KR100362878B1

KR100362878B1 - 무선트랜시이버용 듀플렉서

Info

Publication number: KR100362878B1
Application number: KR1020000054934A
Authority: KR
Inventors: 김경원
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2002-11-29
Also published as: KR20020022234A

Abstract

본 발명은 듀얼밴드 무선트랜시이버(Dual Band Wireless Transceiver)에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 안테나를 공용으로 사용하도록 동작하며, 송수신 주파수를 선택하는 무선트랜시이버용 듀플렉서에 관한 것이다.

본 발명에 의한 듀플렉서는, 안테나포트와 수신포트(RX PORT) 사이에 직렬 연결된 커패시터와, 상기 안테나포트와 송신포트(TX PORT) 사이에 직렬 연결된 인덕터와, 상기 커패시터와 상기 인덕터의 각 후단에 병렬 연결되어, 인가되는 전압에 따라서 접합용량이 변경되며 각 밴드주파수에 따라서 커패시턴스가 변경되는 가변용량소자와, 상기 가변용량소자 중 일부의 한 단에 직렬 연결된 유전체 공진기로 구성된 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명에 의하면 하나의 듀플렉서를 이용하여 듀얼밴드대역 또는 멀티플밴드대역을 커버함으로서 여러 시스템을 동시에 사용할 수 있어서 원가절감효과 및 무선트랜시이버의 경박단소화에 일조할 수 있다.

Description

무선트랜시이버용 듀플렉서{Duplexer for wireless transceiver}

무선통신시스템에서 사용되는 듀플렉서(Duplexer)는 안테나를 공유하여 사용하고자 하는 목적 이외에도, 해당통신시스템에서 사용되는 주파수대역은 통과시키고 나머지 통신시스템에서 사용되는 주파수 및 기타 노이즈(noise)들을 필터링하는 역할을 하는 부품이다. 듀플렉서에서는 각 통신시스템(듀얼밴드 또는 멀티플밴드)에서 사용되는 주파수 대역 이외에는 모두 노이즈성분으로 간주하는데 Bit당 에너지와 노이즈와의 비(ratio)로 통신시스템의 수신부 성능을 표시하는 현대의 디지탈통신시스템에서는 듀플렉서의 역할이 매우 중요하다.

먼저 도 1의 듀얼밴드 트랜시이버의 블럭도를 참고하여 작동상태를 간단히 설명하면 다음과 같다.

무선신호를 수신하는 경우에는, 안테나(11)를 통과한 무선신호는 제1 및 제2듀플렉서(30,31)에 의하여 일차적으로 걸러진 후에 저잡음증폭기(LNA)(23)에서 증폭된다. 증폭된 신호는 다시 RF필터(24,25)를 통과시켜 불필요한 주파수대역을 제거하고 RX믹서(26)를 통과하면서 로컬오실레이터(22)(일명, 전압제어오실레이터)의 주파수신호와 합성되어서 중간주파수(IF)를 추출한다. 추출된 중간주파수는 IF증폭기(27)에서 증폭되고 다시 RF필터(28,29)를 통과하면서 걸러진 후에 중간주파수(IF)를 출력시킨다.

무선신호를 송신하는 경우에는, 중간주파수(IF) 출력단자를 통하여 중간주파수 신호가 입력되면 RF필터(20,21)를 통과하면서 걸러진 후에, IF증폭기(19)에 의하여 증폭된다. 증폭된 신호는 DSP를 통과하면서 음성신호로 복조(Demodulation)되는 베이스밴드 처리(baseband processing)가 수행된다. 베이스밴드처리된 음성신호는 TX믹서(18)를 통과하면서 송신가능한 RF신호로 변환된다. 변환된 RF신호는 다시 구동증폭기(15)와 전력증폭기(12)를 통과하면서 안테나(11)를 통하여 방사된다. RF필터(20,21)(16,17)(13,14)들은 모두 통과대역을 제외한 불필요한 주파수대역신호(스푸리어스신호등)를 제거하기 위한 필터들이다.

