KR100358026B1

KR100358026B1 - 밀리미터파의 편광을 이용한 송수신 장치

Info

Publication number: KR100358026B1
Application number: KR1020000069831A
Authority: KR
Inventors: 이기진; 홍성혁
Original assignee: 주식회사 아이투소프트
Priority date: 2000-11-23
Filing date: 2000-11-23
Publication date: 2002-10-25
Also published as: KR20010016215A

Abstract

밀리미터파의 편광을 이용한 송수신 장치가 제공된다.

송수신 장치는 하나의 밀리미터파 광원과, 송신 장치, 수신 장치 및 안테나를 포함한다. 밀리미터파 광원은 중심 주파수가 동일하고 편광이 서로 수직인 제1 편광 캐리어 밀리미터파와 제2 편광 레퍼런스 밀리미터파를 생성하여 각각 제1 편광성 전송로와 제2 편광성 전송로를 통해 출력한다. 송신 장치는 송신용 소스 데이터를 변조하여 송신 IF 신호를 생성하는 변조 수단과, 송신 IF 신호와 제1 편광 캐리어 밀리미터파를 믹싱하여 제1 편광 송신 신호를 생성하는 제1 믹서를 포함한다. 안테나는 송신 장치로부터 제1 편광성 전송로를 통해 전송된 제1 편광 송신 신호를 공간으로 송출하고, 제2 편광 수신 신호를 집광하여 제2 편광성 전송로를 통해 수신 장치에 공급한다. 수신 장치는 제2 편광 수신 신호와 제2 편광 레퍼런스 밀리미터파를 믹싱하여 수신 IF 신호를 생성하는 제2 믹서와, 수신 IF 신호를 복조하여 소스 데이터를 재생하는 복조 수단을 포함한다.

Description

밀리미터파의 편광을 이용한 송수신 장치{TRANSMITTING AND RECEIVING APPARATUS USING POLARIZATION OF MILLIMETER WAVE}

본 발명은 밀리미터파 무선 통신 링크에 관한 것으로, 더 구체적으로는 밀리미터파의 편광성을 사용하여 포인트 투 포인트(point to point) 통신 링크를 제공할 수 있는 송수신 장치에 관한 것이다.

기존의 통신 시스템들에서는 송신 전파 주파수와 수신 전파 주파수 간에 차이를 둠으로써 송수신용 전파들을 서로 분리하여 사용하고 있다. 이것은 기존의 통신 시스템들에서는 수신과 송신용 전파의 분리가 주파수의 분리 이외에는 다른 방법이 없다는 사실에 기인한다. 마이크로파는 송신과 수신용으로 같은 주파수를 사용할 경우 안테나에서 반사파의 제어나 송수신 신호의 분리가 용이하지 않기 때문에, 송수신용 주파수를 분리하여 사용하는 것이 일반적이다.

PCS 등의 보급이 확대됨에 따라, 마이크로파 대역의 주파수 자원이 많이 소요되었고, 보다 높은 주파수대역을 이용한 통신에 대한 요구가 계속 늘어가고 있다. 최근, 이에 대한 대안으로서 밀리미터파를 이용한 통신에 대한 연구가 활발해지고 있다.

