KR100530503B1

KR100530503B1 - 비방사 유전체 도파관과 구형 도파관을 이용한하이브리드형 밀리미터 파대의 진폭편이방식 송수신기

Info

Publication number: KR100530503B1
Application number: KR10-2003-0008842A
Authority: KR
Inventors: 류원렬; 김주연; 김영수; 유영근
Original assignee: 코모텍 주식회사
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2005-11-22
Also published as: KR20040072379A

Abstract

본 발명은 마이크로파 및 밀리미터파 대역에서 NRD가이드 및 구형 도파관을 혼용하여 송수신기를 구성함에 있어 개선된 구조를 제안한다. 송신기는 건(Gunn)다이오드 마운트에 의해 구성된 발진부와 쇼트키다이오드가 장착된 쇼트키다이오드 마운트에 의해 구성된 ASK변조부를 포함한다. 수신기는 신호 대 잡음의 비를 개선하기 위한 저잡음증폭부와 쇼트키다이오드가 장착된 쇼트키다이오드 마운트에 의해 구성된 정류검파부를 포함한다. 송신기와 수신기를 하나의 하우징에 일체형으로 구성하고 각각의 안테나를 사용한다. 또한 안테나와 연결되는 송수신 출력포트의 개구면을 90도 회전시켜 파의 복사 시 90도 편파가 되도록 한다. 이에 의해 동일한 주파수 대역을 사용하면서 송신신호가 수신기(200)로 넘어가 간섭을 일으키는 것이 억제되고 고감도 수신이 가능한 양방향성 (Full Duplex) 송수신기가 구성될 수 있다.

Description

비방사 유전체 도파관과 구형 도파관을 이용한 하이브리드형 밀리미터파대의 진폭편이방식 송수신기{Hybrid Type ASK Transceiver Using Non-Radiative Dielectric Waveguide And Rectangular Waveguide}

본 발명은 밀리미터파 대의 송수신 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비방사 유전체 도파관(Non-Radiative Dielectric Waveguide: 이하 'NRD가이드'라 함) 과 구형 도파관을 혼용하여 구성한 밀리미터파 대의 송수신기에 관한 것이다.

최근 초고속 광대역 디지털 무선통신을 위해 마이크로파 및 밀리미터파 대의 영역에서 송수신기의 구현을 위한 노력이 시도되고 있다. 마이크로파 및 밀리미터파 대에서 사용되는 무선통신시스템은 주로 도파관을 이용하여 구현되어 왔으나 최근에는 반도체 기술의 발달과 더불어 마이크로웨이브 모놀리식 집적회로(Microwave Monolithic Integrated Circuit: MMIC)라고 하는 모놀리식의 단일 칩으로 개발되고 있다. 하이브리드 방식의 도파관을 이용한 송수신기가 대량생산과 가격에 있어서는 MMIC로 구현한 송수신기 보다는 불리한 점이 있지만 소량 생산의 경우 유리하다. 그런데 이 하이브리드 방식의 도파관을 이용하는 방식보다 더 구현이 용이하고 전송손실이 더 낮은 NRD가이드를 이용한 송수신기 제작이 주목을 받고 있다.

밀리미터파에 적용되는 NRD가이드의 대표적인 재료는 테프론(Teflon)을 들 수 있다. 테프론은 재질 특성상 경도가 약해 정밀가공이 힘들다는 단점에도 불구하고 밀리미터파 대의 전송손실이 작아 전송선로로 주로 사용된다.

도 1은 종래의 NRD가이드를 이용한 진폭편이방식(Amplitude Shift Keying: ASK) 송수신기(대한민국 특허공개번호 10-2001-0044420)의 전형적인 구조를 도시한다. ASK란 디지털 데이터 전송에서, 외부로 나가는 신호의 크기변화에 의해 비트를 표현하는 방식으로서, 위상편이방식(Phase Shift Keying: PSK)보다는 덜 민감하지만, 대규모 레이저 회선폭을 견딜 수 있는 장점을 지니는 방식이다. 위 ASK 송수신기에서, 건다이오드 발진부(2)의 건 다이오드(비도시)가 발생시킨 발진신호는 변조부(8)와 밸런스 믹서부(Balanced Mixer Section)(12)로 보내진다. 이를 위해 발진신호의 전력은 결합기(14)를 통해 배분되고, 송신기에서는 1차 서큘레이터(4)를 이용하여 ASK변조부(8)의 반송파로, 수신기에서는 국부 발진파로 사용하게 된다. 변조부(8)에서 변조된 신호는 2차 서큘레이터(6)를 통해 안테나(10)로 전달된다.

종래의 NRD가이드를 이용한 ASK 송수신기는 하나의 발진부(2)에서 발진된 신호전력을 송신기와 수신기로 배분하기 위해 결합기(14)를 사용하며, 송신기에서는 결합기(14)를 통해 배분된 신호전력을 ASK변조부(8)로 전달하기 위해 1차 서큘레이터(4)를 사용하고 ASK변조부(8)에서 변조된 신호전력을 안테나(10)로 전달하기 위해 2차 서큘레이터(6)를 사용한다.

밀리미터파 대에서 사용되는 결합기 및 서큘레이터는 정밀한 가공이 이루어져야 저손실로 신호전력을 전달할 수 있다. 그런데 NRD가이드의 재료인 테프론은 재질 특성상 경도가 약해 정밀 가공이 힘들다. 그 때문에 테프론으로 만든 NRD가이드의 경우 신호전력의 전달과정에서 큰 손실이 발생하므로, 장거리 통신용으로 적용하기는 어렵다.

또한 일반적으로 결합기에 의해 배분된 불안정한 신호전력은 필터를 이용하여 수신기의 국부 발진파를 얻기도 하지만, 송신기의 발진에 실린 변조신호가 수신기로 귀환되어 잡음으로 동작하는 등 수신신호에 영향을 미치게 된다. 따라서 송신 변조신호가 수신신호와 혼합되어 간섭신호가 발생하는 등 전체적으로 수신 감도가 떨어져 고감도의 수신이 불가능하게 되는 요인이 된다.

상기와 같은 문제점을 개선하기 위해, 본 발명은 구조가 간단하고 가공성과 조립성이 높아 양산에 유리하며 제작단가를 낮출 수 있고, 송수신 신호의 주파수를 동일한 것으로 사용하여 주파수 사용 효율이 높고, 송수신 감도가 좋으며, 신호 대 잡음비를 개선하여 장거리 통신에도 적용 가능한 NRD가이드와 구형 도파관을 혼용한 송수신기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 밀리미터파 대역의 동일한 주파수를 사용하는 송신기와 수신기가 일체형의 도체 하우징(housing)에 기구적으로 분리되어 설치되며, 상기 송신기와 상기 수신기의 신호전파경로는 NRD가이드와 구형 도파관을 혼용하여 하이브리드형으로 구성되며, 수신안테나와 연결되는 상기 수신기의 수신신호 입력도파관과 송신안테나와 연결되는 상기 송신기의 송신신호 출력도파관은 90도 편파가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역용 ASK 송수신기가 제공된다.

종래의 송수신기가 송신 주파수와 수신 주파수를 다르게 사용하는 것과 다르게, 본 발명의 송수신기는 송수신 신호의 주파수를 동일한 것으로 사용함으로써 주파수 사용효율을 높일 수 있다. 동일 주파수의 사용에 따라 발생할 수 있는 송신채널과 수신채널간의 간섭현상은 수신신호의 입력도파관과 송신신호의 출력도파관이 90도 편파 다이버시티(diversity)가 되도록 배치된 구조에 의해 억제된다. 이에 더하여, 송신기와 수신기를 일체형의 하우징(Housing)에 기구적으로 분리하여 송신신호가 수신회로로 유입되는 것을 원천적으로 차단하여 기존의 송수신기 보다 고감도 송수신이 가능하다.