실제 상기 RF필터들은 각각 사용되는 시스템(도면에서는 제1 및 제2시스템으로 구분됨)이 서로 다른 것으로서 동일한 수평위치에 있는 것들은 동일한 시스템에서 사용된다. 이것은 입력 및 출력모두 마찬가지이다. 예를 들어서 RF필터(24,25)는 서로 다른 통신시스템에서 사용되며, 각 시스템들은 통상 대역주파수가 수 백㎒ 정도 차이가 나는 시스템들이다.

상기와 같이 무선 트랜시이버에 사용되는 듀플렉서(30,31)는 (1)인터모듈레이션 디스토션(intermodulation dirtortion) 감쇄, (2)스푸리어스감소, (3)백워드 리키지 전력제한(Backwrad Leakage Power Limitation), (4)IF주파수가 큰 경우에 한하여 다이렉트 IF 픽업(Direct IF pick up) 작용, (5)폴(pole)의 증가에 의한 스푸리어스방사특성, IMD, 역 LO 전력누설(Reverse LO Leakage)특성의 개선등을 위하여 사용된다.

상기와 같이 듀플렉서는, 해당통신시스템에서 사용되는 주파수대역은 통과시키고 나머지 통신시스템에서 사용되는 주파수 및 기타 노이즈(noise)들을 필터링하는 역할을 한다. 상기 폴(pole)은 듀플렉서 내부에 구비된 유전체 공진기(Dielectric Resonator: DR)와 직렬로 연결된 커패시터(capacitor)로서 통과대역밴드와 필터링특성을 결정짓는 역할을 한다.

도 2는 도 1에 표시된 듀플렉서의 내부구조를 나타내는 개략도로서, 안테나포트와 수신포트(RX PORT) 사이에 3개의 커패시터(C1,C2,C3)가 직렬연결되어 있으며, 안테나 포트와 송신포트(TX PORT) 사이에 인턱터(L1,L2,L3)가 역시 직렬연결되어 있다. 또한 각 커패시터(C1,C2,C3)와 인덕터(L1,L2,L3)의 후단에는 각각 커패시터와 유전체 공진기가 직렬상태로 쌍(C4,DR1)(C5,DR2)(C6,DR3)(C7,DR4)(C8,DR5) (C9,DR6)을 이루어서 연결되며, 또한 커패시터(C10)가 병렬상태로 연결되어 있다.

그러나 도시된 바와 같이, 종래의 듀플렉서를 구성하고 있는 부품들(커패시터, 인덕터, 유전체 공진기등이 모두 수동소자(passive component)들이기 때문에 일단 통과대역주파수가 결정되면 더 이상 가변의 여지가 없이 통과대역이 듀얼(dual) 또는 멀티플(multiple) 대역이 되면 채용된 통신시스템의 통과대역수만큼 듀플렉서를 장착하여야 하는 문제점이 발생된다.

따라서 전체 부품수가 증가하면서 원가가 상승하고 이에 따라서 경제적인 낭비요인이 된다. 더욱이 듀플렉서는 다른 부품들에 비하여 상대적으로 큰 크기를 가지고 있기 때문에 듀플렉서의 수가 증가함에 따라서 무선 트랜시이버의 크기가 전체적으로 커지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래 각각의 대역에 대하여 사용되던 듀플렉서를 여러 통신시스템에서 동시에 사용할 수 있는 단일 듀플렉서를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 무선트랜시이버에 채용되는 듀플렉서의 갯수를 감소시킴으로서 원가를 감소시킬 수 있으며 무선 트랜시이버 장치의 크기를 감소시킬 수 있는 듀플렉서를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선트랜시이버용 듀플렉서는, 안테나포트와 수신포트(RX PORT) 사이에 직렬 연결된 커패시터와, 상기 안테나포트와 송신포트(TX PORT) 사이에 직렬 연결된 인덕터와, 상기 커패시터와 상기 인덕터의 각 후단에 병렬 연결되어, 인가되는 전압에 따라서 접합용량이 변경되며 각 밴드주파수에 따라서 커패시턴스가 변경되는 가변용량소자와, 상기 가변용량소자 중 일부의 한 단에 직렬 연결된 유전체 공진기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 사용되는 듀얼밴드 트랜시이버의 블럭도,