밀리미터파는 파장이 대략 1mm-10mm 범위의 전자기파로서, 기존에 사용하는 통신용 전파보다는 회절성이 작고 직진성이 크나 광통신용 레이저광보다는 회절성이 크고 직진성은 작다. 상술한 마이크로파와 같은 밀리미터파보다 저주파 대역에서는 기존의 전자 회로 기술로 시스템을 설계할 수 있으나, 그 주파수 자원이 고갈되어 가고 있고, 레이저광 통신의 경우에는 광학 기술을 사용하여 시스템의 설계가 가능하나, 광케이블 등의 설치 비용이 많이 든다. 또한, 밀리미터파 통신의 경우에는 현재까지 실용적인 솔루션이 제시되지 못하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 차세대 무선 통신 장치로서, 밀리미터파의 편광을 이용하여 송신 신호와 수신 신호을 제어함으로써 설계 비용을 감소시킨 송수신 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 밀리미터파의 편광을 이용함으로써 송수신용 신호들의 주파수들을 서로 분리할 필요가 없는 포인트 투 포인트 통신 링크를 구현하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 소스 데이터를 변조하는 변조 수단과, 기설정된 편광 밀리미터파를 생성하는 광원과, 상기 변조 수단에 의해 변조된 신호와 상기 광원으로부터 생성된 상기 기설정된 편광 밀리미터파를 믹싱하여 편광 송신 신호를 생성하는 믹서와, 상기 편광 송신 신호의 노이즈 성분을 제거하는 필터와, 상기 노이즈 성분이 제거된 편광 송신 신호를 송신하는 안테나를 포함한 통신 시스템용 송신 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 편광 수신 신호를 집광하는 안테나와, 기설정된 편광 밀리미터파를 생성하는 광원과, 상기 안테나에 의해 집광된 상기 편광 수신 신호와 상기 기설정된 편광 밀리미터파를 믹싱하는 믹서와, 상기 믹싱된 신호를 복조하여 소스 데이터를 재생하는 복조 수단을 포함한 통신 시스템용 수신 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 편광 캐리어 밀리미터파와 편광 레퍼런스 밀리미터파를 생성하는 광원과, 소스 데이터를 변조하고, 그 변조된 신호와 상기 편광 캐리어 밀리미터파를 믹싱하여 편광 송신 신호를 생성하는 송신 장치와, 상기 편광 송신 신호를 송신하고 편광 수신 신호를 수신하는 안테나와, 상기 편광 수신 신호와 상기 편광 레퍼런스 밀리미터파를 믹싱하고, 그 믹싱된 신호를 복조하여 상기 편광 수신 신호의 소스 데이터를 재생하는 수신 장치를 포함하는 통신 시스템용 송수신 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 제1 및 제2 송수신 장치를 구비한 무선 통신 링크 시스템에 있어서, 상기 제1 송수신 장치는, 제1 편광 캐리어 밀리미터파와 제2 편광 레퍼런스 밀리미터파를 생성하는 제1 광원과, 소스 데이터를 변조하고, 그 변조된 신호와 상기 제1 편광 캐리어 밀리미터파를 믹싱하여 제1 편광 송신 신호를 생성하는 송신 장치와, 상기 송신 장치로부터의 상기 제1 편광 송신 신호를 상기 제2 송수신 장치에 송신하고, 상기 제2 송수신 장치로부터 송신된 하기 제2 편광 송신 신호를 제2 편광 수신 신호로서 집광하는 안테나와, 상기 안테나로부터 공급된 제2 편광 수신 신호와 상기 제2 편광 레퍼런스 밀리미터파를 믹싱하고, 그믹싱된 신호를 복조하여 상기 제2 송수신 장치로부터 송신된 소스 데이터를 재생하는 수신 장치를 포함하고, 상기 제2 송수신 장치는, 제2 편광 캐리어 밀리미터파와 제1 편광 레퍼런스 밀리미터파를 생성하는 제2 광원과, 소스 데이터를 변조하고, 그 변조된 신호와 상기 제2 편광 캐리어 밀리미터파를 믹싱하여 제2 편광 송신 신호를 생성하는 송신 장치와, 상기 송신 장치로부터의 상기 제2 편광 송신 신호를 상기 제1 송수신 장치에 송신하고, 상기 제1 송수신 장치로부터 송신된 상기 제1 편광 송신 신호를 제1 편광 수신 신호로서 집광하는 안테나와, 상기 안테나로부터 공급된 상기 제1 편광 수신 신호와 상기 제1 편광 레퍼런스 밀리미터파를 믹싱하고, 그 믹싱된 신호를 복조하여 상기 제1 송수신 장치로부터 송신된 소스 데이터를 재생하는 수신 장치를 포함하는 무선 통신 링크 시스템이 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 송수신 장치 A와 B 간에 밀리미터파 통신을 구현하기 위한 기본 원리를 나타낸 개략도.

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 한 쌍의 송수신 장치 A와 B를 나타낸 도면.

도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 직사각형 도파관의 투시도이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 직사각 도파관의 휘어진 부분에서의 곡률 반경을 나타낸 상면도.

도 4 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 단면도.

도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 원형 도파로 L01의 단면도이고, (b)는 안테나의 원형 도파로와 x 편광성 및 y 편광성 직사각 도파관들의 접합 구조를 나타낸 단면도이고, (c)는 안테나의 원형 도파로와 접합된 x 편광성 및 y 편광성 직사각 도파관들의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 200: 송수신 장치

110, 210: 밀리미터파 광원

120, 140, 220, 240: 믹서

130, 230: 밴드 패스 필터

150, 250: 복조 수단

160, 260: 안테나

1. 밀리미터파를 이용한 동시 송수신 장치의 기본적 원리

먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위해 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 밀리미터파 통신 링크의 기본 원리를 설명한다.

송수신 장치 A(100)로부터 송수신 장치 B(200)에 전송되는 밀리미터파 신호의 진행 방향을 z축이라고 가정하고, 이 밀리미터파 신호가 x축 편광을 갖는다면, 이 송신 신호는 수학식1에 의해 표현될 수 있다.

여기서, Eo는 밀리미터파의 진폭이고, w₁(= 2πf₁, f1은 밀리미터파의 중심 주파수)는 밀리미터파의 각속도이고, k₁은 밀리미터파의 파수(wave number)이고, t는 시간이며, z는 밀리미터파의 진행 방향 거리이고, x는 이 송신 신호의 편광 방향을 나타낸다.

그리고, 송수신 장치 B(200)로부터 전송되어 송수신 장치 A(100)에 의해 수신되는 밀리미터파 신호가 y축 편광을 갖는다면, 이 수신 신호는 수학식2에 의해 표현될 수 있다.