상기 송신기는 밀리미터파 대의 발진신호를 발생시키는 국부발진부와 전송정보인 베이스밴드신호를 이용한 쇼트키다이오드의 스위칭에 의해 상기 발진신호를 진폭편이방식의 변조신호(이하 'ASK 변조신호')로 변조하여 상기 송신안테나로 제공하는 ASK변조부를 구비한다. 상기 국부발진부는 정밀가공이 힘든 NRD가이드를 단일 직선선로 하나로 그 사용을 제한하여 양산성을 높이는 구조로 설계된다.

구체적으로, 상기 국부발진부는 단일의 직선선로 형태의 웨이브가이드로서 상부 도체판과 하부 도체판 사이의 빈 공간에 설치되어 측면으로 인가되는 발진신호를 상기 ASK변조부와 인터페이스 되는 출력단으로 가이드 하는 직선형의 NRD가이드; 직류바이어스신호에 의해 구동되어 밀리미터파 대의 발진신호를 출력하는 건 다이오드; 상기 건 다이오드가 만들어낸 상기 발진신호의 발진 주파수와 발진 출력을 조정하여 상기 NRD가이드에 제공하는 금속로드공진기; 및 상기 건 다이오드와 상기 NRD가이드 간의 임피던스 정합을 이루어내어 상기 ASK변조부로 제공되는 발진신호의 출력을 최대화하는 백쇼트공동을 구비한다.

구체적으로 상기 ASK변조부는, 설치공동 내에 장착되며, 유전체기판상의 패치안테나의 갭 사이에 쇼트키다이오드를 장착한 쇼트키다이오드부; 상기 쇼트키다이오드부를 사이에 끼운 채 상기 쇼트키다이오드의 양방향으로 일렬로 배치된 직선형의 전방 및 후방 NRD가이드; 및 상기 쇼트키다이오드와 상기 전방 NRD가이드 간의 임피던스 정합을 보장하는 고유전율 시트를 포함하여 구성되며, 상기 쇼트키다이오드부는 상기 패치안테나를 통해 제공되는 직류바이어스신호에 실린 베이스밴드신호를 이용하여 상기 전방 NRD가이드와 상기 패치안테나를 경유하여 제공되는 상기 발진신호를 ASK변조신호로 변조하여 상기 후방 NRD가이드를 통해 출력된다.

상기 국부발진부와 상기 ASK변조부의 설치와 관련하여 한 가지 방안으로서, 국부발진부와 ASK변조부는 각각 별개의 설치공동 안에 따로따로 배치되어 평판도체 덮개로 덮이는 설치구조를 가지며, 상기 각 설치공동을 이어주는 구형 도파관에 의해 상기 국부발진부의 출력부와 상기 ASK변조부의 입력부가 인터페이스 된다. 이 경우, 상기 양 NRD가이드의 단부 양 측면에는 공동이 각각 배치되어 이에 의해 NRD가이드와 상기 구형도파관 간에 상기 발진신호의 전송모드를 정합시켜 전송손실을 최소화하는 천이부(transition)가 제공된다. 또 다른 방안으로서, 상기 국부발진부와 상기 ASK변조부는 단일의 설치공동 안에 함께 장착되어 평판도체 덮개로 덮이는 설치구조를 가지며, 상기 국부발진부와 상기 ASK변조부는 단일의 NRD가이드선로로 상호 연결될 수도 있다.

나아가, ASK변조부에 전달된 발진신호가 다시 국부발진부로 되반사되는 것을 방지하기 위해, 상기 국부발진부의 건다이오드의 인입지점부터 상기 ASK변조부의 상기 쇼트키다이오드까지의 NRD가이드 선로와 구형 도파관의 합거리를 (2n+1)λ/4(단, n의 자연수이며 상기 발진신호의 λ는 파장임)로 하는 것이 바람직하다.

가공 및 제작이 어렵고 전송손실이 큰 서큘레이터와 결합기를 사용하지 않고, 단순한 직선형 NRD가이드와 구형 도파관을 사용하여 국부발진부와 ASK변조부의 이격거리에 의해서 서큘레이터의 역할을 대신 할 수 있으므로, 국부발진부에서 발진된 높은 전력의 발진신호가 전송손실 없이 ASK변조부에 전달되어 높은 전력(Power)의 ASK 변조신호를 송신기에서 방사할 수 있다.

상기 수신기는 송신측에서 방사된 상기 ASK변조신호를 수신안테나를 통해 수신하여 정류검파부로 제공하는 수신부; 및 상기 수신부를 통해 전달받은 ASK변조신호를 정류 검파방식을 이용하여 상기 송신기의 베이스밴드신호를 검파하는 정류검파부를 구비한다. 상기 수신기에는 별도의 국부 발진기를 장착하지 않으며, 수신신호에 포함된 캐리어 신호를 이용하여 신호를 복조해 낸다. 수신기도 송신기와 마찬가지로 저잡음증폭부와 정류검파부는 구형 도파관으로 연결되며, 이 구형 도파관과 정류검파부의 전방 NRD가이드는 천이부(transition)를 사용하여 연결된다.

상기 수신부는 상기 수신안테나를 통해 수신된 미약한 상기 ASK변조신호를 구형 도파관으로 구성된 입력도파관을 따라 제공받아 신호출력을 증폭하여 신호 대 잡음비를 개선한 다음, 구형도파관 구조의 출력도파관선로를 통해 상기 정류검파부에 제공하는 저잡음증폭부(Low Noise Amplifier Section)로 구성할 수 있다. 저잡음증폭부를 수신부로 사용함으로써 수신되는 미약한 수신 신호를 증폭하여 신호 대 잡음비를 개선하여 장거리 통신이 가능하다. 다른 방안으로서, 상기 수신부는 상기 수신안테나를 통해 수신된 상기 ASK변조신호를 아무런 신호처리 없이 구형도파관 선로를 통해 단순히 상기 정류검파부로 전달하는 구형 도파관부로 구성할 수도 있다. 상기 저잡음증폭부 또는 상기 구형 도파관부는 하나의 모듈형태로 구성하여 상기 하우징에 마련된 설치공동에 장착 및 탈착을 할 수 있으며, 상기 저잡음증폭부 또는 상기 구형 도파관부의 입력도파관과 출력도파관은 구형 도파관으로 구성되어 수신기 입력포트 및 상기 정류검파부에 호환될 수 있는 구조로 만드는 것이 바람직하다.

상기 정류검파부는, 설치공동 내에 장착되며, 유전체기판상의 패치안테나의 갭 사이에 쇼트키다이오드를 장착한 쇼트키다이오드부; 상기 쇼트키다이오드부를 사이에 끼운 채 상기 쇼트키다이오드의 양방향으로 일렬로 배치된 직선형의 전방 및 후방 NRD가이드; 및 상기 쇼트키다이오드와 상기 전방 NRD가이드 간의 임피던스 정합을 보장하는 고유전율 시트를 포함하여 구성되며, 상기 쇼트키다이오드부는 상기 패치안테나를 통해 제공되는 직류바이어스신호 및 상기 ASK변조신호와 함께 출력된 발진신호(반송파신호)를 이용하여 상기 쇼트키다이오드의 스위칭에 의해 수신신호를 베이스밴드신호로 변환 검파한다.

