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KR100766201B1 - 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents

알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치 및 그 방법 Download PDF

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KR100766201B1
KR100766201B1 KR1020050107022A KR20050107022A KR100766201B1 KR 100766201 B1 KR100766201 B1 KR 100766201B1 KR 1020050107022 A KR1020050107022 A KR 1020050107022A KR 20050107022 A KR20050107022 A KR 20050107022A KR 100766201 B1 KR100766201 B1 KR 100766201B1
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South Korea
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power amplifier
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intermodulation distortion
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정윤하
이승엽
이용섭
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학교법인 포항공과대학교
포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 알에프 전력 증폭기에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 알에프 전력 증폭기에서 원천 주파수 성분만의 위상 변화를 측정하거나 혹은 알에프 전력 증폭기에서 기준 신호가 상쇄될 때의 상대적인 위상 정보만을 획득하는 방식으로 위상 변화를 측정하는 종래 방법과는 달리, 알에프 전력 증폭기에서, 임의의 톤 간격을 갖는 투 톤 신호를 전력 증폭기에 인가하고, 원천 주파수의 3차 혼변조 왜곡 신호를 특정 주파수 위에 위치시킨 후에, 전력 증폭기의 전, 후에서의 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값을 검출하고, 검출된 위상 차이값 중 실제 값을 판별하며, 판별된 실제 값을 상기 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값으로 저장한 후에, 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호를 특정 주파수로 위치시키고, 전력 증폭기의 전, 후에서의 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값을 검출하며, 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분 및 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값에 따라 위상 변화를 측정함으로써, 알에프 전력 증폭기에서 주전력 증폭기의 전, 후에서의 원천 주파수 성분뿐만 아니라 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 변화도 측정할 수 있는 것이다.
알에프 증폭기, 원천 주파수(fundamental frequency), 3차 혼변조 왜곡 성분 (3rd order intermodulation distortion), 위상 검출기

Description

알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING PHASE CHANGE OF RF POWER AMPLIFIER}
도 1은 종래의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치를 도시한 회로도,
도 2는 종래의 다른 실시 예에 따른 전력 증폭기의 위상 측정 장치를 도시한 회로도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 변화를 측정하는데 적합한 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치를 도시한 회로도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치를 이용하여 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 변화를 측정하는 과정을 도시한 플로우차트,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 위상 검출기의 특성을 도시한 그래프,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에서 게이트 바이어스 전압과 출력 전력에 따른 원천 주파수 성분과 3차 혼변조 왜곡 성분의 측정된 위상 특성을 도시한 그래프,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 바람직한 실시 예에서 톤 간격과 출력 전력에 따른 위쪽과 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호의 위상과 크기 특성을 도시한 그래프,
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 바람직한 실시 예에서 톤 간격과 출력 전력에 따른 톤 간격과 출력 전력에 따른 위쪽과 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호의 위상과 크기 특성을 도시한 그래프,
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시 예에서 출력 전력 34dBm에서의 톤 간격과 게이트 바이어스 전압에 따른 위쪽과 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호의 크기와 위상 특성을 도시한 그래프,
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 다른 실시 예에서 출력 전력 37dBm에서의 톤 간격과 게이트 바이어스 전압에 따른 위쪽과 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호의 크기와 위상 특성을 도시한 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
302 : 왜곡 신호 생성부 302a : 제 1 신호 발생기
302b : 제 2 신호 발생기 302c : 구동 증폭기
304 : 제 1 경로부 304a : 제 1 커플러
304b : 제 1 고정 감쇄기 304c : 지연 선로
304d : 제 1 혼합기 304e : 제 1 대역 통과 여파기
304f : 제 1 이득 증폭기 304g : 가변 위상 천이기
306 : 신호 발생부 306a : 국부 발진기
306b : 분배기 308 : 주전력 증폭기
310 : 제 2 경로부 310a : 제 2 커플러
310b : 제 2 고정 감쇄기 310c : 제 2 혼합기
310d : 제 2 대역 통과 여파기 310e : 제 2 이득 증폭기
312 : 위상 검출기
본 발명은 알에프(RF) 전력증폭기의 위상 변화 측정 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동 통신 시스템의 알에프 전력증폭기에서 발생되는 원천주파수(fundamental frequency)뿐만 아니라 3차 혼변조 왜곡 성분(3rd order intermodulation distortion)의 위상 변화를 측정하는데 적합한 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 전력증폭기에서 메모리 효과(memory effect)의 특성을 정의하거나 전치왜곡 선형화기와 같은 선형화기의 최적 성능을 위해 3차 혼변조 왜곡성분의 크기 특성뿐만 아니라 위상 특성을 실제로 측정하여 확인하는 것은 매우 중요하다.
