KR100471017B1 - 외뿔형으로 생긴 비대칭 특성을 갖는 역 리플 발생회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공진기 및 이 공진기를 결합하는 결합소자의 특성을 조절하여 관심대역에서의 주파수 응답특성을 비대칭형으로 만드는 역 리플 발생회로에 관한 것이다.

본 발명의 비대칭 특성을 갖는 역 리플 발생회로는 짝 수개 공진기 뿐 만 아니라 홀 수개 공진기를 이용해서도 구성할 수 있다. 비대칭 리플 발생회로는 시스템의 통과 대역 중심 주파수를 기준으로 낮은 쪽의 응답이 올라간 경우와 높은 쪽의 응답이 올라간 경우로 대별 할 수 있으며 각각의 경우 공진기의 공진 주파수와 결합소자의 결합량을 조절하여 원하는 특성을 얻을 수 있다.

본 발명은 주파수 영역에서 통과 대역폭의 한 쪽을 넓혀 전체의 통과 대역폭을 확장하거나 시스템에서 비대칭적으로 찌그러진 크기의 파형을 평탄하게 만드는 과정에 유용하게 적용 할 수 있어 RF 이퀄라이저의 응용 범위를 한 층 넓힐 수 있다.

Description

외뿔형으로 생긴 비대칭 특성을 갖는 역 리플 발생회로{Circuit for Generating Complementary Ripple Having Asymmetrical Shape with Unicorn Type}

본 발명은 외뿔형으로 생긴 비대칭 특성을 갖는 역 리플 발생회로에 관한 것으로, 특히 공진기의 공진 주파수와 이 공진기를 결합하는 결합소자의 결합량을 조절하여 관심대역에서의 주파수 응답특성을 비대칭형으로 만드는 역 리플 발생회로에 관한 것이다.

기존의 보상형 파형 발생 시스템의 역 리플 발생회로는 2N(N은 양의 정수)개의 공진기를 이용하여 도 1에 도시된 바와 같이 통과 대역의 중앙부(C1)가 아래로 볼록하며 대역 양 끝(S1,S2)에서 위로 볼록한 쌍봉 특성을 갖는 역 리플 파형을 만들어 낸다.

이러한 역 리플 파형 발생시 수반되는 입출력 단자의 임피던스의 부정합 현상은 역 리플 발생회로 앞 혹은 뒤에 정합회로를 추가적으로 구성하여 해결하는데 정합회로는 주로 감쇠기, 증폭기, 아이솔레이터 혹은 서큘레이터를 장착함으로서 해결한다.

한편, 시스템이 여러 단의 부품을 거치면서 주파수 특성이 대칭적으로 나타나는 경우 외에도 종종 비대칭적인 주파수 응답특성을 나타내는 경우가 있다. 이 경우 통과대역의 전송특성(S₂₁)을 도 6c와 같이 평탄화시키기 위하여 도 2 또는 도 6b와 같이 통과대역의 오른쪽 또는 왼쪽이 위로 볼록하게 올라간 외뿔형의 비대칭 역 리플 파형을 보상해주는 것이 요구된다.

일반적으로 삽입 손실법에 의해 설계된 2N(N은 자연수)단 공진기를 이용한 역 리플 발생회로는 대역폭과 리플 크기가 정해지면 역 리플 파형의 모양은 고정되므로 원하는 임의 모양의 역 리플 파형을 얻을 수 없게 된다.

역 리플 발생회로 및 이를 이용한 평탄도 보상회로의 구성 방식은 2N 단의 공진기를 배치하고 여기에 좌우 대칭성을 갖는 것을 기본으로 한 것으로서 결합소자의 결합량(CPL)과 공진기(RES)의 공진 주파수가 하기 수학식 1 및 수학식 2의 관계를 유지하고 있다.

CPL_i = CPL_N+2-i

RES_i 공진 주파수 = RES_N+1-i 공진 주파수

이와 같이 종래에는 공진기의 공진 주파수를 서로 동일하게 하고 결합소자의 결합양을 좌우 대칭으로 설정하는 것에 의해 좌우 대칭 형상의 역 리플을 발생하였다.

이와 같은 대칭형으로 구성된 2N 단의 공진기로 역 리플 파형을 구현한 경우는 그 역 리플 파형 모양의 범위가 상대적으로 제한 받고 있다.

