KR100414924B1 - 전압제어 다이오드를 이용한 무선 주파수 송수신 시스템 - Google Patents

전압제어 다이오드를 이용한 무선 주파수 송수신 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전압제어 다이오드(voltage controlled diode)를 이용한 무선 주파수 송수신 시스템에 관한 것으로, 송신 튜닝 전압에 의하여 송신 커패시턴스 값을 발생하며, 수신 튜닝 전압에 의하여 수신 커패시턴스 값을 소정의 시간간격으로 발생하는 전압제어 다이오드와(200); 전압제어 다이오드(200)에서 발생된 송수신 커패시턴스 값에 의하여 송수신 공진 주파수를 소정의 시간간격으로 발생하는 수정기(190)와; 수정기에서 발생하는 공진 주파수에 의하여 송신블록(B) 및 수신 블록(A)간을 스위칭하는 송수신 스위치를 포함하므로, 종래의 송신측 수정기(23)의 공진 주파수 발생에 의하여 무선 주파수를 송신하며, 수신측 수정기(15)의 공진 주파수 발생에 의하여 무선 주파수를 수신하게 되는 비효율적인 문제점을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

전압제어 다이오드를 이용한 무선 주파수 송수신 시스템
본 발명은 무선 통신 시스템에 있어서 무선 주파수 송수신 장치에 관한 것으로, 전압제어 다이오드(Voltage Controlled Diode : 이하, VCD라 약칭함)를 이용하여 송신단 전압제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator : 이하, VCO라 약칭함)의 공진 주파수를 변환시켜 송수신할 수 있도록 한 무선 주파수 송수신 시스템에 관한 것이다.
통상적으로, 무선 주파수 송수신 시스템은 전파를 이용한 통신기기를 말하며 크게 하누어 전파를 보내는 송신 장치와 전파를 받아들이는 수신장치로 구성되며 전파의 발사와 수신에 필요한 안테나와 급전선이 부수적으로 따르게 된다.
전파를 발사하는 장치는 전자파를 될 수 있는 전기 진동을 일으켜 이것에 필요한 신호를 실어서 충분한 크기로 증폭한 다음 송신 안테나에서 방사시키며, 한편 수신 안테나에선 미약한 전파를 유기시켜 이것을 증폭하여 본래의 신호를 빼낸다음이것을 증폭하여 기계적 진동으로 변환시킴으로서 정보를 얻게되어 전파에 의한 통신이 이루어지는 것이다.
상술한 바와 같이 무선 주파수를 사용하는 송수신 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 수신 블록(A) 및 송신 블록(B)과 전압제어 스위치(27)로 구분되어 있다.
먼저, 수신 블록(A)은 안테나(1)를 통하여 수신되는 미약한 무선 주파수 즉 전파를 소정의 대역폭으로 필터링하는 탄성표면파 필터(3), 시분할 방식으로 운영되는 무선 주파수 수신 주기에 따라 스위칭주기로 운영되는 송수신 스위치(5), 송수신 스위치(3)로부터 전송되는 무선 주파수를 저잡음 상태의 무선 주파수로 증폭하는 저잡음 증폭기(Low Noise Amp : 이하, LNA라 약칭함)(7), LNA(7)로부터 전송되는 증폭된 무선 주파수와, 수신용 수정기(15) 및 VCO(13)로부터 주파수 채배기(11)를 통하여 제공되는 공진 주파수가 혼합기(9)에 의하여 혼합되어 중간 주파수를 생성한다.
다음으로, 송신 블록(B)은 Tx 데이터 입력 신호포트를 통하여 송신 정보가 전송되면, 전압(Vcc)에 의하여 제어되는 VCD(25)가 구동되고, 구동된 VCD(25)를 통하여 송신 정보가 전송된다. 이때, 수정기(23) 및 송신 VCO(21)에 의하여 발진되고, 주파수 채배기(19)에 의하여 채배된 공진 주파수에 상기 전송된 송신 정보를 실어서 전력 증폭기(17)로 전송한다. 전력 증폭기(17)는 송신 정보를 충분한 크기로 전력 증폭하여 송수신 스위치(5)로 전송한다. 송수신 스위치(5)는 전력 증폭된 송신 데이터를 탄성표면파 필터(3) 및 안테나(1)를 통하여 방사한다.
