KR20050016200A - 전력 증폭기 - Google Patents

전력 증폭기

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KR20050016200A
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Abstract

본 발명은 일정 진폭 신호인 경우에는 연속적인 전력 범위에서 출력 전력을 제어할 수 있으며, 일정치 않은 진폭 신호인 경우에는 왜곡이 적고 고효율 증폭이 가능한 전력 증폭기를 제공한다. 또한, 출력 대역에서, 일정치 않은 진폭의 출력 신호를 보다 적은 왜곡과 높은 효율로 생성할 수 있는 고효율 전력 증폭기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 입력 신호(10)를 수신하고, 상기 입력 신호에 응답하여 증폭한 신호를 출력 신호(11)로서 출력하는 전력 증폭기가 개시된다. 상기 증폭기는 입력 신호(10)에 응답하여 증폭 신호를 출력하도록 병렬로 접속된 N개(N은 2 이상의 정수)의 전력 증폭 유닛(12); 상기 N개의 전력 증폭 유닛(12)으로부터의 각 신호를 합성하여 상기 전력 증폭기의 출력 신호(11)로서 출력하는 출력 합성 유닛(14); 및 입력 신호(10)의 진폭에 기초하여 N개의 전력 증폭 유닛(12) 중에서 동작해야 할 전력 증폭 유닛을 선택하는 진폭 제어 유닛(15)으로 구성된다. 또한, 상기 진폭 제어 유닛(15)은, 상기 전력 증폭기의 입력 신호의 진폭을 조정하는 N개의 병렬적인 진폭 조정기와, 출력 신호의 진폭이 입력 신호의 진폭에 대해 실질적으로 연속적인 함수가 되도록, N개의 전력 증폭 유닛으로부터 동작해야 할 전력 증폭 유닛을 선택하여 동작시키고, 또한 진폭 조정기를 제어하는 제어기로 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 일정 진폭의 신호를 출력하는 국부 발진기를 포함하며, 상기 입력 신호로서의 변조 신호를 수신하고, 상기 변조 신호를 증폭한 신호를 출력 신호로서 출력하고, 또한 N개의 전력 증폭 유닛은 상기 국부 발진기로부터의 출력 신호를 증폭하도록 병렬 접속된 N개의 포화 증폭 유닛으로 구성되며, 진폭 제어 유닛은 상기 변조 신호의 진폭에 따라 상기 포화 증폭 유닛 각각을 온·오프 제어하는 진폭 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전력 증폭기{POWER AMPLIFIER}
본 발명은 일반적으로 전력 증폭기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 연속적인 전력 범위에서 출력 전력을 제어할 수 있는 전력 증폭기, 특히 변조 신호를 고효율로 증폭하는 전력 증폭기에 관한 것이다.
종래에는, 고효율 증폭을 행하기 위해 복수개의 전력 증폭기 유닛을 병렬로 사용하여 전력 증폭기를 구성하는 기술이 알려져 있다(비특허문헌 1).
도 1은 전력 증폭기의 기본 구성의 종래예를 도시한 것이다. 이 종래의 전력 증폭기는 복수의 F급 증폭 회로로 구성되어 있다. 각 F급 증폭 회로는, 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; 이하 FET라 칭함)와, FET의 드레인에 접속되는 λ/4 전송선과, 캐패시터 C와, 동조 회로와, 부하와, 전압 Vdd로부터의 직류 전원을 FET에 접속하기 위한 RF 쵸크 코일(이하, RFC라 칭함)과, FET에 필요한 신호 입력 레벨을 공급하는 드라이버로 구성되어 있다. 각 F급 증폭 회로의 λ/4 전송선을 출력측에서 결선함으로써, 송신 출력 신호는 복수의 F급 증폭 회로로부터의 출력 신호의 합성이 된다.
또한, 드라이버의 출력을 오프로 함으로써 대응하는 F급 증폭 회로의 동작을 정지시킬 수 있다.
각 F급 증폭 회로는, 일반적으로 도 2에 도시된 바와 같은 입출력 전력 특성(이하, 입출력 특성이라 칭함), 및 전원 효율(즉, 출력 신호의 전력과 전원이 공급하는 직류 전력의 비, 이하에서는 간단히 효율이라 칭함) 대 입력 전력 특성을 갖는다. 출력 전력이 포화 출력 전력 Ps 부근(또는 입력 전력이 포화 입력 전력 부근)에 있을 때에는, 높은 효율을 얻을 수 있지만, 입출력 특성은 강한 비선형성으로 되어 버린다. 또한, 입출력 전력이 적은 영역에서는, 입출력 특성은 양호한 선형성을 나타내지만, 효율이 현저히 저하해 버린다.
도 1에 도시한 종래의 구성은, 주로 일정 진폭(진폭 일정)의 송신 입력 신호의 증폭에 사용되기 때문에, 입출력 특성의 비선형성이 있어도 그다지 문제가 되지 않는다. 그 때문에, 각 F급 증폭 회로를 포화 출력의 상태에서 동작시킴으로써, 고효율을 얻을 수 있다. 도 1의 종래 구성에서는, 동작하는 F급 증폭 회로의 수를 제어함에 의해 복수의 송신 출력 신호의 전력 레벨을 얻을 수 있다. 즉, 송신 전력 제어를 행할 수 있다. 또, 상이한 송신 전력 레벨에서도 고효율이다.
또한, 무선 송신기의 송신 주파수 변화에 의한 합성 출력 신호의 상호 변조 왜곡의 악화를 방지하기 위해, 병치 트랜지스터 전력 증폭기의 전단의 가변 감쇠기의 감쇠량을 제어하여, 2개의 트랜지스터 전력 증폭 회로의 동작 상태에 큰 차이가 생기지 않도록 한 종래 기술도 알려져 있다(특허 문헌 1).
[비특허 문헌 1]
Alireza Shirvani, David K. Su, and Bruce A. Wooley, "A CMOS RF Power Amplifier With Parallel Amplification for Efficient Power Control, "IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS. VOL.37, NO.6, JUNE 2002
[특허 문헌 1]
일본 특허 공개 제2001-237651호 공보
도 1에 도시된 종래 구성으로는, 일정 진폭 신호의 고효율 증폭 및 송신 전력 제어에는 적합하다. 그러나, 진폭이 일정치 않은 신호인 경우의 송신 전력 제어는 전력 레벨이 이산적으로서, 연속적인 전력 레벨을 얻을 수 없다는 문제가 있었다.
또한, 이 종래 구성을 이용하여 일정치 않은 진폭 신호(진폭이 일정치 않은 신호)의 전력 증폭을 행할 경우에는, 각 F급 증폭 회로의 강한 비선형성에 의해 송신 출력 신호에서 큰 왜곡이 발생해 버린다는 문제도 있었다.