일반적으로, 전력증폭기에 의한 3차 혼변조 왜곡 성분의 크기 성분은 파형 분석기(spectrum analyzer)를 이용하여 간단히 측정될 수 있지만, 3차 혼변조 왜곡 성분의 크기가 원천 주파수 성분에 비해 매우 작은 값을 갖기 때문에, 일반적으로 위상 측정을 위해 이용되는 네트워크 분석기(network analyzer)와 같은 위상 측정기를 이용하여 위상 성분을 측정하는 것은 매우 어렵다.
이에 따라, 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 특성을 확인하기 위해 벡터 신호 분석기(vector signal analyzer)와 같은 고가의 분석기가 필요하며, 이러한 분석기가 없을 경우에는 복잡하게 설계된 다른 장치가 요구되고, 해당 장치는 매우 정교한 조정 및 제어가 요구되며, 이러한 장치들이 구비되지 않은 경우 위상 변화의 측정 시 발생하는 측정 오차는 최종 결과의 신뢰성을 저하시키는 큰 요인으로 작용한다.
종래에, 알에프 전력 증폭기를 이용하여 수행되는 위상 변화 측정 방법은 원천 주파수 성분만에 대한 위상 변화를 측정하거나 혹은 전력 증폭기에 의한 원천 주파수와 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상을 측정하기 위해 측정 장치의 내부에 혼변조 왜곡신호 발생기를 구성하여 기준 신호를 만들거나 혹은 외부에서 3차 혼변조 왜곡 성분 신호를 인가하여 가변 감쇄기와 가변 위상 천이기를 조절한 후, 전력 증폭기에 의한 3차 혼변조 왜곡 성분과 비교 또는 상쇄시키는 방식으로 위상 변화를 측정하였다. 이 후 종래의 실시 예를 참조하여 더 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치를 도시한 회로도로서, 제 1 기준 신호 발생기(102a), 제 2 기준 신호 발생기(102b), 결합기(104), 제 1 커플러(106), 제 1 고정 감쇄기(108), 전력 증폭기(110), 제 2 커플러(112), 제 2 고정 감쇄기(114), 가변 위상 천이기(116) 및 위상 검출기(118)를 포함한다. 이러한 도면을 통해 종래의 일 실시 예에 따른 위상 변화 측정 방법에 대해 설명한다.
도 1을 참조하면, 전력 증폭기(110)의 전, 후에서 제 1 커플러(106)와 제 2 커플러(112)를 통해 원천주파수 성분만을 추출하여 위상 변화를 측정하는 장치로서, 이러한 측정 장치의 경우 원천주파수 성분만의 위상 변화를 측정할 수 있기 때문에 전력 증폭기(110)의 비선형성에 의해 생성되는 혼변조 왜곡 신호 중에 가장 큰 영향을 주는 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 변화를 측정할 수 없고, 전력 증폭기(110)를 거치는 동안만큼의 군속도 지연에 대한 보상이 없어 넓은 톤 간격을 가진 투톤 신호를 인가할 경우 전력 증폭기(110) 전, 후에서의 정확한 위상 변화를 측정할 수 없는 문제점이 있었다.
도 2는 종래의 다른 실시 예에 따른 전력 증폭기의 위상 측정 장치를 도시한 회로도로서, 제 1 기준 신호 발생기(202a), 제 2 기준 신호 발생기(202b), 제 1 결합기(204), 분배기(206), 제 1 가변 감쇄기(208), 주전력 증폭기(210), 제 2 가변 감쇄기(212), 가변 위상 천이기(214), 혼변조 신호 발생기(216) 및 제 2 결합기(218)를 포함한다. 이러한 도면을 통해 종래의 다른 실시 예에 따른 위상 변화 측정 방법에 대해 설명한다.
도 2를 참조하면, 혼변조 왜곡 신호 발생기(216)에 의해 기준 신호를 만들고, 이러한 기준 신호가 상쇄될 때의 제 1 가변 감쇄기(208)와 제 2 가변 감쇄기(212) 및 가변 위상 천이기(214) 간 값의 변화에 따라 크기에 대한 상대적인 위상 정보만을 획득할 수 있으며, 혼변조 왜곡 신호 발생기(216)의 비선형성에 의존하게 되며 톤 간격에 따른 위상 변화를 알 수 없다는 문제점이 있었다.
