KR20030073319A - 다중밴드 전력증폭장치 - Google Patents

Abstract

마이크로 스트립라인을 사용하지 않고, 다중밴드에서 동작할 수 있으며, 크기가 작고, 저렴하게 제조할 수 있는 다중밴드 전력증폭장치를 제공한다.

소정 주파수의 송신신호를 정합하는 입력정합부와, 상기 입력정합부에서 정합된 송신신호를 증폭하는 증폭수단과, 상기 증폭수단에서 증폭된 송신신호를 정합한 후 출력하여 송신되게 하는 출력정합부를 구비하고, 상기 입력정합부 및 출력정합부는, 복수의 코일과 복수의 콘덴서를 구비하는 것으로서 정합할 다중밴드의 주파수에 따라 입력 및 출력정합부의 복수의 콘덴서를 스위칭하거나 용량을 조절하여 다중밴드의 주파수의 송신신호에 입력 및 출력정합부가 정확히 정합하고, 증폭하여 출력한다.

Description

다중밴드 전력증폭장치{Multi-band Power amplifier}

본 발명은 이동통신단말기에서 송신하는 소정 주파수의 신호를 증폭하는 전력증폭장치에 관한 것으로 특히 다중밴드 주파수의 송신신호를 증폭하는 다중밴드 전력증폭장치에 관한 것이다.

이동통신단말기의 사용 주파수가 2㎓, 2.5㎓ 및 3㎓ 등으로 다양해지면서 통신방식도 다양해지고 있다. 이에 반하여 이동통신단말기의 사용자들은 기존의 통신이 가능하면서 새로운 규격의 통신도 가능한 다중밴드의 이동통신단말기를 요구하고 있는 실정이다.

그러므로 이동통신단말기의 제조업체에서는 기존의 800∼900㎒ 대역의 통신과, 1.7∼1.9㎓ 대역의 통신은 물론 2㎓, 2.5㎓ 및 3㎓ 대역의 통신도 가능한 이동통신단말기를 개발할 필요성이 있었다.

이동통신단말기가 다중밴드에서 통신이 가능하도록 하기 위해서는 송신할 소정 주파수의 송신신호를 증폭하는 전력증폭장치가 다중밴드 주파수의 송신신호를 모두 증폭할 수 있어야 한다.

현재 듀얼(dual)밴드 주파수의 송신신호를 증폭하는 전력증폭장치로서는 여러 가지가 알려져 있는 것으로 상기 듀얼밴드 전력증폭장치는 크게 구분하여 더블체인 방식 및 싱글체인 방식이 있다.

상기 더블체인 방식은 각 밴드에서 동작하는 회로를 각기 구성하고, 단지 신호의 경로만을 스위칭하여 듀얼밴드의 기능을 수행하는 것이다. 그러나 상기 더블체인 방식은 사용되는 능동소자의 수가 듀얼밴드의 수만큼 필요로 하고, 이로 인하여 이동통신단말기의 생산원가가 상승함은 물론 크기가 커지게 되는 문제점이 있었다.

그리고 상기 싱글체인 방식은 능동회로가 듀얼밴드를 공유하고 있으므로 이동통신단말기의 생산원가가 절감되고, 정합부를 적절하게 설계할 경우에 크기를 약 절반 이하로 줄일 수 있는 장점이 있다.

상기 싱글체인 방식은 정합부를 각각의 밴드별로 구성하여 스위칭하는 방식과 하나의 정합부 안에서 정합주파수를 가변할 수 있는 복수의 소자들을 구비하여 그 복수의 소자들을 스위칭하는 방식이 있다.

상기 정합부를 각 밴드별로 구성하여 스위칭하는 방식은 설계가 용이한 장점이 있는 반면에 정합부의 크기가 2배로 커지게 되는 단점이 있다. 그리고 상기 정합부 내의 복수의 소자들을 스위칭하는 방법은 크기를 작게 제조할 수 있으므로 현재 널리 사용되고 있다.

상기 정합부 내의 복수의 소자들을 스위칭하는 방법으로 구현된 종래의 다중밴드 전력증폭장치로는 미국특허 제6,243,566호가 알려져 있다.

상기 미국특허 제6,243,566호는 도 1에 도시된 바와 같이 소정 주파수의 송신신호가 저항(R1)을 통해 접지저항(R2), 접지 콘덴서(C1) 및 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가되게 접속되어 트랜지스터(Q1)의 에미터는 접지에 연결된다.

그리고 전원(B+)이 접지 콘덴서(C2) 및 저항(R3)을 통해 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 접속됨과 아울러 그 전원(B+)이 스위치(SW1) 및 마이크로 스트립라인(MSL1)을 통해 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 접속되고, 그 저항(R3), 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 및 마이크로 스트립라인(MSL1)의 접속점이 콘덴서(C3) 및 마이크로 스트립라인(MSL2)을 통해 접지 콘덴서(C4)에 접속되어 마이크로 스트립라인(MSL2)과 접지 콘덴서(C4)의 접속점에서 주파수가 정합된 송신신호가 출력되게 구성하였다.