더욱이, 진폭이 일정치 않은 신호의 송신 출력 신호의 전력 제어(즉, 그 평균 전력의 제어)를 행할 경우에도, 얻어지는 평균 전력 레벨은 이산적으로서, 연속적인 평균 전력 레벨을 얻을 수 없다는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명은 이상 기술한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 일정 진폭 신호인 경우에는 연속적인 전력 범위에서 출력 전력을 제어할 수 있는 한편, 일정치 않은 진폭 신호인 경우에는 고효율의 증폭을 행할 수 있는 전력 증폭기를 제공하는 것을 목적으로 하며, 또한 연속적인 전력 범위에서 평균 전력을 제어할 수 있는 전력 증폭기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 출력 대역에서, 일정치 않은 진폭의 출력 신호를, 왜곡을 보다 감소시키고 고효율로 생성할 수 있는 고효율 전력 증폭기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 전력 증폭기는,
입력 신호(10)를 입력하고, 상기 입력 신호에 응답하여 증폭한 신호를 출력 신호(11)로서 출력하는 전력 증폭기(1)에 있어서(도 3),
상기 입력 신호(10)에 응답하여, 증폭 신호를 출력하도록 병렬로 접속된 N(N은 2 이상의 정수)개의 전력 증폭 유닛(12)과,
상기 N개의 전력 증폭 유닛(12)으로부터의 각 신호를 합성하고, 상기 전력 증폭기의 출력 신호(11)로서 출력하는 출력 합성 유닛(14)과,
상기 입력 신호(10)의 진폭에 기초하여, 상기 N개의 전력 증폭 유닛(12) 중에서 동작해야 할 전력 증폭 유닛을 선택하는 진폭 제어 유닛(15)으로 구성된다.
상기 전력 증폭기에서, 상기 진폭 제어 유닛(15)은, 상기 전력 증폭기의 입력 신호의 진폭을 조정하는 N개의 병렬적인 진폭 조정기와, 상기 출력 신호의 진폭이 상기 입력 신호의 진폭에 대해 실질적으로 연속적인 함수가 되도록, 상기 N개의 전력 증폭 유닛으로부터 동작해야 할 전력 증폭 유닛을 선택하여 동작시키고, 또한 상기 진폭 조정기를 제어하는 제어기로 구성되는 것을 특징으로 해도 좋다.
또한, 상기 전력 증폭기에서, 상기 제어기는 상기 입력 신호의 진폭에 따라 상기 전력 증폭 유닛을 선택하고, 또한 상기 진폭 조정기를 제어하는 것을 특징으로 해도 좋다.
본 발명은, 특히 무선 통신 송신기 내의 전력 증폭기에 적용 가능하지만, 이것에만 한정되는 것은 아니며, 다른 용도의 전력 증폭기에도 적용 가능하다.
(기본 실시예)
도 3에 본 발명의 기본적인 실시예에 따른 전력 증폭기(1)를 도시한다. 전력 증폭기(1)는 N(N은 2 이상의 정수)개의 전력 증폭 유닛(12), 출력 합성 유닛(14), 진폭 제어 유닛(15)으로 구성되어 있다. 본 실시예에서, 송신 입력 신호(10)의 전력이 진폭 제어 유닛(15)에 의해 조정되며, 조정 후의 전력이 각 전력 증폭 유닛(12)에 공급된다. 진폭 제어 유닛(15)은 입력 신호에 따라, 전력 증폭 유닛(12)의 온/오프의 제어를 행한다. 출력 합성 유닛(14)은 동작하고 있는(즉, 온으로 되어 있는) 각 전력 증폭 유닛(12)으로부터의 출력 신호를 거의 전력합이 되도록 합성하여, 송신 출력 신호(11)로서 출력한다.
전력 증폭 유닛(12)은, 예를 들어, FET 등의 증폭 소자를 사용한 증폭 회로어어도 좋다. 그 입출력 특성 및 효율 특성은 일반적으로 도 2에 도시한 F급 증폭기의 특성과 유사하다. 전력 증폭 유닛(12)의 포화 출력 전력을 Ps로 하면, 출력이 그 포화 전력 Ps에 가까울수록 고효율이 된다.
진폭 제어 유닛(15)은, 마이크로프로세서를 포함한 회로라도 좋고, 송신 입력 신호(10)로부터의 정보를 토대로, 다른 회로 소자를 제어할 수 있다.
진폭 제어 유닛(15)은 송신 출력 신호(11)의 진폭이 송신 입력 신호(10)의 진폭에 대해 연속 함수가 되도록, N개의 전력 증폭 유닛(12)의 온/오프 제어, 및 그들에 입력되는 신호의 전력 조정 계수를 제어한다.
(실시예 1)
도 4에 본 발명의 실시예 1에 따른 전력 증폭기(101)를 도시한다. 전력 증폭기(101)는 N(N은 2 이상의 정수)개의 전력 증폭 유닛(112), N개의 진폭 조정기(113), 전력 합성기(114), 제어기(115)로 구성되어 있다. 진폭 제어 유닛(15)은 N개의 진폭 조정기(113)와 제어기(115)로 구성된다. 본 실시예에서, 송신 입력 신호(110)의 전력이 각 진폭 조정기(113)에 의해 조정되며, 조정 후의 전력이 각 전력 증폭 유닛(112)에 공급된다. 제어기(115)는 각 진폭 조정기(113)의 전력 조정 계수를 제어하고, 또한 전력 증폭 유닛(112)의 온/오프의 제어를 행한다. 전력 합성기(114)는 동작하고 있는(즉, 온으로 되어 있는) 각 전력 증폭 유닛(112)으로부터의 출력 신호를 거의 전력합이 되도록 합성하여, 송신 출력 신호(111)로서 출력한다.
전력 증폭 유닛(112)은, 예를 들어, FET 등의 증폭 소자를 사용한 증폭 회로이어도 좋다. 그 입출력 특성 및 효율 특성은 일반적으로 도 2에 도시한 F급 증폭기의 특성과 유사하다. 전력 증폭 유닛(112)의 포화 출력 전력을 Ps로 하면, 출력이 그 포화 전력 Ps에 가까울수록 고효율이 된다.
제어기(115)는, 마이크로프로세서를 포함한 회로이어도 좋고, 송신 입력 신호(110)로부터의 정보를 토대로, 다른 회로 소자를 제어할 수 있다.
진폭 조정기(113)는 공지된 어떤 조정기라도 좋으며, 제어기(115)로부터의 제어 신호에 응답하여 송신 입력 신호의 진폭을 조정한다.
제어기(115)는 송신 출력 신호(111)의 진폭이 송신 입력 신호(110)의 진폭에 대해 연속 함수가 되도록, N개의 전력 증폭 유닛(112)의 온/오프 제어, 및 진폭 조정기(113)의 전력 조정 계수를 제어한다. 이 제어에 대해, 일반성을 상실함이 없이 N=2인 경우에 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
도 8에 도시한 그래프에서, 곡선 a, b는 각각 전력 증폭 유닛(112-1 및 112-2)의 입출력 특성을 나타낸다. 송신 입력 신호(110)의 전력과 소망의 송신 출력 신호(111)의 전력과의 관계를, 예를 들어, 곡선 c라 한다. 이 경우, 2개의 전력 증폭 유닛(112-1 및 112-2)의 포화 출력 전력을 각각 Ps1, Ps2(Ps1 < Ps2)로 하고, 각각에 대응하는 입력 전력을 Pa, Pb로 하고, 또한 송신 입력 신호(110)의 전력을 x라 한다.