종래의 또 다른 위상 변화 측정 방법들은 측정 장치의 설비가 복잡하고, 고가의 장비를 필요로 하고, 알에프 전력 증폭기에서 발생하는 메모리 효과를 알아보 기 위한 톤 간격에 따른 위상 왜곡을 측정하기에 적합하지 않으며, 투 톤 신호를 만드는 기준 소스 신호 발생기나 국부 발진기를 사용할 경우, 이들의 주파수가 변하거나 전원 온 오프 시의 위상이 무작위로 변하기 때문에 전력 증폭기만의 위상 변화를 측정할 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서, 종래에 따른 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정에 있어서, 전력 증폭기의 원천 주파수 성분만의 위상 변화를 측정하거나 혹은 전력 증폭기에서 기준 신호가 상쇄될 때의 상대적인 위상 정보만을 획득하는 방식으로 위상 변화를 측정함으로써, 전력 증폭기의 3차 혼변조 왜곡 신호의 위상 성분을 측정하는데 한계가 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 알에프 전력 증폭기에서 발생되는 원천주파수뿐만 아니라 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 변화를 측정할 수 있는 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 알에프 전력 증폭기에서 발생하는 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 변화를 다양한 톤 간격, 출력 전력의 크기 및 게이트 바이어스 전압에 따라 측정할 수 있는 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 관점에서 본 발명은, 알에프 전력 증폭기에 의한 3차 혼변조 왜곡 신호의 위상 변화를 측정하는 장치로서, 입력되는 두 개의 기준 소스 신호를 결합한 후 왜곡시켜 출력하는 왜곡 신호 생성부와, 위쪽 3차 혼변조 왜곡 신호 또는 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호를 특정 주파수에 위치시키고, 이러한 신호를 분배하여 출력하는 신호 생성부와, 상기 왜곡 신호 생성부로부터 출력되는 신호를 추출하여 신호 크기를 감쇄시키고, 군속도 지연을 보상한 후에, 상기 신호 생성부로부터 출력되는 신호와 혼합하며, 이러한 신호의 특정 주파수의 성분을 출력하고, 측정 범위에 따라 증폭하며, 측정되는 두 개의 위상 차이값 중 실제 값을 구별하도록 조절하여 인가하는 제 1 경로부와, 상기 왜곡 신호 생성부로부터 출력되는 신호의 크기를 증폭하고, 위상을 변화시키는 주전력 증폭기와, 상기 주전력 증폭기로부터 출력되는 신호를 추출하여 크기를 감쇄시키고, 상기 신호 발생부로부터 출력되는 신호와 혼합하며, 이러한 신호의 특정 주파수의 성분을 출력하고, 측정 범위에 따라 증폭하여 인가하는 제 2 경로부와, 상기 제 1 경로부 및 상기 제 2 경로부로부터 인가되는 각각의 출력 신호의 위상 차이를 검출하는 위상 검출기를 포함하는 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점에서 본 발명은, 알에프 전력 증폭기에 의한 3차 혼변조 왜곡 신호의 위상 변화를 측정하는 방법으로서, 임의의 톤 간격을 갖는 투 톤 신호를 상기 알에프 전력 증폭기에 인가하는 단계와, 원천 주파수의 3차 혼변조 왜곡 신호를 특정 주파수 위에 위치시키는 단계와, 상기 알에프 전력 증폭기의 전, 후에서의 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값을 검출하는 단계와, 상기 검출된 위상 차이값 중 실제 값을 판별하는 단계와, 상기 판별된 실제 값을 상기 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값으로 저장하는 단계와, 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호를 특정 주파수로 위치시키는 단계와, 상기 알에프 전력 증폭기의 전, 후에서의 상기 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값을 검출하는 단계와, 상기 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분 및 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값에 따라 위상 변화를 측정하는 단계를 포함하는 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 핵심 기술요지는, 알에프 전력 증폭기에서 원천 주파수 성분만의 위상 변화를 측정하거나 혹은 알에프 전력 증폭기에서 