KR100608491B1 - Power amplifier control method of portable internet time division duplexing antenna part - Google Patents
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Abstract
본 발명은 휴대인터넷 시간분할이중방식 안테나단의 전력증폭기 제어방법 및 그 안테나단에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대인터넷 등을 위해 사용되는 시간분할이중방식 무선통신망을 구성하는 기지국, 액세스 포인트 및 중계기 등에서, 써큘레이터를 통해 송·수신 공유를 목적으로 하는 하나의 안테나를 사용하는 경우 안테나단의 임피던스 미스매칭으로 송신전력이 수신단으로 반사되어 수신단 저잡음증폭기를 파괴하는 것을 방지함으로써 송신전력 반사파로부터 수신단을 보호하기 위한 휴대인터넷 시간분할이중방식 안테나단의 전력증폭기 제어방법 및 그 안테나단에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling a power amplifier of a portable Internet time division duplex antenna stage, and an antenna stage thereof, and more particularly, to a base station, an access point, and a repeater constituting a time division duplex wireless communication network used for a portable internet. In the case of using a single antenna for the purpose of transmitting / receiving through a circulator, the transmission power is reflected to the receiving end by impedance mismatching of the antenna end, thereby preventing the receiving end from destroying the low noise amplifier. A method for controlling a power amplifier of a portable Internet time division duplex antenna stage for protection and an antenna stage thereof.
안테나, 휴대인터넷, TDD, 시간분할이중, 임피던스 미스매칭, 저잡음증폭기Antenna, Portable Internet, TDD, Time Division Duplex, Impedance Mismatch, Low Noise Amplifier
Description
도 1은 종래 기술에 따른 T/R 스위치를 이용한 시간분할이중방식 안테나단의 구성을 나타낸 도면.1 is a view showing the configuration of a time division duplex antenna stage using a T / R switch according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 따른 써큘레이터를 이용한 시간분할이중방식 안테나단의 구성을 나타낸 도면.2 is a view showing the configuration of a time division duplex antenna stage using a circulator according to the prior art.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시간분할이중방식 안테나단의 구성을 나타낸 도면.3 is a diagram showing the configuration of a time division duplex antenna stage according to the first embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시간분할이중방식 안테나단의 구성을 나타낸 도면.4 is a diagram illustrating a configuration of a time division duplex antenna stage according to a second embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 시간분할이중방식 안테나단의 구성을 나타낸 도면.5 is a view showing the configuration of a time division duplex antenna stage according to a third embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 시간분할이중방식 안테나단의 구성을 나타낸 도면.6 is a view showing the configuration of a time division duplex antenna stage according to a fourth embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 시간분할이중방식 안테나단의 전력증폭기 제어방법의 흐름을 나타낸 도면.7 is a flow diagram illustrating a method for controlling a power amplifier of a time division duplex antenna stage according to the present invention;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100: 안테나(Antenna) 100: antenna
110: 저잡음증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)110: low noise amplifier (LNA)
120: 전력증폭기(PA: Power amplifier)120: power amplifier (PA)
130: T/R 스위치(Transmitter/Receiver Switch)130: T / R switch (Transmitter / Receiver Switch)
140, 140': 써큘레이터(Circulator) 150: 리미터(Limiter)140, 140 ': Circulator 150: Limiter
160: 양방향커플러(Dual Directional Coupler)160: Dual Directional Coupler
160': 커플러(Directional Coupler)160 ': Directional Coupler
160a: 커플링 단자(Coupling Port) 160b: 역결합 단자(Isolation Port)160a:
170, 170': 피크전력검출기(Peak Power Detector)170, 170 ': Peak Power Detector
180: 오피앰프(OP Amp)180: OP Amp
190, 190': 커플링커패시터(Coupling Capacitor)190, 190 ': Coupling Capacitor
본 발명은 휴대인터넷 시간분할이중방식 안테나단의 전력증폭기 제어방법 및 그 안테나단에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대인터넷 등을 위해 사용되는 시간 분할이중방식 무선통신망을 구성하는 기지국, 액세스 포인트 및 중계기 등에서, 써큘레이터를 통해 송·수신 공유를 목적으로 하는 하나의 안테나를 사용하는 경우 안테나단의 임피던스 미스매칭으로 송신전력이 수신단으로 반사되어 수신단 저잡음증폭기를 파괴하는 것을 방지함으로써 송신전력 반사파로부터 수신단을 보호하기 위한 휴대인터넷 시간분할이중방식 안테나단의 전력증폭기 제어방법 및 그 안테나단에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling a power amplifier of a portable Internet time division duplex antenna stage, and an antenna stage thereof, and more particularly, to a base station, an access point, and a repeater constituting a time division duplex wireless communication network used for a portable internet. In the case of using a single antenna for the purpose of transmitting / receiving through a circulator, the transmission power is reflected to the receiving end by impedance mismatching of the antenna end, thereby preventing the receiving end from destroying the low noise amplifier. A method for controlling a power amplifier of a portable Internet time division duplex antenna stage for protection and an antenna stage thereof.
