KR20010032280A - 증폭기 및 전력 증폭 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력 증폭기(400)에 관한 것이며, 또한 적어도 두 개의 변조된 반송파를 포함하는 제1복합 무선 신호(RF41)를 상기 전력 증폭기(400)에서 증폭하는 방법에 관한 것이다. 제1무선 신호(RF41)는 두 개의 무선 신호(RF42, RF43)로 분리되는데, 상기 두 개의 신호는 제1 및 제2비선형 증폭기(405, 406)에서 증폭된다. 상기 무선 신호를 각각의 증폭기(405, 406)에서 증폭할 때, 상호 변조 기생 신호가 발생한다. 보상 신호(RF45)가 제2증폭기(406)의 출력 신호(RF46)로부터 발생되며, 상기 변조된 반송파는, 예컨대 대역 소거 필터(408-409)에서 반송파를 여과함으로써 선택적으로 억압된다. 전력 증폭기(400) 출력 신호(RF47)는, 보상 신호(RF45)를 제1증폭기(405) 출력 신호(RF44)에 역위상으로 추가함으로써 발생된다.
Description
예컨대, 이동 전화 시스템에서는 기지국에서 복수의 이동국으로 정보가 전달된다. 상기 정보는 상이한 반송파에서 전송되며, 비용 문제로 인해 다수의 반송파를 하나의 동일한 전력 증폭기에서 동시에 전력 증폭할 수 있는 것이 바람직하다.
통상적인 피드포워드(feedforward) 기술에 의한 전력 증폭기에 있어서, 적어도 두 개의 변조된 반송파를 포함하는 무선 신호가 제1비선형(nonlinear) 증폭기에서 증폭됨으로써, 상기 제1증폭기의 출력 신호에 상호 변조 기생 신호(intermodulation products)가 발생한다. 제1증폭기 출력신호 중 적은 부분이 제1증폭기 입력신호 중 피드포워드된 부분에 역 또는 반대 위상으로 추가되는데, 여기서 역위상 추가는 결과의 결과는 앞서 언급된 상호 변조 기생 신호만을 포함하는 신호로 나타난다. 상기의 마지막으로 언급 말한 신호를 선형 증폭기에서 적합한 전력 레벨로 증폭함으로써 보상 신호가 발생된다. 전력 증폭기 출력 신호는 제1증폭기 출력신호로의 보상신호의 역위상 추가에 의해 발생되므로, 전력 증폭기 출력 신호의 상호 변호 기생 신호를 억압한다.
통상적인 피드포워드 기술에 따른 전력 증폭기에 있어서의 한 가지 문제는, 전력 손실을 일으켜 전력 증폭기의 효율을 떨어뜨리는 다수의 부품의 제1증폭기 출력에 접속함으로써 발생된다.
독일 특허 명세서 DE 제 27 18 172호는, 다수의 주파수를 포함하는 입력 신호를 증폭할 때 증폭기 출력 신호의 상호 변조 기생 신호를 억압하는 증폭기를 알려준다. 상기 증폭기는 내부적으로 제1 및 제2신호 경로로 분리된다. 제1신호 경로는 제1비선형 증폭기를 포함하고, 제2신호 경로는 감쇠기(attenuator)와 직렬 접속되는 제2비선형 증폭기를 포함한다. 상기 증폭기는 입력 신호를 두 개의 신호 경로로 분리함으로써, 제1 및 제2증폭기 모두 각각의 출력 신호를 발생시키는데, 상기 출력 신호는 입력 신호에 상응하는 원하는 신호 성분과 증폭 과정에서 발생하는 상호 변조 기생 신호 두 가지 모두 포함한다. 제2증폭기에서 입력 신호를 더 증폭하므로, 제2증폭기 출력 신호는 제1증폭기 출력 신호보다 훨씬 더 강한 상호 변조 기생 신호를 포함한다. 제2증폭기 출력 신호가 감쇠기에서 감쇠되어, 상기 감쇠된 신호에서의 상호 변조 기생 신호가 상기 제1증폭기 출력 신호의 상호 변조 기생 신호와 같은 크기로 된다. 제2증폭기로부터의 감쇠된 출력 신호에 상기 제1증폭기 출력 신호의 역위상을 추가함으로써, 증폭기 출력 신호가 발생된다.
독일 특허 명세서 DE 제 27 18 172호에 의해 알려진 증폭기에 있어서의 가지 문제는 인지되는 전력 손실이 상당하다는데 있다. 이러한 전력 손실이 발생하는 한 가지 이유는, 제1증폭기에서보다 제2증폭기에서 입력 신호가 훨씬 더 강하게 증폭되어 그 후 제2증폭기 출력 신호가 감쇠됨으로써, 차후의 역위상 추가 과정에서 제1 및 제2신호 경로에서 발생되는 상호 변조 기생 신호가 상호 중화되기(neutralize) 때문이다.
전력 손실은 또한, 제2신호 경로에서의 감쇠에 의해 얻어진 신호가 여전히 원하는 신호 성분 중 비교적 많은 부분을 포함하므로, 상기 신호의 이러한 부분이 상기 역위상 추가 과정에서 증폭기로부터의 원하는 출력 신호의 전력 감소를 유발하게 되기 때문에 발생된다.
본 발명은 전력 증폭기와, 전력 증폭기에서의 전력 증폭 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 적어도 두 개의 변조된 반송파(carrier wave)를 포함하는 복합 무선 신호(composite radio signal)의 전력 증폭에 관한 것이다.
도 1은 무선통신망(radio communications network)의 일부를 나타내는 도면.
도 2는 통상적인 피드포워드 기술에 따른 전력 증폭기를 나타내는 블록도.