도 2는 도 1의 듀플렉서의 구조를 나타내는 개략도,

도 3은 본 발명에 의한 듀플렉서의 구조를 나타내는 구성도,

도 4는 본 발명의 듀플렉서를 채택한 듀얼밴드 트랜시이버의 블럭도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11: 안테나 12: 전력증폭기

13,14,16,17,24,25 : RF필터 15: 구동증폭기

18: TX믹서 19: IF증폭기

20: IF필터 21: IF증폭기

22: 로컬오실레이터 23: 저잡음증폭기

26: RX믹서 27: IF증폭기

28,29: IF필터 30: 제1듀플렉서

31: 제2듀플렉서

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 무선트랜시이버용 듀플렉서를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 듀플렉서의 구조변경에 의하여 단일듀플렉서채용으로 여러 통신시스템을 동시에 사용할 수 있어서 경제적으로 부품의 코스트를 낮출 수 있고 또한 기존의 단일통과대역을 가지는 시스템단말기와 같은 크기의 제품을 만들 수 있다.

듀얼밴드시스템(dual band system)은 사용하는 주파수대역이 이중임을 의미한다. 예를 들어서 PCS(Personal Communication System)는 1.75㎓∼1.87㎓ 사이의 주파수대역을 사용하고 있으며, CDMA Celluar System의 경우에는 824㎒∼894㎒ 사이의 주파수대역을 사용하는데 통상 무선 통신시스템의 경우 사용되는 부품들이 주파수대역에 맞게 고정되어 있는 경우가 대부분이다. 그러나 본 발명에서는 능동소자를 사용하여 주파수대역을 변경함으로서 목적을 달성한다.

본 발명에 의한 듀플렉서(33)는, 도 3을 참조하면, 안테나포트와 수신포트(RX PORT) 사이에 직렬 연결된 커패시터(C1,C2,C3)와, 상기 안테나포트와 송신포트(TX PORT) 사이에 직렬 연결된 인덕터(L1,L2,L3)와, 상기 커패시터(C1,C2,C3)와 상기 인덕터(L1,L2,L3)의 각 후단에 병렬 연결되어, 인가되는 전압에 따라서 접합용량이 변경되며 각 밴드주파수에 따라서 커패시턴스가 변경되는 가변용량소자(VD1,VD2,VD3,VD4,VD5,VD6,VD7)와, 상기 가변용량소자 중 일부의 한 단에 직렬 연결된 유전체 공진기(DR1,DR2,DR3,DR4,DR5,DR6)를 포함하여 구성된다.

여기서 본 발명의 가장 큰 특징은, 가변용량소자의 채용에 있다. 다시 말하면, 종래의 결합형 유전체 공진기 필터에 능동소자(active device)를 채택함으로서 주파수가변능력을 부가시켰다. 이 때 주파수변경을 위한 변수는 전압 또는 전류중의 하나를 사용하며, 전압을 가변매개변수로 채택하는 것이 제어에 유리하다.

이러한 목적을 위하여 본 발명에서는 가변용량소자로서 바랙터 다이오드(varactor diode)를 이용한다. 상기 바랙터 다이오드는 전압가변커패시터(voltage variable capacitor) 또는 튜닝다이오드(tuning diode)라고도 불리는 전압종속형 가변커패시터이다. 바랙터다이오드는 동작모드에서 소자가 역바이어스(reverse bias)되었을 때 PN접합에 나타나는커패시턴스(capacitance)에 의존한다. 역바이어스하에서 접합면 양단에 공간전하영역이 존재하며, 이것이 결핍영역을 형성하여 결핍폭을 결정한다.