상기 하우징의 배면에는 상기 송신기와 상기 수신기의 구동에 필요한 바이어스회로를 장착하기 위한 다수의 설치공동이 마련되고, 각 설치공동은 어떤 바이어스 회로에서 발생하는 잡음(Noise)이 다른 바이어스회로에 영향을 주지 못하도록 차단하기 위한 도체 벽(Wall)으로 구획된 구조로 되어 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 밀리미터파 대역의 NRD가이드와 구형 도파관을 혼용한 송수신기의 구조는 도3 내지 도5에 개략적으로 도시되어 있다. 도3과 도4는 각각 본 발명에 따른 밀리미터파 대역의 송수신기의 구조를 도시한 사시도와 평면도이다. 도5는 송수신기의 배면사시도이다.

본 발명의 송수신기는 송신기(100)와 수신기(200)가 일체형 도체 하우징(22)에 함께 장착된 구조를 갖는다. 송신기(100)와 수신기(200)는 하우징(22)의 대략 우측 절반과 좌측 절반을 차지하면서 기구적으로 서로 분리되도록 설치된다. 송신기(100)와 수신기(200)를 구성하는 여러 가지 부품들은 도체 하우징(22)의 상면과 배면에 각각 장착되고, 송신기 덮개(43)와 수신기 덮개(44)로 송신기(100)와 수신기(200)의 상면을 각각 덮고, 하우징(22)의 배면도 덮개(59)로 덮어 (도 5 참조) 조립할 수 있는 구조를 갖는다.

송신기(100) 덮개(43)와 수신기(200) 덮개(44)는 일체형으로 만들 수도 있지만, 도시된 바와 같이 분리형으로 구성할 수도 있다. 이들 송신기덮개(43)와 수신기덮개(44)에는 입력포트(45)와 출력포트(46)가 각각 형성되며 이들 포트(45, 46)에는 송신안테나(130)와 수신안테나(230)가 각각 장착된다. 입력포트(45) 및 출력포트(46)는 표준 구형 도파관 규격으로 설계하여 혼(Horn) 또는 리플렉터 안테나(reflector antenna)를 사용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.(도3과 도6 참조)

송신기(100)는 발진신호를 만들어내는 국부발진부(110)와 이 발진신호를 베이스밴드신호를 이용하여 변조하여 송신안테나(130)를 통해 방사하는 ASK변조부(120)로 구성된다. 이들 국부발진부(110)와 ASK변조부(120)는 구형도파관 선로(24)를 통해 인터페이스 된다.

국부발진부(110)는 발진신호를 출력하는 건 다이오드(40), 건 다이오드가 장착되는 마운트(39), 발진신호를 NRD가이드(23)에 전달하면서 발진신호의 발진 주파수와 발진 출력을 조정하는 역할을 하는 금속로드공진기(42), 금속로드공진기(42)를 통해 유입된 발진신호를 ASK변조부(120)로 유도하는 NRD가이드(23) 및 임피던스 정합을 이루어내어 ASK변조부(120)로 제공되는 발진신호의 출력전력(Power)을 최대로 조절할 수 있는 백쇼트공동(Back Short,41)으로 구성된다 (도 3, 4, 7 참조). 본 발명의 국부발진기(110)의 구조에 따르면, 설치공동(112)을 가로질러 단일의 직선선로 형태의 NRD가이드(23)가 배치되고, LSM 모드가 발진되도록 NRD가이드 측면의 적절한 위치에 건 다이오드(40)가 위치하고, 금속로드공진기(42)를 이용하여 건다이오드(40)의 발진신호를 NRD가이드(23)에 인가하는 구조이다.

구체적으로, 건다이오드(40), 마운트(39), 금속로드공진기(42), NRD가이드(23)는 하우징(22)의 상면에 마련된 국부발진부(110)용 설치공동(112) 안에 장착되고, 건다이오드(40)에 필요한 직류바이어스의 공급을 담당하는 바이어스회로는 하우징(22)의 배면에 설치된다(도 5, 도 14a, 14b 참조). 건다이오드(40)는 마운트(39)가 아니라 설치공동(112)의 측벽에 장치될 수도 있다. 이러한 설치방식을 따르기 위해서는 건다이오드(40)를 설치하고자 하는 지점의 설치공동(112)의 측벽은 돌출된 구조로 만들고 그 돌출부 내에 건다이오드(40)를 매입할 수 있는 설치공을 형성하면 된다.

백쇼트 공동(41)은 NRD가이드(23)의 후미에 위치하는 구형도파관 공동의 형태로 만들어지며, NRD가이드(23)의 출력측과의 임피던스 정합을 이루어 국부발진부(110)의 출력포트를 통해 출력되는 발진신호의 출력이 최대화하기 위해 도입된다. 백쇼트 공동(41)은 금속로드공진기(42)가 위치하는 지점에서부터 국부발진부(110)의 출력포트 반대방향으로 (2n+1)λ/4 의 거리만큼 이격되어 배치되도록 한다. 여기서 n은 자연수이며, λ는 발진신호의 파장이다. 실제 설계 시 송수신기의 사이즈에 따라 n 값이 정해지겠지만 일반적으로는 1 또는 2의 값이 적당하며 그 이상의 값을 적용할 경우에는 송수신기의 사이즈가 커지는 점이 고려되어야 할 것이다. 임피던스 정합을 보다 정확하고 효과적으로 이루기 위해 백쇼트 공동(41) 안으로 삽입 연장될 수 있는 백쇼트튜닝나사(67)를 더 설치할 수도 있을 것이다. 백쇼트튜닝나사(67)의 백쇼트 공동(41) 내의 삽입길이를 가변시켜 최적의 백쇼트 길이를 확보하는 것에 의해 임피던스정합을 얻을 수 있다.

건 다이오드(40)의 애노우드는 외부에 노출되게 설치되며, NRD가이드(23)의 측면에 대해 법선방향을 향한다. 건 다이오드(40)에서 발진된 발진신호는 금속 로드 공진기(42)의 직경과 길이에 의해 발진 주파수와 발진 전력이 결정되므로, 금속로드공진기(42)의 직경과 길이를 적절히 정하면 원하는 발진신호의 특성을 얻을 수 있다. 즉, 금속로드 공진기(42)의 길이와 직경은 각각 발진 주파수와 발진전력을 결정하는 데 영향을 미치므로, 원하는 발진신호의 발진주파수와 발진전력이 정해지면, 예컨대 시행착오적인 방식으로 금속로드 공진기(42)의 길이와 직경을 정하면 된다. NRD가이드(23)를 따라서 전파되는 발진신호의 전송모드는 LSM모드이다. ASK변조부(120)에 발진신호의 LSM 모드를 인가하기 위해 금속로드공진기(42)는 NRD가이드(23)의 가로방향의 측면에 위치하여 NRD가이드의 전계방향(E-field 방향)으로 결합된다.

ASK변조부(120)는 구형도파관 선로(24)를 통해 국부발진부(110)와 인터페이스 된다. 즉, 국부발진부(110)의 NRD가이드(23)와 ASK변조부(120)의 전방 NRD가이드(25)는 소정 간격 이격되어 일렬로 배치되고 이들 사이에 구형도파관 선로(24)가 배치된다. 물론 NRD가이드(23, 25)와 구형도파관 선로(24)간의 전송모드가 다르므로, 발진신호의 전송모드 변경을 위해 천이부가 양쪽 NRD가이드(23, 25)에 배치된다(도 12 참조).

