KR20000009734U - 전력증폭기의 다중 선형화 회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전력 증폭기의 다중 선형화 회로에 관한 것으로, 종래에는 아날로그 전치왜곡기용 IMD 생성 증폭기의 소자와 메인 앰프 소자 사이에서 생성되는 IMD 특성이 서로 일치하지 않아 메인 앰프에서 생성된 IMD 감쇄에 한계가 있었다.

이에 본 고안은 메인 전력증폭기에서 생성되는 IMD 성분을 1차적으로 감쇄시키도록 인위적인 IMD성분을 생성시켜 메인 전력증폭기에 입력될 신호를 전치왜곡시키는 전치왜곡수단과, 상기 전치왜곡된 신호에 의해 IMD 성분이 1차적으로 감쇄된 메인 전력증폭기의 출력을 받아 2차적으로 IMD성분을 감쇄시키기 위한 피드 포워드 선형화수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 아날로그 전치왜곡기 선형화 루프의 IMD 감쇄에 대한 선형성의 한계가 개선됨으로써 더욱 향상된 IMD특성을 얻을 수 있게 된다.

Description

전력 증폭기의 다중 선형화 회로

본 고안은 아날로그 전치 왜곡기(predistortor)선형화 회로의 개선을 위하여 피드 포워드 선형화 회로를 포함하여 구성되는 다중 선형화 회로에 관한 것으로 특히 고전력 증폭기의 선형화 설계에 적당하도록 한 전력 증폭기의 다중 선형화 회로에 관한 것이다.

도 1 및 도 2 에는 종래 아날로그 전치 왜곡기를 이용하는 전력증폭기 선형화 회로가 도시된다.

도시된 바와 같이 메인 앰프(30)와, 상기 메인 앰프(main AMP)에서 생성되는 IMD(intermodulation distortion)를 감쇄시키기 위하여 IMD를 인위적으로 생성하기 위한 아날로그 전치 왜곡기(10)와, 전치왜곡된 RF 신호를 증폭하기 위한 드라이버 앰프(DRIVER AMP)(20)로 구성되어 있다.

상기 메인 앰프(30)는 고출력을 발생시키기 위하여 병렬 구조로 TR을 사용하여 제 1 메인 앰프(31,32)와 제 2 메인 앰프(33,34,35,36)를 구비하며, RF 출력을 분해/합성하기 위하여 하이브리드 커플러(Hybrid Coupler)를 사용하였다.

도 2 에는 상기 아날로그 전치 왜곡기(10)의 상세도가 도시된다.

먼저, RF 입력을 증폭시키기 위한 MMIC 증폭기(Q1)(11)가 구비되며, 경로1 에서 인위적인 IMD 생성을 위하여 TR(Q2)(12)가 구비되며, 경로2 에서 캐리어(carrier)제거를 위한 DL1(13)과 COM1(14), 그리고 IMD레벨 조절과 위상조절을 위한 레벨 감쇄 조절기(Attenuator)(ATT3)(15) 및 위상 조절기(Phase shifter) (PS3)(16)가 구비된다.

또한 경로 1과 경로 2를 합성한 IMD 신호성분과 경로 3의 캐리어(carrier)성분을 합치기 위한 DL2(17) 및 COM2(18), 그리고 RF 레벨 증폭을 위한 MMIC 증폭기(Q3)(19)가 구비된다.

상기와 같이 구성된 종래의 전력 증폭기의 선형화 회로의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

메인 앰프(30)에서 생성되는 IMD 성분을 감쇄시킬 수 있도록 인위적인 IMD 성분을 아날로그 전치 왜곡기(10)에서 만들어 전치 왜곡된 RF 신호가 34-35dB 이득을 갖는 드라이버 앰부(20)를 거쳐, 17-18dB 이득을 갖는 메인 앰프(30)에 인가하여 메인 앰프(30)에서 생성되는 IMD 성분이 최소화되게 한다.

아날로그 전치 왜곡기(10)의 상세한 동작을 살펴보면, RF 입력신호 레벨이 Div1. Div2에서 손실되는 것을 보상하기 위하여 TR(Q1)(11)에서 전력 증폭한다.

경로1 에서 인위적인 IMD 가 TR(Q2)(12)에 의해 생성된 후, 경로2의 신호와 위상차를 180˚로 만들어줌으로써 경로1 에서 존재하는 캐리어 성분을 제거해 주게 된다.

