KR20100123615A - Apparatus and method for maximizing performance of peaking amplifier in doherty amplifier - Google Patents

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KR20100123615A KR1020100043343A KR20100043343A KR20100123615A KR 20100123615 A KR20100123615 A KR 20100123615A KR 1020100043343 A KR1020100043343 A KR 1020100043343A KR 20100043343 A KR20100043343 A KR 20100043343A KR 20100123615 A KR20100123615 A KR 20100123615A
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Abstract

PURPOSE: A device and a method thereof are provided to improve the maximum output of the carrier amplifier and the peaking amplifier by applying an asymmetric load impedance to a carrier amplifier and a peaking amplifier. CONSTITUTION: A separator(610) divides an input signal into N power signals. A carrier amplifier(630) amplifies a signal which is supplied from the separator by using a first DC bias. The (N-1) number of peaking amplifiers amplify the signal supplied from the separator by using a second DC bias lower than the first DC bias. A doherty combiner(640) forms the load impedance of each amplifier when the carrier amplifier and the N-1 number of peaking amplifier are operated. An output load(650) outputs a signal amplified by the peaking amplifier of the (N-1) number and the carrier amplifier.

Description

도허티 증폭기에서 피킹 증폭기의 성능을 최적화시키기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MAXIMIZING PERFORMANCE OF PEAKING AMPLIFIER IN DOHERTY AMPLIFIER}APPARATUS AND METHOD FOR MAXIMIZING PERFORMANCE OF PEAKING AMPLIFIER IN DOHERTY AMPLIFIER}

본 발명은 도허티(Doherty) 증폭기에 관한 것으로, 특히, 도허티 증폭기에서 피킹(peaking) 증폭기의 성능을 최적화시킴으로써 상기 도허티 증폭기의 전체적인 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.The present invention relates to a Doherty amplifier, and more particularly, to an apparatus and method for improving the overall performance of the Doherty amplifier by optimizing the performance of the peaking amplifier in the Doherty amplifier.

무선통신 시스템에서 기지국 및 단말의 송신 신호는 무선 채널을 통해 전달되기 때문에, 심한 감쇄를 겪게 된다. 따라서, 상기 기지국 및 상기 단말의 송신기는 송신 신호를 증폭하여야 한다. 따라서, 통신 품질의 향상을 위해 증폭기(amplifier)가 상기 송신기의 핵심적인 기능을 담당한다고 할 수 있다. In the wireless communication system, since the transmission signals of the base station and the terminal are transmitted through the wireless channel, severe attenuation occurs. Therefore, the transmitter of the base station and the terminal should amplify the transmission signal. Therefore, it can be said that an amplifier plays a key function of the transmitter in order to improve communication quality.

상기 송신기의 증폭 기능을 위해 사용되는 다양한 증폭기들 중 하나로서, 도허티(Doherty) 증폭기가 있다. 상기 도허티 증폭기는 캐리어(carrier) 증폭기 및 피킹(peaking) 증폭기로 구성된다. 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기는 서로 다른 크기의 DC(Direct Current) 바이어스(bias)를 사용하며, 이에 따라, 동작되는 입력 신호의 범위가 다르다. 즉, 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기는 서로 다른 급(class)의 증폭기들이다. 예를 들어, 상기 캐리어 증폭기는 A급 또는 AB급, 상기 피킹 증폭기는 C급으로 동작한다.One of various amplifiers used for the amplification function of the transmitter is a Doherty amplifier. The Doherty amplifier is composed of a carrier amplifier and a peaking amplifier. The carrier amplifier and the peaking amplifier use different magnitudes of direct current (DC) biases, and thus, a range of input signals to be operated is different. That is, the carrier amplifier and the peaking amplifier are amplifiers of different classes. For example, the carrier amplifier class A or AB, the peaking amplifier is operated in class C.

상기 캐리어 증폭기가 상기 피킹 증폭기에 비해 높은 DC 바이어스를 사용하는 경우, 상기 도허티 증폭기를 구성하는 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기의 입출력은 도 1a에 도시된 바와 같다. 상기 도 1a에서, 가로축은 입력 전압을 의미하며 세로축은 출력 전류를 나타낸다. 상기 도 1a에 도시된 바와 같이, 기존의 도허티 증폭기에서 실선으로 도시된 캐리어 증폭기의 입출력 관계는 최대 입력시 최대 출력에 도달하지만, 점선으로 도시된 피킹 증폭기의 입출력 관계는 최대 입력시에도 최대 출력에 도달하지 못한다. 즉, 상기 캐리어 증폭기는 높은 DC 바이어스를 사용하므로 작은 입력 신호에 의해서도 동작한다. 하지만, 상기 피킹 증폭기는 낮은 DC 바이어스를 사용하므로 임계치 이상의 입력 신호에 의해서만 동작한다. 즉, 도허티 증폭기는 임계치 미만의 낮은 입력에서는 상기 캐리어 증폭기만을 동작시키고 높은 출력에서는 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기를 동시에 동작시켜 높은 신호대 피크 전력비(PAR : Peak to Average Ratio)을 갖는 변조 신호(modulation signal)를 고효율(High Drain efficiency)로 증폭한다. 상기 캐리어 증폭기에 비해 낮은 입력 DC 바이어스를 인가받는 상기 피킹 증폭기는 동작점(bias point)이 다르기 때문에, 상기 피킹 증폭기가 상기 캐리어 증폭기와 같은 출력 부하를 사용한다면 최대 출력에 도달할 수 없다.When the carrier amplifier uses a higher DC bias than the peaking amplifier, input and output of the carrier amplifier and the peaking amplifier constituting the Doherty amplifier are as shown in FIG. 1A. In FIG. 1A, the horizontal axis represents an input voltage and the vertical axis represents an output current. As shown in FIG. 1A, in the conventional Doherty amplifier, the input / output relationship of the carrier amplifier shown by the solid line reaches the maximum output at the maximum input, while the input / output relationship of the peaking amplifier shown by the dotted line is determined at the maximum output even at the maximum input. I can't reach it. In other words, the carrier amplifier uses a high DC bias and therefore operates with a small input signal. However, since the peaking amplifier uses a low DC bias, it only operates on input signals above a threshold. That is, a Doherty amplifier operates only the carrier amplifier at a low input below a threshold and simultaneously operates the carrier amplifier and the peaking amplifier at a high output to have a high signal-to-average ratio (PAR). ) Amplifies with high drain efficiency. Since the peaking amplifier, which is applied with a lower input DC bias than the carrier amplifier, has a different bias point, the peak output cannot be reached if the peaking amplifier uses the same output load as the carrier amplifier.

상술한 바와 같이, 상기 도허티 증폭기는 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기 각각의 최대 출력의 합보다 낮은 출력을 발생시킨다. 이에 따라, 최대 출력이 감소할 뿐만 아니라 고효율로 동작하는 영역도 저하되는 문제점이 있다.As described above, the Doherty amplifier generates an output that is less than the sum of the maximum outputs of each of the carrier amplifier and the peaking amplifier. Accordingly, there is a problem that not only the maximum output is reduced but also the area operating at high efficiency is also lowered.

따라서, 본 발명의 목적은 도허티(Doherty) 증폭기의 최대 출력을 증가시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is therefore an object of the present invention to provide an apparatus and method for increasing the maximum output of a Doherty amplifier.

본 발명의 다른 목적은 도허티 증폭기 내의 피킹(peaking) 증폭기의 출력을 최적화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide an apparatus and method for optimizing the output of a peaking amplifier in a Doherty amplifier.

본 발명의 또 다른 목적은 도허티 증폭기에서 캐리어 증폭기 및 피킹 증폭기가 모두 동작하는 시, 상기 캐리어 증폭기의 부하 임피던스(load impedance) 및 상기 피킹 증폭기의 부하 임피던스를 상이하게 하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide an apparatus and method for differenting the load impedance of the carrier amplifier and the load impedance of the peaking amplifier when both the carrier amplifier and the picking amplifier operate in the Doherty amplifier. .