ASK변조부(120)는 베이스밴드신호를 이용하여 국부발진부(110)의 발진신호를 ASK변조 방식으로 변조하여 출력한다. 이를 위해 ASK변조부(120)는, 도 3, 4, 8에 도시된 것처럼, 설치공동(122) 내에, 유전체기판으로 만들어진 다이오드 마운트(29-2)상의 패치안테나(29-3)의 갭 사이에 쇼트키다이오드(29-1)를 장착한 쇼트키다이오드부(29)와, 쇼트키다이오드부(29)를 사이에 끼운 채 쇼트키다이오드(29-1)의 양방향으로 일렬로 배치된 전방 및 후방 NRD가이드(25, 27)와, 쇼트키다이오드부(29)와 전방 NRD가이드(25) 간의 임피던스 정합을 보장하는 고유전율 시트(48)를 포함하여 구성된다. 전방 NRD가이드(25)는 국부발진부(110)의 발진신호를 쇼트키다이오드(29-1)로 가이딩하며, 쇼트키다이오드부(29)는 패치안테나(29-2)를 통해 제공되는 직류바이어스신호에 실린 베이스밴드신호를 이용하여 발진신호를 정류하여 ASK 변조신호를 만들어낸다. ASK 변조신호는 후방 NRD가이드(27)에 의해 안내되어 출력도파관(28)과 송신기 출력포트(46)를 경유하여 송신안테나(130)를 통해 방사된다.

구체적으로는, 도 8에 도시된 것처럼 후방 NRD가이드(27)에는 고유전율 시트(48)가 덧붙여지고 그 위에 쇼트키다이오드(29-1)가 설치된 다이오드 마운트(29)가 부착되고 쇼트키다이오드(29-1) 위에 전방 NRD가이드(25)가 부가된다. 즉, 전방 NRD가이드(25)와 후방 NRD가이드(27)는 쇼트키다이오드(29-1)가 고정된 다이오드 마운트(29-2)와 적당한 두께의 고유전율 시트(48)를 사이에 끼운 채 일렬로 배치되는 형태로 설치된다. 그리고 후방 NRD가이드(27)에는 송신기(100)의 ASK변조신호가 출력되는 출력도파관(28)이 연결된다. 출력도파관(28)은 구형도파관 선로의 형태를 취한다. 출력도파관(28)은 송신기(100)의 출력포트(46)를 통해 송신안테나(130)에 연결된다. 다이오드 마운트(29-2)는 예컨대 테프론과 같은 유전체로 만들어진 기판 위에 적층된 동박을 에칭 하여 다수의 λ/4 초크회로를 갖는 패치안테나(29-3)를 도시된 바와 같이 만들고 쇼트키다이오드(29-1)를 패치안테나(29-3)의 갭을 가로질러 결합한 구조로 만든다. 직류바이어스를 공급하는 피드스루(feed through)(26, 30)는 패치안테나(29-3)에 연결된다.

쇼트키다이오드(29-1)의 동작에 필요한 직류바이어스는 하우징(22)의 배면에 장치되는 바이어스회로(도 14a, 14b 참도)로부터 피드스루(26, 30)를 통해 공급된다. 전방 NRD가이드(25)는 쇼트키다이오드부(29)의 부착상태를 보호하는 역할을 할 뿐만 아니라 신호파장 등에 적합한 길이로 만들어 임피던스 정합을 이루는 백쇼트(Backshort)의 역할을 한다. 임피던스 매칭을 얻을 수 있는 NRD가이드의 최적 길이는 전송신호의 파장과 주파수, 유전체 선로의 사이즈 등 여러 가지 요소들에 의해 좌우되므로 실험에 의해 구할 수 있다.

국부발진부(110)의 건다이오드(40)에서 발진된 발진신호가 ASK변조부(120)에 전달되었을 때, 쇼트키다이오드부(29)에 의해 발진신호가 반사되어 다시 국부발진부(110)로 인입되어 국부발진부(110)의 안정적인 동작에 영향을 줄 수도 있다. 이러한 영향을 최소화하기 위해, 도 9에 도시되어 있듯이, ASK변조부(120)의 쇼트키다이오드부(29)의 위치를 국부발진부(110)의 건 다이오드(40)를 기준으로 (2n+1)λ/4 떨어진 지점에 위치시켜 쇼트키다이오드 마운트에서 반사된 신호를 상쇄시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 여기서 n은 자연수이며, λ는 발진신호의 파장이다. 따라서 이러한 구조의 ASK변조부(120)는 쇼트키다이오드(29)에 의해 반사된 신호가 국부발진부(110)의 동작에 영향을 주는 것을 최소화시킨다.

한편, 본 발명의 수신기(200)는 종래의 송수신기에 적용되었던 국부 발진기, 서큘레이터 및 결합기를 이용하여 수신된 신호를 믹서부를 통과하면서 중간주파수(IF)를 얻는 방식과는 다르게 구성된다. 즉, 수신기(200)는 송신기(100)에서 방사된 ASK 변조신호를 별도의 국부발진기 없이 송신신호 자체를 그대로 수신하여 직접 베이스밴드 주파수(Baseband Frequency) 신호로 변환하여 추출하는 이른바 정류검파방식에 따라 구성된다. 특히, 본 발명의 송수신기는 주파수 사용의 효율을 좋게 하기 위해 송신과 수신 시의 사용주파수를 동일하게 하면서, 동일한 주파수를 사용하므로써 야기될 수 있는 상호간의 채널간섭현상을 차단하기 위해, 수신기(200)의 수신신호 입력도파관(31)을 송신기(100)의 송신신호 출력도파관(28)과 90도 편파가 되도록 구성된다.

하우징(22)의 상면 좌반부에는 설치공동(212, 222)이 형성되며, 이 설치공동(212, 222) 내에 수신부(220)와 정류검파부(210)의 주요 부품이 장착된다. 수신기(200)는 구체적으로, 송신측에서 방사된 ASK변조신호를 수신안테나(230)를 통해 수신하여 정류검파부(210)로 제공하는 수신부(220)와 이 수신부(220)를 통해 전달받은 수신신호를 검파하여 송신기(100)의 베이스밴드신호를 분리해내는 정류검파부(210)로 구성된다. 수신부(220)의 입력도파관(31)은 수신기 입력포트(45)에 연결되는 수신안테나(230)와 연결되며, 정류검파부(210)는 출력포트(33)를 통해 수신부(220)와 인터페이스 된다.

수신부(220)는 도 11a에 도시된 저잡음증폭부(224)로 구성할 수 있다. 저잡음증폭부(224)는 수신기 입력포트(45)에 장착되는 수신안테나(230)를 통해 수신된 미약한 신호를 입력도파관(31)을 따라 받아들여 이를 증폭하여 신호 대 잡음비를 개선한 다음, 출력 도파관선로(33)를 통해 정류검파부(210)에 제공한다. 정류검파부(210) 및 수신안테나(230)와의 결합이 용이하도록 하기 위해, 저잡음증폭부(224)의 입력도파관(31)과 출력 도파관선로(33)는 구형 도파관으로 구성한다. 도 11a에는 저잡음증폭부(224)를 확대하여 도시하고 있다. 저잡음증폭부(224)는 대략 육면체의 도체 프레임의 양측에서 입력도파관(31)과 출력 도파관선로(33)에 각각 연결되어 대략 직각으로 절곡되어 나란히 연장된 한 쌍의 구형 도파관 선로(31-1, 33-1)가 형성되고, 이들 구형 도파관 선로(31-1, 33-1)의 사이에는 수신신호를 증폭하여 출력하는 증폭회로(비도시)가 내장된 상태에서 덮개(50)가 덮여진 구조를 갖는다. 저잡음증폭부(224)는 나사(54a~54d)를 이용하여 하우징(22)의 설치공동(222) 바닥에 고정할 수 있는 방식의 모듈 형태로 구성하는 것이 바람직한데, 이는 부품의 고장 시에 교환이 용이할 뿐만 아니라, 도 11b에 도시된 구형 도파관부(226)로 대체하기에도 적절하기 때문이다.