이 신호가 레벨 감쇄 조절기(attenuator)(15)와 위상 조절기(phase shifter)(16)에 의해 인위적인 IMD를 조정한 후, 경로 3신호와 합성되어 캐리어가 추가되며 IMD 는 위상이 메인 앰프(30)에서 생성되는 IMD 와 위상차가 180˚가 되도록 하여 드라이브 앰프(20)에 인가하도록 한다.

그러나, 상술한 전력 증폭기의 선형화 회로에 의하면 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 아날로그 전치왜곡기용 IMD 생성 앰프(Q2)의 소자와 메인 앰프(D1,D2,D3,D4) 소자 사이에서 생성되는 IMD 특성이 서로 완전히 일치하지 않으므로 메인 앰프에서 생성된 IMD 감쇄에 한계가 따르며, 선형화에 한계가 있다.

둘째, 메인 앰프의 각 경로에서 능동 소자간의 특성차이로 인해 그 생성 IMD 성분이 동일하지 않으므로 하나의 아날로그 전치 왜곡기로는 각기 다른 특성을 갖는 메인 앰프 경로를 모두 동일하게 최상의 상태로 IMD를 감쇄시킬 수 없어 산형화의 극대화가 어려운 문제점이 있다.

셋째, 소자의 특성이 모두 동일한 소자를 사용하여야 하기 때문에 소자를 선별하여야 하며, 생산성 저하, 불량율 증가 등 제조원가 상승이 따르는 문제점이 있다.

이에 본 고안은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 아날로그 전치왜곡기용 IMD 생성 증폭기의 소자와 메인 앰프 소자 사이에서 생성되는 IMD 특성이 서로 완전히 일치하지 않음으로 인한 IMD 감쇄의 한계를 극복시키는 전력 증폭기의 선형화 회로를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징은 전력 증폭기의 선형화 회로에 있어서, 메인 전력증폭기에서 생성되는 IMD 성분을 1차적으로 감쇄시키도록 인위적인 IMD성분을 생성시켜 메인 전력증폭기에 입력될 신호를 전치왜곡시키는 전치왜곡수단과, 상기 전치왜곡된 신호에 의해 IMD 성분이 1차적으로 감쇄된 메인 전력증폭기의 출력을 받아 2차적으로 IMD성분을 감쇄시키기 위한 피드 포워드 선형화수단을 포함하여 구성된다.

본 고안의 또 다른 목적은 메인 앰프의 각 경로에서 능동 소자간의 특성차이로 인해 그 생성 IMD 성분이 동일하지 않음으로 인한 선형화의 극대화의 한계를 극복시키는 전력 증폭기의 선형화 회로를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징은 상기 피드 포워드 선형화수단이 상기 전치왜곡수단의 RF입력신호와 상기 메인 전력증폭기내에서 IMD 성분이 1차적으로 감쇄된 출력신호를 각각 커플링하여 캐리어 성분을 상쇄시키는 캐리어 상쇄수단과, 상기 캐리어 상쇄수단를 통해 캐리어 성분이 상쇄된 신호를 증폭하여 상기 메인 전력증폭기 출력의 IMD성분을 감쇄시키는 IMD성분 감쇄수단을 포함하여 구성된다.

도 1 은 종래의 아날로그 전치왜곡기를 구비한 전력증폭기의 선형화회로의 구성도,

도 2 는 종래의 아날로그 전치왜곡기의 상세한 구성도,

도 3 은 본 고안의 일실시예에 의한 전력 증폭기의 다중 선형화 회로의 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 전치 왜곡기 20 : 드라이버 앰프

30 : 메인 앰프 100 : 피드 포워드 선형화부

110: 캐리어 감쇄부 111 : 제 1 커플링부

112 : 제 1 레벨 감쇄 조절부 113 : 제 1 위상 조절부

114 : 제 1 결합부 120 : IMD 감쇄부

121 : 에러 앰프 122 : 제 2 레벨 감쇄 조절부

123 : 제 2 위상 조절부 124 : 제 2 결합부

이하 첨부한 도면을 참조로 하여 본 고안을 상세히 설명한다.