본 발명의 또 다른 목적은 도허티 증폭기에서 캐리어 증폭기 및 피킹 증폭기 각각의 최대 출력을 유도하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다. It is still another object of the present invention to provide an apparatus and method for inducing a maximum output of each of a carrier amplifier and a peaking amplifier in a Doherty amplifier.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, 도허티(Doherty) 증폭기 장치는, 입력 신호를 N개의 전력 신호들로 분리하는 분리기와, 제1DC(Direct Current) 바이어스(bias)를 사용하여 상기 분리기로부터 제공되는 신호를 증폭하는 캐리어 증폭기와, 상기 제1DC 바이어스보다 낮은 제2DC 바이어스를 사용하여 상기 분리기로부터 제공되는 신호를 증폭하는 N-1개의 피킹(peaking) 증폭기와, 상기 캐리어 증폭기 및 상기 N-1개의 피킹 증폭기가 모두 동작하는 때, 상기 N-1개의 피킹 증폭기의 부하 임피던스(load impedance)가 상기 캐리어 증폭기의 부하 임피던스보다 작아지도록, 각 증폭기의 부하 임피던스들을 형성하는 도허티 결합기와, 상기 캐리어 증폭기 및 상기 N-1개의 피킹 증폭기에 의해 증폭된 신호를 출력하는 출력 부하를 포함하며, 상기 N은 2 이상의 정수인 것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, a Doherty amplifier device uses a separator that separates an input signal into N power signals, and a first direct current bias. A carrier amplifier for amplifying the signal provided from the separator, an N-1 peaking amplifier for amplifying the signal provided from the separator using a second DC bias lower than the first DC bias, the carrier amplifier and the A Doherty combiner for forming the load impedances of each amplifier such that when the N-1 peaking amplifiers all operate, the load impedance of the N-1 peaking amplifiers is less than the load impedance of the carrier amplifier, and An output load for outputting a signal amplified by the carrier amplifier and the N-1 peaking amplifiers, wherein N is two or more positive signals; Characterized in that.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2견지에 따르면, 도허티 증폭기의 동작 방법은, 입력 신호를 N개의 전력 신호들로 분리하는 과정과, 제1DC 바이어스를 사용하여 동작하는 캐리어 증폭기를 통해 분리된 신호들 중 하나를 증폭하는 과정과, 상기 제1DC 바이어스보다 낮은 제2DC 바이어스를 사용하여 동작하는 N-1개의 피킹 증폭기를 통해 N-1개의 분리된 신호들을 증폭하는 과정과, 상기 캐리어 증폭기 및 상기 N-1개의 피킹 증폭기가 모두 동작하는 때, 상기 N-1개의 피킹 증폭기의 부하 임피던스가 상기 캐리어 증폭기의 부하 임피던스보다 작아지도록, 각 증폭기의 부하 임피던스들을 형성하는 과정과, 출력 부하를 통해 상기 캐리어 증폭기 및 상기 N-1개의 피킹 증폭기에 의해 증폭된 신호를 출력하는 과정을 포함하며, 상기 N은 2 이상의 정수인 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention for achieving the above object, a method of operating a Doherty amplifier, the process of separating the input signal into N power signals, and separated through a carrier amplifier operating using a first DC bias Amplifying one of the signals, amplifying the N-1 separated signals through an N-1 picking amplifier operating using a second DC bias lower than the first DC bias, the carrier amplifier and the When the N-1 peaking amplifiers are all in operation, forming the load impedances of each amplifier such that the load impedance of the N-1 peaking amplifiers is less than the load impedance of the carrier amplifier, and through the output load And outputting a signal amplified by an amplifier and the N-1 peaking amplifiers, wherein N is an integer of 2 or more. It shall be.

도허티(Doherty) 증폭기에서, 캐리어(carrier) 증폭기 및 피킹(peaking) 증폭기에 비대칭 부하 임피던스를 부여함으로써, 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기 각각의 최대 출력을 유도하고, 이로 인해, 상기 도허티 증폭기의 성능이 개선된다.In a Doherty amplifier, asymmetrical load impedances are applied to a carrier amplifier and a peaking amplifier to induce maximum output of each of the carrier amplifier and the peaking amplifier, thereby reducing the performance of the Doherty amplifier. Is improved.

도 1a은 일반적인 도허티 증폭기의 입력 신호 및 출력 신호의 관계를 도시하는 도면,
도 1a은 본 발명의 실시 예에 따른 도허티 증폭기의 입력 신호 및 출력 신호의 관계를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 도허티 증폭기의 구조를 도시하는 도면,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 도허티 증폭기의 도허티 결합기의 동작을 도시하는 도면,
도 4a는 최대 출력 시 캐리어 증폭기 및 피킹 증폭기의 부하 임피던스가 균일한 도허티 증폭기에서 캐리어 증폭기 및 피킹 증폭기의 특성을 도시하는 도면,
도 4b는 본 발명의 실시 예에 따른 도허티 증폭기에서 캐리어 증폭기 및 피킹 증폭기의 특성을 도시하는 도면,
도 5a는 최대 출력 시 캐리어 증폭기 및 피킹 증폭기의 부하 임피던스가 균일한 2 경로(2-way) 도허티 증폭기의 성능을 도시하는 도면,
도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 2-경로 도허티 증폭기의 성능을 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 N-경로(N-way) 도허티 증폭기의 구조를 도시하는 도면.1A is a diagram showing a relationship between an input signal and an output signal of a typical Doherty amplifier,
1A is a diagram illustrating a relationship between an input signal and an output signal of a Doherty amplifier according to an embodiment of the present invention;
2 is a diagram illustrating a structure of a Doherty amplifier according to an embodiment of the present invention;
3A and 3B illustrate an operation of a Doherty combiner of a Doherty amplifier according to an embodiment of the present invention;
4A is a diagram showing characteristics of a carrier amplifier and a peaking amplifier in a Doherty amplifier having a uniform load impedance of the carrier amplifier and the peaking amplifier at the maximum output;
4B is a diagram showing characteristics of a carrier amplifier and a peaking amplifier in a Doherty amplifier according to an embodiment of the present invention;
5A shows the performance of a 2-way Doherty amplifier with uniform load impedances of the carrier amplifier and peaking amplifier at maximum output;
5B illustrates the performance of a two-path Doherty amplifier in accordance with an embodiment of the present invention;
6 is a diagram illustrating a structure of an N-way Doherty amplifier according to another embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

이하 본 발명은 도허티(Doherty) 증폭기 내의 피킹(peaking) 증폭기의 출력을 최적화하기 위한 기술에 대해 설명한다. 즉, 본 발명은 상기 도허티 증폭기 내의 캐리어 증폭기 및 피킹 증폭기가 도 1b와 같은 입출력 관계를 가지도록 하기 위한 기술에 대해 설명한다. 즉, 본 발명은, 도 1a와 같이 상기 캐리어 증폭기의 최대 출력 시 피킹 증폭기가 최대 출력에 도달하지 못하는 것이 아닌, 도 1b와 같이 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기가 모두 최대 출력에 도달하는 도허티 증폭기를 구성하기 위한 기술에 대해 설명한다.
The present invention describes a technique for optimizing the output of a peaking amplifier in a Doherty amplifier. That is, the present invention describes a technique for causing the carrier amplifier and the picking amplifier in the Doherty amplifier to have an input / output relationship as shown in FIG. 1B. That is, according to the present invention, the peaking amplifier does not reach the maximum output at the maximum output of the carrier amplifier as shown in FIG. 1A, but as shown in FIG. 1B, the carrier amplifier and the peaking amplifier both reach the maximum output. The technique for constructing is demonstrated.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 도허티 증폭기의 구조를 도시하고 있다.2 illustrates a structure of a Doherty amplifier according to an embodiment of the present invention.