미리 정해진 입력 전력 레벨 P1, P2, 및 P3에 관해, 송신 입력 신호 전력 x가 x≤P1의 범위에 있는 경우에는, 전력 증폭 유닛(112-1)만이 선택된다. 그리고, 진폭 조정기(113-1)의 전력 조정 계수를 조정함으로써, x가 0 내지 P1까지 변화할 때 전력 증폭 유닛(112-1)으로의 입력이 0 내지 Pa까지 변화하도록 한다. 이에 의해, 전력 증폭 유닛(112-1)이 0 내지 Ps1까지의 전력을 출력하게 된다.
다음으로, 송신 입력 신호 전력 x가 P1 <x ≤P2 범위에 있는 경우에는, 전력 증폭 유닛(112-2)만이 선택된다. 그리고, 진폭 조정기(113-2)의 전력 조정 계수를 조정함에 의해, x가 P1∼P2까지 변화할 때 전력 증폭 유닛(112-2)의 출력이 Ps 1∼Ps2의 전력을 출력하도록 조정한다.
또한, 송신 입력 신호 전력 x가 P2 <x ≤P3 범위에 있는 경우에는, 전력 증폭 유닛(112-1 및 112-2) 모두 선택되며, 진폭 조정기(113-1 및 113-2)를 모두 조정하는 것에 의해, x가 P2∼P3까지 변화할 때 전력 증폭 유닛(112-1 및 112-2)의 출력 전력의 합이 Ps2∼Ps1+Ps2가 되도록 조정한다.
이에 의해, 송신 출력 신호(111)의 전력이 0 내지 (Ps1+Ps2)의 범위에서, 도 8의 곡선으로 도시한 바와 같이, 연속적인 입출력 특성이 얻어진다. 또, 송신 입력 신호 전력 x가 P1 이상인 범위에서, 전력 증폭 유닛(112-1 및 112-2)의 각각을 포화 출력 전력에 가까운 영역 내에서 동작시키는 것이 가능하므로, 고효율을 얻는 것이 가능하다.
일반적으로, 도 4에 도시한 본 실시예의 구성에서는, 출력 전력이 0에서 ΣPsi(Psi는 각 전력 증폭 유닛(112-i)의 포화 출력 전력)까지의 범위에서 연속적인 입출력 특성을 실현할 수 있다. 또한, 송신 입력 신호 전력 x가 Ps1(가령, Ps1<Psi, i=2, 3,…,N) 이상의 범위에서 고효율을 얻는 것이 가능하다. 또, 입출력 전력 특성이 연속 함수인 경우, 입출력 진폭 특성도 연속 함수가 된다.
(실시예 2)
도 5에 본 발명의 실시예 2에 따른 전력 증폭기(102)를 도시한다. 전력 증폭기(102)는 전력 증폭기(101)와 유사하지만, 전력 증폭기(102)에서는, 진폭 조정기(113)와 전력 증폭 유닛(112) 사이에, 전력 증폭 유닛(112)의 비선형성을 보상하기 위한 프리디스토터(Pre-distorter, 이하 PD라 칭함)(116)가 삽입되어 있다. 각 PD(116)와 각 전력 증폭 유닛(112)은 N개의 등가 선형 증폭기(117)를 형성한다. 각 등가 선형 증폭기(117)는 동일한 이득값 G를 갖는다. 도 9에 각 등가 선형 증폭기(117)의 입출력 특성(곡선 a) 및 그 기초가 되는 전력 증폭 유닛(112)의 입출력 특성(곡선 b)을 도시한다. 전력 증폭 유닛(112)의 포화 출력 전력을 Ps라 하면, 등가 선형 증폭기(117)는 0 내지 Ps까지의 출력 범위에서 직선적인 입출력 특성을 가질 수 있다. 또한, 등가 선형 증폭기(117)의 효율은 특정의 출력 전력(예를 들어, 도 9에 있어서의 P0)에서, 전력 증폭 유닛(112)의 효율과 같다. 이 때문에, 등가 선형 증폭기(117)의 효율은, 출력이 그 최대 출력 전력 Ps에 가까울수록 고효율이 된다.
제어기(115)는, N개의 전력 증폭 유닛(112)의 온/오프 제어(즉, 등가 선형 증폭기(117)의 온/오프 제어)를 행하고, 또한 진폭 조정기(113)의 전력 조정 계수를 적절하게 제어한다. 이 제어에 대해, 일반성을 상실하지 않으면서 N=2인 경우에서 도 10을 참조하여 설명하기로 한다.
2개의 등가 선형 증폭기(117-1 및 117-2)의 최대 출력 전력을 Ps1, Ps2(Ps1 < Ps2)로 하고, 송신 입력 신호(110)의 전력을 x가 x≤(Ps1/G)의 범위에 있는 경우에는, 등가 선형 증폭기(117-1)만이 선택된다. 그리고, 진폭 조정기(113-1)의 전력 조정 계수를 1로 설정한다. 이에 의해, 송신 출력 신호(111)의 전력은 Gx가 된다.
다음으로, 송신 입력 신호 전력 x가 (Ps1/G) < x ≤ (Ps2/G) 범위에 있는 경우에는, 등가 선형 증폭기(117-2)만이 선택된다. 그리고, 진폭 조정기(113-2)의 전력 조정 계수를 1로 설정한다. 이 때의 송신 출력 신호(111)의 전력도 Gx가 된다.
또한, 송신 입력 신호 전력 x가 (Ps2/G) < x ≤ [(Ps1+Ps2)/G] 범위에 있는 경우에는, 등가 선형 증폭기(117-1 및 117-2)가 모두 선택되어 동작하고, 진폭 조정기(113-1 및 113-2)의 전력 조정 계수를 각각 Ps1/ (Ps1+Ps2), Ps 2/ (Ps1+Ps2)로 설정한다. 그 결과, 송신 출력 신호(111)의 전력은 G[Ps1/ (Ps1+Ps2)] x+G [Ps2/ (Ps1+Ps2)] x=Gx가 된다. 따라서, 송신 출력 신호(111)가 0 내지 (Ps1 +Ps2)의 범위에서 선형적인 입출력 특성이 유지된다. 또, 송신 입력 신호 전력 x가 Ps1/G 이상이 되는 경우에서, 등가 선형 증폭기(117-1 및 117-2)는 각각의 최대 출력 전력에 가까운 영역 내에서 동작하므로 고효율이다.
일반적으로, 도 5에 도시한 본 실시예의 구성에서는, 출력 전력이 0에서 ΣPsi(Psi는 각 등가 선형 증폭기(117-i)의 포화 출력 전력)까지의 범위에서 연속적인 입출력 특성을 실현할 수 있다. 또한, 송신 입력 신호 전력 x가 Ps1/G(가령, Ps1<Psi, i=2, 3,…,N) 이상의 전력 범위에서 고효율을 얻는 것이 가능하다.