기준 신호가 상쇄될 때의 상대적인 위상 정보만을 획득하는 방식으로 위상 변화를 측정하는 종래 방법과는 달리, 알에프 전력 증폭기에서, 임의의 톤 간격을 갖는 투 톤 신호를 전력 증폭기에 인가하여 전력 증폭기의 전, 후에서의 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값을 검출하고, 전력 증폭기의 전, 후에서의 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값을 검출하며, 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분 및 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값에 따라 위상 변화를 측정한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 변화를 측정하는데 적합한 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치를 도시한 회로도로서, 왜곡 신호 생성부(302), 제 1 경로부(304), 신호 생성부(306), 주전력 증폭기(308), 제 2 경로부(310) 및 위상 검출기(312)를 포함한다. 여기에서, 왜곡 신호 생성부(302)는 제 1 신호 발생기(302a), 제 2 신호 발생기(302b), 결합기(302c) 및 구동 증폭기(304d)를 포함하고, 제 1 경로부(304)는 제 1 커플러(304a), 제 1 고정 감쇄기(304b), 지연 선로(304c), 제 1 혼합기(304d), 제 1 대역 통과 여파기(304e), 제 1 이득 증폭기(304f) 및 가변 위상 천이기(304g)를 포함한다. 또한, 신호 생성부(306)는 국부 발진기(306a) 및 분배기(306b)를 포함하고, 제 2 경로부(310)는 제 2 커플러(310a), 제 2 고정 감쇄기(310b), 제 2 혼합기(310c), 제 2 대역 통과 여파기(310d) 및 제 2 이득 증폭기(310e)를 포함한다. 이러한 도면을 통해 본 발명에 따른 전력 증폭기의 위상 변화 측정 방법에 대해 설명한다.
도 3을 참조하면, 왜곡 신호 생성부(302)에서는 제 1 신호 발생기(302a) 및 제 2 신호 발생기(302b)로부터의 입력 신호인 f1 및 f2가 결합기(302c)를 통해 결합하여 출력되고, 이러한 신호는 구동 증폭기(302d)를 통해 약하게 왜곡된 2f1-f2와 2f2-f1의 신호로 생성되어 출력된다. 여기에서, f1 및 f2는 각각 송신 대역의 원천 주파수 신호를 의미하고, 2f1-f2 및 2f2-f1은 각각 3차 혼변조 왜곡 신호를 의미한다. 이러한 입력 신호의 신호대역은 2.11GHz - 2.17GHz이다.
그리고, 제 1 경로부(304)에서는 구동 증폭기(302c)로부터 생성 출력된 2f1-f2 및 2f2-f1의 일부 신호가 추출되어 제 1 커플러(304a)를 통해 커플링되고, 이러 한 신호는 제 1 고정 감쇄기(304b) 및 지연 선로(304c)를 통해 신호의 크기가 감쇄되며, 주전력 증폭기(308)를 거치는 동안만큼 군속도 지연 처리된다.
또한, 군속도 지연 처리된 신호는 신호 발생부(306)로부터의 신호와 제 1 혼합기(304d)를 통해 혼합되고, 제 1 대역 통과 여파기(304e)를 통해 특정 주파수 대역의 신호를 선택하며, 선택된 신호는 제 1 이득 증폭기(304f)를 통해 증폭되며, 증폭된 신호는 가변 위상 천이기(304g)를 통해 위상이 천이되어 위상 검출기(312)로 인가된다. 여기에서, 제 1 대역 통과 여파기(304e)는 제 1 혼합기(304d)에서 출력되는 신호로부터 특정 주파수의 성분을 출력함과 동시에 그 나머지 성분 신호는 제거하고, 가변 위상 천이기(304g)는 제 1 이득 증폭기(304f)와 위상 검출기(312) 사이에 직렬로 연결되며, 위상 검출기(312)에서 검출된 두 개의 위상 차이값 중 실제 값을 구별한다.
여기에서, 신호 발생부(306)는 국부 발진기(306a) 및 분배기(306b)로 구성되는데, 국부 발진기(306a)는 중간주파수(intermediate frequency)가 제 1 대역 통과 여파기(304e)와 제 2 대역 통과 여파기(310d) 때문에 360MHz로 고정되어 있어 1.75GHz - 1.81GHz로 원하는 3차 혼변조 왜곡 신호를 선택하기 위해 주파수가 조정되어야 하고, 이러한 국부 발진기(306a)는 위쪽 3차 혼변조 왜곡 신호 또는 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호를 특정 주파수로 위치시키는 기능을 수행하며, 분배기(306b)는 국부 발진기(306a)로부터의 출력 신호를 분배하여 제 1 혼합기(304d) 또는 제 2 혼합기(310c)로 출력된다.