이와 같이 구성된 종래의 다중밴드 전력증폭장치는 입력되는 소정 주파수의송신신호가 저항(R1, R2)에 의해 분할되고, 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가된다. 그러면, 트랜지스터(Q1)는 상기 송신신호를 증폭하여 그의 콜렉터로 출력하게 된다.

상기 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 접속되어 있는 마이크로 스트립라인(MSL1, MSL2) 및 콘덴서(C3, C4)는 소정 주파수에 정합되는 정합부를 이루고 있고, 스위치(SW1)의 접속 및 차단에 따라 마이크로 스트립라인(MSL1)이 동작 또는 정지되는 것으로서 정합부를 이루는 마이크로 스트립라인(MSL1, MSL2) 및 콘덴서(C3, C4)의 시정수에 따라 소정 주파수의 송신신호가 정합되고, 정합된 소정 주파수의 송신신호는 출력되어 송신된다.

예를 들면, 상기 스위치(SW1)를 접속시킬 경우에 마이크로 스트립라인(MSL1, MSL2) 및 콘덴서(C3, C4)는 900㎒ 대역의 주파수에 정합되어 900㎒ 대역 주파수의 송신신호가 출력되고, 상기 스위치(SW1)를 개방시킬 경우에 마이크로 스트립라인(MSL1)은 동작하지 않고, 마이크로 스트립라인(MSL2) 및 콘덴서(C3, C4)가 1.8㎓ 대역의 주파수에 정합되어 1.8㎓ 대역 주파수의 송신신호가 출력된다.

그러나 상기한 종래의 기술은 사용되는 부품의 수가 많고, 또한 길이가 긴 마이크로 스트립라인(MSL1, MSL2) 즉, 정합할 주파수의 λ/4(여기서, λ는 정합 주파수의 파장임)의 길이를 가지는 마이크로 스트립라인(MSL1, MSL2)을 사용하는 것으로서 전력증폭장치가 많은 면적을 차지하여 크기가 크고, 이동통신단말기가 극소형화되고 있는 추세에 적용하기가 매우 어려운 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 마이크로 스트립라인을 사용하지 않고, 다중밴드의 송신신호를 모두 전력증폭할 수 있는 다중밴드 전력증폭장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 크기가 작고, 저렴하게 제조할 수 있는 다중밴드 전력증폭장치를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 가지는 본 발명의 다중밴드 전력증폭장치의 일 실시 예는, 소정 주파수의 송신신호를 정합하는 입력정합부와, 상기 입력정합부에서 정합된 송신신호를 증폭하는 증폭수단과, 상기 증폭수단에서 증폭된 송신신호를 정합한 후 출력하여 송신되게 하는 출력정합부를 구비하고, 상기 입력정합부 및 출력정합부는, 입력단자에 제 1 접지 가변콘덴서, 코일 및 제 2 접지 가변콘덴서를 순차적으로 통해 출력단자에 접속되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 다중밴드 전력증폭장치의 다른 실시 예는, 소정 주파수의 송신신호를 정합하는 입력정합부와, 상기 입력정합부에서 정합된 송신신호를 증폭하는 증폭수단과, 상기 증폭수단에서 증폭된 송신신호를 정합한 후 출력하여 송신되게 하는 출력정합부를 구비하고, 상기 입력정합부 및 출력정합부는, 다중밴드의 송신신호의 잡음을 제거하는 잡음 제거부와, 다중밴드의 송신신호의 주파수가 정합되는 정합부와, 상기 잡음 제거부 및 정합부를 통과한 다중밴드의 송신신호를 대역 필터링하는 필터부로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 잡음 제거부는, 다중밴드의 송신신호가 코일의 일측단자에 인가되게 접속되고, 코일의 타측단자에는 접지 콘덴서가 접속되며, 상기 접지 콘덴서에는, 직렬 접속된 콘덴서 및 스위치가 복수개 병렬 접속되어 다중밴드의 송신신호에 혼합되어 있는 고조파 등의 잡음을 제거하고, 상기 정합부는, 다중밴드의 송신신호가 접지 콘덴서에 인가되게 접속되고, 그 접지 콘덴서에는, 직렬 접속된 콘덴서 및 스위치가 복수개 병렬 접속되어 다중밴드의 송신신호의 주파수가 정확하게 정합되게 하며, 상기 스위치는, GaAs 핀 다이오드, 전계효과 트랜지스터 또는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 스위치 등의 고주파 스위치를 사용하며, 상기 필터부는, 상기 잡음제거부 및 정합부를 통과한 송신신호가 직렬 콘덴서의 일측단자에 인가되게 접속되고, 직렬 콘덴서의 타측단자는 접지 코일에 접속되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 다중밴드 전력증폭장치의 구성을 보인 회로도이고,