상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 도허티 증폭기는 입력전력분리기(input power splitter)(210), 피킹증폭기(220), 캐리어증폭기(230), 도허티결합기(Doherty Combiner)(240), 출력부하(ouput load)(250)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, the Doherty amplifier includes an input power splitter 210, a peaking amplifier 220, a carrier amplifier 230, a Doherty combiner 240, and an output load ( an ouput load 250.

상기 입력전력분리기(210)는 상기 도허티 증폭기로 입력되는 신호를 2개의 전력 신호들로 분리하고, 상기 2개의 전력 신호들을 상기 피킹증폭기(220) 및 상기 캐리어증폭기(230)로 제공한다. 이때, 상기 2개의 전력 신호들은 90°의 위상 차를 갖는다. 예를 들어, 상기 입력전력분리기(210)는 윌킨슨 디바이더(Wilkinson divider) 및 커플러(coupler) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 단, 상기 윌킨슨 디바이더가 상기 입력전력분리기(210)로서 사용되는 경우, 상기 윌킨슨 디바이더는 동일 위상의 신호들을 출력하므로, 상기 2개의 신호들 중 하나의 신호의 위상을 조절함으로써 상기 2개의 신호들 간 90°의 위상 차를 발생시키는 구성이 추가적으로 포함된다.The input power separator 210 separates a signal input to the Doherty amplifier into two power signals, and provides the two power signals to the peaking amplifier 220 and the carrier amplifier 230. In this case, the two power signals have a phase difference of 90 °. For example, the input power separator 210 may include at least one of a Wilkinson divider and a coupler. However, when the Wilkinson divider is used as the input power separator 210, the Wilkinson divider outputs signals of the same phase, so that the two signals are adjusted by adjusting the phase of one of the two signals. A configuration for generating a phase difference of 90 ° is additionally included.

상기 피킹증폭기(220) 및 상기 캐리어증폭기(230)는 DC 바이어스를 사용하는 전력 증폭기로서, 상기 캐리어증폭기(230)가 상기 피킹증폭기(220)에 비하여 높은 DC 바이어스를 사용한다. 따라서, 상기 피킹증폭기(220)가 동작하는 입력 신호 전력의 최소값은 상기 캐리어증폭기(230)가 동작하는 입력 신호 전력의 최소값보다 높다. 즉, 상기 피킹증폭기(220)의 동작에 대한 임계치 미만의 전력을 갖는 입력 신호가 인가되면, 상기 캐리어증폭기(230)만이 동작하며, 이 경우, 상기 피킹증폭기(220)는 오픈(open) 회로와 같은 상태이다.The peaking amplifier 220 and the carrier amplifier 230 are power amplifiers using a DC bias, and the carrier amplifier 230 uses a higher DC bias than the peaking amplifier 220. Accordingly, the minimum value of the input signal power for operating the peaking amplifier 220 is higher than the minimum value of the input signal power for operating the carrier amplifier 230. That is, when an input signal having a power lower than a threshold for the operation of the peaking amplifier 220 is applied, only the carrier amplifier 230 is operated. In this case, the peaking amplifier 220 is connected to an open circuit. It is in the same state.

상기 도허티결합기(240)는 Rβ∠90°의 특성 임피던스(characteristic impedance)를 갖는 제1임피던스변환선로(impedance transformer line)(242) 및 Rα∠90°의 특성 임피던스를 갖는 제2임피던스변환선로(244)를 이용하여 상기 피킹증폭기(220) 및 상기 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스(load impedance)를 형성한다. 상기 제1임피던스변환선로(242)는 상기 캐리어증폭기(230)의 출력단과 연결되고, 상기 제2임피던스변환선로(244)는 상기 피킹증폭기(220)의 출력단과 연결된다. 그리고, 상기 제1임피던스변환선로(242) 및 상기 제2임피던스변환선로(244)는 상기 피킹증폭기(220)의 출력단에 위치한 노드A(246)를 통해 연결된다. 상기 도허티결합기(240)에 의해 형성되는 상기 피킹증폭기(220) 및 상기 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스 값은 상기 피킹증폭기(220)의 상태에 따라 변화한다. 여기서, 상기 도 2에 도시된 바와 달리, 상기 도허티결합기(240)의 제1임피던스변환선로(242) 및 제2임피던스변환선로(244)는 저항, 인덕터(inductor), 캐패시터(capacitor) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 출력부하(250)는 증폭된 신호를 출력하며, R0의 임피던스를 갖는다.It said Doherty coupler 240 is the characteristic impedance of the R β ∠90 ° (characteristic impedance), the first impedance conversion lines (impedance transformer line) (242) and R α second impedance conversion lines having a characteristic impedance of ∠90 ° with A load impedance of the peaking amplifier 220 and the carrier amplifier 230 is formed using the reference numeral 244. The first impedance conversion line 242 is connected to the output terminal of the carrier amplifier 230, and the second impedance conversion line 244 is connected to the output terminal of the peaking amplifier 220. The first impedance conversion line 242 and the second impedance conversion line 244 are connected through a node A 246 located at an output terminal of the peaking amplifier 220. The load impedance values of the peaking amplifier 220 and the carrier amplifier 230 formed by the doherty combiner 240 vary depending on the state of the peaking amplifier 220. 2, the first impedance conversion line 242 and the second impedance conversion line 244 of the Doherty coupler 240 may include at least one of a resistor, an inductor, and a capacitor. It may be configured to include. The output load 250 outputs an amplified signal and has an impedance of R 0 .

상기 도허티결합기(240)의 기능을 등가 회로를 이용하여 표현하면 도 3a 및 도 3b와 같다. 상기 도 3a 및 상기 도 3b는 상기 도허티결합기(240)의 이상적인 동작에 대응되는 등가 회로를 도시하고 있다. 상기 도 3a 및 상기 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 도허티결합기(240)의 이상적인 동작은 상기 피킹증폭기(220) 및 상기 캐리어증폭기(230) 각각이 전류원(current source)들(310, 320)과 같이 동작하며, 상기 전류원들(310, 320)이 출력결합부하(330)로 전류를 공급하는 것이다. 여기서, 상기 출력결합부하(330)는 상기 제2임피던스변환선로(244) 및 상기 출력부하(250)를 포함한다.When the function of the Doherty coupler 240 is expressed using an equivalent circuit, it is the same as FIG. 3A and FIG. 3B. 3A and 3B show an equivalent circuit corresponding to an ideal operation of the Doherty combiner 240. As shown in FIGS. 3A and 3B, an ideal operation of the Doherty coupler 240 is that the peaking amplifier 220 and the carrier amplifier 230 each have current sources 310 and 320. Operating together, the current sources 310 and 320 supply current to the output coupling load 330. Here, the output coupling load 330 includes the second impedance conversion line 244 and the output load 250.

입력 신호의 전력이 상기 임계치 미만인 경우, 상기 도 3a에 도시된 바와 같이 캐리어전류원(310)만이 동작하며, 피킹전류원(320)은 동작하지 않는다. 따라서, 결합 지점(340)의 출력단 부하 임피던스 Z'c는 상기 출력결합부하(330)와 동일하게 된다. 여기서, 상기 결합 지점(340)는 상기 노드A(246)와 대응된다. 반대로, 입력 신호의 전력이 상기 임계치 이상인 경우, 상기 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 캐리어전류원(310) 및 상기 피킹전류원(320)이 모두 동작하며, 이에 따라, 최대 출력 시, 상기 결합 지점(340)의 출력단 부하 임피던스 Z'c는 상기 도 3a에 도시된 상기 출력결합부하(330)의 2배가 된다. 상술한 바와 같이 상기 부하 임피던스가 변화되는 과정은 부하 변조(load modulation)라 불린다.When the power of the input signal is less than the threshold, only the carrier current source 310 operates as shown in FIG. 3A, and the peaking current source 320 does not operate. Accordingly, the output load impedance Z ′ c of the coupling point 340 is equal to the output coupling load 330. In this case, the coupling point 340 corresponds to the node A 246. On the contrary, when the power of the input signal is greater than or equal to the threshold, both the carrier current source 310 and the peaking current source 320 operate as shown in FIG. 3B, and thus, the coupling point 340 at the maximum output. The load impedance Z ′ c of the output stage is twice the output coupling load 330 shown in FIG. 3A. As described above, the process of changing the load impedance is called load modulation.