최근의 무선통신망은 음성통화를 주로한 동기식 코드분할다중접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 방식에서 음성 및 영상을 함께 처리하는 3세대(3G: 3rd Generation) 비동기식 광대역 코드분할다중접속 방식으로 진화하고 있으며, 더 나아가 고속의 이동성과 고속의 데이터 전송을 유지하며 무선으로 인터넷을 사용할 수 있도록 함으로써 사용자가 언제 어디서나 인터넷에 접속해서 필요한 정보를 얻을 수 있도록 하는 휴대인터넷(Portable Internet) 기술이 주요한 관심사로 부상하고 있다. 휴대인터넷은 현재 와이브로(Wi Bro)라는 명칭으로 서비스 사업자 및 장비 제조업체 등이 연구그룹을 결성하여 국제표준을 제정하고 있다.Recently, wireless communication network has evolved from 3rd generation (3G) asynchronous wideband code division multiple access (CDMA) system that processes voice and video together in synchronous code division multiple access (CDMA) system mainly for voice calls. Furthermore, the Portable Internet technology, which enables users to access the Internet anytime and anywhere to obtain the necessary information by allowing them to use the Internet wirelessly while maintaining high speed mobility and high speed data transmission, has emerged as a major concern. Doing. The mobile Internet is now called Wi Bro, and service providers and equipment manufacturers form research groups to set international standards.
휴대인터넷 등에 사용되는 무선통신망은 공통적으로 부호분할다중접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 방식을 채택하고 있으며, 분할이중(DD: Division Duplex)방식에 따라 주파수분할이중(FDD: Frequency Division Duplex) 방식과 시간분할이중(TDD: Time Division Duplex) 방식으로 크게 나뉘어진다. 최근에는, 고속의 이동성을 유지하며 고속의 데이터를 처리하기 위하여 직교주파수분할다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 전송방식과 함께, 사용자의 주파수 효율성을 고려한 시간분할이중(TDD: Time Division Duplexing) 방식이 상용화되고 있다.The wireless communication network used in the portable Internet commonly adopts the code division multiple access (CDMA) method, and the frequency division duplex (FDD) according to the division duplex (DD) method. ) And Time Division Duplex (TDD). Recently, with Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) transmission scheme for processing high speed data while maintaining high mobility, time division duplexing (TDD) considering the frequency efficiency of the user The method is commercially available.
주파수분할이중방식은 송·수신 주파수 대역을 다르게 하는 풀 듀플렉서(Full Duplexer) 방식으로, 송신과 수신이 서로 영향을 주지 않고 송수신을 동시에 처리하도록 하는 방식이나, 시간분할이중방식은 송·수신시 같은 주파수 대역을 사용하되 전송시간을 서로 다르게 하여 송·수신시 간섭을 주지 않도록 처리하는 방식이다.The frequency division duplex method is a full duplexer that transmits and receives frequency bands differently so that transmission and reception do not affect each other simultaneously. The frequency band is used but the transmission time is different so that it does not interfere with transmission and reception.
도 1은 종래 기술에 따른 T/R 스위치를 이용한 시간분할이중방식 안테나단의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a time division duplex antenna stage using a T / R switch according to the prior art.