도 2는 본 발명의 다중밴드 전력증폭장치의 구성을 보인 회로도이며,

도 3은 도 2의 입력 및 출력정합부의 일 실시 예를 보인 회로도이며,

도 4는 도 2의 입력 및 출력정합부를 듀얼밴드로 구성한 다른 실시 예를 보인 회로도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 입력정합부 20 : 출력정합부

30 : 잡음제거부 40 : 정합부

50 : 필터부

이하, 첨부된 도 2 내지 도 4의 도면을 참조하여 본 발명의 다중밴드 전력증폭장치를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 다중밴드 전력증폭장치의 구성을 보인 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 다중밴드 전력증폭장치는 입력되는 소정 주파수의 송신신호를 정합하는 입력정합부(10)와, 상기 입력정합부(10)에서 정합된 송신신호를 증폭하는 증폭수단인 트랜지스터(Q11)와, 상기 트랜지스터(Q11)에 의해 증폭된 송신신호를 정합하여 출력하는 출력정합부(20)로 구성된다.

상기 입력정합부(10) 및 출력 정합부(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이 입력단자(IN11)에 접지 가변콘덴서(VC11) 및 코일(L11)의 일측단자가 접속되고, 코일(L11)의 타측단자가 접지 가변콘덴서(VC12) 및 출력단자(OUT11)에 접속되게 구성하였다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예는 송신할 소정 주파수의 송신신호가 입력정합부(10)로 입력되어 주파수가 정합된 후 증폭수단인 트랜지스터(Q11)의 베이스에 입력되어 증폭되고, 트랜지스터(Q11)에서 증폭되어 그의 콜렉터로 출력되는 송신신호는 출력정합부(20)에서 다시 주파수가 정합된 후 출력되어 송신된다.

여기서, 입력정합부(10) 및 출력정합부(20)는, 입력단자(IN11)와 출력단자(OUT11)의 사이에 접지 가변콘덴서(C11)와, 코일(L11)과, 접지 가변콘덴서(C12)를 순차적으로 연결하여 π형으로 형성한 것으로서 주파수 특성이 저역통과 특성을 가지게 되어 송신신호를 증폭하면서 발생되는 고조파(harmonics) 등의 잡음신호가 입력정합부(10) 및 출력정합부(20)를 통과하면서 제거된다.

그리고 상기 입력정합부(10) 및 출력정합부(20)가 다중밴드의 특성을 가지기 위해서는 두 개의 접지 가변콘덴서(C11, C12)의 용량을 가지도록 해야 되는 것으로서 다중밴드의 송신신호의 주파수에 따라 상기 접지 가변콘덴서(C11)의 용량을 정확하게 가변하여 송신신호가 입력정합부(10) 및 출력정합부(20)에서 정확히 주파수 정합되게 해야 한다.

도 4는 본 발명의 입력정합부(10) 및 출력정합부(20)를 듀얼밴드로 구성한 다른 실시 예를 보인 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 입력단자(IN21)가, 코일(L21)을 통해 접지 콘덴서(C21)에 접속됨과 아울러 그 접속점이 콘덴서(C22) 및 스위치(SW21)를 통해 접지에 접속되어 잡음 제거부(30)가 구성된다. 그리고 상기 입력단자(IN21)와 상기 잡음 제거부(30)의 접속단자에 접지 콘덴서(C23)가 접속됨과 아울러 그 접속점이 콘덴서(C24) 및 스위치(SW22)를 통해 접지에 접속되어 정합부(40)가 구성된다. 또한 상기 입력단자(IN21)와 잡음 제거부(30) 및 정합부(40)의 접속단자가 콘덴서(C25)를 통해 접지 코일(L22) 및 출력단자(OUT21)에 접속되어 소정 대역 주파수의 송신신호를 통과시키는 필터부(50)가 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시 예는 코일(L21), 콘덴서(C21, C22) 및 스위치(SW21)가 잡음 제거부(30)로 동작하는 것으로서 입력단자(IN11)로 입력되는 송신신호는 상기 잡음 제거부(30)를 통과하면서 그 송신신호에 혼합되어 있는 고조파 등의 잡음이 제거된다. 여기서, 본 발명은 듀얼밴드의 송신신호의 주파수에 따라 스위치(SW21)를 스위칭하여 입력단자(IN21)로 입력되는 듀얼밴드의 송신신호 즉, 주파수가 상이한 송신신호의 잡음을 잡음 제거부(30)가 제거하고, 선형성을 개선하게 된다.