상기 도 2를 참고하면, 상기 부하 변조를 일으키는 상기 노드A(246) 및 상기 캐리어증폭기(230) 사이에 상기 제1임피던스변환선로(242)가 위치한다. 상기 부하 변조 동작 및 상기 제1임피던스변환선로(242)에 의해, 최대 출력 시 및 낮은 출력 시, 상기 캐리어증폭기(230) 및 상기 피킹증폭기(220)의 부하 임피던스가 조절된다. 여기서, 상기 부하 임피던스의 값은 입력 신호의 범위에 대한 출력 신호의 범위를 결정한다. 예를 들어, 상기 피킹증폭기(220) 및 상기 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스가 동일한 경우, 상기 출력 신호의 범위는 도 4a와 같다. 반면, 상기 피킹증폭기(220)의 부하 임피던스가 상기 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스보다 작은 경우, 상기 출력 신호의 범위는 도 4b와 같다. 상기 도 4a 및 상기 도 4b에서, 가로축의 Vdd는 출력 전압을 의미하며, 세로축의 Idd는 출력 전류를 의미한다. 상기 출력 전압 및 상기 출력 전류는 서로 위상이 180°차이를 가지므로 매 순간의 전압과 전류 상태를 도시하면 특정 기울기를 가진 직선으로 연결될 수 있다. 상기 직선을 부하선(Load Line)이라 하며, 상기 직선의 기울기는 상기 캐리어 증폭기(230) 및 상기 피킹 증폭기(220)의 부하 임피던스의 역수 값을 의미한다. 따라서, 상기 부하선의 기울기를 통해 해당 증폭기의 부하 임피던스 값이 확인될 수 있으며, 상기 부하선의 궤적이 지나가는 최대 전압 값 및 최대 전류 값을 통해 해당 증폭기가 낼 수 있는 최대 출력 전력이 확인된다. 상기 도 4b를 상기 도 4a와 비교하면, 상기 피킹 증폭기(230)의 부하 임피던스가 감소한 것을 확인할 수 있으며, 이때, 최대 전압 값은 동일하고 최대 전류 값이 2배로 증가한 것이 관찰된다. 이는 상기 피킹 증폭기(220)의 부하 임피던스가 상기 캐리어 증폭기(230)의 부하 임피던스보다 작아짐에 따라 최대출력이 증가됨을 나타내는 것이다.Referring to FIG. 2, the first impedance conversion line 242 is positioned between the node A 246 and the carrier amplifier 230 causing the load modulation. By the load modulation operation and the first impedance conversion line 242, the load impedances of the carrier amplifier 230 and the peaking amplifier 220 are adjusted at the maximum output and the low output. Here, the value of the load impedance determines the range of the output signal relative to the range of the input signal. For example, when the load impedance of the peaking amplifier 220 and the carrier amplifier 230 is the same, the range of the output signal is shown in Figure 4a. On the other hand, when the load impedance of the peaking amplifier 220 is smaller than the load impedance of the carrier amplifier 230, the range of the output signal is shown in Figure 4b. 4A and 4B, V dd on the horizontal axis denotes an output voltage, and I dd on the vertical axis denotes an output current. Since the output voltage and the output current are 180 ° out of phase with each other, the output voltage and the output current may be connected to each other by a straight line having a specific slope. The straight line is called a load line, and the slope of the straight line means an inverse value of the load impedance of the carrier amplifier 230 and the peaking amplifier 220. Accordingly, the load impedance value of the corresponding amplifier may be confirmed through the slope of the load line, and the maximum output power that the corresponding amplifier may produce is determined by the maximum voltage value and the maximum current value through which the trajectory of the load line passes. Comparing FIG. 4B with FIG. 4A, it can be seen that the load impedance of the peaking amplifier 230 is reduced. At this time, the maximum voltage value is the same and the maximum current value is doubled. This indicates that the maximum output increases as the load impedance of the peaking amplifier 220 becomes smaller than the load impedance of the carrier amplifier 230.

따라서, 본 발명은 상기 최대 출력 시 상기 피킹증폭기(220)의 부하 임피던스가 상기 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스보다 작아지도록 상기 도허티결합기(240)를 구성한다. 즉, 하나의 피킹 증폭기를 사용하는 실시 예에 따른 도허티 증폭기는, 낮은 출력 시 상기 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스 Zc가 상기 R0의 2배가 되게 하고, 상기 최대 출력 시 상기 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스 Zc가 상기 출력부하(250)의 임피던스 R0와 같아짐과 동시에 상기 피킹증폭기(220)의 부하 임피던스를 상기 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스보다 작아지게 함으로써, 상기 피킹증폭기(220)의 최대 출력을 유도한다. 이에 따라, 상기 피킹증폭기(220)의 부하 임피던스가 상기 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스와 동일한 경우, 도 5a와 같이 최대 전력 부근의 일부 영역에서 손실(loss)가 발생하는데 반해, 본 발명에 따르는 경우, 도허티 증폭기는 도 5b에 도시된 바와 같이 최대 출력으로부터 -20×log(2)인 -6dB까지의 영역에서 손실 없이 고효율로 동작 가능하다. 이를 위해, 상기 제1임피던스변환선로(242)의 특성 임피던스 Rβ는 상기 출력부하(250)의 임피던스 R0보다 작게 설정되고, 상기 제2임피던스변환선로(244)의 특성 임피던스 Rα는 상기 출력부하(250)의 임피던스 R0를

Figure pat00001
로 나눈 값보다 작게 설정되어야 한다. 왜냐하면, 고출력에서 부하 변조의 결과로서 상기 제1임피던스변환선로(242)를 포함하는 상기 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스가 R0가 되도록 하기 위해, 결합 부하의 임피던스가 R0/2가 되어야 하기 때문이다.Accordingly, the present invention configures the doherty combiner 240 such that the load impedance of the peaking amplifier 220 becomes smaller than the load impedance of the carrier amplifier 230 at the maximum output. That is, the Doherty amplifier according to the embodiment using one peaking amplifier may cause the load impedance Z c of the carrier amplifier 230 to be twice the R 0 at low output, and the carrier amplifier 230 at the maximum output. The load impedance Z c is equal to the impedance R 0 of the output load 250 and the load impedance of the peaking amplifier 220 is smaller than the load impedance of the carrier amplifier 230. Leads to a maximum output of 220). Accordingly, when the load impedance of the peaking amplifier 220 is the same as the load impedance of the carrier amplifier 230, loss occurs in a partial region near the maximum power as shown in FIG. In this case, the Doherty amplifier can operate with high efficiency without loss in the region from the maximum output to -6 dB, which is -20 x log (2), as shown in FIG. 5B. To this end, the characteristic impedance R β of the first impedance conversion line 242 is set smaller than the impedance R 0 of the output load 250, and the characteristic impedance R α of the second impedance conversion line 244 is the output. Impedance R 0 of load 250
Figure pat00001
Should be set smaller than the value divided by. Because, to to have in the high-power as a result of the load modulation load impedance of the carrier amplifier 230 including the first impedance conversion track 242 is such that R 0, the impedance of the coupled load have to be R 0/2 Because.