도 3 에는 본 고안의 일실시예에 의한 전력 증폭기의 다중 선형화 회로가 도시된다. 도시된 바와 같이 메인 앰프(main AMP)에서 생성되는 IMD를 감쇄시키기 위하여 IMD를 인위적으로 생성하기 위한 아날로그 전치 왜곡기(10)와, 전치왜곡된 RF 신호를 증폭하기 위한 드라이버 앰프(DRIVER AMP)(20)와, 메인 앰프(30)와, 상기 전치왜곡된 신호에 의해 IMD 성분이 1차적으로 감쇄된 메인 전력증폭기의 출력을 받아 2차적으로 IMD성분을 감쇄시키기 위한 피드 포워드 선형화부(100)으로 구성된다.

상기 피드 포워드 선형화부(100)는 상기 전치왜곡수단의 RF입력신호를 커플링하는 제 1 커플링부(111)와, 상기 메인 앰프(30)내에서 IMD 성분이 1차적으로 감쇄된 출력신호를 커플링하는 제 2 커플링부(115)와, 제 1 커플링된 신호가 상기 제 2 커플링된 신호에 대하여 180°위상차이를 갖게 하는 제 1 레벨 조절부(112) 및 제 1 위상 조절부(113)와, 위상 조절된 제 1 커플링된 신호와 제 2 커플링 신호를 결합시켜 캐리어 성분을 상쇄시키는 제 1 결합부(114)와, 상기 제 1 결합부(114)의 출력신호를 증폭시키는 에러 앰프(Error Amp)(121)와, 상기 메인 앰프(30) 출력의 IMD성분을 감쇄시키도록 상기 에러 앰프(121)의 출력신호의 레벨과 위상을 조절하는 제 2 레벨 조절부(122) 및 제 2 위상 조절부(123)과, 상기 메인 앰프(30) 출력에 상기 제 2 레벨 조절부(122) 및 위상 조절부(123)의 출력을 결합하여 IMD성분을 2차적으로 감쇄시키는 제 2 결합부(124)로 구성된다.

상기 일실시예는 종래의 전력 증폭기의 선형화 회로에 RF 입력을 커플링(coupling) 하여 RF 출력을 커플링한 신호와 180。 위상차를 갖게 함으로써 캐리어(Carrier)성분을 상쇄시키도록 캐리어 상쇄부(110)와, 에러 앰프(121)에서 IMD 성분 신호를 적정한 레벨까지 증폭시키도록 구성하여 상기 메인 앰프(30)의 주 RF 출력 경로와 합성하여 IMD성분의 감쇄를 극대화시키는 IMD 감쇄부(120)로 이루어지는 피드포워드 선형화 회로가 구비된다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 의한 전력 증폭기의 다중 선형화 회로의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 메인 앰프(30)에서 생성되는 IMD 성분을 아날로그 전치 왜곡기(10)에서 생성시킴으로써 전치 왜곡된 신호가 메인 앰프(30)의 IMD 성분을 감쇄시키도록 하였으며, 메인 앰프(30)에서 발생하는 IMD 성분 상쇄를 극대화 하기 위하여 RF 입력을 상기 제 1 커플링부(111)에서 커플링(1)한 후 상기 아날로그 전치 왜곡기(10)에 의해 전치왜곡된 신호에 의해 IMD 생성 성분이 1차적으로 상당히 감쇄된 메인 앰프의 출력을 상기 제 2 커플링부(115)에서 커플링한(2) 신호와 180。위상차를 갖게 하도록 제 1 레벨 감쇄 조절기(attenuator)(ATT1)(112)와 제 1 위상조절기(Phase shifter)(PS1)(113)을 조정하여 제 1 결합기(3)에서 RF 캐리어 성분을 상쇄시킨다.

제 1 결합기(114)를 통과한 IMD 성분을 에러 앰프(121)에서 선형 증폭시킨 후, 제 2 레벨 감쇄 조절부(ATT2)(122)와 위상 조절부(Phase shifter)(PS2)(123)를 조정하여 제 2 결합기(124)에서 합성된 IMD 성분의 감쇄를 극대화시키게 된다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정된 것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변환 및 변경이 가능한 것이 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

본 고안에 의하면 다음과 효과를 제공하게 된다.