한편, 송신 입력 신호(110)가 일정치 않은 신호인 경우, 제어기(115)는 송신 입력 신호(110)의 순시 전력에 따라 상기와 같이 등가 선형 증폭기(117)의 선택과 진폭 조정기(113)의 제어를 행함으로써, 선형 증폭을 달성할 수 있다.
(실시예 3)
도 6에 본 발명의 실시예 3에 따른 전력 증폭기(103)를 도시한다. 전력 증폭기(103)는 전력 증폭기(102)와 유사하지만, 전력 증폭기(103)에서는, 전력 증폭 유닛(112)의 비선형성을 보상하기 위한 PD(116)의 기능이 진폭 조정기(113)에 의해 실행되는 점에서 다르다. 본 실시예에서의 진폭 조정기(113)의 전력 조정량은 전력 증폭 유닛(112)의 비선형성을 보상한 등가 선형 증폭기(119)를 구성하도록 하기 위한 제1 조정량과, 송신 입력 신호(110)의 전력을 등가 선형 증폭기(119)의 입력 범위 내로 조정하기 위한 제2 조정량의 2 부분으로 이루어진다.
각 진폭 조정기(113)는 우선, 이득이 G, 최대 출력이 Ps의 등가 선형 증폭기(119)가 형성되어 있는 것으로 하고, 도 5에 도시한 실시예 2와 동일한 방법으로 제2 조정량을 설정한다. 이 제2 조정량에 의해 조정된 후의 송신 입력 신호(110)의 전력을 도 11에서 x1으로 한다. 다음으로, x1에 대응하는 소망의 출력 전력(111)은 Gx1이므로, 조정기(113)는 전력 증폭 유닛(112)이 Gx1을 출력하도록, x 1을 다시 x2로 조정한다. 진폭 조정기(113)의 전체 전력 조정량은 제1 조정량과 제2 조정량의 곱이 된다.
(실시예 4)
도 5 또는 도 6에 도시된 구성에서, 각 등가 선형 증폭기(117, 119)의 최대 출력 전력을 동일하게 설정할 수도 있다. 이 경우에, 제어기(115)는 이하와 같이 전력 증폭 유닛(112) 및 진폭 조정기(113)를 제어할 수 있다. 즉, 각 등가 선형 증폭기(117, 119)의 최대 출력 전력을 Ps로 하고, r을 1에서 N까지의 정수로 한다. 송신 입력 신호(110)의 전력 x가 [(r-1)Ps/G] < x ≤ (rPs/G)에 있을 때에, r개의 전력 증폭 유닛(112)을 선택하고, 각각에 대응하는 진폭 조정기(113)의 전력 제어 계수를 1/r로 설정한다. 이에 의해, 각각 동작하는 등가 선형 증폭기(117, 119)가 G(1/r)x의 전력을 출력하기 때문에, 송신 출력 신호(111)의 전력은 Gx가 된다.
또, 상기 x의 범위에서, 각각 동작하는 등가 선형 증폭기(117, 119)의 출력 전력은 [Ps(r-1)/r] 내지 Ps 범위에 있다. r=1인 경우 이외(즉, x가 Ps/G 이상)에서는, 각각 동작하는 등가 선형 증폭기(117, 119)는 최대 출력 전력에 가까운 영역 내에서 동작하므로 고효율이다. 이러한 고효율로 증폭할 수 있는 입출력 전력 범위는 10log(N)(dB)이다.
(실시예 5)
도 5 또는 도 6에 도시된 구성에서, 각 등가 선형 증폭기(117, 119)의 i(i=1, 2,…N)번째의 최대 출력 전력을 2(i-1)Ps로 설정할 수 있다. 이 경우에서, 제어기(115)는 이하와 같이 전력 증폭 유닛(112) 및 진폭 조정기(113)를 제어할 수 있다. 즉, r을 1에서 (2N-1)까지의 정수로 하면, 송신 입력 신호(110)의 전력 x가 [(r-1)Ps/G] < x≤ (rPs/G)에 있을 때, r을 N자릿수의 2진수로 표현하고, 이 2진수에서 1이 되는 각 자릿수의 번호(단, 그 LSB는 1 자릿수 째, MSB는 N 자릿수 째로 함)에 대응하는 등가 선형 증폭기(117, 119)를 동작시킨다. 그리고, i번째 동작하는 등가 선형 증폭기(117, 119)에 대응하는 진폭 조정기(113)의 전력 조정 계수를 2(i-1)/r로 설정한다. 이에 의해, i번째 동작하는 등가 선형 증폭기(117, 119)는 G[2(i-1)/r]x의 전력을 출력하고, 송신 출력 신호(111)의 전력은 Σ{G[2(i-1)/r]x}(i는 동작하는 등가 선형 증폭기의 번호)이고, Σ2(i-1)= r이므로, 송신 출력 신호(111)의 전력은 결과로서 Gx가 된다.
또, 상기 x의 범위에서 각각 동작하는 등가 선형 증폭기(117, 119)의 출력 전력은 [Ps(r-1)/r] 내지 Ps의 범위 내에 있다. r=1인 경우 이외(즉, x가 Ps/G 이상)에서는, 각각 동작하는 등가 선형 증폭기(117, 119)는 최대 출력 전력에 가까운 영역 내에서 동작하기 때문에 고효율이다. 이러한 고효율로 증폭할 수 있는 출력 전력의 범위는 10log(2N-1)(dB)이다.
(실시예 6)
상술된 실시예 중 어느 한 실시예에서, 제어기(115)는 소망의 송신 출력 신호(111)의 평균 전력에 기초하여 진폭 조정기(113)에 대해 전력 조정량 α를 설정할 수 있다. 즉, 제어기(115)는 상술된 실시예에서 도시된 송신 입력 신호(110)의 순시 전력에 따라 설정된 전력 조정 계수와, 전력 조정량 α의 곱을 각 진폭 조정기(113)에 제공할 수있다. 전력 조정량 α는 소망의 송신 출력 신호(111)의 평균 전력에 따라 설정할 수 있다. 본 실시예를 상술한 실시예에 적용한 경우에는, 일정 진폭 신호에 대해, 연속적인 전력 범위에서의 송신 전력 제어를 행할 수 있다. 또한, 본 실시예를 실시예 2 내지 실시예 5에 적용한 경우에는, 일정치 않은 진폭 신호에 대해, 연속적인 전력 범위에서의 송신 전력 제어를 행할 수 있다.
(실시예 7)
도 7에 본 발명의 실시예 7에 따른 전력 증폭기(104)를 도시한다. 전력 증폭기(104)는 도 4에 도시한 전력 증폭기(101)와 유사하지만, 선형 전력 증폭기(104)에서는, 송신 입력 신호(110)가 송신 전력 제어용 진폭 조정기(118)를 통해 각 진폭 조정기(113)에 공급되는 점이 특징이다. 제어기(115)는, 소망의 송신 출력 신호(111)의 평균 전력에 따라 송신 전력 제어용 진폭 조정기(118)에 일정 전력 조정량 α를 설정할 수 있다.
또, 도 7에서는 도 6의 구성에서 송신 전력 제어용 진폭 조정기(118)를 설치한 예를 도시하고 있지만, 도 4 및 도 5에 도시하는 실시예의 구성에서도 송신 전력 제어용 진폭 조정기(118)를 설치할 수 있다.