이때, 상기 제1임피던스변환선로(242)의 특성 임피던스 Rβ 및 상기 제2임피던스변환선로(244)의 특성 임피던스 Rα의 구체적인 값은 다음과 같이 결정될 수 있다. In this case, specific values of the characteristic impedance R β of the first impedance conversion line 242 and the characteristic impedance R α of the second impedance conversion line 244 may be determined as follows.

먼저, 본 발명은 피킹증폭기(220)의 부하 임피던스 및 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스의 비율을 하기 <수학식 1>과 같이 정의한다.First, the present invention defines the ratio of the load impedance of the picking amplifier 220 and the load impedance of the carrier amplifier 230 as shown in <Equation 1>.

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 <수학식 1>에서, 상기 u는 최대 출력인 때의 피킹증폭기(220)의 부하 임피던스 대 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스 비율, 상기 (peaking load impedance at maximum output)은 최대 출력인 때의 피킹증폭기(220)의 부하 임피던스, 상기 (carrier load impedance at maximum output)은 최대 출력인 때의 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스를 의미한다.In Equation 1, u is the ratio of the load impedance of the peaking amplifier 220 to the load impedance of the carrier amplifier 230 when the maximum output, peaking load impedance at maximum output is the maximum output The load impedance of the peaking amplifier 220, the carrier load impedance at maximum output means the load impedance of the carrier amplifier 230 at the maximum output.

상기 <수학식 1>가 같이 정의되는 비율 'u'를 이용하면, 피킹증폭기(220)의 부하 임피던스 및 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스의 관계는 하기 <수학식 2>과 같이 표현될 수 있다. 여기서, 상기 u는 1보다 작은 값이 됨이 바람직하다.When using the ratio 'u' defined by Equation 1, the relationship between the load impedance of the peaking amplifier 220 and the load impedance of the carrier amplifier 230 may be expressed as Equation 2 below. . In this case, the u is preferably less than one.

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 <수학식 2>에서, 상기 Zp는 피킹증폭기(220)의 부하 임피던스, 상기 RL은 출력결합부하(330)의 저항값, 상기 u는 최대 출력인 때의 피킹증폭기(220)의 부하 임피던스 대 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스 비율, 상기 Zc는 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스를 의미한다. In Equation 2, Z p is the load impedance of the peaking amplifier 220, R L is the resistance value of the output coupling load 330, and u is the load of the peaking amplifier 220 at the maximum output. The impedance ratio of the load impedance of the carrier amplifier 230, Z c is the load impedance of the carrier amplifier 230.

상기 <수학식 2>에 따라, 출력결합부하(330) RL, 제1임피던스변환선로(242)의 특성 임피던스 Rβ, 제2임피던스변환선로(244)의 특성 임피던스 Rα는 상기 출력부하(250)와 하기 <수학식 3>와 같은 관계를 가진다.The <Equation 2>, and the output coupled load (330), R L, the characteristic impedance of the first impedance conversion tracks (242), R β, the characteristic impedance R α of the second impedance conversion track 244 in accordance with the said output load ( 250) and the following equation (3).

Figure pat00004
Figure pat00004

Figure pat00005
Figure pat00005

Figure pat00006
Figure pat00006

상기 <수학식 3>에서, 상기 RL은 출력결합부하(330), 상기 Rβ는 제1임피던스변환선로(242)의 특성 임피던스, 상기 Rα는 제2임피던스변환선로(244)의 특성 임피던스, 상기 R0는 출력부하(250)의 임피던스, 상기 u는 최대 출력인 때의 피킹증폭기(220)의 부하 임피던스 대 캐리어증폭기(230)의 부하 임피던스 비율을 의미한다.In Equation 3, R L is the output coupling load 330, R β is the characteristic impedance of the first impedance conversion line 242, R α is the characteristic impedance of the second impedance conversion line 244 R 0 is the impedance of the output load 250 and u is the ratio of the load impedance of the picking amplifier 220 to the load impedance of the carrier amplifier 230 at the maximum output.

따라서, 상기 비율 'u' 값을 적절히 선택하고, 상기 'u' 값을 반영하여 상기 <수학식 3>과 같이 제1임피던스변환선로(242)의 특성 임피던스 및 제2임피던스변환선로(244)의 특성 임피던스를 설정함으로써, 본 발명에 따른 도허티 증폭기는 상기 도 4b와 같은 특성을 가진다. 이때, 상기 비율 'u'는 도허티 증폭기를 구성하는 각 소자의 구체적인 특성에 따라 달라질 수 있다.
Accordingly, the ratio 'u' value is appropriately selected and the characteristic impedance of the first impedance conversion line 242 and the second impedance conversion line 244 of the second impedance conversion line 244 are reflected by reflecting the 'u' value. By setting the characteristic impedance, the Doherty amplifier according to the present invention has the characteristics as shown in FIG. 4B. In this case, the ratio 'u' may vary depending on the specific characteristics of each device constituting the Doherty amplifier.

상기 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 도허티 증폭기의 성능을 도시하고 있다. 상기 도 5b에서, 가로축의 'Pout/Peak Capacity'는 캐리어 증폭기 및 피킹 증폭기 각각의 가용한 최대 출력의 합 대비 도허티 증폭기에서 발생시키는 초고주파(RF : Radio Frequency) 출력 전력의 비를 dB단위로 환산한 값을 의미하며, 세로축의 'Drain Efficiency'는 소모되는 DC 전력 대비 발생되는 초고주파 출력 전력 값을 의미한다. 상기 도 5b에서 도허티 증폭기의 고효율 동작 영역은 최대 출력지점인 0dB부터 -6dB까지의 영역이며, 이는 부하 변조 동작이 원활히 수행됨을 전제로 가능하다. 만일, 본 발명에 따르지 않고 피킹 증폭기 및 캐리어 증폭기가 동일한 출력 부하를 가지는 경우, 상기 피킹 증폭기는 최대 출력에 도달할 수 없고, 이에 따라, 부하 변조 동작이 원활히 수행될 수 없다. 그 결과, 도허티 증폭기는 상기 캐리어 증폭기 및 상기 피킹 증폭기 각각의 가용한 최대출력의 합보다 작은 출력을 내게 되고, 이에 따라, 최대 출력이 감소할 뿐만 아니라, 고효율로 동작하는 영역도 축소된다.
5B illustrates the performance of a Doherty amplifier according to an embodiment of the present invention. In FIG. 5B, the horizontal axis 'Pout / Peak Capacity' is a ratio of the ratio of the RF output power generated by the Doherty amplifier to the sum of the maximum available outputs of each of the carrier amplifier and the peaking amplifier in dB. 'Drain Efficiency' on the vertical axis refers to the value of the microwave output power generated compared to the DC power consumed. In FIG. 5B, the high efficiency operation region of the Doherty amplifier ranges from 0 dB to -6 dB, which is the maximum output point, which is based on the premise that the load modulation operation is smoothly performed. If, according to the present invention, the peaking amplifier and the carrier amplifier have the same output load, the peaking amplifier cannot reach the maximum output, and therefore, the load modulation operation cannot be performed smoothly. As a result, the Doherty amplifier produces an output that is less than the sum of the maximum available outputs of each of the carrier amplifier and the peaking amplifier, thereby not only reducing the maximum output but also reducing the area of operation with high efficiency.