도 3은 독일 특허 출원 DE 제 27 18 172호에 따른 전력 증폭기를 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전력 증폭기를 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 전력 증폭기를 나타내는 블록도.
도 6a-6c는 상이한 무선 신호의 간략한 주파수 스펙트럼을 나타내는 다이어그램.
도 7a-7b는 도 4 및 도 5에 이용된 증폭기의 내부 구조를 나타내는 블록도.
도 8은 본 발명의 방법을 나타내는 흐름도(flowchart).
본 발명은, 비선형 증폭기를 이용하여 적어도 두 개의 변조된 반송파를 포함하는 무선 신호를 증폭하는 동시에 증폭된 신호에서 상호 변조 기생 신호의 발생을 방해하는 문제를 제시한다. .
상기 문제는 주로, 전력 증폭기가 제1 및 제2비선형 증폭기에서 각각 증폭되는 두 개의 무선 신호로 무선신호를 분리하는 방법을 이용하여 해결되는데, 상기 무선 신호는 적어도 두 개의 변조된 반송파를 포함한다. 증폭 과정에서 상호 변조 기생 신호가 각 증폭기에 발생한다. 보상 신호가 제2증폭기의 출력신호로부터 발생됨으로써, 변조된 반송파의 선택적인 억압이 발생한다. 전력 증폭기 출력 신호는 보상신호의 역위상을 제1증폭기 출력 신호에 추가함으로써 발생된다. 따라서, 본 발명은 상기 언급한 방법 및, 상기 방법을 수행하는데 필요한 수단을 포함하는 전력 증폭기에 관한 것이다.
좀 더 구체적으로 말하면, 상기 문제는, 적어도 두 개의 변조된 반송파를 포함하는 제1복합 무선 신호를 전력 증폭기에서 제2 및 제3무선 신호로 분리함으로써 해결된다. 제2무선 신호는 제1증폭기에서 증폭되어, 증폭 변조된 반송파를 포함하는 것 이외에도 제1증폭기에서 발생된 상호 변조 기생 신호를 포함하는 제4무선 신호를 제공한다. 제5무선 신호는, 제2증폭기에서 제3무선 신호를 증폭하여, 증폭 변조된 반송파를 포함하는 것 외에도 제2증폭기에서 발생된 상호 변조 기생 신호를 포함하는 제6무선 신호를 얻음으로써 일어난다. 상기 제5무선 신호는 제6무선 신호로부터 발생되므로, 변조된 반송파의 선택 억압이 발생한다. 출력 신호는, 제4 및 제5무선 신호의 역위상을 추가하여 전력 증폭기로부터 발생되어, 출력 신호의 상호 변조 기생 신호를 억압한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 변조된 반송파의 선택 억압은 대역 소거 필터(band-stop filter)에서 상기 변조된 반송파를 여과함으로써 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 선택적인 억압은 제2증폭기 출력 신호의 일부에 제3무선 신호 일부의 역위상을 추가함으로써 이루어진다.
본 발명의 목적은, 적어도 두 개의 변조된 반송파를 포함하는 무선 신호를 증폭함과 동시에, 증폭된 신호의 상호 변조 기생 신호를 억압하는 방법 및 그러한 전력 증폭기를 제공하는 것이다. 좀 더 구체적인 목적은, 낮은 전력 손실을 가진 전력 증폭기를 제공하는 것이다.
본 발명에 의해 제공되는 한 가지 장점은, 낮은 전력 손실을 가진 선형화된 전력 증폭기를 실현할 수 있다는 것이다.
이제, 본 발명을 바람직한 실시예와 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은, 기지국(base station)(101)이 무선 신호를 통해 코드리스 단말기(cordless terminal)(102), 예컨대 이동 전화기와 통신하는 무선통신망(100)의 일부를 도시한다. 기지국(101)은 일반적으로 복수의 반송파(C1-C2)의 동시 전송하도록 설치된다. 반송파(C1-C2) 각각은 통상적으로 각각의 전력 증폭기를 이용하여 증폭되었다. 모든 반송파 또는 적어도 상기 반송파 중 다수를 동시에 증폭하는단일 전력 증폭기를 이용하여 기지국 하드웨어 비용을 줄일 수 있다.
통상적인 증폭기는, 여러 주파수의 신호를 동시에 증폭할 때 소위 상호 변조 기생 신호를 발생시키는 비선형 증폭기이다. 상기 상호 변조 기생 신호를 낮은 레벨로 억압할 필요가 있는데, 그렇게 하지 않으면 무선통신망(100)이나 또는 일부 다른 망/시스템에 교란(disturbance) 및 간섭(interference)을 일으키게 되기 때문이다.
상호 변조 기생 신호 및, 주로 소위 제3차상호 변조 기생 신호는, 통상적으로 피드포워드 선형화의 몇 가지 형태를 이용하여 전력 증폭기의 출력 신호에서 제거된다.