다음에, 구동 증폭기(302d)로부터 출력되는 신호가 주전력 증폭기(308)를 통 해 크기 증폭 및 위상 변화되어 출력된 신호는 제 2 커플러(308a)를 통해 제 2 경로부(310)로 커플링되는데, 이러한 커플링된 신호는 제 2 고정 감쇄기(310b)를 통해 소자들의 전력 포화를 방지하여 출력되고, 출력된 신호는 신호 발생부(306)로부터의 신호와 제 2 혼합기(310c)를 통해 혼합되며, 이러한 신호는 제 2 대역 통과 여파기(310d)를 통해 특정 주파수 대역의 신호만이 선택되며, 제 2 이득 증폭기(310e)를 통해 증폭되어 위상 검출기(312)로 인가된다.
이와 같은 회로도에서, 제 1 혼합기(304d)와 제 2 혼합기(310c), 제 1 대역 통과 여파기(304e)와 제 2 대역 통과 여파기(310d) 및 제 1 이득 증폭기(304f)와 제 2 이득 증폭기(310e)는 각각 대칭적으로 위치하며 동일한 기능을 수행한다. 여기에서, 제 1 대역 통과 여파기(304e)와 제 2 대역 통과 여파기(310d)는 200KHz의 3dB 대역폭과 400KHz의 오프셋에서 40dB의 정지 대역 특성을 가지며, 360MHz의 중심주파수를 갖는 소우 여파기(SAW filter)를 사용하고, 이러한 각각의 대역 통과 여파기의 특성에 따라 500KHz 이상의 톤 간격을 가진 투톤 신호의 3차 혼변조 왜곡 신호들을 측정할 수 있다.
이어서, 위상 검출기(312)에서는 제 1 경로부(304)의 가변 위상 천이기(304g)로부터 인가되는 신호와 제 2 경로부(310)의 제 2 이득 증폭기(310d)로부터 인가되는 신호의 위상차를 측정하게 된다. 여기에서, 위상 검출기(312)는 -60dBm에서 0dBm까지의 입력 신호 범위를 가지는 예를 들면, 아날로그 디바이스사(Analog Devices)의 AD8302를 이용하여 제 1 경로부(304)와 제 2 경로부(310)를 거쳐 입력되는 두 신호의 위상차를 10mV/degree 해상도(resolution)의 전압으로 나타낸다.
따라서, 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치를 이용하여 전력 증폭기의 원천 주파수 성분뿐만 아니라 3차 혼변조 왜곡 신호 성분까지 측정할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치를 이용하여 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 변화를 측정하는 과정에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치를 이용하여 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 변화를 측정하는 과정을 도시한 플로우차트이다. 이러한 도면을 통해 본 발명에 따른 위상 변화 측정 과정에 대해 임의의 주파수의 예를 들어 설명한다.
도 4를 참조하면, 제 1 기준 신호 발생기(302a) 및 제 2 기준 신호 발생기(302b)로부터의 두 개의 기준 소스 신호는 결합기(302c)를 통해 결합되어 주전력 증폭기(308)에 일정한 톤 간격을 갖는 투 톤 신호를 인가한다(단계402). 예를 들면, 중심 주파수가 2.14GHz이며 톤 간격이 1MHz인 투 톤 신호를 인가하고, 이러한 투 톤 신호는 각각 2.1395GHz, 2.1405GHz의 주파수를 갖는 신호이다.
그리고, 국부 발진기(306a)를 조절하여 원천 주파수의 3차 혼변조 왜곡 신호를 특정 주파수 위에 위치시킨다(단계404). 이 때, 위쪽과 아래쪽의 3차 혼변조 왜곡 신호의 주파수는 각각 2.1385GHz, 2.1415GHz가 되며, 국부 발진기(306a)는 위쪽과 아래쪽의 3차 혼변조 왜곡 신호를 특정 주파수(예를 들면, 360MHz)로 다운 컨버젼(down-conversion)시키기 위해 각각 1.7785GHz, 1.7815GHz의 주파수를 갖게 된다.