상술한 바와 같은 구조 및 임피던스 변환 선로들의 설정을 통해, 상기 도허티 증폭기의 최대 출력이 증가한다. 추가적으로, 도 5에서 도시된 고효율 동작영역을 6dB 이상으로 증가시키고자하는 목적에서, 본 발명은 다수의 피킹 증폭기들을 사용하는 방안을 제안한다. 즉, 본 발명은 다수의 피킹 증폭기들을 병렬로 배치하고, 합산된 다수의 피킹 증폭기들의 출력들을 N-경로(N-way) 도허티 결합기에 입력함으로써, 적절한 부하 변조를 제공한다. 이에 따른 도허티 증폭기의 구조는 도 6에 도시된 바와 같으며, 이 경우 도허티 증폭기는 최대 출력으로부터 -20×log(N)dB까지의 영역에서 고효율로 동작 가능하다.Through the structure and setting of the impedance conversion lines as described above, the maximum output of the Doherty amplifier is increased. In addition, for the purpose of increasing the high-efficiency operating range shown in FIG. 5 to 6 dB or more, the present invention proposes a method of using a plurality of peaking amplifiers. That is, the present invention provides appropriate load modulation by placing multiple peaking amplifiers in parallel and inputting the outputs of the summed multiple peaking amplifiers to an N-way Doherty combiner. The structure of the Doherty amplifier is as shown in FIG.

상기 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 N-경로 도허티 증폭기의 구조를 도시하고 있다.6 illustrates a structure of an N-path Doherty amplifier according to another embodiment of the present invention.

상기 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 N-경로 도허티 증폭기는 입력전력분리기(input power splitter)(610), 다수의 피킹증폭기들(620-1 내지 620-(N-1)), 캐리어증폭기(630), 도허티결합기(Doherty Combiner)(640), 출력부하(650)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 6, the N-path Doherty amplifier includes an input power splitter 610, a plurality of peaking amplifiers 620-1 to 620-(N-1), and a carrier amplifier ( 630, a Doherty Combiner 640, and an output load 650.

상기 입력전력분리기(610)는 상기 도허티 증폭기로 입력되는 신호를 입력 신호 전력의 1/N의 전력을 갖는 N개의 전력 신호들로 분리하고, 상기 N개의 전력 신호들을 상기 다수의 피킹증폭기들(620-1 내지 620-(N-1)) 및 상기 캐리어증폭기(630)로 제공한다. 이때, 상기 N개의 전력 신호들 중 상기 캐리어증폭기(630)로 인가되는 1개의 신호 및 상기 다수의 피킹증폭기들(620-1 내지 620-(N-1))로 인가되는 N-1개의 신호들은 90°의 위상 차를 갖는다. 예를 들어, 상기 입력전력분리기(610)는 윌킨슨 디바이더(Wilkinson divider) 및 커플러(coupler) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 단, 상기 윌킨슨 디바이더가 상기 입력전력분리기(610)로서 사용되는 경우, 상기 윌킨슨 디바이더는 동일 위상의 신호들을 출력하므로, 상기 N개의 신호들 중 하나의 신호의 위상을 조절함으로써 신호들 간 90°의 위상 차를 발생시키는 구성이 추가적으로 포함된다.The input power separator 610 divides the signal input to the Doherty amplifier into N power signals having 1 / N of input signal power, and divides the N power signals into the plurality of peaking amplifiers 620. -1 to 620- (N-1)) and the carrier amplifier 630. At this time, one signal applied to the carrier amplifier 630 and the N-1 signals applied to the plurality of peaking amplifiers 620-1 to 620- (N-1) among the N power signals may be used. Has a phase difference of 90 °. For example, the input power separator 610 may include at least one of a Wilkinson divider and a coupler. However, when the Wilkinson divider is used as the input power separator 610, the Wilkinson divider outputs signals of the same phase, so that 90 ° between signals is adjusted by adjusting the phase of one of the N signals. A configuration for generating a phase difference is additionally included.

상기 다수의 피킹증폭기들(620-1 내지 620-(N-1)) 및 상기 캐리어증폭기(630)는 DC 바이어스를 사용하는 전력 증폭기로서, 상기 캐리어증폭기(630)가 상기 다수의 피킹증폭기들(620-1 내지 620-(N-1))에 비하여 높은 DC 바이어스를 사용한다. 따라서, 상기 다수의 피킹증폭기들(620-1 내지 620-(N-1))이 동작하는 입력 신호 전력의 최소값은 상기 캐리어증폭기(630)가 동작하는 입력 신호 전력의 최소값보다 높다. 즉, 상기 다수의 피킹증폭기들(620-1 내지 620-(N-1))의 동작에 대한 임계치 미만의 전력을 갖는 입력 신호가 인가되면, 상기 캐리어증폭기(630)만이 동작하며, 이 경우, 상기 다수의 피킹증폭기들(620-1 내지 620-(N-1))은 오픈(open) 회로와 같은 상태이다. 여기서, 상기 다수의 피킹증폭기들(620-1 내지 620-(N-1))의 출력단들은 노드A(646)에서 모두 연결된다.The plurality of peaking amplifiers 620-1 through 620-(N-1) and the carrier amplifier 630 are power amplifiers using DC bias, and the carrier amplifier 630 is configured to provide the plurality of peaking amplifiers ( 620-1 to 620- (N-1)), a higher DC bias is used. Accordingly, the minimum value of the input signal power at which the plurality of peaking amplifiers 620-1 to 620-(N-1) operates is higher than the minimum value of the input signal power at which the carrier amplifier 630 operates. That is, when an input signal having a power less than a threshold for the operation of the plurality of peaking amplifiers 620-1 to 620-(N-1) is applied, only the carrier amplifier 630 operates, in this case, The plurality of peaking amplifiers 620-1 to 620- (N-1) are in an open circuit state. Here, the output terminals of the plurality of peaking amplifiers 620-1 to 620- (N-1) are all connected at the node A 646.

상기 도허티결합기(640)는 Rβ∠90°의 특성 임피던스를 갖는 제1임피던스변환선로(642) 및 Rα∠90°의 특성 임피던스를 갖는 제2임피던스변환선로(644)를 이용하여 상기 피킹증폭기(620) 및 상기 캐리어증폭기(630)의 부하 임피던스를 형성한다. 상기 출력부하(650)는 증폭된 신호를 출력하며, R0의 임피던스를 갖는다. The Doherty combiner 640 uses the first impedance conversion line 642 having a characteristic impedance of R β ∠ 90 ° and the second impedance conversion line 644 having a characteristic impedance of R α ∠90 °. 620 and the load impedance of the carrier amplifier 630 is formed. The output load 650 outputs an amplified signal and has an impedance of R 0 .

상기 도허티결합기(640)의 상세한 구성을 살펴보면, 상기 제1임피던스변환선로(642)는 상기 캐리어증폭기(630)의 출력단과 연결되고, 상기 제2임피던스변환선로(644)는 상기 피킹증폭기(620)의 출력단과 연결된다. 그리고, 상기 제1임피던스변환선로(642) 및 상기 제2임피던스변환선로(644)는 상기 피킹증폭기(620)의 출력단에 위치한 노드A(646)를 통해 연결된다. 상기 도허티결합기(640)에 의해 형성되는 상기 피킹증폭기(620) 및 상기 캐리어증폭기(630)의 부하 임피던스 값은 상기 피킹증폭기(620)의 상태에 따라 변화한다. 낮은 출력 시 상기 캐리어증폭기(630)의 부하 임피던스 Zc가 상기 R0의 N배가 되며, 상기 최대 출력 시 상기 캐리어증폭기(630)의 부하 임피던스 Zc가 상기 출력부하(650)의 임피던스 R0와 같아짐과 동시에 상기 피킹증폭기(620)의 부하 임피던스가 상기 캐리어증폭기(630)의 부하 임피던스보다 작아진다. 이를 위해, 상기 제1임피던스변환선로(642)의 특성 임피던스 Rβ는 상기 출력부하(650)의 임피던스 R0보다 작게 설정되고, 상기 제2임피던스변환선로(644)의 특성 임피던스 Rα는 상기 출력부하(650)의 임피던스 R0를