도 2는 통상적인 피드포워드 기술에 따른 전력 증폭기(200) 구조를 나타낸다. 전력 증폭기(200)는 수신된 입력 신호를 증폭함으로써 출력신호를 발생시키는 제1비선형 증폭기(201)를 포함한다. 제1방향성 결합기(directional coupler)(202)는 입력 신호의 일부를 제1지연선(delay line)(203)을 통해 제2방향성 결합기(204)와 직렬 결합된 제1이상기(phase shifter)(210)로 피드포워드한다. 제3방향성 결합기(205)는 제1비선형 증폭기(201) 출력신호의 적은 부분을 제2방향성 결합기(204)로 전환한다. 제1이상기(210)와 제2방향성 결합기(204)는 함께 역위상 추가 수단의 기능을 하여, 피드포워드된 제1증폭기(201)에 입력 신호를 상기 증폭기(201)로부터 얻은 출력 신호에 역위상으로 추가한다. 제1지연선(203)과 방향성 결합기(202, 204, 205)가 올바로 설정된다고 가정하면, 이러한 역위상 추가의 결과 나타나는 신호는, 제1증폭기(201)의 비선형성으로 유발되는 상호 변조 기생 신호만을 포함하게 된다. 이러한 상호 변조 기생 신호는 제2선형 증폭기(206)에서 증폭된다. 제1증폭기(201) 출력 신호는 제2지연선(207)을 통해 제4방향성 결합기(208)의 입력에 결합하고, 제2증폭기 출력 신호는 제2이상기(209)를 통해 제4방향성 결합기의 제2입력에 결합한다. 상기 입력 신호는, 무시할 수 있는 제3차 상호 변조 기생 신호를 포함하는 전력 증폭기 출력 신호를 발생시키기 위해, 제4방향성 결합기(208)에 같이 추가된다. 전력 증폭기(200) 출력 신호의 제3차 상호 변조 기생 신호를 중화시키기 위해서는, 제4방향성 결합기(208)에 신호를 추가할 때, 제2증폭기(206)의 상호 변조 기생 신호가 제1증폭기(201) 출력 신호의 상호 변조 기생 신호와 위상을은 반대이지만 동일한 전력 레벨을 가질 필요가 있다. 전력 레벨은 제2증폭기(206)와 방향성 결합기(208)를 조절함으로써 조절되지만, 위상 조절은 제2이상기(209)를 조절하여 이루어진다.
도 6a-6c는 간단한 주파수 스펙트럼으로서, 도 1과 관련하여 설명한 몇 가지 신호의 주파수 스펙트럼에 대한 기본적인 외형을 나타낸다.
도 6a는 도 2의 전력 증폭기(200)로의 가상 입력 신호를 나타낸다. 상기 입력 신호는, 각자의 반송파 주파수(F1 및 F2)를 가진 두 개의 반송파(C1 및 C2)를 포함하는 복합 무선 신호로 구성된다. 도 6a는 실제 복합 신호를 간단히 나타낸 것인데, 이는, 두 개의 변조된 반송파를 포함하는 실제적인 무선 신호의 주파수 스펙트럼이 두 개의 상이한 톤(tone)으로 구성됨은 물론 각자의 반송파 주파수에 대한 소정의 확산양을 가지게 되기 때문이다. 도 6a는 또한 기본적으로 전력 증폭기(200)로부터의 출력신호를 나타낸다. 그러나, 전력 증폭기(200) 출력신호의 전력 레벨이 입력신호의 전력 레벨보다 매우 높다는 것을 알아두어야 한다.
도 6b에는 도 2의 제1증폭기(201) 출력신호가 도시되어 있다. 상기 출력 신호는 증폭된 반송파(C1 및 C2) 두 가지 모두를 포함하고, 또한 제1증폭기(201)에서 발생된 제3차 상호 변조 기생 신호를 포함한다.
도 6c는 제2증폭기(206) 출력 신호를 나타낸다. 이 신호는 상호 변조 기생 신호(IM1 및 IM2)만을 포함한다.
도 2에 나타낸 전력 증폭기(200)가 가진 한 가지 문제점은, 제1증폭기(201)의 하단(downstream)에 놓여있는 모든 부품, 즉 제3방향성 결합기(205), 제2지연선(206) 및, 제4방향성 결합기(208)가 전력 증폭기(200)로부터 발생된 신호에 상당한 전력 손실을 일으킨다는 점이다.
도 3은 독일 특허 명세서 DE 제 27 18 172호에 제시된 설명에 따른 증폭기(300)를 나타낸다. 상기 증폭기(300)는 제1신호 경로(301)와 제2신호 경로(302)를 포함한다. 제1신호 경로는 제1증폭기(304)와 직렬로 결합된 제1감쇠기(303)를 포함한다. 제2신호 경로(302)는 제2감쇠기(306)와 직렬로 결합된 제2증폭기(305)를 포함한다. 상기 증폭기(300)는 또한 분리 수단(division means)(302)과 추가 수단(addition means)(308)을 포함한다. 상기 분리 수단(307)은 두 개의 출력과 하나의 입력을 갖는데, 상기 출력은 제1 및 제2신호 경로(301 및 302)의 각 처음에 접속된다. 상기 추가 수단(308)은 두 개의 입력과 하나의 출력을 갖는데, 상기 입력은 제1 및 제2신호 경로(301 및 302)의 끝에 각각 접속된다.
두 개의 변조된 반송파를 포함하는 복합 무선 신호로 구성될 수 있는 제1신호(RF31)는 증폭기(300)로 입력되어 분리 수단의 입력에서 수신되는데, 상기 분리 수단은 수신한 신호(RF31)를 제2신호(RF32)와 제3신호(RF33)으로 분리한 다음, 이러한 두 신호를 제1신호 경로(301)와 제2신호 경로(302)로 각각 분배하는 기능을 한다. 제2신호(RF32)는, 제1증폭기(304)에서 증폭되기 전에 제1신호 경로(301)의 제1감쇠기(303)에서 감쇠된다. 증폭된 변조 반송파 외에도, 제1증폭기(304) 출력 신호(RF34)는 또한, 제1증폭기(304)의 비선형성으로 인해 발생된 상호 변조 기생 신호를 포함한다. 후자의 출력 신호(RF34)는 상기 신호에 포함된 변조된 반송파 레벨과 상호 변조 기생 신호 레벨 간의 제1관계를 갖는다. 제3신호(RF33)는 제2신호 경로의 제2증폭기(305)에서 증폭되어, 제2증폭기 출력 신호(RF36)의 증폭된 변조 반송파가 제1증폭기(304) 출력 신호(RF34)의 변조된 반송파보다 더 강하게 된다. 상호 변조 기생 신호는 비선형 증폭기 출력 전압을 상승시킴에 따라 지수함수적으로(exponentially) 증가한다. 이것은, 제2증폭기(305) 출력 신호(RF36)에서 발생하는 상호 변조 기생 신호가, 제1증폭기(304) 출력 신호(RF34)의 증폭된 변조 반송파 및 상호 변조 기생 신호의 경우에서보다 동일한 신호(RF36)의 증폭된 변조 반송파에 대해 훨씬 더 강하다는 것을 의미한다.
