KR100206752B1 - 위성방송 수신용 주파수 변환기 - Google Patents

위성방송 수신용 주파수 변환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 편파 변환기를 사용하지 않고 편파된 위성신호를 수신할 수 있는 위성방송 수신용 주파수 변환기에 관한 것으로, 각 급전선(①-④)에 접속한 트랜지스터(Q1,Q4), (Q2,Q3)를 선별적으로 구동시키고, 위상편이기(12A), (12B)에서 위상을 조절하므로써 별도의 편파 변환기를 사용하지 않고도 원편파를 비롯하여 수평 및 수직 선형편파까지를 수신할 수 있고, 편리성 및 상품의 경쟁력을 증대시킬 수 있다.

Description

위성방송 수신용 주파수 변환기
제1a도는 일반적인 위성방송 수신용 주파수 변환기의 입력단블록도.
b도는 마이크로패치의 단면도.
제2도는 본 발명 위성방송 수신용 주파수 변환기의 입력단 블록도.
제3a, b도는 이중 피드를 이용한 마이크로스트립 라인 좌, 우 원편파 발생도.
제4도 및 제5도는 본 발명의 예시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 패치 12A, 12B : 위상편이기
13A-13C : 파워결합기 Q1-Q5 : 트랜지스터
①-④ : 급전선
본 발명은 편파 변환기를 사용하지 않고 편파된 위성신호를 수신할 수 있는 위성방송 수신용 주파수 변환기에 관한 것으로, 특히 수평 및 수직 편파와 좌, 우 원편파를 선택적으로 수신하는데 적당하도록한 위성방송 수신용 주파수 변환기에 관한 것이다.
제1a도는 편파 변환기를 사용하지 않고 수직 및 수평 편파 신호를 선택적으로 수신할 수 있는 일반적인 위성방송 수신용 주파수 변환기의 입력단 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 마이크로파 회로가 설치되는 유전체 기판면에 정사각형의 도체로된 패치(1)가 형성되는데, 그 패치(1)는 유전체 기판의 유전체를 사이에 두고 안테나로 부터 신호가 들어오는 피드혼의 직경의 중앙에 설치되며, 수직, 수평 급전선(2V), (2H)은 주파수 변환기내에 저잡음 증폭기의 첫째단 트랜지스터(Q1V), (Q1H)를 각기통해 공통접속되어 그 접속점이 저잡음 증폭기의 두번째 트랜지스터(Q2)에 접속되어 구성되었다.
한편, 제1b도는 일반적인 주파수 변환기에서 피드혼과 연결되어 있는 반전된 마이크로 스트립 패치의 단면도로서 이에 도시한 바와 같이, 유전체(3)의 일측면에 피드혼(4)이 설치되고, 그 피드혼(4)의 반대측면에 패치(1)가 설치되며, 그 패치(1)의 중심에 대하여 수직이 되게 급전선(2)이 설치된 것으로, 이와 같이 구성된 일반적인 주파수 변환기의 작용을 설명하면 다음과 같다.
안테나에서 집약한 편파성분을 가진 위성 신호는 피드혼(4)을 통해 유전체 기판의 유전체를 지나 상기 유전체 기판에서 마이크로파 회로들이 설치된 면에 설치된 도체 패턴인 패치(1)에 전자계를 형성시키는데, 그 도체 패치(1)가 도파관-마이크로 스트립 변환기이며, 평면 안테나의 단위소자와 같다.
상기 도체 패치(1)에 형성된 전자계는 급전선(2V), (2H)들과 전계적으로 결합하게 되고, 여기에 수평 및 수직 편파용 두 급전선에 신호가 여기되는데, 이때, 수직편파된 위성신호는 수직편파용 급전선(2V)에, 수평편파된 위성신호는 수평편파된 급전선(2H)에 각기 여기된다.
일반적으로 트랜지스터(Q1), (Q2)가 오프되면 그 트랜지스터(Q1), (Q2)는 저항기로 동작하므로 이때 위성신호는 그 트랜지스터(Q1), (Q2)를 통과하지 못하고 감쇄되지만 그 트랜지스터(Q1), (Q2)가 온되면 그 트랜지스터(Q1), (Q2)를 통해 위성신호가 증폭되어 통과된다.