여기서, Eo는 밀리미터파의 진폭이고, w₂(= 2πf₂, f2는 밀리미터파의 중심 주파수)는 밀리미터파의 각속도이고, k₂는 밀리미터파의 파수(wave number)이고, t는 시간이며, z는 밀리미터파의 진행 방향 거리이고, y는 이 수신 신호의 편광 방향을 나타낸다.

상대측 송수신 장치 B에서는 송수신 신호의 편광이 송수신 장치 A에서와 반대로 되어 수신 신호가 x축 편광을 갖고 송신 신호가 y축 편광을 갖는다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 밀리미터파 통신에 따르면, 송신 신호의 편광과 수신 신호의 편광은 서로 수직(orthogonal)하게 설정되기 때문에 송신 신호와 수신 신호가 서로 간섭하지 않으므로, 정보의 손실이나 섞임없이 송수신을 동시에할 수 있다. 본 발명에 따른 밀리미터파를 이용한 포인트 투 포인트 무선 통신 링크는 대략 10km ∼ 15Km 정도의 커버리지를 갖는다.

또한, 본 발명의 밀리미터파를 이용한 송신 장치와 수신 장치에 따르면, 송신용 주파수와 수신용 주파수는 도 1에 도시된 바와 같이 서로 다르게 설정될 수 있으나, 동일하게 설정된다고 하더라도 문제가 없다. 즉, 본 발명에 따르면, 송신 신호와 수신 신호의 편광을 서로 반대로 설정하여 이용함으로써, 한 쌍의 송수신 장치들 간에 하나의 주파수대에서 송수신을 동시에 한다고 하더라도 신호 처리가 가능하다.

송수신 장치가 이러한 송수신 신호를 분리적으로 처리하기 위해서는 송수신 장치 내에서 송수신 신호의 편광이 계속 유지되어야만 한다. 송수신 신호들 간에 서로 수직인 편광을 유지시키기 위한 현재 가능한 방법은 도파관을 이용하는 것이다. 도파관을 이용하는 기술은 마이크로파 이하의 저주파 대역에서는 용이하지 않다. 이것은 이러한 저주파 대역 신호용으로는 도파관의 사이즈를 너무 크게 만들어야 하므로 실용적이지 않기 때문이다. 또한, 밀리미터파를 초과하는 초고주파 대역에서는 도파관을 너무 작게 만들어야 하므로 나노테크놀러지가 필요하다는 문제점이 있다. 이에 반해, 밀리미터파 대역에서는 도파관 사이즈를 실용적인 규모로 컴팩트하게 만들 수 있다. 즉, 현재로써는 본 발명에 따라 편광을 이용할 수 있는 통신 대역은 밀리미터파가 유일하다고 여겨진다.

2. 송수신 장치 A (source)로부터 송수신 장치 B (destination)에 데이터 신호가 전송되는 과정

이 섹션에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 설명한다. 먼저, 본 발명에 따른 한 쌍의 송수신 장치들 A와 B 간의 통신 중, A가 송신측이 되고 B가 수신측이 되는 경우의 통신 링크가 구현되는 바람직한 실시예를 도 2를 참조하여 설명한다.

소스 데이터는 텍스트, 동화상, 음성 등을 포함한 디지탈 데이터가 될 수 있다. 소스 데이터는 PLL 등의 회로를 장착한 주파수 변조 장치(도시되지 않음) 등을 사용하여 Frequency Sift Keying, 4-레벨 FSK, I/Q 모듈레이션 등의 방법으로 변조되어, 파워가 약 50mW이고 주파수가 1.7GHz인 송신용 IF 신호 StIFA로 변환된다. 송신용 I/F 신호 StIFA는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 믹서(120)의 한 입력 단자에 입력된다.

밀리미터파 광원(110)으로부터 출력된 캐리어 주파수 f1 = 35.7GHz를 갖는 x 편광 캐리어 웨이브 W1x는 제1 믹서(120)의 다른 한 입력 단자에 공급된다. 본 실시예에서, 송수신 장치 A의 밀리미터파 광원(110)은 송신용 x 편광 캐리어 웨이브 W1x와 나중에 설명될 수신용 y 편광 레퍼런스 웨이브 W1y를 출력하는데, x 편광 캐리어 웨이브 W1x의 출력 파워가 y 편광 레퍼런스 웨이브 W1y의 출력 파워보다 더 크게 설정된다. 바람직한 실시예에 있어서는, 전력 분배기를 이용하여 밀리미터파 광원(110)으로부터의 x 편광 캐리어 웨이브 W1x와 y 편광 레퍼런스 웨이브 W1y의 출력 파워들 간의 비율이 대략 90%:10%가 되도록 설계되었다.