언급한 바와 같이, 저잡음증폭부(224) 대신에 도 11b에 도시된 구형 도파관부(226)로 수신부(220)를 구성할 수도 있다. 수신신호의 증폭이 필요치 않는 단거리 송수신의 경우 증폭기능이 없는 구형도파관(226)이 적합할 수 있다. 구형 도파관부(226)는 도시된 바와 같이, 입력도파관(31)과 출력도파관(28)에 연통하는 구형도파관 선로(53)를 정의해주는 도체블록(51, 52)으로 구성되며, 나사(54a~54d)를 이용하여 하우징(22)의 설치공동(222)에 장착된다. 수신신호를 증폭하지 않고 그대로 정류검파부(210)로 전달한다는 점에서 저잡음증폭부(224)와 다르다.

정류검파부(210)는, 도 3, 4, 10에 도시된 것처럼, 수신부(220)를 통해 제공받은 수신신호를 쇼트키다이오드(37-1)에 가이딩하는 전방 NRD가이드(34), 수신하고자 하는 주파수 대역에서의 쇼트키다이오드(37-1)와 NRD가이드 간의 임피던스 정합을 보장하는 고유전율 시트(49), 직류바이어스신호 및 상기 수신신호와 함께 출력된 발진신호(반송파신호)를 이용하여 쇼트키다이오드(37-1)의 스위칭에 의해 수신신호를 베이스밴드신호로 변환 검파하는 쇼트키다이오드부(37), 그리고 쇼트키다이오드(37-1)의 보호와 임피던스 정합을 보장하면서 변조신호를 가이딩하는 후방 NRD가이드(36)가 설치공동(212) 내에 순서대로 배치된 형태로 구성된다. 쇼트키다이오드(37-1)의 동작에 필요한 직류바이어스는 하우징(22)의 배면에 장치되는 바이어스회로(도 14a, 14c 참도)로부터 피드스루(35, 38)를 통해 공급된다. 전방 NRD가이드(34)의 출력 도파관선로(33) 간의 인터페이스를 위해 전파신호의 전송모드를 전환해주는, 도 12와 같은 천이부(transition)(63a, 63b)가 전방 NRD가이드(34)의 입력부 양 측면에도 설치된다. 쇼트키다이오드부(37)의 구성은 쇼트키다이오드부(29)의 그것과 동일하게 쇼트키다이오드(37-1), 다이오드마운트(37-2), 패치안테나(37-3)로 구성되며, 패치안테나(37-3)는 설치공동(212)의 바닥에 장착된 피드스루(35, 38)에 리드선으로 연결된다.

본 발명의 송수신기에 사용되는 NRD가이드(23, 25, 27, 34)는 예컨대 테프론과 같은 유전체로 만든다. 이 유전체물질로 만들어지는 NRD가이드(23, 25, 27, 34)와 공기만으로 채워지는 구형 도파관은 최적의 신호 전송모드가 서로 다르기 때문에, 신호가 전자에서 후자로 또는 반대로 후자에서 전자로 진행할 때 전파신호의 모드변환을 해주어야 한다. 본 발명의 송수신기의 경우, 국부발진부(110)의 NRD가이드(23)의 선두부(출력측)의 양 측면과 후미부(백쇼트측)의 양 측면에, 그리고 ASK변조부(120)의 입력측 NRD가이드(25)의 선두부의 양 측면과 출력측의 NRD가이드(27)의 후미부의 양 측면에, 나아가 정류검파부(210)의 NRD가이드(34)의 입력측의 양 측면에는 각각 전파신호의 전송모드를 바꾸어주는 천이부(Transition)가 마련된다. 이와 같은 천이부는 본 발명의 송수신장치에 있어서, 송신기(100)의 국부발진부(110)와 ASK변조부(120)의 연결과, 수신기(200)의 저잡음증폭부(224)와 정류검파부(210)를 결합하는 데 적용된다. 도 12는 ASK변조부(120)의 입력측에 마련된 천이부를 예시적으로 도시한다. NRD가드(25)와 구형 도파관(24)을 결합하는 천이부(63a, 63b)는 NRD가이드의 양 측면에 하우징(22)의 측벽으로 둘러싸이는 소정크기의 공동의 형상으로 만들어진다. 천이부(63a, 63b)는 도시된 바와 같이 대략 육면체 공동 형상으로 만들 수 있다. 천이부(63a, 63b)의 폭(도 12에서 4시방향의 길이)은 가공의 용이성과 그 외부에 접속되는 부재(예컨대 도 4에서, 국부발진기(110)의 천이부에 대한 ASK 변조부(120)의 천이부)와의 모드정합성을 우수하게 하기 위하여 그 외부 접속 부재의 규격을 참조하여, 그것의 가로 세로 길이들 중 큰 쪽의 치수와 대략 동일하게 정하면 된다. 또한 천이부(63a, 63b)의 두께(도 12에서 2시 방향의 길이)는 사용주파수 대역의 중심주파수에 대하여 대략 λ_gn/4 가 되도록 정하면 된다.

본 발명의 송수신기가 송수신 동작을 위해서는 바이어스신호의 공급이 필요하다. 바이어스신호의 공급을 위한 회로가 도 14a~14c에 도시되어 있다. 도 14a는 주바이어스회로(main bias circuit)를 도시하는데, 이 주바이어스회로는 도시된 것과 같이 다수개의 저항소자(R)와 캐패시터소자(C)를 이용하여 구성되며, 송신기의 건다이오드(40)와 쇼트키다이오드(29-1)에 직류바이어스를 공급하는 출력단(T1), 정류검파부(210)의 쇼트키다이오드(37-1)에 직류바이어스를 공급할 출력단(T2), 그리고 저잡음증폭부(224)의 정류회로에 직류바이어스를 공급할 출력단(T3)을 구비한다. 각 바이어스회로의 출력단(T1, T2, T3)은, 직류성분을 추출하기 위해, 저항소자(R)와 접지된 캐패시터소자(C) 사이의 노드에 연결된다.

도 14b는 ASK변조부(120)의 바이어스회로를 도시한다. 쇼트키다이오드(29-1)의 캐소드는 저항소자(R)를 통해 접지되고 애노드는 베이스밴드신호와 인덕터(L)를 경유하여 제공되는 직류 바이어스신호를 캐패시터(C)를 통해 쇼트키다이오드(29-1)에 공급되도록 구성된다.

도 14c는 정류검파부(210)의 바이어스회로를 도시한다. 쇼트키다이오드(37-1)의 애노드는 저항소자(R)를 통해 접지되고 캐소드는 캐패시터(C)와 인덕터(L)를 경유하여 바이어스회로의 출력단(T2)에 연결되며, 캐패시터(C)를 통해 베이스밴드신호의 출력을 얻을 수 있도록 구성된다.