시간분할이중방식을 이용한 무선통신망에서, 송신과 수신에 각각 영향을 주지 않고 시분할에 따라 송·수신을 수행하기 위한 보편적인 방법 중의 하나는 도 1과 같이 송·수신 스위치인 T/R 스위치(130)를 안테나단에 구성하는 것이다. In a wireless communication network using a time division duplex method, one of the general methods for performing transmission and reception according to time division without affecting transmission and reception, respectively, is a T /
송신단에는 안테나(100)를 통해 적절한 최대전력으로 신호를 방출해 원하는 곳까지 전자파를 도달시키기 위한 전력증폭기(PA: Power amplifier)가 구성된다. 그리고, 외부에서 수신된 신호는 그 크기가 매우 작을 뿐 아니라 무선 통신에 따른 지저분한 잡음들을 포함하고 있기 때문에, 수신단에는 잡음을 최소화하면서 증폭하는 저잡음증폭기(110)가 구성된다.The transmitting end is configured with a power amplifier (PA) for emitting a signal at a suitable maximum power through the
송신주기 동안에는 T/R 스위치(130)가 송신단에 연결되어 송신전력이 안테나(100)를 통해 송출된다. 이때, 수신측의 경로는 개방되어 송신단의 송신전력 이 수신단에 영향을 주지 않도록 한다. 수신주기 동안에는 송신단은 개방되고, T/R 스위치(130)가 수신단에 연결되어 안테나(100)로부터 인가되는 수신신호를 받는다. During the transmission period, the T /
T/R 스위치(130)는 송신전력을 송출하는 역할과 송수신 경로를 스위칭(Switching)하는 역할을 하므로 선형최대출력을 나타내는 P1dB(1dB 이득압축점)이 송신전력보다 높아야 하고, 송·수신주기에 따라 스위칭을 하여야 하므로 스위칭 동작시간이 작아야 한다. 표준규격에 따르면, 휴대인터넷 등 시간분할이중방식이 사용되는 무선통신망을 구성하는 기지국, 액세스 포인트, 중계기 등에서는 송신전력이 43dBm 이상을 요구하고, 스위칭 시간이 5㎲ 이내의 규격을 요구하고 있어, T/R 스위치(130)가 이 규격을 만족하여야 한다. 그런데, 통상적인 T/R 스위치(130)는 휴대단말기에 사용되는 정도의 수백 mW급 정도의 P1dB 특성을 가지고, 수십 W(Watt)인 43dBm 이상의 P1dB과 5㎲ 이내의 빠른 스위칭 시간의 특성을 가진 T/R 스위치(130)는 아직 개발되지 않고 있는 실정이어서, 휴대인터넷 등에 사용되는 무선통신망을 구성하는 기지국, 액세스 포인트 및 중계기 등에서는 다른 방식의 도입이 불가피하였다.Since the T /
도 2는 종래 기술에 따른 써큘레이터를 이용한 시간분할이중방식 안테나단의 구성을 나타낸 도면이다.2 is a view showing the configuration of a time division duplex antenna stage using a circulator according to the prior art.