이 캐리어 웨이브 W1x는 밀리미터파 광원(110)으로부터 x-편광성을 갖는 직사각 도파관 L11을 통해 제1 믹서(120)에 공급된다. 그러면, 제1 믹서(120)는 송신 I/F 신호 StIFA와 캐리어 웨이브 W1x를 믹싱하여 주파수 f1 - 1.7 GHz의 믹싱된 신호를 출력한다. 이 신호는 x 편광성 직사각 도파관을 따라 밴드 패스 필터(130)에 입력된다. 밴드패스 필터(130)는 입력된 믹싱된 신호의 스퓨리어스 성분을 제거한 후, 주파수 f1 - 1.7 GHz의 깨끗한 송신용 신호 StA를 출력한다.

송신용 신호 StA는 x 편광성 도파관을 따라 x 편광을 유지하면서 안테나(160)의 입력부에 공급된다. 도4을 참조하면, 안테나(160)의 입력부를 통해 입력된 x 편광성 송신용 신호 StA는 안테나(160)의 원형 도파로 L01에 도달하며 x 편광성을 유지한 채로 안테나의 원형 도파로를 통해 약 6mW의 출력 파워로 공간으로 방사된다.

여기서, x 편광성 도파로 L11과 원형 도파로 L01를 따라 진행하는 송신용 신호 StA는 나중에 설명될 수신용 y 편광성 직사각 도파관 L15를 따라서는 진행하지 않는다. 그 이유는 직사각 도파관 L15는 직사각 도파관 L11과 서로 수직인 편광성을 갖기 때문이다. 그래서, 송신용 신호 StA는 거의 손실없이 원형 도파로 L01를 따라 안테나(160)를 통해 송출된다.

다시 도 4를 참조하면, 안테나(160)는 36GHz 대역용의 파라볼릭 안테나이다. 안테나(160)를 통해 송출된 x 편광 신호 StA는 x 편광 상태를 유지하면서 공기중에 전파된다. 안테나(160)로부터 송출된 x-편광 밀리미터파 신호는 거의 직진성을 갖는다.

이 신호는 수신측 송수신 장치 B의 안테나(260)에 의해, 예를 들면, 약 50pW의 파워로 집광되어 수신되고 원형 도파로에 입력된다. 원형 도파로에 입력된 수신 신호 SrB는 계속해서 x 편광 상태를 유지하면서 이 원형 도파로를 따라 입사되어 x 편광성의 직사각 도파관 L21에 입사된다.

이 수신 신호 SrB는 송수신 장치 B의 x 편광성 직사각 도파관 L21을 따라 제2 믹서(240)의 한 입력 단자에 입력된다. 제2 믹서(240)의 다른 한 입력 단자에는 송수신 장치 B의 밀리미터파 광원(210)(섹션3에서 설명됨)에 의해 생성된, 예를 들면, 파워가 6mW이고 주파수가 f2 = 33.5GHz인 레퍼런스 웨이브 W2x가 공급된다. 이 레퍼런스 웨이브 W2x는 수신 신호 SrB와 동일한 x 편광성을 갖는다. 그러면, 제2 믹서(240)는 수신 신호 SrB와 상기 x 편광 레퍼런스 웨이브 W2x를 믹싱하여 주파수가 f1 - 1.7 - f2 = 500MHz인 수신 IF 신호 SrIFB를 생성한다. 수신 IF 신호 SrIFB는 DSP(Digital Signal Processing) 장치 등을 포함한 복조기(150)에 의해 디지털 신호로 재생된다. DSP 과정은 통신 분야에서 널리 공지된 기술이므로 설명을 생략한다.

본 실시예에서, 송수신 장치 A와 B의 밀리미터파 광원들의 중심 주파수로서 각각 f1 = 35.7GHz와 f2 = 33.5GHz를 사용하였는데, 이 대역에서 전파 감쇠율이 가장 적기 때문이다.

3. 송수신 장치 B(source)로부터 A(destination)에 데이터가 전송되는 과정

본 섹션에서는 이전 섹션의 경우와는 반대로 송수신 장치 B가 송신측이 되고 송수신 장치 A가 수신측이 되는 경우의 본 발명에 따른 밀리미터파 통신 링크를 논의하기로 한다.

장치 B로부터 장치 A에의 데이터 전송은 장치 A로부터 장치 B에의 데이터 신호 전송과 거의 같은 과정을 거치게 된다. 장치 B의 소스 데이터도 텍스트, 동화상, 음성 등의 디지털 데이터이다. 이 소스 데이터는 변조 장치(도시되지 않음)를 사용하여 변조되어 파워가 약 50mW이고 주파수가 1.7GHz인 송신용 IF 신호 StIFB로 변환된다. 송신용 I/F 신호는 y 편광만을 갖도록 처리된 후, 장치 B의 제1 믹서(220)의 한 입력 단자에 입력된다.

바람직한 실시예에 따른 밀리미터파 광원(210)은 중심 주파수가 f2=33.5GHz인 송신용 y 편광 캐리어 웨이브 W2y와 이전 섹션에서 언급한 수신용 x 편광 레퍼런스 웨이브 W2x를 출력한다. 또한, 바람직한 실시예에 따르면, 송신용 y 편광 캐리어 웨이브 W2y와 수신용 x 편광 레퍼런스 웨이브 W2x의 출력 파워들 간의 비율은 전력 분배기(도시되지 않음)를 사용하여 대략 90%:10%가 되도록 설계되었다.