고립된 공간전하영역에 의하여 생기는 전이 커패시턴스는 유전율과 PN접합의 면적에 비례하고 결핍폭에서 반비례하는 역바이어스 전압이 증가할 때 결핍영역의 폭이 증가하여 상대적으로 전이 커패시턴스는 감소한다. 이러한 동작원리에 의하면 사용되는 바리캡의 종류에 따라서 2∼100㎊ 사이의 가변이 가능하며, 이것이 밴드리젝션필터(band rejection filter)인 유전체 공진기에 직렬로 연결되어 공진주파수를 결정하는데 사용된다.

유전체 공진기의 등가회로는 저항, 인덕터, 및 커패시터의 병렬구조로서 바리캡은 유전체 공진기의 커패시터와 직렬연결되어 전체 커패시턴스의 값을 가변할 수 있는 상태가 되어 사용주파수대역을 조정할 수 있는 것이다.

본 발명에서 가변용량소자(VD1,VD2,VD3,VD4,VD5,VD6)를 조정하기 위하여 사용되는 전원은 다른 능동소자블럭에 사용되는 것을 그대로 이용하는 것도 가능하다. 그러나 정확한 제어를 위하여 사용주파수대역을 조정하여야 하기 때문에 PLL 신서사이저부(Synthesizer)를 이용하여 조정하는 것이 바람직하다. 상기 PLL 신서사이저는 (도시되지 않았지만) 대부분의 무선트랜시이버에 설치되어 있으므로 용이하게 조정이 가능한 이점이 있다.

도 4는 본 발명에 의한 듀플렉서(33)를 채용한 듀얼밴드 무선트랜시이버의 블럭도로서, 도 1의 종래 듀얼밴드 무선트랜시이버와 비교하면 안테나(11)와 연결되어 있는 듀플렉서가 오직 하나의 듀플렉서(33)임을 알 수 있다. 이것은 종래 2개의 듀플렉서(30,31)의 역할을 하나만 사용하여 달성한 것임을 알 수 있다. 무선주파수대역의 변화에 따라서 상기 가변용량소자에 인가되는 전압을 제어하여 가변용량소자의 용량을 변경하고 주파수를 변경하여 동작시킨다.

상기와 같이 본 발명에 의하면 종래 각각의 대역에 대하여 사용되던 듀플렉서를 여러 통신시스템에서 동시에 사용할 수 있으며, 무선트랜시이버에 채용되는 듀플렉서의 갯수를 감소시킴으로서 원가를 감소시킬 수 있으며 무선 트랜시이버 장치의 크기를 감소시킬 수 있는 듀플렉서를 제공하는데 있다.

본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims

안테나포트와 수신포트(RX PORT) 사이에 직렬 연결된 커패시터와; 상기 안테나포트와 송신포트(TX PORT) 사이에 직렬 연결된 인덕터와; 상기 커패시터와 상기 인덕터의 각 후단에 병렬 연결되어, 인가되는 전압에 따라서 접합용량이 변경되며 각 밴드주파수에 따라서 커패시턴스가 변경되는 가변용량소자와; 상기 가변용량소자 중 일부의 한 단에 직렬 연결된 유전체 공진기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선트랜시이버용 듀플렉서.
제1항에 있어서,

상기 가변용량소자가 극성을 가진 바랙터 다이오드(VD)인것을 특징으로 하는 무선트랜시이버용 듀플렉서.
제2항에 있어서,

상기 바랙터 다이오드의 (-)극성이 송수신포트측에, (+)극성이 유전체 공진기측으로 연결되어서 역방향으로 전압이 인가되고, 전압을 변경시켜 커패시턴스를 변경시키는 것을 특징으로 하는 무선트랜시이버용 듀플렉서.
제1항 내지 제3항에 있어서,

상기 가변용량소자의 용량을 변경시키기 위한 전압인가수단이 PLL 신서사이저인 것을 특징으로 하는 무선트랜시이버용 듀플렉서.