상술한 바와 같이 구성된 수신 블록(A) 및 송신 블록(B)은 전압을 제어하는 전압제어 스위치(27)에 의하여 전압을 제공받아 동작하는 것이다.
이와같이 수신 블록(A)은 전압제어 스위치(27)로부터 수신 전압을 전송받아 수정기(15) 및 VCO(13)의 공진 주파수를 동작시켜야만 수신 정보를 전송받을 수 있으며, 역시 송신 블록(B)은 전압제어 스위치(27)로부터 송신 전압을 전송받아 수정기(23) 및 VCO(21)의 공진 주파수를 동작시켜야만 송신 정보를 송출할 수 있는 비효율적인 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 비효율적인 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 송신일 경우 송신단 전압제어 발진기의 공진 주파수를 이용하여 송신 정보를 송신하고, 수신일 경우 공진 주파수를 결정하는 전압제어 다이오드의 커패시턴스를 송신과 다르게 조정하여 수신 정보를 수신할 수 있도록 한 전압제어 다이오드를 이용한 무선 주파수 송수신 시스템을 제공함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서 전압제어 다이오드를 이용한 무선 주파수 송수신 시스템은 송신 튜닝 전압에 의하여 송신 커패시턴스 값을 발생하며, 수신 튜닝 전압에 의하여 수신 커패시턴스 값을 소정의 시간간격으로 발생하는 전압제어 다이오드와; 전압제어 다이오드에서 발생된 송수신 커패시턴스 값에 의하여 송수신 공진 주파수를 소정의 시간간격으로 발생하는 수정기와; 수정기에서 발생하는 공진 주파수에 의하여 송신블록 및 수신 블록간을 스위칭하는 송수신 스위치를 포함한다.
도 1은 종래 전압제어 스위치에 의하여 송수신 모듈이 결정되는 무선 주파수 송수신 시스템에 대한 회로도이고,
도 2는 본 발명에 따른 전압제어 다이오드를 이용한 무선 주파수 송수신 시스템에 대한 회로도이며,
도 3은 본 발명에 따른 전압제어 다이오드의 커패시턴스 특성 곡선을 나타낸 도면이며,
도 4는 본 발명에 따른 수정기의 공진 주파수 결정 곡선을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:안테나 110:탄성표면파 필터(SAW FILTER)
120:제1 송수신 스위치(Tx/Rx SW) 130:저잡음 증폭기(LNA)
140:혼합기(MIXER) 150:전력 증폭기(PA)
160:제2 송수신 스위치 170:주파수 채배기(XM)
180:전압제어 발진기(VCO) 190:수정기
200:전압제어 다이오드(VCD)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전압제어 다이오드를 이용한 무선 주파수 송수신 시스템에 대한 회로도로서, 안테나(antenna)(100)와, 탄성표면파 필터(SAW filter)(110)와, 제1, 제2 송수신 스위치(Tx/Rx switch)(120, 160)와, 저잡음 증폭기(Low Noise Amp : 이하, LNA라 약칭함(130)와, 혼합기(mixer)(140)와, 전력 증폭기(power amplifier)(150)와, 주파수 채배기(frequency multiplier)(170)와, 전압제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator : 이하, VCO라 약칭함)(180)와, 수정기(crystal)(190)와, 전압제어 다이오드(Voltage Controlled Diode : 이하, VCD라 약칭함)(200)을 포함한다.
안테나(100)는 무선 주파수 송수신 시스템에 있어서, 수신 블록(A)에서는 미약한 무선 주파수 즉, 전파를 유기시켜 탄성표면파 필터(110)로 전송하며, 송신 블록(B)에서는 탄성표면파 필터(110)로부터 전송된 송신 정보를 방사시킨다.