이 바이어스회로들은 인쇄회로기판(비도시)에 설치되어 본 발명의 송수신기의 하우징(22)의 배면에 설치된다. 도 5는 이러한 바이어스회로가 설치되는 하우징(22)의 배면의 구성을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(22)의 배면은 국부발진부(110) 및 저잡음증폭부(224)에 직류 전원을 공급하기 위한 바이어스가 장착되는 설치공동(58), 송신기(100)의 변조기의 쇼트키다이오드에 직류 바이어스를 인가하기 위한 바이어스 회로가 장착되는 설치공동(61), 수신기(200) 정류검파부(210)의 쇼트키다이오드(37-1) 및 저잡음증폭부(224)에 직류 바이어스를 인가하기 위한 바이어스 회로가 장착되는 설치공동(57)이 각각 도체 벽(55)으로 구분되어 있고, 바이어스회로의 설치 후 덮개(59)로 덮는 구조로 되어 있다. 도체 벽(55)의 상단에는 설치공동(57, 58, 61) 간의 연결선이 통과할 홈(60a, 60b, 60c)이 형성된다. 이와 같이 도체 벽(55)으로 각각의 바이어스가 장착되는 부분이 구분되어 있는 것은 전체 바이어스 회로에서 발생 할 수 있는 잡음(Noise)이 송신기(100)의 ASK변조부(120) 또는 수신기(200)의 저잡음증폭부(224)로 유입되어 각 소자들이 이 잡음(Noise)에 의해 오동작을 일으키는 것을 원천적으로 차단하기 위함이다.

정류검파부(210)에서 추출된 베이스밴드신호를 증폭하고 고주파성분의 노이즈를 걸러내기 위해 증폭회로(240)와 저주파필터회로(250)를 정류검파부(210)의 출력단에 후속하여 배치하는 구성을 취하면 더욱 바람직하다 (도 13 참조).

도 13은 송수신기 두 대를 송신측과 수신측에 설치하여 구성된 송수신 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다. 이를 참조하여 본 발명에 따른 송수신기의 동작 원리를 설명하기로 한다. 제1 송수신기의 송신기(100)와 제2 송수신기의 수신기(200) 사이는 물론이거니와 제2 송수신기의 송신기(100)와 제1 송수신기의 수신기(200) 사이에서도 무선 송수신이 가능하므로, 본 발명의 송수신기를 이용하면 양방향 송수신이 가능한 무선통신시스템을 구성할 수 있다.

제1 송수신기의 송신기(100)와 제2 송수신기의 수신기(200) 간의 통신은 다음과 같이 이루어진다. ASK변조부(120)에 제1 송수신기의 국부발진부(110)가 발생시킨 반송파 신호(발진신호)와 직류바이어스 및 베이스밴드신호가 전방 NRD가이드(25)와 피드스루(30)를 통해 각각 입력되면, ASK변조부(120)에 장치된 쇼트키다이오드(29-1)의 스위칭 동작에 의해 변조된 신호가 반송파(LO)를 기준으로 상측파대와 하측파대에 각각 생성된다. 이렇게 생성된 변조신호는 송신 안테나(130)를 통하여 방사된다. 제 2 송수신기의 수신기(200)는 수신안테나(230)를 통하여 제1 송수신기로부터 방사된 신호를 수신한다. 수신신호는 저잡음증폭부(224)를 거치게 하여 증폭하여 신호 대 잡음비가 개선된 양질의 신호로 변환한 다음 정류검파부(210)에 제공되거나, 또는 저잡음증폭부(224) 대신 구형 도파관부(226)를 채용한 경우에는 이러한 신호 증폭과정을 거치지 않고 구형 도파관부(226)를 경유하여 정류검파부(210)에 제공된다. 정류검파부(210)는 증폭된 (혹은 증폭되지 않은) 수신신호로부터 베이스밴드신호를 추출해낸다. 여기서, 수신기(200)에서는, 별도의 국부발진기가 발생시킨 반송파(LO)신호를 이용하지 않고, 송신기(100)에서 변조신호와 같이 출력된 반송파 신호를 이용하여 수신신호에 대한 검파처리를 한다. 즉, 정류검파부(210)의 쇼트키다이오드(37-1)의 스위칭동작에 의해 변조된 RF신호를 베이스밴드신호로 변환, 검파해낸다. 검파된 베이스밴드신호는 베이스밴드 증폭부(240)와 저역통과필터부(LPF부)(250)를 거치게 하여 신호출력의 증폭 및 노이즈 제거 처리를 함으로써, 최종적으로 원하는 베이스밴드 신호가 얻어진다. 제2 송수신기의 송신기(100)와 제 1 송수신기의 수신기(200) 상호간의 송수신 동작도 위와 마찬가지 방식으로 이루어진다.

이와 같이 각 지점마다 송수신기를 설치하고 동일한 주파수 대역을 이용하여 양방향 통신을 함으로써 주파수 사용효율이 높다는 이점을 가져다준다. 하지만 동일한 주파수 대역에서 제1 송수신기와 제 2 송수신기가 동작할 때 상호간의 신호간섭을 줄 수도 있다. 그러나 이러한 원치 않는 신호간섭은 본 발명의 송수신 장치에서는 일어나지 않는다. 왜냐하면 송신안테나(130)와 수신 안테나(230)는 서로 간에 90도 편파를 주어 설치되기 때문에 상호 영향이 없는 구조로 구성된다. 위에서는 송수신기의 동작원리에 대하여 설명을 하였는데, 간단하게 동작 원리에 대해 설명하면 AM변조와 복조에서 변조는 양측파대(Double Side Band: DSB)변조 원리와 같고, 복조는 동기 검파방식이 아닌 비동기 검파(포락선검파, 정류검파)방식을 채용한 것이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였다. 하지만 본 발명의 기본 개념을 구현하는 가능한 실시예는 위의 경우로 제한되는 것은 아니다. 송수신기 내부에 장착되는 부품의 배치와 형태 등에 있어서 여러 가지 변화를 줄 수도 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 NRD가이드와 구형 도파관을 이용한 송수신기는 다음과 같은 장점이 있다.

(1) NRD가이드와 구형 도파관을 혼용하여 송수신기를 구성함에 있어서 NRD가이드의 재질인 테프론 소재는 정밀 가공이 힘들기 때문에 서큘레이터와 결합기 등 정밀한 치수가 요하는 부품들은 송수신기를 구성함에 있어 채용하지 않았으며, ASK변조부 및 정류검파부 등 비교적 구조가 간단한 부품의 제작에만 NRD가이드를 이용하였고, 그 외에는 정밀도 및 가공이 용이한 구형 도파관 구조를 이용하여 구성한다. 따라서 송수신기의 구조가 매우 간단하고 가공성과 조립성이 우수하여 양산 효율을 극대화 하고 제작단가를 획기적으로 낮출 수 있다.

(2) 단순한 직선형 NRD가이드와 구형 도파관을 사용하여 국부발진부(110)와 ASK변조부(120)의 거리에 의해서 서큘레이터의 역할을 대신 할 수 있으므로, 국부발진부(110)에서 발진된 높은 전력의 발진신호가 전송손실 없이 ASK변조부(120)에 전달되어 높은 전력(Power)의 ASK 변조신호를 송신기(100)에서 방사할 수 있다.

(3) 송수신기의 수신기에서 수신하는 방식이 송신기의 국부 발진기에서 방사된 발진신호를 수신기에서 그대로 정류 검파하므로 국부발진 신호의 동기와 상관없이 수신이 가능하다는 장점이 있다.

