 유닛을 위한 전압 변조기를 더 포함하는, 증폭기 모듈.
  21. 제1항에 있어서,
    증폭기 또는 증폭기 유닛의 공급 전압의 포락선 추적(envelope tracking)을 위한 제어 신호를 추출하기 위한 커플러를 더 포함하는, 증폭기 모듈.
  22. 제1항에 있어서,
    증폭기 또는 증폭기 유닛의 필요한 공급 전압을 검출하기 위한 검출기를 더 포함하는, 증폭기 모듈.
  23. 제1항에 있어서,
    증폭기 또는 증폭기 유닛 앞의 신호 경로 내에 지연 소자를 더 포함하는, 증폭기 모듈.
  24. 제1항에 있어서,
    공급 전압 포락선 추적을 위한 회로 부재들; 및
    상기 공급 전압 포락선 추적을 위한 회로 부재들을 비활성화시키기 위한 스위치를 더 포함하는, 증폭기 모듈.
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