본 실시예에 따르면, 캐리어 웨이브 W2y는 f2 = 50mW의 파워를 갖고, 제1 믹서(220)의 다른 입력 단자에 공급된다. 여기서, 캐리어 주파수 f2를 갖는 캐리어 웨이브 W2y는 y 편광만을 갖는다. 이 캐리어 웨이브 W2y는 y-편광성을 갖는 도파관 L25를 따라 장치 B의 제1 믹서(220)에 공급된다. 그러면, 제1 믹서(220)는 송신용 I/F 신호 StIFB와 캐리어 웨이브 W2y를 믹싱하여 중심 주파수가 f2 + 1.7 GHz인 믹싱된 신호를 출력하고, 밴드패스 필터(230)는 이 믹싱된 신호의 스퓨리어스 성분을 모두 제거한 다음 중심 주파수가 f2 + 1.7 GHz인 깨끗한 송신용 신호 StB를 출력한다.

송신용 신호 StB는 y 편광을 유지하면서 y 편광 직사각 도파관 L25을 따라 안테나(260)의 입력부에 공급된다. 송수신 장치 B의 안테나(260)는 송수신 장치 A의 안테나(160)와 동일한 구조를 갖는다. 도3을 참조하면, 안테나(260)의 입력부를 통해 입력된 y 편광 송신용 밀리미터파 신호 StB는 원형 도파로 L02에 도달하고 계속해서 y 편광을 유지하면서 안테나(260)를 통해 약 6mW의 파워로 공간에 송출된다. 여기서, 장치 A에서와 마찬가지로, y 편광성 직사각 도파관 L25과 원형 도파관 L02를 따라 진행하는 송신용 신호 StB는 x 편광성 직사각 도파관 L21을 따라서는 진행하지 않는다. 그 이유는 도파관 L25는 도파관 L21과 서로 수직인 편광성을 갖기 때문이다. 따라서, y 편광 송신용 신호 StB는 x 편광성 직사각 도파관 L21쪽으로 손실되는 일 없이 원형 도파로 L02를 따라 진행하여 안테나(260)를 통해 송출되고 y 편광 상태를 유지하며 전파된다.

이 신호는 수신측 장치 A의 안테나(160)에 의해 대략 50pW의 파워로 집광되어 안테나(160)의 원형 도파로 L01에 입사된다. 입사된 수신 신호 SrA는 계속해서 y 편광을 유지하면서 원형 도파관 L01을 따라 진행하여 y 편광성 직사각 도파관 L15에 도달한다. 수신 신호 SrA는 장치 A의 제2 믹서(140)의 한 입력 단자에 입력된다. 제2 믹서(140)의 다른 입력 단자에는 밀리미터파 광원(110)에 의해 생성된, 파워가 6mW이고 중심 주파수가 f1=35.7GHz인 y 편광 레퍼런스 웨이브 W1y가 입력된다. 레퍼런스 웨이브 W1y는 수신 신호 SrB와 동일한 y 편광을 갖는다. 그러면, 제2 믹서(140)는 수신 신호 SrB와 레퍼런스 웨이브 W1y를 믹싱하여 중심 주파수가 f2+1.7-f1인 수신 IF 신호 SrIFB를 생성한다. 수신 IF 신호 SrIFB는 DSP(Digital Signal Processing) 장치 등을 포함한 복조기(250)에 의해 디지털 신호로 재생된다.

4. 도파관의 구조

이 섹션에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밀리미터파 전송용 x 편광성 또는 y 편광성 직사각 도파관(L11, L21 또는L15, L25)의 구조 및 원형 도파관의 구조에 대해 설명한다.

x 편광성 직사각 도파관(L11, L21)은 도3의 (a)에 도시된 바와 같이 도파관의 길이 방향에 대해 수직으로 잘랐을 때, 그 단면 형상이 직사각형이다. 일 실시예에 따르면, 이 직사각형의 외측의 장축(x) 방향의 길이는 7.3mm이고 외측의 단축(y) 방향 길이는 3.4mm이다. 도파관 벽의 두께 t는 0.5mm이다. 이것은 36GHz 초고주파용 도파관인데, 밀리미터파는 이 도파관 내에서 TE10의 모드로 전파된다. 즉, 전기장은 직사각 도파관의 장축 방향으로만 형성되므로, 밀리미터파는 x 편광 상태를 유지하면서 전달될 수 있다. 도파관 내부는 난반사 등을 방지하기 위해 폴리싱되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 산화 알루미나 등과 같은 연마제를 사용하여 폴리싱하였다. 또한, 직사각 도파관의 내부 벽은 금이나 은과 같은 금속으로 도금 처리되어 전도성을 더욱 높일 수도 있다.