(4) 송신기(100)와 수신기(200)를 일체형의 하우징(22)에 기구적으로 분리하여 송신신호가 수신회로로 유입되는 것을 원천적으로 차단하여 기존의 송수신기 보다 고감도 송수신이 가능하다.

(5) 수신기(200)에는 저잡음증폭부를 사용하므로써 수신되는 미약한 수신 신호를 증폭하여 신호 대 잡음비를 개선하여 장거리 통신이 가능하다.

(4) 또한 본 발명의 송수신기는 종래의 송수신기가 송신 주파수와 수신 주파수를 다르게 사용하는 것과 다르게, 동일한 주파수를 사용하여 주파수 사용 효율을 높일 수 있다. 동일한 주파수 사용으로 인한 원치 않는 송수신시의 상호 채널간 간섭은 송신 안테나와 수신 안테나에 90도 편파를 주어 해결할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명 하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다. 따라서 특허 청구범위의 등가적인 의미나 범위에 속하는 모든 변화들은 전부 본 발명의 권리 범위 안에 속함을 밝혀둔다.

본 발명의 실시예에 관한 상세한 설명은 첨부하는 도면을 참조하여 이루어질 것이며, 도면에서 대응되는 부분을 지정하는 번호는 아래와 같다.

도 1은 종래의 NRD가이드를 이용한 ASK 송수신기의 구조를 나타내는 사시도이다.

도 2는 종래의 NRD가이드를 이용한 ASK 송수신기의 구조를 나타내는 평면도이다.

도 3과 도 4는 각각 본 발명에 따른 NRD가이드 및 구형 도파관을 이용한 밀리미터파 대의 ASK 송수신기의 전체적인 구조를 도시한 사시도와 평면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 ASK 송수신기의 배면을 설명하기 위한 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 ASK 송수신기의 송신기 덮개와 수신기 덮개의 구조를 나타내는 평면도이다.

도 7은 건 다이오드(Gunn Diode)가 장착된 건 다이오드 마운트와 금속 로드 공진기, 구형 도파관 백쇼트를 포함하는 국부발진부의 절개 사시도이다.

도 8은 ASK 변조를 위한 쇼트키다이오드 마운트(Schottky Diode Mount)를 포함하는 ASK변조부의 구조를 도시한 절개 사시도이다.

도 9는 국부발진부와 ASK변조부의 이격거리를 설명하기 위한 사시도이다.

도 10은 정류 검파를 위한 쇼트키다이오드 마운트를 포함하는 정류검파부의 구조를 도시한 절개 사시도이다.

도 11a와 11b는 각각 ASK 송수신기의 수신기에 장착되는 저잡음증폭부(Low Noise Amplifier Section)의 구조와 이를 대체할 수 있는 구형 도파관부의 구조를 나타내는 사시도이다.

도 12는 NRD가이드와 구형 도파관을 연결하는 천이부(Transition)를 나타내는 사시도이다.

도 13은 본 발명에 따른 송수신기의 동작을 설명하기 위해 두 대의 송수신기로 구성된 양방향 무선통신시스템의 블록도이다.

도 14a는 본 발명의 송수신기에 필요한 직류바어어스신호를 생성하기 위한 주바이어스회로도이고, 도 14b는 ASK변조부의 쇼트키다이오드 바이어스회로도이고, 도 14c는 정류검파부의 쇼트키다이오드 바이어스회로도이다.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

22: ASK 송수신기 전체 하우징(Main Housing)

23: 국부발진부(Local Oscillator)의 NRD가이드

24: 국부발진부와 ASK변조부를 연결하는 구형 도파관 선로

25: ASK변조부의 쇼트키다이오드 마운트의 전방에 놓여지는 NRD가이드

26,30,35,38: 피드스루(Feed Through)

27: ASK변조부의 쇼트키다이오드 마운트의 후방에 놓여지는 NRD가이드

28: 송신기의 ASK 변조신호가 출력되는 출력도파관

29-1: 쇼트키다이오드 29-2: 다이오드마운트

29-3: 패치안테나 29: ASK변조부의 쇼트키다이오드부

31: 송신기에서 방사된 ASK 변조신호가 인입되는 수신기의 입력도파관

224: 저잡음증폭부(Low Noise Amplifier Section)

33: 저잡음증폭부와 정류검파부를 연결하는 구형 도파관 선로

34: 정류검파부의 쇼트키다이오드 마운트의 전방에 놓여지는 NRD가이드

36: 정류검파부의 쇼트키다이오드 마운트의 후방에 놓여지는 NRD가이드

37-1: 쇼트키다이오드 37-2: 다이오드마운트

37-3: 패치안테나 37: 정류검파부의 쇼트키다이오드부

39: 건 다이오드 마운트(Gunn Diode Mount)

40: 건 다이오드(Gunn Diode)

41: 국부발진부의 후방에 위치하는 구형 도파관 선로(백쇼트 공동)

42: 금속 로드 공진기(Metal Rod Resonator)

43: 송신기 덮개(Cover) 44: 수신기 덮개(Cover)

45: 수신기 입력포트 46: 송신기 출력포트

47: 결합공 48, 49: 고유전율 시트

50: 저잡음증폭부의 덮개

51,52: 구형 도파관선로를 구성하는 블록

53: 구형 도파관 선로 54: 결합 나사

55: 바이어스에서 발생하는 잡음(Noise)을 차단하기 위한 도체 벽(Wall)