이하에서, 본 발명을 고효율 송신 신호 발생기에 응용한 경우의 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 송신 신호 발생기에 한하지 않고, 소위 각종의 전력 증폭기에 응용 가능하다.
(실시예 8)
도 12에 본 발명의 실시예 8에 따른 고효율 송신 신호 발생기(210)를 도시한다. 고효율 송신 신호 발생기(210)는 일정 진폭 국부 발진기(121)와, N(N은 2 이상의 정수)개의 포화 증폭 유닛(212), 출력 합성 회로(214), 진폭 제어부(215)로 구성되어 있다. 진폭 제어 유닛(15)은 진폭 제어부(215)로 구성되며, 전력 증폭 유닛(12)은 포화 증폭 유닛(212)으로 구성되어 있다. 출력 합성 회로(214)로서는, 동작하는 각 포화 증폭 유닛(212)의 출력을 거의 무손실로 합성할 수 있는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 포화 증폭 유닛(212)은, 예를 들어, FET를 이용한 F급 증폭 회로 등을 사용할 수 있다. 각 포화 증폭 유닛(212)의 포화 출력 전력을 거의 같게 설정해도 좋고, 서로 다른 포화 출력 전력으로 설정할 수도 있다.
도 12의 구성에서, 국부 발진기(212)는 일정 진폭 정현파 cos(ωct + φ0)를 출력한다. 여기서, ωc = 2πfc이며, fc는 소정의 주파수이고, φ 0는 초기 위상이다. 일반성을 상실하는 일이 없으므로, φ0 = 0으로 가정하여, 국부 발진기(212)의 출력을 cos(ωct)로 해도 지장은 없다. 변조 신호(210)를 a(t)로 한다. 진폭 제어부(215)는 변조 신호 a(t)의 순시값에 따라 온이 되는 포화 증폭 유닛(212)의 수를 제어한다. 따라서, 온이 되는 포화 증폭 유닛(212)의 수 n은 변조 신호 a(t)의 함수이다.
도 21을 참조하면서, 온이 되는 포화 증폭 유닛(212)의 개수 n의 설정 방법을 설명하기로 한다. 도 21에서, 일례로서, 포화 증폭 유닛(212)의 개수 N = 4로 한다. 도 21의 (a)는, 변조 신호 a(t)의 파형의 일례를 도시한다. 변조 신호 a(t)의 변조 범위는 도시된 바와 같이 0 내지 a0의 사이로 한다. 온이 되는 포화 증폭 유닛(212)의 수 n을 이하와 같이 설정한다.
온이 되는 포화 증폭 유닛(212)은, 국부 발진기(212)의 출력 신호를 증폭하고, b0 cos(ωct)를 출력한다. 여기서, (1/2)b0 2는 포화 출력 전력이다. 송신 출력 신호(211)를 s(t)로 표현하고, n개의 포화 증폭 유닛(212)이 온이 되는 경우, s(t) = n b0 cos(ωct) = b(t) cos(ωct)가 된다. 여기서, b(t) = nb o는 s(t)의 포락이다. 도 21의 (b)에 b(t)의 파형을 도시한다. 또한, 도 21의 (b)에 있어서의 파형 c(t)는 도 21의 (a)에 도시하는 변조 신호 a(t)를 (4b0)/a0배로 한 것이며, 소망(所望)의 s(t)의 포락이다. 이하에서, c(t) cos(ωct)를 소망의 송신 출력이라 한다. 한편, b(t)는 c(t)를 양자화한 것이다. 여기서, e(t) = b(t)·c(t)로 하면, e(t)는 오차 성분이며, |e(t)| ≤ (1/2)b0의 성질이 있다. b(t)를 c(t)와 e(t)의 합치라고 볼 수 있다. c(t)의 최대치, 즉 (Nb0)가 미리 정해져 있을 때, N을 증가시킴으로써, b0를 작게 설정할 수 있으므로, 오차 성분 e(t)를 작게 억제시킬 수 있다.
상기한 설명에서, 각 포화 증폭 유닛(212)의 포화 출력을 같게 하고 있지만, 포화 출력 전력을 b0, 2bo, 4b0,…, 2N-1 b 0와 같이, 2의 멱승 관계로 설정할 수도 있다. 이 경우, 온이 되는 포화 증폭 유닛(212)의 조합에 의해, 0, b0, 2bo, 3b 0,…, 2N-1 b0인 b(t)의 레벨을 얻을 수 있다. 이 경우도, 소요(所要)의 송신 출력 신호 s(t)의 최대 진폭, 즉 (2N-1) b0이 정해진 때, N을 충분히 크게, b 0를 작게 설정함으로써, 잡음 성분 e(t)의 전력을 규정치 이하로 억제시킬 수 있다.
도 12의 구성에서, 각 포화 증폭 유닛(212)은 온이 된 때 포화점에서 동작하므로, 고효율이다. 각 포화 증폭 유닛(212)이 동일한 효율 η을 갖는 것으로 하면, 도 12의 구성 전체의 효율 ηT는 아래의 수학식 12가 되며, 고효율이다.
수학식 2에서, Pi는 온이 되는 포화 증폭 유닛(212)의 출력 전력을 나타낸다.
또, 도 12의 구성에서, 송신 출력 신호(211)는 변조 신호(210)에 의해 변조된 진폭 변조파(AM파)이다.
(실시예 9)
도 13에 본 발명의 실시예 9에 따른 고효율 송신 신호 발생기(202)를 도시한다. 실시예 9에서는, 고효율 송신 신호 발생기(202)는 일정 진폭 국부 발진기(212), N(N은 2 이상의 정수)개의 포화 증폭 유닛(212), 출력 합성 회로(214), 및 진폭 제어부(215)로 구성되며, 또한, 극좌표 변조 처리부(216)와, 위상 변조기(217)로 구성되어 있다. 도 12의 실시예 8의 구성과 비교해 보면, 실시예 9에서는, 변조 신호(210)를 진폭 성분(218)과 위상 성분(219)으로 분해하여 출력하는 극좌표 변조 처리부(216)와, 위상 변조부(217)가 새로이 설치된 점이 다르다.
변조 신호(210)는 복소 신호로서, a(t) exp(jφ(t))로 표현된다. 여기서, a(t)와 φ(t)는 각각 변조 신호(210)의 진폭 성분과 위상 성분이다. 극좌표 변조 처리부(216)는 변조 신호(210)의 변조 성분(218)과 위상 성분(219)을 분리하여, 진폭 성분 a(t)와 위상 성분 φ(t)를 출력한다. 위상 변조부(217)에서, 국부 발진기(212)의 출력 신호 cos(ωct)를 φ(t)에 의해 위상 변조하여, 위상 변조파 cos(ωct) + φ(t)를 출력한다. 이 위상 변조파는, 또한 도 12의 실시예 8에서 설명한 처리와 동일하게, 복수의 포화 증폭 유닛(212), 출력 합성 회로(214) 및 진폭 제어부(215)에 의해, a(t)에 의해 진폭 변조가 행해진다. 결과적으로, 송신 출력 신호(211)는 변조 신호(210)에 의해 진폭·위상 변조된 변조파 a(t) cos(ωct + φ(t)),즉 직교 진폭 변조파(QAM파)가 된다.