제2증폭기(305) 출력 신호(RF36)는 제2감쇠기(306)에서 감쇠되어 신호(RF35)를 얻는데, 여기서 상기 감쇠된 신호(RF35)와 제1증폭기(304) 출력 신호(RF34)의 상호 변조 기생 신호 레벨은 각각 서로 상응한다. 상기 언급한 신호(RF35 및 RF34)가 추가 수단(308)에서 역위상으로 함께 추가되어, 상호 변조 기생 신호는 추가 수단(308)과 증폭기(300)로부터 출력된 결과 신호(RF37)에서 서로 중화한다.
도 3에 도시한 증폭기(300)에는, 매우 적은 손실을 일으키는 부품이 제1증폭기(304)의 하단에 접속되어 있다. 그러나, 전체적으로 보면, 상기 증폭기(300)는 결과적으로 큰 전력 손실을 나타내므로, 전력 증폭기로 이용하기에는 오히려 부적합하다. 이러한 이유는 어느정도는, 제2신호 경로(302)에서 그 다음 발생하는 감쇠에 따라 높은 진폭을 하기로 되어있기 때문이다. 이는 또한 제2감쇠기(306)로부터 출력된 신호(RF35)의 무시할 수 없는 변조된 반송파의 나머지 때문인데, 이것은 역위상 추가 과정에서 제1증폭기(304) 출력 신호(RF34)에서의 변조된 반송파의 상응하는 부분을 없애므로, 증폭기(300)로부터의 출력 신호(RF37)의 전력을 감소시킨다.
본 발명은 도 2와 3에 나타낸 이미 공지되어 있는 증폭기보다 더욱 효과적인 전력 증폭기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전력 증폭기(400)를 나타낸다. 전력 증폭기(400)는 적어도 두 개의 변조된 반송파를 포함하는 제1복합 무선 신호(RF41)를 증폭하기 위한 것이다. 상기 전력 증폭기(400)는 제1신호 경로(402)와 제2신호 경로(403)를 포함한다. 제1신호 경로(402)는 제1증폭기(405)와 직렬로 결합된 지연선(410)을 포함한다. 제2신호 경로(403)는 제1대역 소거 필터(408) 및, 제2대역 소거 필터(409)와 직렬로 결합된 제2증폭기(406)를 포함하는데, 상기 제2대역 소거 필터(409)) 다음에는 제3선형 증폭기(407)와 이상기(411)가 결합된다. 전력 증폭기(400)는 또한 제1방향성 결합기(401)와 제2방향성 결합기(404)를 포함한다. 제1방향성 결합기(401)는 하나의 입력과 두 개의 출력을 가지며, 여기서 상기 출력은 제1신호 경로(402)에서의 지연선(410)의 입력과, 제2신호 경로(403)에서의 제2증폭기(406)의 입력에 접속된다. 제2방향성 결합기(404)는 두 개의 입력과 하나의 출력을 가지며, 여기서 상기 입력은 제1신호 경로(402)에서의 제1증폭기(405)의 출력과, 또한 제2신호 경로(403)에서의 이상기(411)의 출력에 접속된다.
전력 증폭기(400)의 입력 신호를 구성하는 제1복합 무선 신호(RF41)는 제1방향성 결합기(401)의 입력에 수신된다. 제1방향성 결합기(401)는 제1무선 신호(RF41)를 제2무선 신호(RF42)와 제3무선 신호(RF43)로 분리하는 분리 수단의 기능을 하며, 상기 제2 및 제3무선 신호는 각각의 신호 경로(402, 403)로 분배된다. 도 6a는 무선 신호(RF41-RF43)의 각 주파수 스펙트럼에 대한 기본적인 외형을 나타낸다. 이러한 무선 신호는 모두 두 개의 변조된 반송파(C1 및 C2)를 포함한다. 그러나, 제1신호(RF41)를 분리함으로 인해, 다른 두 신호(RF42 및 RF43)의 전력이 더 낮다는 것을 알아두어야 한다. 제1무선 신호(RF41)는, 제2무선 신호(RF42)와 제3무선 신호(RF43)의 전력이 같은 크기를 가지며 각각 제1무선 신호(RF41) 전력의 거의 반이 되도록 적절히 분리된다.
제2무선 신호(RF42)는 제1증폭기(405)에서 증폭되기 전에 제1신호 경로(402)의 지연선(410)에서 지연되어 제4무선 신호(RF44)를 얻는다. 제1증폭기(405)의 비선형성으로 인해, 제4무선 신호(RF44)에 상호 변조 기생 신호가 나타난다. 도 6b는 제4무선 신호(RF44)의 주파수 스펙트럼에 대한 기본적인 외형을 나타낸다.
제3무선 신호(RF43)는 제2신호 경로(403)의 제2증폭기(406)에서 증폭되어 제6무선 신호(RF46)를 얻는다. 제2증폭기(406)의 비선형성으로 인해, 제6무선 신호(RF46)에서 상호 변조 간섭 신호가 나타난다. 도 6b는 제6무선 신호(RF46)의 주파수 스펙트럼에 대한 기본적인 외형을 나타낸다.