도1을 다시 참조하면, 송수신 장치의 회로 보드상에서 도파관은 굴곡을 갖도록 휘어지게 배치될 수 있는데, 이것은 회로 사이즈를 최적화하는 기술 등에 필수적이다. 이 부분을 확대하면 도3의 (b)와 같이 도시될 수 있다. 도 3의 (b)를 참조하면, 본 실시예의 직사각 도파관(L11, L21)은 위쪽에서 보았을 때 원의 1/4 형상이 되도록 점진적으로 휘어지는데, 안쪽 원의 반지름은 10.3mm이고 바깥쪽 원의 반지름은 17.6mm이다. 이 사이즈는 전자기파의 회로내 손실량에 영향을 줄 수 있기 때문에, 굽은 도파관의 제작에 있어서 중요한 치수이며, 시스템 전체 성능에 영향을 줄 수 있다. 굽은 도파관은 밀리미터파 신호가 전송되어야 하는 회로 보드의 코너 부분이나, 직사각 도파관과 안테나의 원형 도파관이 연결되는 부분에도 동일하게 사용될 수 있다.

y 편광 직사각 도파관은 상술한 x 편광 직사각 도파관을 90도 회전시켜서 사용할 수 있고, 이 경우에는 도파관의 장축이 y방향으로 된다. y 편광 밀리미터파는 y 편광 직사각 도파관을 통해 y축 방향으로만 전기장을 형성하면서 전달된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 원형 도파관은 도 4에 도시된 바와 같이, 직경이 7.3mm로 설계되었고, x 편광성 도파관과 y 편광성 도파관에 연결된다. 원형 도파관은 직사각 도파관과 마찬가지로 구리로 제조되었다. x 편광과 y 편광은 원형 도파관을 통해 서로 반대 방향(±z 방향)으로 진행하게 되는데, 두 편광간의 간섭은 일어나지 않는다.

5. IF신호의 생성

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 송수신 장치에 사용된 송신 IF 신호의 중심 주파수는 1700MHz이다. 이 주파수는 기존의 PCS 셀룰러 폰에서 사용하는 IF 주파수와 근사하므로, IF 신호 처리를 위한 전자 부품들을 구하기가 용이하며, 기존의 IF 신호 처리 장치들과의 호환도 가능하다. 송신 IF 주파수는 1.7GHz ∼ 2.8GHz로 설정될 수도 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 송수신 장치에 사용된 수신 IF 신호의 중심 주파수는 500MHz로 설계되었다. 이 주파수를 채택한 이유는, 현존하는 전자부품을 가지고 고속 복조 회로를 설계할 때 500MHz가 최대로 구현 가능한 주파수이고, IF 주파수가 이보다 더 높으면 매우 미세한 복조 회로 설계 기술이 필요한데, 현재로써는 실용적이지 않기 때문이다. 또한, IF 주파수가 너무 낮으면 전송할 수 있는 시간당 최대 데이터의 양이 줄어든다. 따라서, 본 실시예에서는 수신 데이터 신호에 대한 높은 전송률과 복조 회로 설계의 용이성이나 비용 절감성을 모두 충족시킬 수 있도록 IF 주파수를 500MHz로 설계하였다.

본 실시예에 따르면, 한쌍의 송수신 장치들 A와 B 내의 밀리미터파 광원들(110, 210)의 중심 주파수는 각각 f1=35.7GHz, f2=33.5GHz로 설정되었다. 이 두 주파수들 간의 차이는 500MHz의 수신 IF 주파수를 만드는 데 있어서 매우 중요하다. 이 두 주파수들 간의 차이가 2200MHz이므로 변조된 송신용 IF 주파수를 1700MHz로 설정하여 수신 IF 신호의 주파수를 500MHz로 조정하었다. 그러므로 장치 A의 수신 IF 주파수는 |f2 - f1 + 1.7GHz| = 500MHz로 되며, 장치 B의 수신 IF 주파수 역시 |f1 - f2 - 1.7GHz| = 500MHz로 된다. 즉, 한쌍의 송수신 장치 A와 B의 수신 장치들의 믹서들의 출력은 모두 같은 IF 주파수(500MHz)를 갖게 된다. 따라서, 송수신 장치 A와 B의 수신 장치들의 DSP 장치를 포함한 복조 장치도 같은 IF 주파수(500MHz)로 동작하도록 하였다. 그러므로, 한쌍의 송수신 장치들의 밀리미터파 광원들의 주파수들이 서로 다를지라도 상술한 방법을 사용하면 수신 장치의 복조 장치에서 동일한 회로를 가지고 장치를 설계할 수 있다.

본 실시예에서는 무선 통신 링크를 구현하는 한쌍의 송수신 장치들 A와 B의 밀리미터파 광원들의 중심 주파수들을 각각 f1=35.7GHz와 f2=33.5GHz로 구현하고있지만, f1과 f2를 동일하게 설정해도 무방하다. 한쌍의 송수신 장치들 A와 B의 밀리미터파 광원들의 중심 주파수들 f1과 f2를 동일하게 설정하는 경우에는, 양측의 수신 IF 주파수를 모두 500MHz로 설계하기 위해서 송신 IF 주파수를 500MHz로 설정하면 된다.