또, 각 포화 증폭 유닛(212)은 온으로 된 때 포화점에서 동작하므로, 고효율이다. 도 13의 구성 전체의 효율 ηT는 동일하게 수학식 2로 표현되고, ηT = η으로 되므로, 고효율이 된다.
(실시예 10)
도 14에 본 발명의 실시예 14에 따른 고효율 송신 신호 발생기(203)를 도시한다. 도 12에 도시한 실시예 8의 구성과 비교해 보면, 실시예 10에서는, 진폭 변조부(220)와 선형 증폭 유닛(221)이 새로이 설치된 점이 다르다. 도 21을 참조하여 본 실시예를 설명하기로 한다. 도 14의 구성에서, 가령 선형 증폭 유닛(221)의 출력을 고려하지 않는 것으로 하면, 송신 출력 신호(211)의 진폭은 도 21의 (b)에 도시하는 b(t)가 된다. 선형 증폭 유닛(221)의 이득을 k로 한다. 진폭 제어부(215)는 상술한 e(t) = b(t)·c(t)를 -(1/k) e(t)의 형으로 진폭 변조부(220)에 제공한다. 진폭 변조부(220)는 국부 발진기(212)의 출력에 대해, -(1/k) e(t)에 의해 진폭 변조를 행하여 -(1/k) e(t) cos(ωct)를 출력한다. 이것을 위해서, 선형 증폭 유닛(221)은 -e(t) cos(ωct)를 출력한다. 이것을 계산에 넣으면, 송신 출력 신호(211)의 진폭은 -e(t) + b(t) = c(t)가 된다. 여기서, c(t)는 상술한 소망의 s(t)의 포락이다. 따라서, 도 14에 도시하는 실시예 10의 구성에서는 송신 출력 신호(211)는 소망의 송신 출력이 된다.
도 14의 구성 전체의 효율 ηT는, ηT = {Ps(t)/(PDC 1 + PDC 2)}이 된다. 여기서, Ps(t) = (1/2) c2(t)이며, PDC 1은 선형 증폭기(21)에서 소비되는 직류 전력이며, PDC2는 온이 되는 각 포화 증폭 유닛(212)에서 소비되는 직류 전력의 합이다. 각 포화 증폭 유닛(212)의 효율이 동일하게 η인 경우, PDC 2 = (1/2) b2(t)/η ≒ Ps(t)/η이 된다. 이에 의해, ηT는
이 된다. 수학식 3에서, Ps(t)는 시간적으로 변화하므로, ηT도 시간적으로 변화하지만, 그 시간 평균인 ηT(시간 평균)은,
이 된다. 일반적으로 선형 증폭기의 효율은 낮지만, 도 12에 도시한 실시예 8에서 설명한 바와 같이, 포화 증폭 유닛(212)의 수 N을 증가시킴에 의해, e(t)를 작게 억제할 수 있으므로, 선형 증폭 유닛(221)의 출력 신호를 매우 작게 할 수 있다. 이 경우, 선형 증폭 유닛(221)의 효율이 낮더라도, PDC 1은 매우 작다. 이 때문에, 수학식 4에서, ηT(시간 평균) ≒ η이 된다. 따라서, 평균적으로 보면, 도 14의 실시예 10의 구성 전체의 효율은 고효율이 된다.
(실시예 11)
도 15에 본 발명의 실시예 11에 따른 고효율 송신 신호 발생기(204)를 도시한다. 도 13에 도시한 실시예 9의 구성과 비교해 보면, 실시예 11에서는 진폭 변조부(220)와 선형 증폭 유닛(221)을 새로이 설치한 점이 다르다. 또한, 도 14에 도시한 실시예 10의 구성과 비교해 보면, 실시예 11에서는 국부 발진기(212)로부터의 출력 신호가 위상 변조기(217)에 의해 위상 변조가 실행되고 나서 각 포화 증폭 유닛(212) 및 진폭 변조부(220)에 공급되는 점이 다르다. 진폭 변조부(220)와 선형 증폭 유닛(221)의 동작은 도 14의 실시예 10과 동일하다.
본 실시예의 경우, 선형 증폭 유닛(221)은 -e(t) cos(ωct + φ(t))를 출력하고, 송신 출력 신호(211)는 c(t) cos(ωct + φ(t))로 되어, 소망의 송신 출력이 된다. 또한, 도 14에 도시한 실시예 10에서 설명한 이유와 동일하게, 도 15의 구성 전체의 효율은 평균적으로 보면 고효율이다.
(실시예 12)
도 16에 본 발명의 실시예 12에 따른 고효율 송신 신호 발생기(205)를 도시한다. 도 12에 도시한 실시예 8의 구성과 비교해 보면, 실시예 12에서는 출력 합성 회로(214)의 후단에 대역 제한 필터(230)를 새로이 설치하고, 대역 제한 필터(230)로부터의 송신 출력 신호가 되는 점이 다르다.
실시예 12의 구성에서, 대역 제한 필터(230)는 송신 신호 대역외에 있어서의 상술한 오차 성분 e(t)의 주파수 성분을 제거시킴으로써, 송신 출력 신호(211)의 포락을 평활하게 함과 함께, 포화 증폭 유닛(212)으로부터 출력되는 고주파 성분을 제거한다. 실시예 12의 구성과 동일하게, 도 13의 실시예 9의 구성에 대해서도 출력 합성 회로(214)의 후단에 평활화(smoothing) 필터(230)를 설치할 수 있다.
또, 도 14 및 도 15에 도시하는 실시예 10 및 실시예 11의 구성에 대해서도, 출력 합성 회로(214)의 후단에 평활화 필터 또는 대역 제한 필터(230)를 설치할 수 있다. 이들 경우, 대역 제한 필터(230)는 포화 증폭 유닛(212)으로부터 출력되는 고주파 성분을 제거한다.
(실시예 13)
도 17에 본 발명의 실시예 13에 따른 고효율 송신 신호 발생기(206)를 도시한다. 도 12에 도시한 실시예 8의 구성과 비교해 보면, 실시예 13에서는 출력 합성 회로(214)가 진폭 제어부(215)에 의해 제어되는 점이 다르다.
실시예 13의 구성에서, 진폭 제어부(215)는 각 포화 증폭 유닛(212)의 온/오프에 따라 출력 합성 회로(214)의 전기적 특성을 조정하고, 출력 합성 회로(214)에 있어서의 전력 손실을 매우 작게 억제시킨다.
(기타 실시예)
도 18에 본 발명의 기타 실시예에 따른 고효율 송신 신호 발생기에 사용되는 출력 합성 회로의 예를 도시한다. 상기 실시예 8 내지 실시예 11 중 어느 한 실시예에서, 출력 합성 회로(214)는, 예를 들어, 도 18의 (a)에 도시하는 구성을 사용할 수 있다. 도 18의 (a)에 도시하는 출력 합성 회로(214)는 각 포화 증폭 유닛(212)으로부터의 출력을 단순히 결선하여 출력하는 전류 합성 회로이다.