최근에는 구성 방법이 간단하면서 삽입 손실을 줄인 보다 진보된 새로운 형태의 역 리플 파형 발생기로서, 다단의 공진회로를 이용하여 만든 역 리플 파형 발생기로서는 구현하기 힘든 좁은 대역에서의 역 리플 파형을 수월하게 구현하기 위해 제안된 방식이 소개되고 있다. 이 방식에서는 역 리플 파형 발생 시 수반되는 삽입 손실을 대역폭에 대해 비교적 둔감하게 반응하며 입출력에 하이브리드 커플러를 사용함으로써 입출력 정합 손실을 크게 감소시켰다.

상기한 2가지 방법은 모두 주파수 응답 특성이 좌우 대칭인 경우로 비대칭 꼴의 파형을 발생하는 데는 한계가 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 공진기의 공진 주파수와 이 공진기를 결합하는 결합소자의 결합량을 조절하여 관심대역에서의 주파수 응답특성을 비대칭형으로 만드는 역 리플 발생회로를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 기존의 대칭형 역 리플 파형 발생기 개념을 확장하여 사용한 공진기의 갯수도 짝수로 제한하지 않고 각 공진기간의 결합량도 가운데 공진기를 중심으로 좌우 대칭적으로 제한하지 않으며 다양한 모양의 역 리플 파형을 구현할 수 있는 외뿔형 비대칭 역 리플 발생회로를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 외뿔형으로 생긴 비대칭 전송특성을 갖는 역 리플 발생회로에 있어서, 입력신호에 대한 상보형 역 리플을 발생하는 다수의 공진기와, 상기 다수의 공진기를 연결하는 다수의 결합소자로 구성되며, 상기 다수의 공진기의 공진 주파수와 결합소자의 결합량을 좌우 비대칭적으로 설정하여 비대칭 전송특성을 갖는 것을 특징으로 하는 역 리플 발생회로가 제공된다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 공진기와 공진기 간의 결합을 좌우 비대칭 구조로 설정함에 의해 이 회로의 전송 특성으로부터 위로 볼록한 외뿔형으로 비대칭 모양을 한 주 전송 시스템의 역 리플 파형을 쉽게 만들어 낼 수 있다.

(실시예)

이하에 상기한 본 발명을 적용한 실시 예를 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다.

도 6a는 관심 대역의 한쪽이 비대칭적으로 아래로 오목하게 들어간 주 시스템의 전송 특성을 나타내는 그래프, 도 6b는 도 6a에 대하여 관심 대역에서 상보 관계인 왼쪽이 비대칭적으로 위로 볼록하게 나온 주 시스템의 전송 특성에 대한 역 리플을 나타내는 그래프, 도 6c는 도 6a와 관심 대역에서 상보 관계인 도 6b를 합하여 통과 대역내에서 평탄한 전송 특성을 나타내는 그래프이다.

일반적으로 일정한 대역폭을 갖는 시스템에서 여러 단계의 전송과정을 거치면 각 단에서 대역 내에서는 평탄한 회로의 전송 특성도 단수가 증가할수록 전송특성의 리플 파형 특성이 가운데가 볼록한 모양을 띄면서 대역내의 리플 파형이 증가한다.

기존의 RF 이퀄라이저는 통과 대역 내에서 평탄도를 개선하는 데 있어서 좌우 대칭형으로 가운데 부분이 위로 볼록한 형태의 리플을 맞추는데 초점을 두고 설계되어 왔다. 그러나, 도 6a와 같이 시스템의 통과 대역의 전송 특성중 예를들어 왼쪽이 오른쪽에 비해 크게 저하된 경우 이에 상보되는 복구하는 파형은 도 6b와 같이 역 리플의 전송특성이 왼쪽이 비대칭적으로 위로 볼록하게 나온 파형을 이루는 것이 필요하다.

상기 도 6a의 그래프는 주 시스템의 전송특성(S₂₁)으로서 이는 하나의 대역 통과 여파기의 전송특성이거나 여러 부품을 거친 시스템 특성일 수 있다. 도 6a에서 부재번호 S5와 S6은 통과대역의 양끝단 주파수이고, S56은 통과대역 내부의 리플 기준 주파수이며, C3은 리플의 중앙부 주파수를 나타낸다. 또한, 도 6b에서 부재번호 S7과 S8은 통과대역의 양끝단 주파수이고, S78은 통과대역 내부의 리플 기준 주파수이며, C4는 리플의 중앙부 주파수를 나타낸다.

이 경우 이러한 비대칭 역 리플은 기존의 대칭형 구조로 설계한 역 리플 발생기를 이용하여 구성한 통과 대역 평탄도 보상회로로는 구현하기가 무척 어려워진다.