다음에, 제 1 경로부(304) 및 제 2 경로부(310)로부터 출력되는 각각의 신호에 대해 위상 검출기(312)를 이용하여 주전력 증폭기(308) 전, 후에서의 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값을 검출한다(단계406). 여기에서, 위상 차이값의 검출은 멀티미터(multimeter)를 이용하여 DC 전압을 읽고 그 값을 위상 차이값으로 변환하는 방식으로 수행된다.
또한, 위상 검출기(312)에서 검출된 두 개의 값 중에서 실제 값을 구별하기 위해 가변 위상 천이기(304g)를 조절한다(단계408). 여기에서, 가변 위상 천이기(304g)는 제 1 이득 증폭기(304f)와 위상 검출기(312) 사이에 직렬로 연결되고, 이를 통해 위상 검출기(312)에 의한 두 개의 측정 차이값 중에 실제 값을 구별할 수 있다. 여기에서, 위상 검출기(312)를 이용한 위상 측정 시에 두 개의 값을 가지기 때문에 가변 위상 천이기(304g)를 조절할 때 측정되는 DC 전압값의 변화 방향을 통해 실제값을 구별한다.
그리고, 가변 위상 천이기(304g) 조절의 통해 실제 값을 구별한 후, 위쪽 3차 혼변조 왜곡 신호의 위상 차이값을 저장한다(단계410).
이 후에, 위쪽 3차 혼변조 왜곡 신호에 대한 측정이 완료될 경우 국부 발진기(306a)를 조절하여 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호를 특정 주파수 위에 위치시킨다(단계412).
다음에, 위상 검출기(312)를 통해 주전력 증폭기(308)의 전, 후에서 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값을 검출한다(단계414).
이어서, 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분과 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값을 비교하고, 분석하여 주전력 증폭기(308)에 의한 위상 변화를 측정한다(단계416).
따라서, 주전력 증폭기 전, 후에서의 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값을 검출한 후에, 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값을 검출하여 주전력 증폭기에 의한 위상 변화를 측정 또는 파악할 수 있고, 입력 신호의 중심 주파수 또는 톤 간격이 변화될 경우 단지 국부 발진기의 주파수만을 변화시켜 측정할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치를 이용하여 위상 변화를 측정할 경우 위상 검출기의 특성 및 원천 주파수 성분과 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 특성에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 위상 검출기의 특성을 도시한 그래프로서, 전압 범위는 위상 검출기(312)에 인가된 두 입력 신호의 상대적인 위상 차이로 측정된다. 여기에서, 어느 하나의 검출 전압은 도 3에 도시된 바와 같이 두 개의 위상 정보를 가질 수 있으나, 도 3에 도시된 회로도와 같이 가변 위상 천이기(304g)를 이용하여 실제 위상에 대한 구별을 할 수 있고, 가변 위상 천이기(304g)의 위상 조절 전압(Vphase)이 증가할 때, 검출된 전압(Vdet)이 증가하면 영역 Ⅰ에, 검출된 전압(Vdet)이 감소하면 영역 Ⅱ에 있게 된다. 이 때, 가변 위상 천이기(304g)는 최초 검출된 위상의 위치를 알기 위해 사용되며, 위상을 측정하는 동안에는 고정되어 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에서 게이트 바이어스 전압과 출력 전력 에 따른 원천 주파수 성분과 3차 혼변조 왜곡 성분의 측정된 위상 특성을 도시한 그래프로서, 게이트 바이어스 전압이 3.92V일 때 원천 주파수의 위상을 0으로 가정할 경우 상대적으로 측정한 값을 나타내는데, 위상 검출기(312)의 측정 범위가 60dB이기 때문에 원천 주파수 성분과 3차 혼변조 왜곡 성분을 동시에 측정할 수 있으며, 서로에 대한 상대적인 위상 측정이 가능함도 물론이다. 