Figure pat00007
으로 나눈 값보다 작게 설정되어야 한다. 왜냐하면, 고출력에서 부하 변조의 결과로서 상기 제1임피던스변환선로(642)를 포함하는 상기 캐리어증폭기(630)의 부하 임피던스가 R0가 되도록 하기 위해, 결합 부하의 임피던스가 R0/N가 되어야 하기 때문이다. 예를 들어, 상기 제1임피던스변환선로(642)의 특성 임피던스 Rβ 및 상기 제2임피던스변환선로(644)의 특성 임피던스 Rα는 하기 <수학식 4>와 같이 결정될 수 있다.Looking at the detailed configuration of the Doherty combiner 640, the first impedance conversion line 642 is connected to the output terminal of the carrier amplifier 630, the second impedance conversion line 644 is the peaking amplifier 620 It is connected to the output terminal of. The first impedance conversion line 642 and the second impedance conversion line 644 are connected through a node A 646 located at an output terminal of the peaking amplifier 620. The load impedance values of the peaking amplifier 620 and the carrier amplifier 630 formed by the doherty combiner 640 change depending on the state of the peaking amplifier 620. At low output, the load impedance Z c of the carrier amplifier 630 becomes N times the R 0. At the maximum output, the load impedance Z c of the carrier amplifier 630 is equal to the impedance R 0 of the output load 650. At the same time, the load impedance of the peaking amplifier 620 is smaller than the load impedance of the carrier amplifier 630. To this end, the characteristic impedance R β of the first impedance conversion line 642 is set smaller than the impedance R 0 of the output load 650, and the characteristic impedance R α of the second impedance conversion line 644 is the output. Impedance R 0 of load 650
Figure pat00007
It should be set smaller than the value divided by. This is because the impedance of the combined load must be R 0 / N so that the load impedance of the carrier amplifier 630 including the first impedance conversion line 642 becomes R 0 as a result of load modulation at high power. Because. For example, the characteristic impedance of the characteristic impedance R α R β and the second impedance conversion track 644 of the first impedance conversion track 642 can be determined as follows <Equation 4>.

Figure pat00008
Figure pat00008

Figure pat00009
Figure pat00009

상기 <수학식 4>에서, 상기 Rβ는 제1임피던스변환선로(642)의 특성 임피던스, 상기 Rα는 제2임피던스변환선로(644)의 특성 임피던스, 상기 R0는 출력부하(650)의 임피던스, 상기 u는 최대 출력인 때의 피킹증폭기(620)의 부하 임피던스 대 캐리어증폭기(630)의 부하 임피던스 비율, 상기 N은 다수의 피킹증폭기들(620-1 내지 620-(N-1))의 개수 및 캐리어증폭기(630)의 개수의 합을 의미한다.In Equation 4, R β is a characteristic impedance of the first impedance conversion line 642, R α is a characteristic impedance of the second impedance conversion line 644, R 0 is the output load 650 Impedance, where u is the load impedance ratio of the peaking amplifier 620 to the peak impedance of the carrier amplifier 630 when the maximum output, N is a plurality of peaking amplifiers (620-1 to 620- (N-1)) It means the sum of the number and the number of the carrier amplifier 630.

본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 도허티결합기(640)에서, 상기 제1임피던스변환선로(642) 및 상기 제2임피던스변환선로(644)는 T 또는 Pi 회로로 대체될 수 있다. 즉, 상기 도허티결합기(640)의 제1임피던스변환선로(642) 및 제2임피던스변환선로(644)는 저항, 인덕터(inductor), 캐패시터(capacitor) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
According to another embodiment of the present invention, in the Doherty combiner 640, the first impedance conversion line 642 and the second impedance conversion line 644 may be replaced by a T or Pi circuit. That is, the first impedance conversion line 642 and the second impedance conversion line 644 of the Doherty coupler 640 may include at least one of a resistor, an inductor, and a capacitor.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

Claims (20)

도허티(Doherty) 증폭기 장치에 있어서,
입력 신호를 N개의 전력 신호들로 분리하는 분리기와,
제1DC(Direct Current) 바이어스(bias)를 사용하여 상기 분리기로부터 제공되는 신호를 증폭하는 캐리어 증폭기와,
상기 제1DC 바이어스보다 낮은 제2DC 바이어스를 사용하여 상기 분리기로부터 제공되는 신호를 증폭하는 N-1개의 피킹(peaking) 증폭기와,
상기 캐리어 증폭기 및 상기 N-1개의 피킹 증폭기가 모두 동작하는 때, 상기 N-1개의 피킹 증폭기의 부하 임피던스(load impedance)가 상기 캐리어 증폭기의 부하 임피던스보다 작아지도록, 각 증폭기의 부하 임피던스들을 형성하는 도허티 결합기와,
상기 캐리어 증폭기 및 상기 N-1개의 피킹 증폭기에 의해 증폭된 신호를 출력하는 출력 부하를 포함하며,
상기 N은 2 이상의 정수인 것을 특징으로 하는 장치.
In a Doherty amplifier device,
A separator for separating the input signal into N power signals,
A carrier amplifier for amplifying the signal provided from the separator using a first DC bias;
N-1 peaking amplifiers for amplifying the signal provided from the separator using a second DC bias lower than the first DC bias;
When both the carrier amplifier and the N-1 peaking amplifiers operate, forming the load impedances of each amplifier such that the load impedance of the N-1 peaking amplifiers becomes smaller than the load impedance of the carrier amplifier. Doherty combiner,
An output load for outputting a signal amplified by the carrier amplifier and the N-1 picking amplifiers,
N is an integer of 2 or more.
제1항에 있어서,
상기 도허티 결합기는, 상기 캐리어 증폭기 및 상기 N-1개의 피킹 증폭기의 출력이 최대화되도록 상기 각 증폭기의 부하 임피던스를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
The method of claim 1,
And the Doherty combiner forms the load impedance of each amplifier such that the outputs of the carrier amplifier and the N-1 peaking amplifiers are maximized.
제1항에 있어서,
상기 도허티 결합기는,
상기 N-1개의 피킹 증폭기의 출력단과 연결되는 결합 노드와,
상기 결합 노드 및 상기 캐리어 증폭기의 출력단 사이에 위치하는 제1임피던스 변환 선로(impedance transformer line)와,
상기 결합 노드 및 출력 부하 사이에 위치하는 제2임피던스 변환 선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
The method of claim 1,
The Doherty combiner,
A coupling node connected to output terminals of the N-1 peaking amplifiers;
A first impedance transformer line located between the coupling node and an output terminal of the carrier amplifier,
And a second impedance conversion line located between the coupling node and the output load.
제3항에 있어서,
상기 제2임피던스 변환 선로의 특성 임피던스(characteristic impedance)는 상기 출력 부하의 임피던스를
Figure pat00010
으로 나눈 값보다 작은 것을 특징으로 하는 장치.
The method of claim 3,
The characteristic impedance of the second impedance conversion line is the impedance of the output load.
Figure pat00010
Device characterized in that less than divided by.
제4항에 있어서,
상기 제1임피던스 변환 선로의 특성 임피던스는 상기 출력 부하의 임피던스보다 작은 것을 특징으로 하는 장치.
The method of claim 4, wherein
And the characteristic impedance of the first impedance conversion line is smaller than the impedance of the output load.
제5항에 있어서,
상기 제1임피던스 변환 선로의 특성 임피던스 및 상기 제2임피던스 변환 선로의 특성 임피던스는, 하기 수식과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 장치,
Figure pat00011