따라서 두 급전선(2V), (2H)에 여기된 위성신호는 그 급전선(2V), (2H)들과 직접 연결된 트랜지스터(Q1), (Q2)에 바이어스를 인가하느냐에 따라 수평 및 수직 편파신호가 선택된다. 즉, 수직편파신호를 수신하기 위해서는 트랜지스터(Q1V)가 온되고 트랜지스터(Q1H)가 오프되어야하며, 상기 트랜지스터(Q1V)에서 증폭된 신호는 다음단 증폭기로 흘러들어가게 된다.
한편, 수평편파를 수신하기 위해서는 트랜지스터(Q1H)가 온되고, 트랜지스터(Q1V)가 오프되어야 한다.
그러나, 이와 같은 종래의 주파수 변환기에 있어서는 부가적인 편파변환기 없이 수직 및 수평편파의 수신기 가능하지만 좌,우편파를 수신하기 위해서는 원편파를 선형(수직,수평)편파로 변환시키기 위한 편파 변환기를 필요로 하는데, 그 편파 변환기는 페라이트 자성체를 이용한 것과 유전체 슬랩을 이용한 것이 있으며, 전자는 좌, 우 편파의 선택이 전기적으로 이루어지기 때문에 사용하기에 편리하지만 고기이고, 후자는 저가이지만 수동으로 슬랩의 위치를 바꿔야하며 원편파 수신시 선형편파의 수신기 불가능하기 때문에 선형편파의 수신시에는 유전체 슬랩을 제거해야 하는 단점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 종래의 결함들을 해결하기 위하여 별도의 편파 변환기를 사용하지 않고도 원편파, 수직 및 수평편파를 수신할 수 있게 함과 아울러 편리성을 도모할 수 있게 창안한 것으로 이를 첨부한 도면에 의하여 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명의 위성방송 수신용 주파수 변환기의 입력단 대한 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 마이크로파 회로가 설치되는 유전체 기판면에 정사각형 도체 패치(11)를 형성하여 그 패치(11)를 피드혼의 직경의 중앙에 위치시키며, 상기 패치(11)의 중심에 대해 서로 수직이 되고, 그 패치(11)의 각 면에 적당한 간격과 선폭을 갖는 제1급전선(①), 제2급전선(②), 제3급전선(③), 제4급전선(④)의 일측을 각기 접속하고, 상기 각 급전선(①), (④)을 트랜지스터 및 위상 편이기(Q1, 12A), 트랜지스터(Q4)를 각기 통해 파워결합기(13A)에서 공통접속하며, 상기 각 급전선(②), (③)을 트랜지스터 및 위상 편이기(Q2,12B), 트랜지스터(Q3)를 각기 통해 파워결합기(13B)에서 공통접속하며, 상기 파워 결합기(13A), (13B)의 출력단을 다시 파워결합기(13C)에서 공통접속하여 그 파워 결합기(13C)의 출력단을 트랜지스터(Q5)를 통해 출력단자(OUT)에 접속하여 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.
일반적으로(이하, X, Y로 표기함) 두 방향에 대한 전계의 세기는 같고 Y 방향의 위상이 90°빠르냐 늦으냐에 따라서 좌우 원편파로 나누어지며, Y방향이 X방향보다 위상이 90°빠른 경우 좌원편파가 발생되고, 반대로 Y 방향이 X 방향보다 위상이 90°느린경우 우원편파가 발생되고, 이 두 원편파는 시간에 대하여 좌 혹은 우로 회전하는 파가 된다.
제3a, b도는 마이크로 스트립 라인으로 구현된 좌, 우원편파발생기를 보인 것으로, 여기서 L1=L4=L로써 임의의 길이이고, L2=L3=L+λ/4로써 90°의 전기적인 길이차를 가지며, 본 발명에서는 이런 원리를 이용하여 선형편파와 함게 원편파까지 편파 변환기 없이 수신할 수 있는 주파수 변환기를 보여주고 있다.
