AMP 효율개선1 - CFR, Doherty AMP

이전 시간에는 AMP의 선형성을 높이는 방법에 대해 알아봤습니다.

아래 글들을 읽고 오신다면 AMP에 대한 이해를 높일 수 있습니다.

2020/09/19 - [직무지식/중계기] - [중계기 구성] AMP란? - LNA, System NF

2020/10/05 - [직무지식/RF 회로] - [중계기 구성] AMP 선형화 방법 - Back Off, LPA, Pre-Distortion(APD, DPD)

 

이번 시간에는 AMP의 중요한 또 다른 특징 효율을 높이는 방법을 알아보겠습니다.

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전력 효율(Power Efficiency)이란?

주로 대전력을 다루는 송신단의 전력증폭기(Power Amplifier)의 성능 지표로 사용됩니다.

입력된 전력이 실제 목표 (신호처리, 증폭 등)에 얼마나 사용되었느냐를 나타냅니다.

사용되지 못한 DC전력은 그대로 열로 방출됩니다.

효율이 40%인 증폭기가 있다면 나머지 60%는 열로 방출된다는 의미죠.

 

전력증폭기는 열이 굉장히 많이 발생하 때문에

중계기 설계 시 방열 기능을 중요하게 생각하고 있습니다.

 

전력효율 공식

 

효율을 늘리는 방법

 

1. CFR(Crest Factor Reduction)

OFDM 시스템에서는 시간 영역 신호의 PAPR이 크다는 단점이 있습니다.

디지털 통신에서는 PAPR을 잡는 것이 중요하기 때문에 CFR을 통해 PAPR을 잡습니다.

PAPR은 최대 전력 대 평균 전력(Peak to average power ratio)입니다.

 

그리고 CFR은 아래 그림처럼 입력 신호 peak 부분을 clipping 하여 전력을 줄이는 것을 의미합니다.

peak windowing

 

 

2. Doherty AMP

도허티 전력 증폭기 구성 방식은 1936년 bell 연구소에 William H. Doherty가 발명해서 붙여진 이름입니다.

1936년에 개발된 방법인데도 아직까지 효율을 잡는 핵심 방법으로 사용되고 있으니 혁신적인 방법이라 할 수 있겠네요.

 

도허티 앰프는 두 개의 증폭기를 사용하여 적절하게 사용해서 효율을 줄이는 방식입니다.

Main AMP와 Peaking AMP가 있으며 평소 저, 중출력 대역에는 Main AMP만 작동을 하다가

고출력 대역에서는 Peaking AMP가 같이 작동하여 출력 부담을 줄이도록 설계되었습니다.

Doherty 증폭기 회로 블록

100W의 출력을 내야 할 AMP가 있다고 가정해 보겠습니다.

인풋 신호가 커플러를 통해 분배가 되는데

Main AMP(Carrier AMP)가 0~50W까지 작동하고

그 이상에서는 Peaking AMP와 동시에 작동하면서

IM신호가 캔슬이 되고 효율을 증가시킬 수 있게 됩니다.

Doherty 증폭기 출력 그래프

 

도허티 증폭기 작동의 핵심은 필요할 때만 Peaking AMP가 작동하는 것입니다.

항상 실행되면 효율성 절감 효과를 얻을 수 없기 때문입니다.

PAPR이 높은 파형에서 도허티 증폭기의 작동 영역을 보여드리겠습니다.

 

PAPR과 작동범위

현재 고출력의 이동통신시스템에서는 효율을 극대화 하기 위해

DPD + 최종단 도허티 증폭기의 형태로 이루어 집니다.

 

이상으로 AMP에서 효율성을 잡는 방법에 대해 알아봤습니다.