Figure pat00012

여기서, 상기 Rβ는 제1임피던스 변환 선로의 특성 임피던스, 상기 Rα는 제2임피던스 변환 선로의 특성 임피던스, 상기 R0는 상기 출력 부하의 임피던스, 상기 u는 최대 출력인 때의 상기 피킹 증폭기의 부하 임피던스 대 상기 캐리어 증폭기의 부하 임피던스 비율, 상기 N은 다수의 피킹 증폭기들의 개수 및 상기 캐리어 증폭기의 개수의 합을 의미함.
The method of claim 5,
Apparatus characterized in that the characteristic impedance of the first impedance conversion line and the characteristic impedance of the second impedance conversion line is determined by the following equation,
Figure pat00011

Figure pat00012

Where R β is the characteristic impedance of the first impedance conversion line, R α is the characteristic impedance of the second impedance conversion line, R 0 is the impedance of the output load, and u is the peak output of the peaking amplifier. The load impedance to the load impedance ratio of the carrier amplifier, where N is the sum of the number of the plurality of peaking amplifiers and the number of the carrier amplifiers.
제4항에 있어서,
상기 제1임피던스 변환 선로 및 상기 제2임피던스 변환 선로는, 90°의 위상 값을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
The method of claim 4, wherein
And the first impedance conversion line and the second impedance conversion line have a phase value of 90 °.
제7항에 있어서,
상기 분리기는, 상기 캐리어 증폭기로 제공되는 신호 및 상기 N-1개의 피킹 증폭기로 제공되는 신호 간 90°의 위상 차를 발생시키는 것을 특징으로 하는 장치.
The method of claim 7, wherein
And the separator generates a 90 ° phase difference between a signal provided to the carrier amplifier and a signal provided to the N-1 peaking amplifiers.
제8항에 있어서,
상기 분리기는, 커플러(coupler) 및 윌킨슨 디바이더(Wilkinson divider) 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
The method of claim 8,
Wherein said separator comprises one of a coupler and a Wilkinson divider.
제1항에 있어서,
상기 도허티 결합기는, 저항, 인덕터(inductor), 캐패시터(capacitor) 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
The method of claim 1,
And the Doherty coupler comprises at least one of a resistor, an inductor, and a capacitor.
도허티(Doherty) 증폭기의 동작 방법에 있어서,
입력 신호를 N개의 전력 신호들로 분리하는 과정과,
제1DC(Direct Current) 바이어스(bias)를 사용하여 동작하는 캐리어 증폭기를 통해 분리된 신호들 중 하나를 증폭하는 과정과,
상기 제1DC 바이어스보다 낮은 제2DC 바이어스를 사용하여 동작하는 N-1개의 피킹(peaking) 증폭기를 통해 N-1개의 분리된 신호들을 증폭하는 과정과,
상기 캐리어 증폭기 및 상기 N-1개의 피킹 증폭기가 모두 동작하는 때, 상기 N-1개의 피킹 증폭기의 부하 임피던스(load impedance)가 상기 캐리어 증폭기의 부하 임피던스보다 작아지도록, 각 증폭기의 부하 임피던스들을 형성하는 과정과,
출력 부하를 통해 상기 캐리어 증폭기 및 상기 N-1개의 피킹 증폭기에 의해 증폭된 신호를 출력하는 과정을 포함하며,
상기 N은 2 이상의 정수인 것을 특징으로 하는 방법.
In the operation method of the Doherty amplifier,
Separating the input signal into N power signals,
Amplifying one of the signals separated by a carrier amplifier operating using a first DC bias;
Amplifying the N-1 separated signals through an N-1 peaking amplifier operated using a second DC bias lower than the first DC bias;
When both the carrier amplifier and the N-1 peaking amplifiers operate, forming the load impedances of each amplifier such that the load impedance of the N-1 peaking amplifiers becomes smaller than the load impedance of the carrier amplifier. Process,
Outputting a signal amplified by the carrier amplifier and the N-1 peaking amplifiers through an output load,
N is an integer of 2 or more.
제11항에 있어서,
상기 각 증폭기의 부하 임피던스들을 형성하는 과정은,
상기 캐리어 증폭기 및 상기 N-1개의 피킹 증폭기의 출력이 최대화되도록 상기 각 증폭기의 부하 임피던스를 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 11,
Forming the load impedances of each amplifier,
Forming a load impedance of each amplifier such that the outputs of the carrier amplifier and the N-1 peaking amplifiers are maximized.
제12항에 있어서,
부하 임피던스들을 형성은, 도허티 결합기에 의해 수행되며,
상기 도허티 결합기는,
상기 N-1개의 피킹 증폭기의 출력단과 연결되는 결합 노드와,
상기 결합 노드 및 상기 캐리어 증폭기의 출력단 사이에 위치하는 제1임피던스 변환 선로(impedance transformer line)와,
상기 결합 노드 및 출력 부하 사이에 위치하는 제2임피던스 변환 선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 12,
Forming load impedances is performed by the Doherty combiner,
The Doherty combiner,
A coupling node connected to output terminals of the N-1 peaking amplifiers;
A first impedance transformer line located between the coupling node and an output terminal of the carrier amplifier,
And a second impedance conversion line located between the coupling node and the output load.
제13항에 있어서,
상기 제2임피던스 변환 선로의 특성 임피던스(characteristic impedance)는 상기 출력 부하의 임피던스를
Figure pat00013
으로 나눈 값보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 13,
The characteristic impedance of the second impedance conversion line is the impedance of the output load.
Figure pat00013
And less than divided by.
제14항에 있어서,
상기 제1임피던스 변환 선로의 특성 임피던스는 상기 출력 부하의 임피던스보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 14,
And the characteristic impedance of the first impedance conversion line is smaller than the impedance of the output load.
제15항에 있어서,
상기 제1임피던스 변환 선로의 특성 임피던스 및 상기 제2임피던스 변환 선로의 특성 임피던스는, 하기 수식과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 방법,
Figure pat00014

Figure pat00015

여기서, 상기 Rβ는 제1임피던스 변환 선로의 특성 임피던스, 상기 Rα는 제2임피던스 변환 선로의 특성 임피던스, 상기 R0는 상기 출력 부하의 임피던스, 상기 u는 최대 출력인 때의 상기 피킹 증폭기의 부하 임피던스 대 상기 캐리어 증폭기의 부하 임피던스 비율, 상기 N은 다수의 피킹 증폭기들의 개수 및 상기 캐리어 증폭기의 개수의 합을 의미함.
16. The method of claim 15,
The characteristic impedance of the first impedance conversion line and the characteristic impedance of the second impedance conversion line are determined as follows:
Figure pat00014

Figure pat00015

Where R β is the characteristic impedance of the first impedance conversion line, R α is the characteristic impedance of the second impedance conversion line, R 0 is the impedance of the output load, and u is the peak output of the peaking amplifier. The load impedance to the load impedance ratio of the carrier amplifier, where N is the sum of the number of the plurality of peaking amplifiers and the number of the carrier amplifiers.
제14항에 있어서,
상기 제1임피던스 변환 선로 및 상기 제2임피던스 변환 선로는, 90°의 위상 값을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 14,
And the first impedance conversion line and the second impedance conversion line have a phase value of 90 °.
제17항에 있어서,
상기 캐리어 증폭기로 제공되는 신호 및 상기 N-1개의 피킹 증폭기로 제공되는 신호는, 90°의 위상 차를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 17,
And the signal provided to the carrier amplifier and the signal provided to the N-1 picking amplifiers have a phase difference of 90 °.
제18항에 있어서,
상기 입력 신호의 분리는, 커플러(coupler) 및 윌킨슨 디바이더(Wilkinson divider) 중 하나를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 18,
Separation of the input signal is performed via one of a coupler or a Wilkinson divider.
제11항에 있어서,
상기 부하 임피던스들의 형성은, 저항, 인덕터(inductor), 캐패시터(capacitor) 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 도허티 결합기를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 11,
Wherein the formation of the load impedances is performed via a Doherty combiner comprising at least one of a resistor, an inductor, and a capacitor.
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