휴대인터넷 등 시간분할이중방식을 이용하는 무선통신망에서, 송·수신 안테나를 공유하는 또다른 방식은 도 2와 같이 써큘레이터(140)(Circulator)를 구비하고, 써큘레이터(140)의 방향성을 이용하여 송·수신 신호가 서로 영향을 주지 않도 록 하는 것이다. 3단자의 신호분기 회로소자인 써큘레이터(140)는 120도 각도로 3개의 단자가 둘러있는 형상으로, 내부에는 공진판과 페라이트 등의 자성체가 배치되어 있다. 써큘레이터(140)에 구성된 3개의 단자 중 하나로 전력이 입사되어 나머지 두 개의 단자 중 하나로만 출력되고, 나머지 하나로는 출력되지 않는다. 그래서, 3단자 소자이면서도 방향성을 가지고 회전하듯이 특정 방향의 단자로만 에너지를 전달한다. In a wireless communication network using a time-division duplex method such as a portable Internet, another method of sharing a transmission / reception antenna is provided with a
이와 같이, 송·수신 안테나를 공유하기 위해 사용되는 써큘레이터(140)는 방향성을 갖고 있어 스위칭이 필요없이 송·수신신호를 분리할 수 있으며, 43dBm 이상의 높은 P1dB 특성을 갖는 제품이 범용화되어 있기 때문에, 송신과 수신을 시분할로 상이한 시간에 행하는 시간분할이중방식을 사용하여 무선통신망을 구성하는 기지국, 액세스 포인트 및 중계기 등 송신전력이 대출력을 사용하는 장비들에 써큘레이터(140)를 구비하여 송·수신을 겸하도록 안테나(100)를 공유하려는 추세가 많았다. As described above, the
그러나, 써큘레이터(140)를 사용하는 무선통신망에서, 써큘레이터(140)의 3단자는 모두 50ohm 특성임피던스로 매칭되어 있어야 정상적으로 동작하게 된다. 기지국이나 중계기에 안테나(100)를 설치하거나, 안테나(100)와 중계기를 연결하기 위해 동축케이블을 설치할 때, 종종 안테나 이상이나 동축케이블의 연결이상이 발생된다. 이에 따라, 안테나단 임피던스의 미스매칭(mis-matching)이 일어나는데, 송신단이 온 되어 송신전력을 송출할 때 안테나단에 미스매칭이 발생되면 송신전력 은 안테나단으로 방사되지 못하고 써큘레이터(140)를 통해 수신단으로 인입되게 된다. 수신단으로 인입된 송신전력은 수신단의 저잡음증폭기(110)로 인가되는데, 43dBm 정도의 수십 W(Watt) 전력이 인가되면 저잡음증폭기(110) 내의 트랜지스터가 파괴되는 현상이 일어나 시스템의 서비스가 중단되는 경우가 발생되는 것이다.However, in the wireless communication network using the
즉, 안테나단 또는 안테나 급전선(Feeder Cable)의 이상으로 전압정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio, 선로에 분포하는 전압의 최대값과 최소값의 비) 이상이 발생될 때, 대출력의 송신전력이 안테나단으로 송출되지 못하고 써큘레이터(140)를 통해 수신단으로 반사됨에 따라 수신단의 저잡음증폭기(110)에 고출력의 송신신호가 인가되어 저잡음증폭기(110) 내의 트랜지스터가 파괴될 수 있다는 문제점이 있었다.That is, when more than the voltage standing wave ratio (VSWR) occurs over the antenna end or the antenna feeder cable, the transmission power of the large output is reduced. As it is not transmitted to the antenna stage and reflected to the receiver through the
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 휴대인터넷 등을 위해 사용되는 시간분할이중방식 무선통신망을 구성하는 기지국, 액세스 포인트 및 중계기 등에서, 써큘레이터를 통해 송·수신 공유를 목적으로 하는 하나의 안테나를 사용하는 경우 안테나단의 임피던스 미스매칭으로 송신전력이 수신단으로 반사되어 수신단 저잡음증폭기를 파괴하는 것을 방지함으로써, 송신전력 반사파로부터 수신단을 보호하기 위한 휴대인터넷 시간분할이중방식 안테나단의 전력증폭기 제어방법 및 그 안테나단을 제공함에 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, and transmit and receive through a circulator in a base station, an access point, a repeater, etc. constituting a time-division duplex wireless communication network used for the portable Internet. In the case of using one antenna for sharing