탄성표면파 필터(110)는 밴드패스 필터(bandpass filter)로서, 탄성표면파의 여진, 수신용의 빗형 전극의 간격을 1주기로 하는 진동이 발생하고 그 진동이 탄성표면파로 되어 다른쪽의 빗형 전극에 전파하고 전기 신호로 되어 출력된다. 즉, 수신 블록(A)에서는 안테나(100)로부터 유기된 무선 주파수와 빗형 전극에서 발생하는 탄성표면파의 주파수가 같으면, 탄성표면파 주파수 대역의 무선 주파수만을 제1 송수신 스위치(120)로 무선 주파수를 전송한다. 송신 블록(B)에서는 제1 송수신 스위치(120)로부터 전송된 무선주파수와 빗형 전극에서 발생하는 탄성표면파의 주파수가 같으면, 탄성표면파 주파수 대역의 무선 주파수를 안테나(100)로 전송한다.
제1 송수신 스위치(120)는 수신 블록(A) 및 송신 블록(B)간을 스위칭하는 것으로서, 수신 블록(A)에서의 제1 송수신 스위치(120)는 탄성표면파 필터(110)로부터 전송된 무선 주파수를 LNA(130)로 전송하도록 스위칭한다. 송신 블록(B)에서의 제1 송수신 스위치(120)는 전력 증폭기(150)로부터 증폭되어 전송된 무선 주파수를 탄성표면파 필터(110)로 전송하도록 스위칭한다.
LNA(130)는 제1 송수신 스위치(120)의 스위칭에 의하여 탄성표면파 필터(110)로부터 전송된 미약한 무선 주파수를 잡음이 없는 최상의 상태로 증폭한 무선 주파수를 혼합기(140)로 전송한다.
혼합기(140)는 LNA(130)로부터 증폭되어 전송된 무선 주파수와 제2 송수신 스위치(160)로부터 전송된 수신용 공진 주파수를 믹싱한다.
전력 증폭기(150)는 제2 송수신 스위치(160)로부터 전송된 공진 주파수를 증폭한후, 증폭된 무선 주파수를 제1 송수신 스위치(120)를 통하여 탄성표면파 필터(110)로 전송한다.
제2 송수신 스위치(160)는 주파수 채배기(170)에 의하여 채배된 공진 주파수를 송신일 경우에는 PA(150)로 전송하도록 스위칭하며, 수신일 경우에는 혼합기(140)로 전송하도록 스위칭한다.
주파수 채배기(170)는 VCO(180)에 의한 공진 주파수를 무선 송수신 시스템에서 사용되는 주파수로 채배한후, 채배된 무선 주파수를 제2 송수신 스위치(160)로 전송한다.
VCO(180)는 전압제어에 의하여 동작되는 발진회로로서 수정 발진회로, LC 발진회로, RC 멀티바이브레이터 등이 있다. 본 발명에 따르면, 수정기(190)에 의한 수정 발진회로로서, 수정기(190)에 의한 공진 주파수를 주파수 채배기(160)로 전송한다.
수정기(190)는 자체 수정에 의하여 무선 송수신 시스템에서 사용되는 공진 주파수를 생성하는데, 하술할 VCD(200)에서 발생되는 송수신 커패시턴스 값에 의하여 송신시와 수신시 별로 공진 주파수를 발생한다.
VCD(200)는 전압의 제어에 의하여 동작되는 다이오드로서 배리캡, 파라메트릭 다이오드 등이 있다. VCD(200)는 다이오드에 역바이어스를 걸면 다이오드는 하나의 커패시턴스 구실을 하는데, 이는 소수반송자와 표면 누설전류에 의해서 만들어지며 커패시턴스외에 저항이 생겨나기도 한다. VCD(200)는 튜닝(tuning) 전압(Vt)를 제공받는데, 송신시는 송신 튜닝전압(Vt1)을 인가받고, 수신시는 수신 튜닝전압(Vt2)을 인가받아 송수신 커패시턴스 값을 발생한다.