또한, 주전력 증폭기(308)에서의 메모리 효과는 위쪽 3차 혼변조 왜곡 신호(Higher IM3, IM3H)와 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호(Lower IM3, IM3L)들 사이의 크기 및 위상 차이만 확인하여 측정할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 바람직한 실시 예에서 톤 간격과 출력 전력에 따른 위쪽과 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호의 위상과 크기 특성을 도시한 그래프로서, 게이트 바이어스 전압이 3.92V일 때, 톤 간격이 좁을 경우는 위쪽과 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호의 크기와 위상 차이가 거의 없지만 톤 간격이 커지면, 메모리 효과로 인해 낮은 출력에서 위상 차이가 커짐을 나타내며, 높은 출력에서는 톤 간격이 커지더라도 크기와 위상 차이가 감소함을 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 바람직한 실시 예에서 톤 간격과 출력 전력에 따른 톤 간격과 출력 전력에 따른 위쪽과 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호의 위상과 크기 특성을 도시한 그래프로서, 게이트 바이어스 전압이 3.99V일 때, 톤 간격과 출력 전력에 관계없이 위쪽과 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호의 크기와 위상 차이가 매우 작음을 나타낸다. 여기에서, 도 7a 및 도 7b와 도 8a 및 도 8b에서 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 왜곡은 게이트 바이어스와 출력 전력에 의존하며, 메모리 효 과가 높은 출력 전력과 게이트 바이어스 전압에서 감소됨을 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시 예에서 출력 전력 34dBm에서의 톤 간격과 게이트 바이어스 전압에 따른 위쪽과 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호의 크기와 위상 특성을 도시한 그래프이고, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 다른 실시 예에서 출력 전력 37dBm에서의 톤 간격과 게이트 바이어스 전압에 따른 위쪽과 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호의 크기와 위상 특성을 도시한 그래프로서, 도 9a 및 도 9b에 도시한 바와 같이 게이트 바이어스 3.915V, 도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같이 게이트 바이어스 3.85V에서 IMD 스윗 스팟(sweet spot)이 출력 전력과 게이트 바이어스에 의존함을 나타내며, 톤 간격에 따라 게이트 바이어스 3.98에서는 위쪽과 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호들이 겹치면서 위상 차이가 최소가 됨을 나타낸다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 알에프 전력 증폭기에서 원천 주파수 성분만의 위상 변화를 측정하거나 혹은 알에프 전력 증폭기에서 기준 신호가 상쇄될 때의 상대적인 위상 정보만을 획득하는 방식으로 위상 변화를 측정하는 종래 방법과는 달리, 알에프 전력 증폭기에서, 임의의 톤 간격을 갖는 투 톤 신호를 전력 증폭기에 인가하여 전력 증폭기의 전, 후에서의 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값을 검출하고, 전력 증폭기의 전, 후에서의 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값을 검출하며, 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분 및 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값에 따라 위상 변화를 측정함으로써, 전력 증폭기 전, 후에서 발생되는 원천 주파수 성분뿐만 아니라 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 변화를 효과적으로 측정할 수 있다.
그리고, 전력 증폭기에서 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상에 대한 상대적인 차이값과 변화값을 효과적으로 측정함으로써, 전력 증폭기에 의한 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 변화 특성을 효과적으로 파악할 수 있다.
또한, 다양한 톤 간격, 출력 전력의 크기, 게이트 바이어스 전압에 따른 전력 증폭기에서 왜곡 성분의 위상에 대한 상대적인 변화를 측정할 수 있고, 전력 증폭기의 입력단과 출력단에서 추출된 3차 혼변조 왜곡 신호는 위상 검출기에 인가될 때까지 대칭적인 구조를 갖기 때문에 기준 신호 발생기나 국부 발진기의 주파수가 변화하거나 동작 유무로 인한 위상의 무작위적인 변화에 관계없이 전력 증폭기만의 위상 변화를 측정할 수 있어 전력 증폭기의 메모리 효과 측정이 용이하며, 전치 왜곡 전력 증폭기의 설계와 전력 증폭기의 모델 추출에도 큰 기여를 할 수 있다.