제2신호 경로(403)는 제6무선 신호(RF46)로부터 제5무선 신호(RF45)를 형성하는 기능을 한다. 이것은 변조된 반송파를 각각의 대역 소거 필터(408 및 409)에서 여과시킨 후, 상기 여과된 신호를 제3증폭기(407)에서 증폭함으로써 이루어진다. 도 6c는 제5무선 신호(RF45)의 주파수 스펙트럼에 대한 기본적인 외형을 나타낸다.
출력 신호(RF47)는, 제4무선 신호(RF44)와 제5무선 신호(RF45)의 역위상을 추가함과 아울러 상기 출력 신호(RF47)에서의 상호 변조 기생 신호를 억압함으로써, 제2방향성 결합기(404)의 출력상에서 전력 증폭기(400)로부터 발생된다. 도 6a는 이상적인 조건에서, 즉 상호 변조 기생 신호를 전체적으로 소거하였을 때, 상기 전력 증폭기(400) 출력 신호(RF47)의 주파수 스펙트럼에 대한 기본적인 외형을 나타낸다. 출력 신호(RF47)의 주파수 스펙트럼은 제1무선 신호(RF41)와 동일한 주파수 성분, 즉 변조된 반송파(C1 및 C2)를 포함하지만, 제1무선 신호(RF41)보다 훨씬 더 높은 전력을 갖는다.
역위상 추가는, 제5무선 신호(RF45)의 위상이 제4무선 신호(RF44) 위상의 역 또는 반대가 되도록 이상기(411)에서 제5무선 신호(RF45)를 위상 천이시킨 후, 위상 천이된 제5무선 신호(RF45)와 제4무선 신호(RF44)를 함께 제2방향성 결합기(404)에 추가함으로써 이루어진다.
이상기(411)와 제2방향성 결합기(404)는, 제4무선 신호(RF44)와 제5무선 신호(RF45)의 역위상 추가를 위한 추가 수단을 함께 형성하는 것이라 할 수 있다. 지연선(410)은, 상기 역위상 추가의 경우 제4무선 신호(RF44)와 제5무선 신호(RF45)가 동일한 시점을 가지게 하는, 즉 제1방향성 결합기(401)에서 제2방향성 결합기(404)까지 신호가 통과하는데 걸리는 시간이 상기 두 신호 경로(402 및 403) 각각에 대해 동일하게 되는 크기로 된다
제3증폭기(407)는 제5무선 신호(RF45)의 상호 변조 기생 신호의 전력 및 전압 레벨을 조절 혹은 조정하여, 상기 신호가 제4무선 신호(RF44)의 레벨값에 상응하도록 하는 수단이라 할 수 있다.
두 개의 대역 소거 필터(408-409)는 함께, 제6무선 신호(RF46)에서의 변조된 반송파를 선택적으로 억압하는 수단이라 할 수 있다. 소거 대역의 중심 주파수가 여과될 변조된 반송파의 반송파 주파수(F1 및 F2)(도 6b 참조)에 전기적으로 부합하도록 설정될 수 있는 대역 소거 필터를 적절히 이용하여, 상기 전력 증폭기(400)가 상이한 반송파 주파수로 조정될 수 있다. 이용된 대역 소거 필터(408-409)는, 제1대역 소거 필터(408)와 제2대역 소거 필터(409)의 중심 주파수가 각각의 주파수(F1 및 F2)로 설정되도록, 전기적으로 설정될 수 있어, 이렇게 설정된다. 예컨대, 대역 소거 필터(408-409)는, 기지국을 동작시키기 전에 제어 장치에 다운로드된(downloaded) 구성 파라미터에 따라 기지국의 제어 장치(412)로부터 설정될 수 있다. 그러나, 반송파 주파수를 변경할 필요가 없는 경우에는 영구적으로 설정된 대역 소거 필터를 이용할 수도 있다는 것을 알아두어야 한다.
도 4의 전력 증폭기(400)는, 제2신호 경로(403)에 더 많은 대역 소거 필터를 추가함으로써 두 개 이상의 변조된 반송파를 포함하는 복합 무선 신호를 증폭하도록 조정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 전력 증폭기(500)를 나타낸다. 전력 증폭기(500)는 적어도 두 개의 변조된 반송파를 포함하는 제1복합 무선 신호(RF51)를 증폭하기 위한 것이다. 상기 전력 증폭기(500)는 제1방향성 결합기(501), 제2방향성 결합기(502), 제1신호 경로(503) 및, 제2신호 경로(504)를 포함한다. 제1신호 경로(503)는 제1증폭기(506)와 직렬로 결합되는 제1지연선(505)을 포함한다. 제2신호 경로(504)는 하나의 입력과 두 개의 출력을 가진 제3방향성 결합기(507)를 포함한다. 제3방향성 결합기(507)의 제1출력은 제2증폭기(508)의 입력에 접속된다. 제3방향성 결합기(507)의 제2출력은 제2지연선(509)에 접속되며, 그 다음 상기 제2지연선은 제2이상기(510)에 직렬로 결합된다. 제4방향성 결합기(511)는 두 개의 입력과 하나의 출력을 가지며, 상기 입력 중 하나는 제2증폭기(508)의 출력에 접속되고, 다른 한 입력은 제2이상기(510)의 출력에 접속된다. 제4방향성 결합기(511)의 출력은 제3선형 증폭기(512)에 접속되는데, 그 다음 상기 제3선형 증폭기는 제1이상기(513)과 직렬로 접속된다. 제1방향성 결합기(501)는 하나의 입력과 두 개의 출력을 가지며, 여기서 상기 출력은 각각, 제1신호 경로(503)에서의 제1지연선(505)의 입력과 제2신호 경로(504)에서의 제3방향성 결합기(507)의 입력에 접속된다. 제2방향성 결합기(502)는 두 개의 입력과 하나의 출력을 가지며, 여기서 상기 입력은 각각, 제1신호 경로(502)에서의 제1증폭기(506) 출력과 제2신호 경로(504)에서의 제1이상기(513) 출력에 접속된다.