6. 36GHz용 파라볼릭 안테나 구조

고주파용 안테나는 일반적으로 파라볼릭 안테나를 사용한다. 초고주파용 파라볼릭 안테나와 통상의 마이크로파용 파라볼릭 안테나 간의 차이점은 초고주파용 파라볼릭 안테나 내부에는 동축형 선로를 사용할 수 없다는 점이다. 이것은 동축형 선로을 사용하게 되면, 직진성이 매우 강한 밀리미터파 대역의 전파는 감쇠가 심하게 생기기 때문이다. 본 실시예에 따르면, 도 4에서 도시된 바와 같이, 파라볼릭 안테나의 직경은 270mm 정도로 시스템이 요구하는 이득(gain)을 얻을 수 있도록 설계되었다. 중앙의 원형 도파관에는 반사경을 테프론 홀더로 고정하였는데, 테프론은 밀리미터파를 잘 통과시킨다. 이러한 구조에서는 중앙 반사경의 위치를 테브론 홀더를 움직임으로써 바꿀 수 있어서 초점 조절이 용이하다.

도 5의 (a)는 안테나의 원형 도파로의 단면도인데, 그 직경은 7.3mm로 제작되었다. 도 5의 (b)는 안테나의 원형 도파로와 송수신 장치의 x 편광성 및 y 편광성 직사각 도파관들을 접합시키기 위한 안테나 측의 구조를 나타낸다. 도 5의 (c)는 송수신 장치측의 x 편광성 및 y 편광성 직사각 도파관들이 안테나의 원형 도파로와 접합되는 부분의 단면도를 나타낸다.

본 발명에 따르면, 밀리미터파의 편광을 이용하여 안테나 등에서 발생하는 반사파 등을 효과적으로 제어함으로써 송신과 수신을 동시에 할 수 있는 컴팩트하고 저렴한 송수신 장치 및 통신 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 밀리미터파의 편광을 이용하여 송수신용 신호의 주파수들을 서로 분리하지 않고서도 전자기파 간섭이 없고 감쇠율이 낮은 포인트 투 포인트 통신 링크를 구현할 수 있다.

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제1 및 제2 송수신 장치를 구비한 무선 통신 링크 시스템에 있어서,

상기 제1 송수신 장치는,

제1 편광 캐리어 밀리미터파와 제2 편광 레퍼런스 밀리미터파를 생성하는 제1 광원과,

소스 데이터를 변조하고, 그 변조된 신호와 상기 제1 편광 캐리어 밀리미터파를 믹싱하여 제1 편광 송신 신호를 생성하는 제1 송신 장치와,

상기 제1 송신 장치로부터의 상기 제1 편광 송신 신호를 상기 제2 송수신 장치에 송신하고, 상기 제2 송수신 장치로부터 송신된 하기 제2 편광 송신 신호를 제2 편광 수신 신호로서 집광하는 제1 안테나와,

상기 제1 안테나로부터 공급된 제2 편광 수신 신호와 상기 제2 편광 레퍼런스 밀리미터파를 믹싱하고, 그 믹싱된 신호를 복조하여 상기 제2 송수신 장치로부터 송신된 소스 데이터를 재생하는 제1 수신 장치

를 포함하고,

상기 제2 송수신 장치는,

제2 편광 캐리어 밀리미터파와 제1 편광 레퍼런스 밀리미터파를 생성하는 제2 광원과,

소스 데이터를 변조하고, 그 변조된 신호와 상기 제2 편광 캐리어 밀리미터파를 믹싱하여 제2 편광 송신 신호를 생성하는 제2 송신 장치와,

상기 제2 송신 장치로부터의 상기 제2 편광 송신 신호를 상기 제1 송수신 장치에 송신하고, 상기 제1 송수신 장치로부터 송신된 상기 제1 편광 송신 신호를 제1 편광 수신 신호로서 집광하는 제2 안테나와,

상기 제2 안테나로부터 공급된 상기 제1 편광 수신 신호와 상기 제1 편광 레퍼런스 밀리미터파를 믹싱하고, 그 믹싱된 신호를 복조하여 상기 제1 송수신 장치로부터 송신된 소스 데이터를 재생하는 제2 수신 장치

를 포함하고,

상기 제1 송수신 장치와 상기 제2 송수신 장치는 서로 실시간 동시로 송수신을 수행하는 무선 통신 링크 시스템.
제27항에 있어서,

상기 제1 광원의 중심 주파수와 상기 제2 광원의 중심 주파수는 서로 다른 무선 통신 링크 시스템.
제27항에 있어서,

상기 제1 광원의 중심 주파수와 상기 제2 광원의 중심 주파수는 서로 같은 무선 통신 링크 시스템.
제27항에 있어서,

상기 제1 광원에 의해 생성된 상기 제1 편광 캐리어 밀리미터파와 상기 제2 편광 레퍼런스 밀리미터파는 편광 방향이 서로 수직인 무선 통신 링크 시스템.
제27항에 있어서,