Claims (8)

  1. 알에프 전력 증폭기에 의한 3차 혼변조 왜곡 신호의 위상 변화를 측정하는 장치로서,
    입력되는 두 개의 기준 소스 신호를 결합한 후 왜곡시켜 출력하는 왜곡 신호 생성부와,
    위쪽 3차 혼변조 왜곡 신호 또는 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호를 특정 주파수에 위치시키고, 이러한 신호를 분배하여 출력하는 신호 생성부와,
    상기 왜곡 신호 생성부로부터 출력되는 신호를 추출하여 신호 크기를 감쇄시키고, 군속도 지연을 보상한 후에, 상기 신호 생성부로부터 출력되는 신호와 혼합하며, 이러한 신호의 특정 주파수의 성분을 출력하고, 측정 범위에 따라 증폭하며, 측정되는 두 개의 위상 차이값 중 실제 값을 구별하도록 조절하여 인가하는 제 1 경로부와,
    상기 왜곡 신호 생성부로부터 출력되는 신호의 크기를 증폭하고, 위상을 변화시키는 주전력 증폭기와,
    상기 주전력 증폭기로부터 출력되는 신호를 추출하여 크기를 감쇄시키고, 상기 신호 발생부로부터 출력되는 신호와 혼합하며, 이러한 신호의 특정 주파수의 성분을 출력하고, 측정 범위에 따라 증폭하여 인가하는 제 2 경로부와,
    상기 제 1 경로부 및 상기 제 2 경로부로부터 인가되는 각각의 출력 신호의 위상 차이를 검출하는 위상 검출기
    를 포함하는 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 왜곡 신호 생성부는,
    상기 입력되는 두 개의 기준 소스 신호를 결합하는 결합기와,
    상기 결합기로부터 출력되는 신호를 왜곡시키는 구동 증폭기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 생성부는,
    위쪽 3차 혼변조 왜곡 신호 또는 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호를 특정 주파수에 위치시키는 국부 발진기와,
    상기 국부 발진기로부터 출력되는 신호를 분배하는 분배기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 경로부는,
    상기 왜곡 신호 생성부로부터 출력되는 신호를 추출하는 제 1 커플러와,
    상기 제 1 커플러로부터 추출된 신호의 크기를 감쇄시키는 제 1 고정 감쇄기와,
    상기 제 1 고정 감쇄기로부터 출력되는 신호를 상기 주전력 증폭기를 거치는 동안만큼 군속도 지연을 보상하는 지연 선로와,
    상기 신호 생성부로부터 출력되는 신호와 상기 지연 선로를 거친 신호를 혼합하는 제 1 혼합기와,
    상기 제 1 혼합기로부터 출력되는 신호로부터 특정 주파수의 성분을 출력하고, 그 나머지 성분을 제거하는 제 1 대역 통과 여파기와,
    상기 제 1 대역 통과 여파기로부터 출력되는 신호를 상기 위상 검출기의 측정 범위로 증폭하는 제 1 이득 증폭기와,
    상기 제 1 이득 증폭기와 상기 위상 검출기에 직렬로 연결되어, 상기 위상 검출기에 의해 측정되는 두 개의 위상 차이값 중 실제 값을 구별하도록 조절하는 가변 위상 천이기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 경로부는,
    상기 주전력 증폭기로부터 출력되는 신호를 추출하는 제 2 커플러와,
    상기 제 2 커플러로부터 출력되는 신호의 크기를 감쇄시키는 제 2 고정 감쇄기와,
    상기 신호 생성부로부터 출력되는 신호와 상기 제 2 고정 감쇄기로부터 출력되는 신호를 혼합하는 제 2 혼합기와,
    상기 제 2 혼합기로부터 출력되는 신호로부터 특정 주파수의 성분을 출력하고, 그 나머지 성분을 제거하는 제 2 대역 통과 여파기와,
    상기 제 2 대역 통과 여파기로부터 출력되는 신호를 상기 위상 검출기의 측정 범위로 증폭하는 제 2 이득 증폭기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 장치.
  6. 알에프 전력 증폭기에 의한 3차 혼변조 왜곡 신호의 위상 변화를 측정하는 방법으로서,
    임의의 톤 간격을 갖는 투 톤 신호를 상기 알에프 전력 증폭기에 인가하는 단계와,
    원천 주파수의 3차 혼변조 왜곡 신호를 특정 주파수 위에 위치시키는 단계와,
    상기 알에프 전력 증폭기의 전, 후에서의 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값을 검출하는 단계와,
    상기 검출된 위상 차이값 중 실제 값을 판별하는 단계와,
    상기 판별된 실제 값을 상기 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값으로 저장하는 단계와,
    아래쪽 3차 혼변조 왜곡 신호를 특정 주파수로 위치시키는 단계와,
    상기 알에프 전력 증폭기의 전, 후에서의 상기 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값을 검출하는 단계와,
    상기 위쪽 3차 혼변조 왜곡 성분 및 아래쪽 3차 혼변조 왜곡 성분의 위상 차이값에 따라 위상 변화를 측정하는 단계
    를 포함하는 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 위상 차이값의 검출은, 멀티미터(multimeter)를 이용하여 DC 전압값을 읽고 그 값을 위상 차이값으로 변환하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 실제값의 판별은, 가변 위상 천이기를 조절할 때 측정되는 DC 전압값의 변화 방향을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 알에프 전력 증폭기의 위상 변화 측정 방법.
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