도 18의 (b)는, 출력 합성 회로(214)의 다른 구성예를 도시한다. 도 18의 (b)에 도시하는 출력 합성 회로(214)는 각 포화 증폭 유닛(212)으로부터의 출력을 결선하여 합성한 후, 출력 정합 회로(280)를 통해 출력한다.
도 18의 (c)는, 출력 합성 회로(214)의 또 다른 구성예를 도시한다. 상기 실시예 8 내지 실시예 11 중 어느 한 실시예에서, 출력 합성 회로(214)는 도 18의 (c)에 도시하는 구성을 사용할 수 있다. 도 18의 (c)에 도시하는 출력 합성 회로(214)는 각 포화 증폭 유닛(212)으로부터의 출력을 결선하여 합성한 후, 가변 출력 정합 회로(281)를 통해 출력한다. 가변 출력 정합 회로(281)는 진폭 제어부(215)로부터의 제어에 의해, 각 포화 증폭 유닛(212)의 온/오프에 따라 그 전기적 특성을 조정함으로써 출력 합성 회로(214)에서의 전력 손실을 매우 작게 억제시킨다.
도 19는 도 18에 도시한 가변 출력 정합 회로(281)의 구성의 일례를 도시한다. 도 19에 도시한 가변 출력 정합 회로(281)는 병렬로 설치되는 복수개의 개방 또는 접지 리액턴스(282)로 구성된다. 리액턴스(282)의 개방 또는 접지 상태의 전환은, 진폭 제어부(215)에 의해 제어되는 스위치(283)의 전환에 의해 행해진다. 가변 출력 정합 회로(281)의 전기적 특성은 접지되는 병렬 리액턴스(282)의 개수(個數) 변화에 의해 조정된다.
도 20은 상기 실시예 중 어느 한 실시예에서 진폭 제어부(215)에 의해 포화 증폭 유닛(212)의 온/오프를 제어하기 위한 구체적 구성의 예를 도시한다. 예를 들어, 도 20의 (a)에 도시하는 구성에서, 포화 증폭 유닛(212)은 포화 증폭기(300)와 그 RF 입력측에 설치되는 RF 스위치(301)로 구성된다. 진폭 제어부(215)는 RF 스위치(301)의 진폭 제어 입력 단자를 통해 RF 스위치(301)의 온/오프를 제어한다. 이에 의해, 포화 증폭 유닛(212)의 온/오프가 달성된다.
도 20의 (b)에 도시하는 다른 구성에서, 포화 증폭 유닛(212)은 포화 증폭기(300)와 바이어스 제어 회로(302)로 구성된다. 진폭 제어부(215)는 바이어스 제어 회로(302)의 진폭 제어 입력 단자를 통해 바이어스 제어 회로(302)의 상태를 제어함으로써, 포화 증폭 유닛(212)의 온/오프를 달성한다.
본 발명에 따른 전력 증폭기에 의하면, 출력 전력을 입력 전력에 대해 연속적인 함수로 할 수 있으며, 그 결과, 송신 전력 제어를 연속적인 전력 범위이며 또한 고효율로 행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 증폭기에 의하면, 각 전력 증폭 유닛의 입출력 특성의 비선형을 보상하여 등가 선형 증폭기를 구성하고, 또한 입력 신호의 순시 전력에 따라 등가 선형 증폭기를 결합함으로써, 선형이며 고효율의 전력 증폭기를 구성할 수 있다. 이로써, 일정치 않은 진폭의 송신 입력 신호에 대해서도, 고효율이며 선형적인 진폭을 달성할 수 있다. 또한, N개의 전력 증폭 유닛을 사용한 경우에서, N을 크게 함에 의해, 고효율이며 증폭 가능 입출력 전력 범위를 확대시킬 수도 있다. 이 특징은, 피크 대 평균 전력이 큰 일정치 않은 진폭 신호를 증폭하는 경우에 특히 유리하다. 또한, 이 경우에, 입력 신호의 평균 전력을 조정함으로써 출력 신호의 평균 전력을 연속적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 증폭기에 의하면, 변조 신호의 진폭에 따라 동작하는 포화 증폭 유닛의 수를 제어함으로써, AM 변조파 또는 QAM 변조파의 송신 출력 신호를 발생할 수 있다. 또한, 각 포화 증폭 유닛이 국부 발진기로부터의 일정 진폭 신호만을 증폭하므로, 고효율로 동작한다. 따라서, 본 발명 실시예 구성의 전체도 고효율이 된다. 또한, 포화 증폭 유닛의 수를 충분히 설치함에 의해, 또는 오차 성분을 보상하기 위한 선형 증폭 유닛을 설치함에 의해, 송신 대역에서 왜곡이 적은 출력 신호를 생성할 수 있다.
산업상 이용 가능성
본 발명에 따른 전력 증폭기는, 예를 들어, 이동 전화 시스템의 기지국이나 이동국 내의 송신기 또는 고효율 신호 발생기에 사용할 수 있으며, 각종의 다양한 전력 증폭기를 필요로 하는 기술 분야에서 이용할 수 있다.