그리고 상기 코일(L21), 콘덴서(C21, C22) 및 스위치(SW21)를 통과하면서 잡음이 제거된 송신신호는 콘덴서(C23, C24) 및 스위치(SW22)로 이루어진 정합부(40)에서 주파수가 정합된다. 여기서, 상기 정합부(40)는 스위치(SW22)를 구비하여 콘덴서(C24)를 접지 또는 개방시키는 것으로서 정합할 듀얼밴드의 송신신호의 주파수에 따라 콘덴서(C23, C24)의 용량을 적절하게 설정하고, 스위치(SW22)를 개폐시켜 듀얼밴드의 송신신호의 주파수가 정합부(40)에서 정확하게 접합되게 한다.

상기 잡음 제거부(30) 및 정합부(40)를 통과하면서 잡음이 제거되고 주파수가 정합된 송신신호는 필터부(50)에 입력되어 필터링된 후 출력단자(OUT21)로 출력된다. 상기 필터부(50)는 직렬콘덴서(C25) 및 접지 코일(L22)이 구비되어 있는 것으로서 상기 잡음 제거부(30) 및 정합부(40)를 통과한 송신신호를 정확하게 대역필터링하여 출력단자(OUT21)로 출력한다.

여기서, 상기 스위치(SW21, SW22)는 고주파 특성을 가지는 소자를 사용하는 것이 바람직한 것으로서 예를 들면, GaAs 핀 다이오드, 전계효과 트랜지스터 및 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 스위치 등을 사용한다.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다. 예를 들면, 상기한 도 4에서는 듀얼밴드로 동작하는 입력 및 출력정합부를 예로 들어 설명한 것으로 콘덴서(C22) 및 스위치(SW21)와, 콘덴서(C24) 및 스위치(SW22)에 각기 용량이 상이한 콘덴서 및 스위치를 병렬로 연속하여 접속할 경우에 다중밴드로 동작하게 구성할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 다중밴드에 따라 각각의 정합부를 구비하여 스위칭하는 것이 아니라 정합부에서 일부 소자만을 스위칭하여 다중밴드로 동작하게 하는 것이므로 정합부의 수가 줄어들고, 이로 인하여 전력증폭장치의 크기를 작게 할 수 있어 이동통신단말기의 크기를 소형화할 수 있다.

또한 필요한 부품의 수가 적고, 송신신호를 정합하면서 잡음을 함께 제거하여 송신신호의 선형성이 향상되는 효과도 있다.

Claims (6)

1. 소정 주파수의 다중밴드 신호를 정합하는 입력정합부;

   상기 입력정합부에서 정합된 다중밴드 신호를 증폭하는 증폭수단; 및

   상기 증폭수단에서 증폭된 다중밴드 신호를 정합하여 송신신호로 출력하는 출력정합부를 구비하고,

   상기 입력정합부 및 출력정합부 각각은;

   입력단자 및 출력단자와 접지의 사이에 각기 제 1 가변콘덴서 및 제 2 가변콘덴서가 접속되고, 그 제 1 가변콘덴서 및 제 2 가변콘덴서의 사이에 코일이 접속되어 구성됨을 특징으로 하는 다중밴드 전력증폭장치.
2. 소정 주파수의 다중밴드 신호를 정합하는 입력정합부;

   상기 입력정합부에서 정합된 다중밴드 신호를 증폭하는 증폭수단; 및

   상기 증폭수단에서 증폭된 다중밴드 신호를 정합하여 송신신호로 출력하는 출력정합부를 구비하고,

   상기 입력정합부 및 출력정합부 각각은;

   상기 다중밴드 신호의 잡음을 제거하는 잡음 제거부;

   상기 다중밴드 신호의 주파수가 정합되는 정합부; 및

   상기 잡음 제거부 및 정합부를 통과한 다중밴드 신호를 대역 필터링하는 필터부로 구성됨을 특징으로 하는 다중밴드 전력증폭장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 잡음 제거부는;

   다중밴드 신호가 입력되는 입력단자에 코일 및 접지 콘덴서가 직렬로 접속되고, 그 접지 콘덴서에는, 직렬 접속된 콘덴서 및 스위치가 복수 개 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 다중밴드 전력증폭장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 정합부는;

   다중밴드 신호가 입력되는 입력단자에 접지 콘덴서가 접속되고, 그 접지 콘덴서에는, 직렬 접속된 콘덴서 및 스위치가 복수 개 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 다중밴드 전력증폭장치.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 스위치는;

   GaAs 핀 다이오드, 전계효과 트랜지스터 또는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 스위치인 것을 특징으로 하는 다중밴드 전력증폭장치.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 필터부는;

   상기 다중밴드 신호가 상기 잡음제거부 및 정합부를 통과하여 출력되는 단자가 직렬 콘덴서를 통해 출력단자에 접속되고, 그 출력단자에 접지 코일에 접속되는 것을 특징으로 하는 다중밴드 전력증폭장치.