purposes, the portable Internet time division duplex for protecting the receiving end from the reflected power reflected wave by preventing the transmission power from being reflected to the receiving end and destroying the receiving low noise amplifier by impedance mismatching of the antenna end. The present invention provides a method for controlling a power amplifier of an antenna stage and an antenna stage thereof.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 시간분할이중방식 안테나단은, 시간분할이중방식 무선통신망에 사용되는 안테나단에 있어서, 송·수신 겸용 안테나(100)와, 상기 안테나(100)를 통해 외부로 송신전력을 방사하는 송신단 전력증폭기(120)와, 상기 안테나(100)를 통해 외부로부터의 수신신호가 인가되는 수신단 저잡음증폭기(110)와, 송신주기에는 상기 전력증폭기(120)를 온(On) 시키고 상기 저잡음증폭기(110)를 오프(Off) 시켜 송신전력을 송출하고, 수신주기에는 상기 저잡음증폭기(110)를 온(On) 시키고 상기 전력증폭기(120)를 오프(Off) 시켜 수신신호를 인가받는 써큘레이터(140)와, 상기 안테나(100)와 상기 써큘레이터(140) 사이에 구성되고, 상기 안테나(100)를 통해 순방향으로 출력되는 송신전력을 모니터링하는 커플링 단자(160a) 및 상기 안테나(100)에서 반사되는 반사파전력을 모니터링하는 역결합 단자(160b)를 구비하는 양방향커플러(160)와, 상기 양방향커플러(160)의 커플링 단자(160a) 및 역결합 단자(160b)로부터 각각 인가되는 송신전력 및 반사파전력을 검파한 후 검파된 직류 전압을 각자 오피앰프(180)에 인가하는 두 개의 피크전력검출기(170, 170')와, 상기 피크전력검출기(170, 170')로부터 인가된 두 개의 검파된 직류 전압을 비교하여 전압정재파비를 구한 후, 미리 지정된 임계값 이상이면 상기 전력증폭기(120)를 순시적으로 턴오프하는 온오프 제어 신호를 발생시켜 송신전력의 출력을 차단시키는 상기 오피앰프(180)를 구비하여 송신단 송신전력과 반사파전력의 모니터링으로 수신단 저잡음증폭기(110)를 보호하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a time division duplex antenna stage according to a first embodiment of the present invention is an antenna stage used for a time division duplex wireless communication network, and includes a transmission / reception combined
본 발명의 제2 실시예에 따른 시간분할이중방식 안테나단은, 시간분할이중방식 무선통신망에 사용되는 안테나단에 있어서, 송·수신 겸용 안테나(100)와, 상기 안테나(100)를 통해 외부로 송신전력을 방사하는 송신단 전력증폭기(120)와, 상기 안테나(100)를 통해 외부로부터의 수신신호가 인가되는 수신단 저잡음증폭기(110)와, 송신주기에는 상기 전력증폭기(120)를 온(On) 시키고 상기 저잡음증폭기(110)를 오프(Off) 시켜 송신전력을 송출하고, 수신주기에는 상기 저잡음증폭기(110)를 온(On) 시키고 상기 전력증폭기(120)를 오프(Off) 시켜 수신신호를 인가받는 써큘레이터(140)와, 상기 안테나(100)와 상기 써큘레이터(140) 사이에 구성되고, 상기 안테나(100)에서 반사되는 반사파전력만을 모니터링하는 역결합 단자(160b)를 구비하는 커플러(160')와, 상기 커플러(160')의 역결합 단자(160b)로부터 인가되는 반사파전력을 검파한 후 검파된 직류 전압을 오피앰프(180)에 인가하는 피크전력검출기(170')와, 상기 피크전력검출기(170')로부터 인가된 직류 전압이 미리 정해진 직류 오프셋(DC Offset) 값을 벗어나는 임계값 이상의 반사파전력에 대하여는 상기 전력증폭기(120)를 순시적으로 턴오프하는 온오프 제어 신호를 발생시켜 송신전력의 출력을 차단시키는 오피앰프(180)를 구비하여 송신단 반사파전력의 모니터링으로 수신단 저잡음증폭기(110)를 보호하는 것을 특징으로 한다.The time-division duplex antenna stage according to the second embodiment of the present invention, in the antenna stage used in the time-division duplex wireless communication network, through the transmission and