도 3과 같이 본 발명의 평탄도 보상회로는 입력신호에 대하여 통과대역 안에서 이 주 시스템 신호의 상보되는(complementary) 역 리플 특성을 전송 특성으로 갖는 외뿔형 비대칭 역 리플 발생회로(302)와, 이 외뿔형 역 리플 발생회로(302)의 입출력 단자를 정합시켜 주며, 동시에 역 리플 발생회로의 성능을 보완하기 위해 앞 단, 뒷 단, 혹은 회로 내부에 감쇠기나 증폭기 등으로 이루어진 정합회로(301,303)를 포함하여 구성된다.

상기한 본 발명의 외뿔형 비대칭 역 리플 발생회로는 도 4와 같이 다수의 공진기(RES₁-RES_N)(401,402,403)와 이 공진기들을 연결하는 다수의 결합소자(CPL ₁-CPL_N+1)(404,405)로 구성된다.

상기한 본 발명의 역 리플 발생회로는 기존의 대칭형 역 리플 발생회로의 개념을 확장하여 공진기의 사용갯수를 짝수로 제한하지 않으며, 또한 각 공진기간의 결합량도 가운데 공진기를 중심으로 좌우 대칭적으로 제한하지 않는다.

이를 위하여 본 발명에서는 하기 식 3 및 4와 같이 공진기와 공진기를 결합시키는 결합소자의 결합량(CPLi(i는 1 내지 (N+1)/2)이다)과, 공진기(RES)간의 공진 주파수를 설정한다.

일반적으로 삽입 손실법에 의한 일반적인 대역 통과 여파기 설계시 감쇠극이 없는 경우에서는 중심 주파수가 주어진 대역폭과 통과 대역의 리플 및 감쇠 특성에 따라 전달함수의 극(pole)의 위치가 일정한 규칙에 의해 대칭적으로 복소수 평면상에 놓인다.

여기서 전달 함수의 극 위치를 달리 고정시킴으로서 기존 설계 방식으로 구현한 회로에서는 볼 수 없는 새로운 형태의 주파수 특성을 갖는 회로를 구성할 수 있다. 전달 함수의 극 위치는 회로를 구성하는 공진기의 공진 주파수와 공진기간 결합량의 크기로 나타나므로 이 특성을 변화시킴으로서 대역폭을 조절하면 다양한 모양 및 크기의 역 리플 파형을 발생할 수 있게 된다.

즉, 상기 수학식 3 및 수학식 4와 같이 공진기의 공진 주파수를 동일하지 않게 설정하며 공진기간 결합량도 원하는 역 리플 파형의 모양에 따라 조절하는 방식으로 비대칭 전송특성을 갖는 역 리플 발생회로가 얻어지게 된다.

또한, 본 발명에서 역 리플 파형 발생시 수반되는 입출력 단자의 임피던스 정합문제는 기존의 RF 이퀄라이저 설계 시 사용되는 감쇠기나, 아이솔레이터, 서큘레이터, 증폭기 등을 이용하여 구성할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 3단의 공진기로 이루어진 역 리플 발생회로로서, 3단의 공진기(RES₁-RES₃)(505-507)와, 입출력 단자와 공진기 사이에 결합되어 결합량을 조정하기 위한 결합용 캐패시터(C₁-C₄)(501-504)로 구성되어 있다.

이 경우 역 리플 발생회로의 공진기 및 결합 캐패시터의 값을 대칭적으로 결정되는 기존의 삽입 손실 법에 의한 방법과는 달리 비대칭적으로 조절함에 따라 역 리플 파형을 발생하게 된다. 즉, 먼저 사용하고자 하는 주 시스템의 중심 주파수로부터 적절한 공진기(RES₁, RES₂, RES₃)를 선택하며, 결합용 캐패시터(C ₁-C₄) 값을 조절하여 역 리플 파형의 모양 및 크기를 조절한다.

여기서 설명한 결합소자로서의 캐패시터는 편의상 도입한 개념이고 실제 구현에서는 캐패시터 이외에 인덕터 혹은 이 두 가지 소자의 혼합 구조로서 구현이 가능하다. 이외에도 결합 방식으로는 각 소자들 간의 전계 결합, 자계 결합 혹은 전자계 결합 등 일반적인 결합 방법을 사용할 수 있다.

상기와 같이 사용하는 공진기의 공진 주파수와 결합량을 비대칭으로 조절하면 관심 대역 안에서 위로 볼록한 파형이 한 쪽으로만 치우쳐 있으며 나머지 부분은 평탄하거나, 위 혹은 아래로 약간의 리플이 있는 형태로 구성된다.