도 1은 종래예의 선형 전력 증폭기의 블록도,
도 2는 F급 증폭 회로의 입출력 전력 특성을 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명의 기본적인 실시예에 따른 전력 증폭기의 블록도,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 전력 증폭기의 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 전력 증폭기의 블록도,
도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 전력 증폭기의 블록도,
도 7은 본 발명의 실시예 7에 따른 전력 증폭기의 블록도,
도 8은 본 발명의 실시예 1의 전력 증폭기의 입출력 전력 특성을 나타내는 그래프,
도 9는 본 발명의 실시예 2의 전력 증폭기의 입출력 전력 특성을 나타내는 그래프,
도 10은 본 발명의 실시예 2의 등가 선형 증폭기의 입출력 전력 특성을 나타내는 그래프,
도 11은 본 발명의 실시예 3의 진폭 조정기에 의한 전력 증폭 유닛의 비선형성을 보상하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 발명의 실시예 8에 따른 고효율 송신 신호 발생기의 블록도,
도 13은 본 발명의 실시예 9에 따른 고효율 송신 신호 발생기의 블록도,
도 14는 본 발명의 실시예 10에 따른 고효율 송신 신호 발생기의 블록도,
도 15는 본 발명의 실시예 11에 따른 고효율 송신 신호 발생기의 블록도,
도 16은 본 발명의 실시예 12에 따른 고효율 송신 신호 발생기의 블록도,
도 17은 본 발명의 실시예 13에 따른 고효율 송신 신호 발생기의 블록도,
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 출력 합성 회로의 블록도,
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 가변 출력 정합 회로의 블록도,
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 포화 출력 유닛의 온·오프 구성예에 대한 블록도, 및
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 변조 신호와 송신 출력 신호를 나타내는 그래프를 도시한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 전력 증폭기
10: 입력 신호
11: 출력 신호
12: 전력 증폭 유닛
15: 진폭 제어 유닛

Claims (20)

  1. 입력 신호(10)를 입력하고, 상기 입력 신호에 응답하여 증폭한 신호를 출력 신호(11)로서 출력하는 전력 증폭기(1)에 있어서,
    상기 입력 신호(10)에 응답하여, 증폭 신호를 출력하도록 병렬로 접속된 N(N은 2 이상의 정수)개의 전력 증폭 유닛(12);
    상기 N개의 전력 증폭 유닛(12)으로부터의 각 신호를 합성하여 상기 전력 증폭기의 출력 신호(11)로서 출력하는 출력 합성 유닛(14); 및
    기 입력 신호(10)의 진폭에 기초하여, 상기 N개의 전력 증폭 유닛(12) 중에서 동작해야 할 전력 증폭 유닛을 선택하는 진폭 제어 유닛(15)
    을 포함하는 전력 증폭기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진폭 제어 유닛(15)은,
    상기 전력 증폭기의 입력 신호의 진폭을 조정하는 N개의 병렬적인 진폭 조정기와,
    상기 출력 신호의 진폭이 상기 입력 신호의 진폭에 대해 실질적으로 연속적인 함수가 되도록, 상기 N개의 전력 증폭 유닛으로부터 동작해야 할 전력 증폭 유닛을 선택하여 동작시키고, 또한 상기 진폭 조정기를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어기는 상기 입력 신호의 진폭에 따라 상기 전력 증폭 유닛을 선택하고, 또한 상기 진폭 조정기를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어기는 상기 출력 신호의 진폭과 상기 입력 신호 진폭이 선형 관계가 되도록, 상기 N개의 전력 증폭 유닛으로부터 동작해야 할 전력 증폭 유닛을 선택하여 동작시키고, 또한 상기 진폭 조정기를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 N개의 전력 증폭 유닛 각각의 최대 출력 전력은 실질적으로 동일하게 되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어기는 전력이 (r-1) Ps에서 rPS(Ps는 상기 전력 증폭 유닛의 최대 출력 전력, r은 1에서 N까지의 정수)까지의 범위 내에 있는 상기 출력 신호를 출력시키는 경우에, 상기 N개의 전력 증폭 유닛 중 r개의 전력 증폭 유닛을 동작시키고, 또한 이들 동작하는 전력 증폭 유닛에 대응하는 상기 진폭 조정기를 제어함으로써, 이들 동작하는 전력 증폭 유닛의 각각을 [(r-1)/r]Ps에서 Ps까지의 범위에서 동일한 전력을 출력시키는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  7. 제2항에 있어서, 상기 N개의 전력 증폭 유닛에서, i(i=2, …,N)번째의 상기 전력 증폭 유닛의 최대 출력 전력은 (i-1)번째의 상기 전력 증폭 유닛의 최대 출력 전력의 2배인 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어기는 전력이 (r-1) Ps에서 rPS(Ps는 상기 1번째의 전력 증폭 유닛의 최대 출력 전력, r은 1에서 (2N-1)까지의 정수)까지의 범위에 있는 상기 출력 신호를 출력시키는 경우에, r을 N자릿수의 2진수로 표현한 때 이 2진수에서 1이 되는 각 자릿수의 번호(단, 그 LSB를 1자릿수 째, MSB를 N자릿수 째로 함)에 대응하는 상기 전력 증폭 유닛을 동작시키고, 또한 이들 동작하는 전력 증폭 유닛에 대응하는 상기 진폭 조정기를 제어함으로써, 이들 동작하는 전력 증폭 유닛 각각을 [(r-1)/r]2(i-1)Ps에서 2(i-1)Ps (i는 동작하는 상기 전력 증폭 유닛의 번호)까지의 범위에서 전력을 출력시키는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  9. 제2항에 있어서, 상기 제어기는 또한 상기 진폭 조정기를 제어함으로써 출력 신호의 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  10. 제2항에 있어서, 상기 입력 신호는 전력 제어용 진폭 조정기를 통해 상기 각 진폭 조정기에 공급되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전력 증폭기는 일정 진폭의 신호를 출력하는 국부 발진기를 더 포함하고, 상기 입력 신호로서 변조 신호를 입력하고 상기 변조 신호를 증폭한 신호를 출력 신호로서 출력하며,
    상기 N개의 전력 증폭 유닛은 상기 국부 발진기로부터의 출력 신호를 증폭하도록 병렬로 접속된 N개의 포화 증폭 유닛을 포함하며,
    상기 진폭 제어 유닛은 상기 변조 신호의 진폭에 따라 상기 포화 증폭 유닛 각각을 온·오프 제어하는 진폭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  12. 제11항에 있어서,
    수신한 변조 신호를 진폭 성분과 위상 성분으로 나누며, 진폭 성분을 상기 진폭 제어부에 출력하는 극좌표 변조 처리부와,
    상기 극좌표 변조 처리부로부터 상기 위상 성분을 입력하고, 상기 국부 발진기로부터의 출력 신호에 대해 상기 위상 성분에 의해 위상 변조를 행하여 위상 변조 신호를 상기 복수의 포화 증폭 유닛에 출력하는 위상 변조기를 더 포함하는 것인 전력 증폭기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 진폭 제어부의 제어 하에, 상기 국부 발진기로부터의 출력 신호에 대해 진폭 변조를 행하는 진폭 변조부와,
    상기 진폭 변조부로부터의 출력 신호를 선형 증폭하여, 상기 출력 합성 회로에 출력하는 선형 증폭 유닛을 더 포함하는 것인 전력 증폭기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 진폭 제어부의 제어 하에, 상기 위상 변조기로부터의 출력 신호에 대해 진폭 변조를 행하는 진폭 변조부와,
    상기 진폭 변조부로부터의 출력 신호를 선형 증폭하여, 상기 출력 합성 회로에 출력하는 선형 증폭 유닛을 더 포함하는 것인 전력 증폭기.
  15. 제11항에 있어서, 상기 출력 합성 회로의 후단에 설치된 대역 제한 필터를 더 포함하는 것인 전력 증폭기.
  16. 제11항에 있어서, 상기 출력 합성 회로의 전기 특성은 또한 상기 진폭 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  17. 제11항에 있어서, 상기 출력 합성 회로는 상기 복수의 포화 증폭 유닛의 출력을 합성하고, 합성한 신호를 출력 정합 회로를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  18. 제17항에 있어서, 상기 출력 정합 회로는 상기 진폭 제어부에 의해 제어되는 가변 출력 정합 회로인 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  19. 제18항에 있어서, 상기 가변 출력 정합 회로는 개방 또는 접지 상태가 상기 진폭 제어부에 의해 제어되는 병렬된 복수의 리액턴스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  20. 제11항에 있어서, 상기 각 포화 증폭 유닛은
    포화 증폭을 행하는 포화 증폭기와,
    상기 포화 증폭기의 입력측에 설치되며, 온 또는 오프 상태가 상기 진폭 제어부에 의해 제어되는 RF 스위치 또는 상기 포화 증폭기에 공급하는 바이어스 전압 상태가 상기 진폭 제어부에 의해 제어되는 바이어스 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
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