제1선로(L1)의 길이와 제4선로(L4)의 길이는 원편파 수신시 위상 편이기를 조정하여 중심주파수에서 이들의 위상차가 90°가 될 수 있는 범위에서 임의의 길이를 정할 수 있다. 즉, 위상편이기(12A)가 0°~90°사이에서 가변이 가능하다면 제4선로(L4)의 전기적 길이는 위상 편이기(12A)가 0°또는 90°일때 제1선로(L1)의 전기적 길이와 같도록 할 수 있다.
이것은 우원편파 또는 좌원편파를 수신하느냐에 따라 결정되는 사항이며, 마찬가지로 위상 편이가 0°~180°까지 가변 가능하다면 0°~90°또는 90°~180°사이의 임의의 값에서 상기 제1선로(L1)와 제4선로(L4)의 전기적 길이를 같게 할 수 있다.
또한, 상기 정사각형 패치(11)의 중심에 대해 수직으로 놓인 제1선로(L1)와 제3선로(L3)는 수직편파 수신시 동시에 동작하므로 위상차 180°가 되도록 하여 파워 결합기(13C)의 접속점(C)에서 만날 수 있도록 제1선로(L1)상에 있는 위상 편이기(12A)를 조절 할 수 있게 하고, 같은 방법으로 제2선로(L2)와 제4선로(L4)는 수평편파 수신시 동시에 동작한다.
본 발명에서 두 선로가 만나는 접속점(A), (B), (C)에서 파워 결합기(13A),(13B), (13C)를 사용한 것은 두 선로상에서 동시에 신호가 존재하기 때문에 두 선로간의 고립도를 높여 간섭에 의해 신호의 특성이 나빠지는 것을 막기 위해서이고, 접속점(A)과 접속점(C) 사이의 선로와, 접속점(B)와 접속점(C) 사이의 선로도 같은 길이를 가지게 하므로써 위상차에 의한 신호 특성의 저하를 막을 수 있다.
제1선로(L1)와 제4선로(L4), 제2선로(L2)와 제3선로(L3) 각 쌍이 위상 편이기가 0°일때 같은 전기적 길이를 가지도록 되어있고, 제1선로(L1)와 제3선로(L3), 제2선로(L2)와 제4선로(L4)는 180°의 위상차를 갖도록 되어 있다면, 안테나에서 집약된 편파성분을 지닌 위성신호는 피드혼을 통해 상기 정사각형 패치(11)위에 전자계를 형성시키게 되고, 여러 편파중 수직편파신호를 수신하고자 할때, 트랜지스터(Q1)와 트랜지스터(Q3)에는 바이어스를 인가하여 그들을 온시키는 반면, 트랜지스터(Q2)와 트랜지스터(Q4)에는 바이어스를 인가하지 않음으로써 그들이 오프되게 한다.
이에따라 상기 정사각형 패치(11)로 부터 제1급전선(①)과 제3급전선(③)에 여기된 위성신호는 상기 트랜지스터(Q1)와 트랜지스터(Q3)에서 증폭되고, 그 두 신호는 파워 결합기(13A)의 접속점(C)에서 더해져 다음단의 증폭기로 공급된다.
그리고, 수평편파를 수신하고자 할 경우 상기와 반대로 트랜지스터(Q1)와 트랜지스터(Q3)를 오프시키고, 트랜지스터(Q2)와 트랜지스터(Q4)를 온시키면 되는데, 두 신호는 파워 결합기(13B)의 접속점(B)에서 더해져 다음단의 증폭기로 공급된다.
한편, 우원편파가 수신하고자 할 경우에는 트랜지스터(Q1), (Q4)를 온시키고, 트랜지스터(Q2), (Q3)를 오프시키게 되는데, 이때, 위상편이기(12A)는 중심주파수에서 90°의 위상차를 가지도록 동작시킴에 따라 상기 제1급전선(①)과 제4급전선(④)에 여기된 신호는 트랜지스터(Q1), (Q4)를 통해 증폭되고, 상기 트랜지스터(Q1)에서 증폭된 신호는 위상편이기(12A)에서 90°지연된후, 파워 결합기(13A)의 접속점(A)에서 트랜지스터(Q4)를 통해 증폭된 신호와 결합됨에 따라 Y 방향 전계가 90°느리게 되므로 우원편파 수신이 가능하게 되며, 이렇게 합성된 신호는 다음단 트랜지스터(Q5)에 공급된다.