상술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 전압제어 다이오드를 이용한 무선 주파수 송수신 시스템에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따르면, 수신 블록(A)과 송신 블록(B)으로 구분되어 무선 주파수를 송수신하는데, 먼저, 수신 블록(A)에 대하여 설명하면, 안테나를 통하여 미약한 정보를 수신할 경우, 수신 튜닝전압(Vt2)을 제공받은 VCD(200)의 커패시턴스 특성은 도 3에 도시된 그래프와 같이, VCD(200)의 커패시턴스(C2) 값과 수신 튜닝전압(Vt2)인 수신지점을 나타낸다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, VCD(200)의 커패시턴스(C2) 값과 수정기(190)의 공진 주파수(f2)인 수신지점을 나타낸다.
다음으로, 송신 블록(B)에 대하여 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, Tx 데이터 입력 신호포트를 통하여 전송된 송신 정보를 송신할 경우, 송신 튜닝전압(Vt1)을 제공받은 VCD(200)의 커패시턴스 특성은 도 3에 도시된 그래프와 같이, VCD(200)의 커패시턴스(C1) 값과 송신 튜닝전압(Vt1)인 송신지점에 나타낸다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, VCD(200)의 커패시턴스(C1) 값과 수정기(190)의 공진 주파수(f1)인 송신지점에 나타낸다.
상술한 바와 같이, VCD(200)의 튜닝전압 즉, 송신시 Vt1과, 수신시 Vt2의 전압 인가에 따라 VCD(200)의 커패시턴스 특성이 변하고, 상기 VCD(200)의 커패시턴스 특성에 따라 수정기(190)의 공진 주파수가 변하게 된다.
상술한 공진 주파수의 변화에 따라 송신 공진 주파수가 발생하면, 제2 송수신 스위치(160)의 방향이 송신 블록(B)으로 향하며, 수신 공진 주파수가 발생하면, 제2 송수신 스위치(160)의 방향이 수신 블록(A)으로 향한다.
이와같이 VCD(200)의 송수신 튜닝전압에 의하여 수정기(190)의 공진 주파수가 송신시와 수신시 별로 각각 발생함에 따라 종래의 송신측 수정기의 공진 주파수 발생에 의하여 송신하며, 수신측 수정기의 공진 주파수 발생에 의하여 수신하게 되는 비효율적인 문제점을 향상시킬 수 있는 것이다.
상기와 같이 설명한 본 발명은 전압제어 다이오드의 송수신 튜닝전압에 의하여 수정기의 공진 주파수가 송수신 별로 각각 발생함으로써, 종래의 송신측 수정기의 공진 주파수 발생에 의하여 무선 주파수를 송신하며, 수신측 수정기의 공진 주파수 발생에 의하여 무선 주파수를 수신하게 되는 비효율적인 문제점을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 송신측 공진주파수를 전기 진동시킨후, 상기 공진 주파수에 필요한 신호를 실어 충분한 크기로 증폭한 다음 안테나에서 방사시키는 송신 블록과, 상기 안테나로부터 미약한 무선 주파수를 유기시킨후, 증폭하여 본래의 정보를 빼내는 수신 블록을 갖는 무선 주파수 송수신 시스템에 있어서,
    송신 튜닝 전압에 의하여 송신 커패시턴스 값을 발생하며, 수신 튜닝 전압에 의하여 수신 커패시턴스 값을 소정의 시간간격으로 발생하는 전압제어 다이오드;
    상기 전압제어 다이오드에서 발생된 송수신 커패시턴스 값에 의하여 송수신 공진 주파수를 소정의 시간간격으로 발생하는 수정기;
    상기 수정기에서 발생하는 공진 주파수에 의하여 상기 송신블록 및 수신 블록간을 스위칭하는 송수신 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압제어 다이오드를 이용한 무선 주파수 송수신 시스템.
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