첫째, 본 다중 선형화회로에서는 루프2 의 선형화 회로를 이용하여 도 1 에 도시된 아날로그 전치왜곡기 선형화 루프를 첨가하여 보완함으로써 아날로그 전치왜곡기용 IMD 생성 AMP(Q2)의 소자와 메인 앰프 소자 사이에서 생성되는 IMD 특성이 서로 완전히 일치하지 않으므로 메인 앰프에서 생성된 IMD 감쇄에 한계가 따르는 선형성의 한계를 개선함으로써 더욱 향상된 IMD특성을 얻을 수 있게 된다.

둘째, 루프 2의 선형화 회로에서는 메인 앰프 출력에서의 IMD를 그대로 선형화에 이용함으로써 메인 앰프의 각 경로에서 능동소자간의 특성차이로 인해 그 생성 IMD성분이 동일하지 않으므로 하나의 아날로그 전치 왜곡기로는 각기 다른 특성을 갖는 메인 앰프 경로를 모두 동일하게 최상의 상태로 IMD를 감쇄시킬 수 없어 선형화의 극대화가 어려운 점을 해결할 수 있다.

셋째, 루프 2 만의 선형화 회로를 구성할 경우 도 3의 제 2 결합기에서 두 루프가 합쳐질 때 메인 앰프 출력에서의 IMD 감쇄효과를 극대화하기 위해서는 루프2 의 에러 앰프(212)가 갖는 비선형성으로 인해 증폭한 순수 메인 앰프 IMD성분을 왜곡시키는 문제점이 발생할 우려가 있다. 그러나, 본 다중 선형화 회로에는 먼저 아날로그 전치 증폭기로 인해 메인 앰프 출력에서 IMD 성분의 레벨이 상당 수준 감쇄되기 때문에 실제 루프2 에서 감쇄시켜야 할 IMD 레벨이 낮다. 따라서, 루프2 의 에러 앰프(121)에서 증폭되어야 할 레벨도 작게 된다. 이로 인하여 루프2 의 에러 앰프(121)의 비선형성을 개선할 수 있고, 루프2 의 회로의 소형화 및 우수한 선형성을 얻을 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 전력 증폭기의 선형화 회로에 있어서,

   메인 전력증폭기에서 생성되는 IMD 성분을 1차적으로 감쇄시키도록 인위적인 IMD성분을 생성시켜 메인 전력증폭기에 입력될 신호를 전치왜곡시키는 전치왜곡수단과;

   상기 전치왜곡된 신호에 의해 IMD 성분이 1차적으로 감쇄된 메인 전력증폭기의 출력을 받아 2차적으로 IMD성분을 감쇄시키기 위한 피드 포워드 선형화수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 다중 선형화 회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 피드 포워드 선형화수단은 상기 전치왜곡수단의 RF입력신호와 상기 메인 전력증폭기내에서 IMD 성분이 1차적으로 감쇄된 출력신호를 각각 커플링하여 캐리어 성분을 상쇄시키는 캐리어 상쇄수단과;

   상기 캐리어 상쇄수단를 통해 캐리어 성분이 상쇄된 신호를 증폭하여 상기 메인 전력증폭기 출력의 IMD성분을 감쇄시키는 IMD성분 감쇄수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 다중 선형화 회로.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 캐리어 상쇄수단은,

   상기 전치왜곡수단의 RF입력신호를 커플링하는 제 1 커플링수단과;

   상기 메인 전력증폭기내에서 IMD 성분이 1차적으로 감쇄된 출력신호를 커플링하는 제 2 커플링수단과;

   제 1 커플링된 신호가 상기 제 2 커플링된 신호에 대하여 180°위상차이를 갖게 하는 레벨 및 위상 조절수단과;

   위상 조절된 제 1 커플링된 신호와 제 2 커플링 신호를 결합시켜 캐리어 성분을 상쇄시키는 결합수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 다중 선형화 회로.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 IMD성분 감쇄수단은,

   상기 캐리어 상쇄수단의 출력신호를 증폭시키는 증폭수단과;

   상기 메인앰프 출력의 IMD성분을 감쇄시키도록 상기 증폭수단의 출력신호의 레벨과 위상을 조절하는 레벨 및 위상 조절수단과;

   상기 메인앰프 출력에 상기 레벨 및 위상 조절수단의 출력을 결합하여 IMD성분을 2차적으로 감쇄시키는 결합수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 다중 선형화 회로.