제1복합 무선 신호(RF51)는 전력 증폭기(500)의 입력 신호를 구성하며, 제1방향성 결합기(501)의 입력에서 수신된다. 제1방향성 결합기(501)는 상기 제1무선 신호(RF51)를 제2무선 신호(RF52)와 제3무선 신호(RF53)로 분리하는 수단의 기능을 하는데, 상기 무선 신호는 각각의 신호 경로(503, 504)로 분배된다.
제2무선 신호(RF52)는, 제1증폭기(506)에서 증폭되어 제4무선 신호(RF54)를 형성하기 전에, 제1신호 경로(503)의 제1지연선(505)에서 지연된다. 제4무선 신호(RF54)는 제1증폭기(506)의 비선형성으로 인해 상호 변조 기생 신호를 포함하게 된다.
제3무선 신호(RF53)는 제2신호 경로(504)의 제2증폭기(508)에서 증폭되어 제5무선 신호(RF56)를 형성한다. 제2증폭기(508)의 비선형성으로 인해, 상기 제6무선 신호(RF56)에 상호 변조 기생 신호가 나타나게 된다.
제2신호 경로(504)는 제6무선 신호(RF56)로부터 제5무선 신호(RF55)를 형성하도록 조정된다. 본 발명 실시예의 경우, 신호 생성은, 제3방향성 결합기(507)와 제2지연선(509)이 제3무선 신호(RF53)의 일부를 제2이상기(510)로 피드포워드시키는 수단으로 함께 작용함으로써 이루어진다. 제2이상기(510)와 제4방향성 결합기(511)는 함께, 상기 제3무선 신호(RF53)의 피드포워드된 부분과 상기 제6무선 신호(RF56)를 역위상으로 같이 추가하는 제2수단의 기능을 한다. 이러한 점에 있어서, 제2지연선(509)은 제2증폭기(508)에서 발생하는 시간 지연을 보상하기 위해 설치되고, 제2이상기(510)는 상기의 신호 추가가 역위상으로 일어나게 하기 위해 설치되며, 또한 제3방향성 결합기(507) 및 제4방향성 결합기(511)는 각각, 상기 신호 추가의 경우에 변조된 반송파가 중화되도록 하기 위해 설치된다. 마지막으로, 제4방향성 결합기(511) 출력을 제3증폭기(512)에서 증폭함으로써 제5무선 신호(RF55)가 발생한다.
출력 신호(RF57)는, 제4무선 신호(RF54)와 제5무선 신호(RF55)를 역위상으로 추가함으로써 전력 증폭기(500)로부터 제2방향성 결합기(502)상에서 발생된다. 상기 역위상 추가 과정은, 제4무선 신호(RF54)의 역 또는 반대 위상인 제5무선 신호를 발생시키도록 제5무선 신호(RF55)를 이상기(513)에서 위상 천이시킨 후, 위상 천이된 제5무선 신호(RF55)와 제4무선 신호(RF54)를 같이 제2방향성 결합기(502)에 추가함으로써 이루어진다.
전체적으로 보면, 이상기(513)와 제2방향성 결합기(502)는 제5무선 신호(RF55)에 제4무선 신호(RF54)의 역위상 추가를 위한 추가 수단을 형성하는 것이라 할 수 있다. 제1지연선은, 제4무선 신호(RF54)와 제5무선 신호(RF55)가 상기 역위상 추가의 경우 상호 동일한 시점을 갖도록, 즉 제1방향성 결합기(501)에서 제2방향성 결합기(502)까지 신호가 이동하는데 걸린 시간이 두 개의 신호 경로(503 및 504) 모두에서 동일하도록 하는 크기로 된다.
제3증폭기(512)는, 제5무선 신호(RF55)에서의 상호 변조 기생 신호의 전력 및 전압 레벨을 조정하여 상기 레벨이 제4무선 신호(RF54)의 레벨에 상응하게 되도록 하는수단이라 할 수 있다.
상기 제2실시예의 경우, 제3방향성 결합기(507)와 제2지연선(509)을 포함하는 피드포워드 수단은, 제2이상기(510)와 제4방향성 결합기(511)를 포함하는 제2추가 수단과 협력하여, 제6무선 신호(RF56)의 변조된 반송파를 선택적으로 억압하는 수단을 구성한다고 할 수 있다.
제2실시예에 있어서, 무선 신호(RF51-RF57)는 상기 제1실시예에서의 무선 신호(RF41-RF47)와 방향이 일치한다. 각각의 무선 신호(RF51-RF57)에 대한 주파수 스펙트럼의 기본적인 외형은, 제1실시예에서의 상응하는 무선 신호(RF41-RF47)의 주파수 스펙트럼과 동일하며, 이는 도 6a-6c로부터 알 수 있다.
상기 두 가지 실시예는 변조된 반송파의 선택적인 억압이 이루어지는 방법에 있어서는 상이하다. 도 5의 실시예가 가진 장점은, 증폭되는 복합 무선 신호에 있는 반송파의 수를 증가시킴에 따라 전력 증폭기(500)의 복잡성이 증가하지 않는다는 것이다.