상기 제2 광원에 의해 생성된 상기 제2 편광 캐리어 밀리미터파와 상기 제1 편광 레퍼런스 밀리미터파는 편광 방향이 서로 수직인 무선 통신 링크 시스템.
제27항에 있어서,

상기 제1 광원에 의해 생성된 상기 제1 편광 캐리어 밀리미터파와 상기 제2 광원에 의해 생성된 상기 제1 편광 레퍼런스 밀리미터파는 편광 방향이 같은 무선 통신 링크 시스템.
제27항에 있어서,

상기 제1 광원에 의해 생성된 상기 제2 편광 레퍼런스 밀리미터파와 상기 제2 광원에 의해 생성된 상기 제2 편광 캐리어 밀리미터파는 편광 방향이 같은 무선 통신 링크 시스템.
제27항에 있어서,

상기 제1 송수신 장치는 상기 제1 편광 캐리어 밀리미터파와 상기 제1 편광 송신 신호를 제1 편광성 전송로를 통해 전송하고, 상기 제2 편광 수신 신호와 상기 제2 편광 레퍼런스 밀리미터파를 제2 편광성 전송로를 통해 전송하는 무선 통신 링크 시스템.
제34항에 있어서,

상기 제1 편광성 전송로와 상기 제2 편광성 전송로의 편광 방향들은 서로 수직인 무선 통신 링크 시스템.
제34항에 있어서,

상기 제1 편광성 전송로는 직사각형 모양의 단면을 갖는 직사각 도파관인 무선 통신 링크 시스템.
제36항에 있어서,

상기 제1 편광성 전송로의 상기 직사각 도파관의 단면인 직사각형의 장축은 상기 제1 편광 캐리어 밀리미터파의 편광 방향과 같은 무선 통신 링크 시스템.
제34항에 있어서,

상기 제2 편광성 전송로는 직사각형 모양의 단면을 갖는 직사각 도파관인 무선 통신 링크 시스템.
제38항에 있어서,

상기 제2 편광성 전송로의 상기 직사각 도파관의 단면인 직사각형의 장축은 상기 제2 편광 레퍼런스 밀리미터파의 편광 방향과 같은 무선 통신 링크 시스템.
제27항에 있어서,

상기 제1 송수신 장치의 상기 제1 안테나는 원형 도파로를 포함하며, 상기 제1 송신 장치와 상기 제1 수신 장치는 편광 방향이 서로 수직인 각각의 편광성 전송로를 통해 각각 상기 원형 도파로에 접속되는 무선 통신 링크 시스템.
제27항에 있어서,

상기 제2 송수신 장치의 상기 제2 안테나는 원형 도파로를 포함하며, 상기 제2 송신 장치와 상기 제2 수신 장치는 편광 방향이 서로 수직인 각각의 편광성 전송로를 통해 각각 상기 원형 도파로에 접속되는 무선 통신 링크 시스템.
제27항에 있어서,

상기 제1 송신 장치에 의해 변조된 신호는 그 중심 주파수가 1.7GHz 이상부터 2.5GHz 이하의 범위인 무선 통신 링크 시스템.
제27항에 있어서,

상기 제2 송신 장치에 의해 변조된 신호는 그 중심 주파수가 1.7GHz 이상부터 2.5GHz 이하의 범위인 무선 통신 링크 시스템.
제27항에 있어서,

상기 제1 광원은 제1 분배기를 포함하고, 상기 제1 분배기는 상기 제1 광원으로부터 생성되는 상기 제1 편광 캐리어 밀리미터파의 출력 파워가 상기 제2 편광 레퍼런스 밀리미터파의 출력 파워보다 크도록 분배하는 무선 통신 링크 시스템.
제27항에 있어서,

상기 제2 광원은 제2 분배기를 포함하고, 상기 제2 분배기는 상기 제2 광원으로부터 생성되는 상기 제2 편광 캐리어 밀리미터파의 출력 파워가 상기 제1 편광 레퍼런스 밀리미터파의 출력 파워보다 크도록 분배하는 무선 통신 링크 시스템.
제44항에 있어서,

상기 제1 분배기는 상기 제1 광원으로부터 생성되는 상기 제1 편광 캐리어 밀리미터파의 출력 파워 대 상기 제2 편광 레퍼런스 밀리미터파의 출력 파워의 비율을 9:1로 분배하는 무선 통신 링크 시스템.
제45항에 있어서,

상기 제2 분배기는 상기 제2 광원으로부터 생성되는 상기 제2 편광 캐리어밀리미터파의 출력 파워 대 상기 제1 편광 레퍼런스 밀리미터파의 출력 파워의 비율을 9:1로 분배하는 무선 통신 링크 시스템.