좌원편파 수신시에는 상기와 반대로 트랜지스터(Q1), (Q4)를 오프시키고, 트랜지스터(Q2), (Q3)를 온시키게 되는데, 이때, 상기 위상편이기(12B)는 중심주파수에서 90°의 위상차를 가지도록 동작시킴에 따라 상기 제2급전선(②)과 제3급전선(③)에 여기된 신호는 트랜지스터(Q2), (Q3)를 통해 증폭되고, 상기 트랜지스터터(Q2)에서 증폭된 신호는 위상편이기(12B)에서 90°지연된 후, 파워 결합기(13B)의 접속점(B)에서 트랜지스터(Q3)를 통해 증폭된 신호와 결합됨에 따라 상대적으로 Y 방향 전계가 90°빠르게 되므로 좌원편파 수신이 가능하게 되며, 이렇게 합성된 신호는 다음단 트랜지스터(Q5)에 공급된다.
한편, 제4도 및 5도는 본 발명의 다른 실시 예시도를 보인 것으로, 제4도에서와 같이, 위상편이기(12A), (12B)를 각각 패치(11)와 트랜지스터(Q1), (Q2)의 사이에 접속하는 경우와, 제5도에서와 같이, 파워결합기(13A,13C), (13B,13C) 사이에 접속하는 경우, 그리고 전계 결합하는 상기 정사각형 패치(11) 대신에 전자계 결합하는 패치와 슬롯을 사용하는 경우, 패치의 대역폭이 증가된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 별도의 편파 변환기를 사용하지 않고 좌,우원편파를 비롯하여 수평 및 수직 선형편파까지를 수신할 수 있는 잇점이 있고, 그 선택이 전기적이기 때문에 사용하기가 편리할 뿐더러 모든 편파신호의 수신을 위하여 값비싼 페라이트 자성체 편파 변환기를 부가하는 것보다 가격이 싸기 때문에 적은 비용으로 상기 모든 편파를 수신할 수 있는 효과가 있으며, 파워 결합기를 사용하므로써 두 선로 사이의 고립도를 높여 두 라인사이의 간섭에 의한 신호 특성의 저하를 개선시킬 수 있는 효과가 기대된다.

Claims (3)

  1. 패치(11)의 중심에 대해 서로 수직이 되게 제1-4급전선(①-④)을 설치한후, 상기 급전선(①), (②)에 트랜지스터 및 위상 편이기(Q1,12A) ,(Q2,12B)를 각기 접속하고, 상기 급전선(③), (④)에는 트랜지스터(Q3), (Q4)를 각기 접속하며, 상기 위상편이기 및 트랜지스터(12A,Q4), (12B,Q3)의 출력단을 파워결합기(13A), (13B)에서 각기 접속하고, 상기 파워결합기(13A), (13B)의 출력단을 파워결합기(13C)에서 공통 접속하되, 원형편파용 트랜지스터(Q1,Q4), (Q2,Q3) 또는 선형편파용 트랜지스터(Q1,Q3), (Q2,Q4)를 선택적으로 구동시키고, 상기 위상 편이기(12A), (12B)의 위상을 가변시켜 좌, 우 원편파 또는 수평 및 수직편파를 선택적으로 수신하게 구성된 것을 특징으로 하는 위성방송 수신용 주파수 변환기.
  2. 제1항에 있어서, 위상 편이기(12A), (12B)를 패치(11)와 트랜지스터(Q1), 패치(11)와 트랜지스터(Q2) 사이에 접속하여 구성한 것을 특징으로 하는 위성방송 수신용 주파수 변환기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 위상편이기(12A), (12B)를 파워결합기(13A)와 파워결합기(13C), 파워결합기(13B)와 파워결합기(13C) 사이에 각기 접속하여 구성한 것을 특징으로 하는 위성방송 수신용 주파수 변환기.
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