상호 변조 기생 신호가 발생하는 제1 및 제2증폭기는 유사한 비선형 특성을 갖는 것이 바람직하다. 제2증폭기가 소정의 입력 신호에 대해, 제1증폭기의 상응하는 출력 신호의 전력보다 훨씬 더 낮은 전력의 출력 신호를 발생시키도록, 상기 두 개의 증폭기를 선택하는 것이 유리하다. 따라서, 제5무선 신호(RF45 및 RF55) 각각은 먼저 낮은 전력 레벨에서 상호 변조 기생 신호를 발생시킴으로써 발생되어, 변조된 반송파를 선택적으로 억압한 다음, 제3선형 증폭기(407 및 512)에서 각각 증폭됨으로써, 상기 제5무선 신호는 올바른 전력 레벨을 얻게 된다. 이러한 방법으로 얻어진 효율은 도 3에 나타나있는 증폭기를 이용하여 얻어진 효율보다 훨씬 더 높다. 또한, 도 4의 제2증폭기(406)로부터의 더 낮은 전력의 출력 레벨을 이용함으로써, 증폭기(406) 및 대역 소거 필터(408-409)를 낮은 전력에 맞게 할 수 있음은 물론, 상기 부품을 더 작게 그리고 보다 저렴하게 할 수 있다.
도 7a 및 7b는 도 4에 도시된 제1증폭기(405)와 제2증폭기(406)를 구현하는 적절한 방식을 나타낸다.
도 7a에 명백히 나타나 있는 바와 같이, 도 4의 제1증폭기(405)는, 병렬로 접속되는 첫 번째로 정해진 수의 증폭 소자(71)를 포함하여, 상기 증폭기(405)로 하여금 필수 전력을 전달할 수 있게 한다.
도 7b에 명백히 나타나 있는 바와 같이, 도 4의 제2증폭기(406)는 상기 제1증폭기(405)에서와 동일한 유형의 증폭 소자(71) 하나만을 포함한다.
예컨대, GSM 기지국에 있어서, 제1증폭기(405)는 에릭슨 인코퍼레이티드 파워 프러덕츠(Erisson Inc. Power Products)의 모델명 PTB 20219인 소위 RF 파워 트랜지스터(power transistor)에서 출발한 것이라 할 수 있다. 제2증폭기(406)는 전력에 대해, 즉 도 7a 및 7b에 대해 설명된 것에 따라 크기가 감소된 PTB 20219의 변형에서 출발한 것이라 할 수 있다.
제2증폭기가 제1증폭기에서와 동일한 유형의 병렬로 접속된 증폭기 소자를 더 적은 수 포함하므로, 제2증폭기(406)와 제1증폭기(405) 모두 유사한 비선형 특성을 가지게 되지만, 이와 동시에 상기 제2증폭기(46)는 상기 제1증폭기(45)보다 더 낮은 전력 레벨에서 동작하게 된다.
본 발명에 따른 전력 증폭기는 단일 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)에서 구현될 수 있다는 장점이 있다. 본 발명 전력 증폭기를 단일 MMIC에서 구현할 때 얻어지는 특별한 장점은, 제1및 제2증폭기 모두 동일한 칩에 놓이므로, 반도체 재료의 차이로 인한 증폭기 특성의 변화와 칩 제조에 이용되는 과정이 최소화된다는 점이다.
도 8은 본 발명에 따른 방법을 나타내는 흐름도이다. 이하, 도 8, 도 4 및, 도 6a-6c를 동시에 참조하여 상기 방법을 설명한다. 단계 801에서, 제1복합 무선 신호(RF41)가 제2무선 신호(RF42)와 제3무선 신호(RF43)으로 분리된다.
단계 801 이후, 상기 흐름도는 방법 단계 802를 포함하는 브랜치(branch)와, 방법 단계 803-805를 포함하는 브랜치로 나뉘어지는데, 여기서 각 브랜치는 제1신호 경로(402)와 제2신호 경로(403)에서 각각 병행하여 수행되는 신호 처리를 나타낸다.
단계 802에서, 제2무선 신호(RF42)가 제1증폭기(405)에서 증폭되어 제4무선 신호(RF44)를 제공함으로써, 상기 제4무선 신호(RF44)에서 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)가 발생한다.
단계 803-805에서, 제3무선 신호(RF43)를 처리함으로써 제5무선 신호(RF45)가 발생된다. 단계 803에서, 제3무선 신호(RF43)가 제2증폭기(406)에서 증폭되어 제6무선 신호(RF46)를 제공함으로써, 상기 제6무선 신호(RF46)에서 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)가 발생한다. 제5무선 신호(RF45)는 제6무선 신호(RF46)로부터 형성되는데, 이것은, 상기 제6무선 신호(RF46)의 변조된 반송파(C1, C2)를 단계 804에서 선택적으로 억압한 다음, 단계 804로부터 얻어지는 신호의 전력을 단계 805에서 조정하여, 제5무선 신호(RF45)의 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)의 전력 레벨이 제4무선 신호(RF44)의 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)의 전력 레벨에 상응하게 함으로써 이루어진다.
마지막으로, 제4무선 신호(RF44)와 제5무선 신호(RF45)의 역위상 추가에 의해, 단계 806에서 전력 증폭기 출력 신호(RF47)가 발생된다.