도 7은 도 5로 구현한 외뿔형의 위로 비대칭적으로 볼록한 역 리플 회로의 전송 특성을 나타낸다.

따라서, 주 시스템이 도 6a와 같은 통과대역 리플을 가지는 경우 도 5의 역 리플 발생회로의 전송특성은 도 7, 즉 도 6b와 같이 얻어지므로 본 발명의 역 리플 발생회로를 주 시스템의 전송특성을 보상하도록 적용하면, 도 6c와 같이 통과대역내에서 리플 파형이 평탄하게 보상된 전송특성(S₂₁)을 갖게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 종래의 대칭적인 구조를 확장한 개념으로 종래의 삽입 손실법에 의한 설계로는 구현하기 어려운 비대칭 주파수 응답을 갖는 역 리플 발생회로를 구현하였다.

본 발명의 위로 볼록한 외뿔형으로 생긴 비대칭 역 리플 발생회로는 기본적으로 일반적인 대역 통과 여파기의 한쪽을 보강하여 통과 대역을 넓힐 수 있으며 여러 단의 여파기, 증폭기, 커플러 및 기타 부품을 거치면서 생긴 아래로 오목하게 들어간 리플 값을 보상하여 평탄한 주파수 응답을 갖도록 하여 전체 시스템의 성능이 향상되는데 크게 기여할 것이다.

도 1은 2N개 공진기를 이용한 좌우 대칭형으로 통과 대역 양 끝이 위로 볼록한 역 리플 파형을 나타내는 그래프,

도 2는 통과 대역 오른쪽이 위로 볼록하게 올라간 외뿔형의 비대칭형 역 리플 파형을 나타내는 그래프,

도 3은 본 발명의 외뿔형 비대칭 역 리플 발생회로와 임피던스 정합을 위한 정합회로가 결합된 RF 이퀄라이저를 나타내는 개략 블록도,

도 4는 공진기와 결합 소자로 이루어진 역 리플 발생회로를 나타내는 회로도,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 3단의 공진기로 구현한 외뿔형 역 리플 발생회로의 회로도,

도 6a는 관심 대역의 한쪽이 비대칭적으로 아래로 오목하게 들어간 주 시스템의 전송 특성을 나타내는 그래프,

도 6b는 도 6a에 대하여 관심 대역에서 상보 관계인 왼쪽이 비대칭적으로 위로 볼록하게 나온 주 시스템의 전송 특성에 대한 역 리플을 나타내는 그래프,

도 6c는 도 6a와 관심 대역에서 상보 관계인 도 6b를 합하여 통과 대역내에서 평탄한 전송 특성을 나타내는 그래프,

도 7은 도 5에서 구현한 외뿔형의 위로 볼록한 비대칭형 역 리플을 나타내는 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

301,303 ; 정합회로 302 ; 역 리플 발생회로

401-403 ; 결합소자 404-405, 505-507 ; 공진기

S1 ~ S10 ; 통과 대역 양 끝단

S34, S56, S78 ; 통과 대역 내부의 리플 기준 주파수

C1 ~ C4 ; 리플의 중앙

Claims (3)

1. 통과 대역의 일측이 아래로 오목하게 들어간 리플 파형을 포함하는 비대칭 전송특성을 갖는 주 시스템의 통과대역 전송특성을 평탄화시키기 위해 일측이 위로 볼록한 외뿔형으로 생긴 비대칭 전송특성을 갖는 역 리플 발생회로에 있어서,

   상기 주 시스템으로부터 일측이 아래로 오목하게 들어간 리플 파형을 포함하는 비대칭 전송특성을 갖는 입력신호에 대하여 일측이 위로 볼록한 외뿔형으로 생긴 비대칭 전송특성을 갖는 상보형 역 리플을 발생하기 위해 각각의 공진 주파수가 하기 수학식 1과 같이 좌우 비대칭적으로 설정된 다수의 공진기(RESi, 여기서 i는 1 내지 (N+1)/2이다)와,

   상기 입력신호가 인가되는 입력 단자와 초단 공진기 사이, 다수의 공진기 사이, 및 최종단 공진기와 출력 단자 사이에 삽입되어 상호 연결하며, 가운데 공진기를 중심으로 서로 마주보는 위치에 있는 공진기와 공진기 사이의 결합량(CPLi)이 하기 수학식 2와 같이 좌우 비대칭적으로 설정된 다수의 결합소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 전송특성을 갖는 역 리플 발생회로.

   [수학식 1]

   [수학식 2]
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 입출력 임피던스 정합을 위해 감쇠기, 아이솔레이터, 서큘레이터, 증폭기 중 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역 리플 발생회로.