57: 수신단 바이어스(Bias) 기판이 장착되는 부분

58: 전체 바이어스(Main Bias) 기판이 장착되는 부분

59: 하우징의 배면 덮개

60a, 60b, 60c: 각각의 바이어스(Bias) 회로에 전원을 공급하기 위한 홈

61: 송신단 바이어스(Bias) 기판이 장착되는 부분

100: 송신기 200: 수신기

110: 국부발진부 120: ASK변조부

210: 정류검파부 220: 저잡음증폭부

112, 122, 212, 222: 설치공동

130: 송신안테나 230: 수신안테나

Claims

밀리미터파 대역의 동일한 주파수를 사용하는 송신기와 수신기가 일체형의 도체 하우징(housing)에 기구적으로 분리되어 설치되며, 상기 송신기와 상기 수신기의 신호전파경로는 NRD가이드와 구형 도파관을 혼용하여 하이브리드형으로 구성되며, 수신안테나와 연결되는 상기 수신기의 수신신호 입력도파관과 송신안테나와 연결되는 상기 송신기의 송신신호 출력도파관은 90도 편파가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역용 ASK 송수신기.
제 1항에 있어서, 상기 송신기는 밀리미터파 대의 발진신호를 발생시키는 국부발진부와 전송정보인 베이스밴드신호를 이용한 쇼트키다이오드의 스위칭에 의해 상기 발진신호를 ASK(진폭편이방식) 변조신호로 변조하여 상기 송신안테나로 제공하는 ASK변조부를 구비하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역용 ASK 송수신기.
제 2항에 있어서, 상기 국부발진부와 상기 ASK변조부는 각각 별개의 설치공동 안에 따로따로 배치되어 평판도체 덮개로 덮이는 설치구조를 가지며, 상기 각 설치공동을 이어주는 구형 도파관에 의해 상기 국부발진부의 출력부와 상기 ASK변조부의 입력부가 인터페이스 되며, 상기 국부발진부의 건다이오드의 인입지점부터 상기 ASK변조부의 상기 쇼트키다이오드까지의 NRD가이드 선로와 구형 도파관의 합거리는 (2n+1)λ/4인 것(단, n의 자연수이며 상기 발진신호의 λ는 파장임)을 특징으로 하는 밀리미터파 대역용 ASK 송수신기.
제 2항에 있어서, 상기 국부발진부와 상기 ASK변조부는 단일의 설치공동 안에 함께 장착되어 평판도체 덮개로 덮이는 설치구조를 가지며, 상기 국부발진부와 상기 ASK변조부는 단일의 NRD가이드선로로 상호 연결되며, 상기 국부발진기의 건다이오드의 인입지점부터 상기 ASK변조부의 상기 쇼트키다이오드까지의 NRD가이드 선로의 거리는 (2n+1)λ/4인 것(단, n의 자연수이며 상기 발진신호의 λ는 파장임)을 특징으로 하는 밀리미터파 대역용 ASK 송수신기.
제 2항에 있어서, 상기 국부발진부는 단일의 직선선로 형태의 웨이브가이드로서 상부 도체판과 하부 도체판 사이의 빈 공간에 설치되어 측면으로 인가되는 발진신호를 상기 ASK변조부와 인터페이스 되는 출력단으로 가이드 하는 직선형의 NRD가이드; 직류바이어스신호에 의해 구동되어 밀리미터파 대의 발진신호를 출력하는 건 다이오드; 자체의 길이와 직경 각각에 의해 상기 건 다이오드가 만들어낸 상기 발진신호의 발진 주파수와 발진 출력을 조정하여 상기 NRD가이드에 제공하는 금속로드공진기; 및 상기 건 다이오드와 상기 NRD가이드 간의 임피던스 정합을 이루어내어 상기 ASK변조부로 제공되는 발진신호의 출력을 최대화하는 백쇼트공동을 구비하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역용 ASK 송수신기.
제 5항에 있어서, 상기 건 다이오드는 상기 하우징의 설치공동의 측벽 또는 별도의 마운트 안에 매입되되 상기 건 다이오드의 애노우드는 노출되어 상기 NRD가이드의 측면에 대해 법선방향으로 향하며, 상기 금속로드공진기는 ASK변조부에 상기 발진신호의 LSM 모드를 인가하기 위해 상기 애노우드와 상기 NRD가이드의 측면 사이에 배치되어 상기 NRD가이드의 전계방향(E-field 방향)으로 결합되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역용 ASK 송수신기.
제 2항에 있어서, ASK변조부는, 설치공동 내에 장착되며, 유전체기판상의 패치안테나의 갭 사이에 쇼트키다이오드를 장착한 쇼트키다이오드부; 상기 쇼트키다이오드부를 사이에 끼운 채 상기 쇼트키다이오드의 양방향으로 일렬로 배치된 직선형의 전방 및 후방 NRD가이드; 및 상기 쇼트키다이오드와 상기 전방 NRD가이드 간의 임피던스 정합을 보장하는 고유전율 시트를 포함하여 구성되며,

상기 쇼트키다이오드부는 상기 패치안테나를 통해 제공되는 직류바이어스신호에 실린 베이스밴드신호를 이용하여 상기 전방 NRD가이드와 상기 패치안테나를 경유하여 제공되는 상기 발진신호를 ASK변조신호로 변조하여 상기 후방 NRD가이드를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역용 ASK 송수신기.
제 7항에 있어서, 상기 후방 NRD가이드의 후방에는 구형도파관 선로로 이루어진 상기 출력도파관이 연장되고, 상기 출력도파관의 끝부분은 송신기 덮개에 형성된, 상기 송신안테나가 접속되는 송신기 출력포트와 연결되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역용 ASK 송수신기.
제 3항에 있어서, 상기 국부발진부의 출력포트와 상기 ASK변조부의 입력포트는 각각 NRD가이드로 구성되며, 양 NRD가이드는 구형 도파관을 통해 이어지고, 상기 양 NRD가이드의 단부 양 측면에는 대략 육면체 형상의 공동이 각각 배치되어 이에 의해 NRD가이드와 상기 구형도파관 간에 상기 발진신호의 전송모드를 정합시켜 전송손실을 최소화하는 천이부(transition)가 제공되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역용 ASK 송수신기.
제 1항에 있어서, 상기 수신기는 송신측에서 방사된 상기 ASK변조신호를 수신안테나를 통해 수신하여 정류검파부로 제공하는 수신부; 및 상기 수신부를 통해 전달받은 ASK변조신호를 정류 검파방식을 이용하여 상기 송신기의 베이스밴드신호를 검파하는 정류검파부를 구비하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역용 ASK 송수신기.
제 10항에 있어서, 상기 수신부는 상기 수신안테나를 통해 수신된 미약한 상기 ASK변조신호를 구형 도파관으로 구성된 입력도파관을 따라 제공받아 신호출력을 증폭하여 신호 대 잡음비를 개선한 다음, 구형도파관 구조의 출력도파관선로를 통해 상기 정류검파부에 제공하는 저잡음증폭부인 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역용 ASK 송수신기.
제 10항에 있어서, 상기 수신부는 상기 수신안테나를 통해 수신된 상기 ASK변조신호를 아무런 신호처리 없이 구형도파관 선로를 통해 단순히 상기 정류검파부로 전달하는 구형 도파관부인 것을 특징으로 하는 밀리미터파대역용 ASK 송수신기.
제 10항에 있어서, 상기 저잡음증폭부 또는 상기 구형 도파관부는 하나의 모듈형태로 구성하여 상기 하우징에 마련된 설치공동에 장착 및 탈착을 할 수 있으며, 상기 저잡음증폭부 또는 상기 구형 도파관부의 입력도파관과 출력도파관은 구형 도파관으로 구성되어 수신기 입력포트 및 상기 정류검파부에 호환될 수 있는 것을 특징으로 하는 밀리미터파대역용 ASK 송수신기.
제 10항에 있어서, 상기 정류검파부는, 설치공동 내에 장착되며, 유전체기판상의 패치안테나의 갭 사이에 쇼트키다이오드를 장착한 쇼트키다이오드부; 상기 쇼트키다이오드부를 사이에 끼운 채 상기 쇼트키다이오드의 양방향으로 일렬로 배치된 직선형의 전방 및 후방 NRD가이드; 및 상기 쇼트키다이오드와 상기 전방 NRD가이드 간의 임피던스 정합을 보장하는 고유전율 시트를 포함하여 구성되며,

상기 쇼트키다이오드부는 상기 패치안테나를 통해 제공되는 직류바이어스신호 및 상기 ASK변조신호와 함께 출력된 발진신호(반송파신호)를 이용하여 상기 쇼트키다이오드의 스위칭에 의해 수신신호를 베이스밴드신호로 변환 검파하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역용 ASK 송수신기.
제 10항에 있어서, 상기 정류검파부와 상기 수신부는 구형 도파관을 통해 이어지고, 상기 정류검파부의 전방 NRD가이드의 단부의 양 측면에는 대략 육면체 형상의 공동이 각각 배치되어 이에 의해 NRD가이드와 상기 구형도파관 간에 상기 발진신호의 전송모드를 정합시켜 전송손실을 최소화하는 천이부(transition)가 제공되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역용 ASK 송수신기.
제 1항에 있어서, 상기 하우징의 배면에는 상기 송신기와 상기 수신기의 구동에 필요한 바이어스회로를 장착하기 위한 다수의 설치공동이 마련되고, 각 설치공동은 어떤 바이어스 회로에서 발생하는 잡음(Noise)이 다른 바이어스회로에 영향을 주지 못하도록 차단하기 위한 도체 벽(Wall)으로 구획된 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역용 ASK 송수신기.