Claims (13)
- 적어도 두 개의 변조된 반송파(C1, C2)를 포함하는 제1복합 무선 신호(RF41)의 전력 증폭기(400)에서의 증폭 방법으로서, 상기 방법은,a) 제1무선 신호(RF41)를 제2무선 신호(RF42)와 제3무선 신호(RF43)로 분리하는 단계(801),b) 제1신호 경로(402)에 속한 제1증폭기(405)에서 제2무선 신호(RF42)를 증폭하는 단계(802)로서, 이렇게 하여 제4무선 신호(RF44)를 발생시킴으로써 상기 제4무선 신호(RF44)에서 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)가 발생하는, 제2무선 신호 증폭 단계(802),c) 제2신호 경로(403)에서 제3무선 신호(403)를 신호 처리하여 제5무선 신호(RF45)를 발생시키는 단계(803-805),d) 제5무선 신호(RF45)에 제4무선 신호(RF44)의 역위상을 추가하여, 전력 증폭기(400) 출력 신호(RF47)를 발생시키는 단계를 포함하며, 여기서 상기 단계 c)의 신호 처리 단계는,e) 제2증폭기(406)에서 제3무선 신호(RF43)를 증폭하여(803) 제6무선 신호(RF46)를 발생시킴으로써, 상기 제6무선 신호(RF46)에서 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)가 발생하는 단계,f) 제6무선 신호(RF46)로부터 제5무선 신호(RF45)를 발생시키는 단계(804-805)를 포함하는 증폭 방법에 있어서, 상기 단계 f)는g) 제6무선 신호(RF46)의 변조된 반송파(C1, C2)를 선택적으로 억압하는 단계(804)를 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 f)는h) 제5무선 신호(RF45)에서의 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)의 전력 레벨을 조정하여(805), 상기 전력 레벨이 제4신호(RF44)의 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)의 전력 레벨에 상응하게 되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭 방법.
- 제1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1증폭기(405)와 상기 제2증폭기(406)가 유사한 비선형 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 증폭 방법.
- 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 소정의 입력 신호에 대해, 제1증폭기(405)의 상응하는 출력 신호(RF44)보다 더 낮은 전력을 갖는 제2증폭기(406) 출력 신호(RF46)를 발생시키는 것을 특징으로 하는 증폭 방법.
- 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 g)에서의 변조된 반송파(C1, C2)에 대한 상기 선택적인 억압(804)은 상기 변조된 반송파를 여과함으로써(408, 409) 이루어지는 것을 특징으로 하는 증폭 방법.
- 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 g)에서 변조된 반송파(C1, C2)에 대한 상기 선택적인 억압(804)은, 제3무선 신호(RF53)의 피드포워드된(507, 509) 부분으로 제6무선 신호(RF56)를 역위상 추가(510, 511)함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 증폭 방법.
- 적어도 두 개의 변조된 반송파(C1, C2)를 포함하는 제1복합 무선 신호(RF41)를 증폭하는 전력 증폭기(400)로서, 상기 전력 증폭기(400)는,- 제1무선 신호(RF41)를 제2무선 신호(RF42)와 제3무선 신호(RF43)로 분리하는 수단(401),- 제4무선 신호(RF44)를 발생시키도록 조정되는 제1신호 경로(402),- 제5무선 신호(RF45)를 발생시키도록 조정되는 제2신호 경로(403),- 제5무선 신호(RF45)에 제4무선 신호(RF44)를 역위상 추가함으로써, 전력 증폭기(400) 출력 신호(RF47)를 발생시키는 제1추가 수단(404, 411)을 포함하는데, 여기서- 상기 분리 수단(401)은 제1신호 경로(402) 및 제2신호 경로(403) 모두에 접속되어, 제2무선 신호(RF42)와 제3무선 신호(RF43)를 각각의 신호 경로(402, 403)로 분배하도록 조정되고,- 상기 제1신호 경로(402)는 제1증폭기(405)에서 제2무선 신호(RF42)를 증폭하여 제4무선 신호(RF44)를 발생시키도록 조정됨으로써, 제4무선 신호(RF44)에서 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)가 발생하며,- 상기 제2신호 경로(403)는 제2증폭기(406)에서 제3무선 신호(RF43)를 증폭하여 제6무선 신호(RF46)를 발생시키도록 조정됨으로써, 제6무선 신호(RF46)에서 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)가 발생하며,- 상기 제2신호 경로(403)가 또한 상기 제6무선 신호(RF46)로부터 제5무선 신호(RF45)를 발생시키도록 조정되는 전력 증폭기(400)에 있어서,상기 제2신호 경로(403)는, 제6무선 신호(RF46)의 변조된 반송파(C1, C2)를 선택적으로 억압하도록 조정되는 억압 수단(408, 409)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
- 제7항에 있어서, 상기 제2신호 경로(403)는, 제5무선 신호(RF45)에서의 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)의 전력 레벨을 제4무선 신호(RF44)에서의 상호 변조 기생 신호(IM1, IM2)의 레벨에 상응하도록 하는 조정 수단(407)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
- 제7항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1증폭기(405)와 상기 제2증폭기(406)가 유사한 비선형 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
- 제7항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2증폭기(406)는 소정의 입력 신호에 대해, 제1증폭기(405)의 상응하는 출력 신호(RF44)의 전력보다 훨씬 더 낮은 전력의 출력 신호를 발생시키도록 조정되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
- 제10항에 있어서, 상기 제1증폭기(405)는 소정의 유형의 병렬로 접속된 첫 번째로 정해진 수의 증폭 소자(71)를 포함하고, 상기 제2증폭기(406)는 상기 제1증폭기(406)의 증폭 소자와 동일한 유형의 보다 적게 두 번째로 정해진 수의 증폭 소자(71)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
- 제7항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 억압 수단은 상기 변조된 반송파(C1-C2)를 여과하도록 조정되는 대역 소거 필터(408, 409)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
- 제7항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 억압 수단은,- 제2증폭기(508) 상단(upstream)의 제2신호 경로(504)에 접속되어 제3무선 신호(RF53)의 일부를 피드포워드시키는 역할을 하는 피드포워드 수단(507, 509)과,- 제2증폭기(508) 및 피드포워드 수단(507, 509)에 접속되어, 상기 제3무선 신호(RF53)의 피드포워드된 부분에 제6무선 신호(RF56)를 역위상으로 추가하도록 조정되는 제2추가 수단(510, 511)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
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