본 발명의 제3 실시예에 따른 시간분할이중방식 안테나단은, 시간분할이중방식 무선통신망에 사용되는 안테나단에 있어서, 송·수신 겸용 안테나(100)와, 상기 안테나(100)를 통해 외부로 송신전력을 방사하는 송신단 전력증폭기(120)와, 상기 안테나(100)를 통해 외부로부터의 수신신호가 인가되는 수신단 저잡음증폭기(110) 와, 송신주기에는 상기 전력증폭기(120)를 온(On) 시키고 상기 저잡음증폭기(110)를 오프(Off) 시켜 송신전력을 송출하고, 수신주기에는 상기 저잡음증폭기(110)를 온(On) 시키고 상기 전력증폭기(120)를 오프(Off) 시켜 수신신호를 인가받는 써큘레이터(140)와, 상기 전력증폭기(120)와 상기 써큘레이터(140)의 송신 단자(Tx)가 연결된 지점과 피크전력검출기(170) 사이에 결합되어 순방향 송신전력을 모니터링하는 커플링커패시터(190) 및 상기 저잡음증폭기(110)와 상기 써큘레이터(140)의 수신 단자(Rx)가 연결되는 지점과 피크전력검출기(170') 사이에 결합된 커플링커패시터(190')와, 상기 커플링커패시터(190, 190')로부터 각각 인가되는 송신전력 및 반사파전력을 검파한 후 검파된 직류 전압을 각자 오피앰프(180)에 인가하는 두 개의 상기 피크전력검출기(170, 170')와, 상기 피크전력검출기(170, 170')로부터 인가된 두 개의 검파된 직류 전압을 비교하여 전압정재파비를 구한 후, 미리 지정된 임계값 이상이면 상기 전력증폭기(120)를 순시적으로 턴오프하는 온오프 제어 신호를 발생시켜 송신전력의 출력을 차단시키는 상기 오피앰프(180)를 구비하여 송신단 송신전력과 반사파전력 비교를 통해 송신단 전력증폭기(120)를 제어하는 것을 특징으로 한다.The time division duplex antenna stage according to the third embodiment of the present invention, in the antenna stage used in the time division duplex wireless communication network, transmits and receives both the
본 발명의 제4 실시예에 따른 시간분할이중방식 안테나단은, 시간분할이중방식 무선통신망에 사용되는 안테나단에 있어서, 송·수신 겸용 안테나(100)와, 상기 안테나(100)를 통해 외부로 송신전력을 방사하는 송신단 전력증폭기(120)와, 상기 안테나(100)를 통해 외부로부터의 수신신호가 인가되는 수신단 저잡음증폭기(110)와, 송신주기에는 상기 전력증폭기(120)를 온(On) 시키고 상기 저잡음증폭기(110) 를 오프(Off) 시켜 송신전력을 송출하고, 수신주기에는 상기 저잡음증폭기(110)를 온(On) 시키고 상기 전력증폭기(120)를 오프(Off) 시켜 수신신호를 인가받는 써큘레이터(140)와, 상기 저잡음증폭기(110)와 상기 써큘레이터(140)의 수신 단자(Rx)가 연결되는 지점과 피크전력검출기(170') 사이에 결합된 커플링커패시터(190')와, 상기 커플링커패시터(190')로부터 인가되는 반사파전력을 검파한 후 검파된 직류 전압을 오피앰프(180)에 인가하는 상기 피크전력검출기(170')와, 상기 피크전력검출기(170')로부터 인가된 직류 전압이 미리 정해진 직류 오프셋(DC Offset) 값을 벗어나는 임계값 이상의 반사파전력에 대하여는 상기 전력증폭기(120)를 순시적으로 턴오프하는 온오프 제어 신호를 발생시켜 송신전력의 출력을 차단시키는 오피앰프(180)를 구비하여 송신단 반사파전력 측정을 통해 송신단 전력증폭기(120)를 제어하는 것을 특징으로 한다.The time division duplex antenna stage according to the fourth embodiment of the present invention, in the antenna stage used in the time division duplex wireless communication network, transmits / receives the combined
바람직하게는, 상기 피크전력검출기(170, 170')는, 쇼트키 다이오드로 구성되어 안테나 임피던스의 미스매칭시 발생된 반사파전력 측정에 대한 응답신호를 빠르게 하도록 된 것을 특징으로 한다.Preferably, the
본 발명에 따른 시간분할이중방식 안테나단의 전력증폭기 제어방법은, 전력증폭기(120)로부터 써큘레이터(140)로 송신전력이 출력되는 단계(S100)와, 상기 써큘레이터(140)가 송신주기에 안테나(100)를 통해 송신전력을 방출하는 단계(S110)와, 임피던스 미스매칭으로 인해 상기 안테나(100)를 통해 방출되는 송신전력에 대한 반사파전력이 발생되어 모니터링되는 단계(S120∼S130)와, 모니터링된 전력이 피크전력검출기(170, 170')로 인가되는 단계(S140)와, 상기 피크전력검출기(170, 170')로 인가된 전력을 검파하여 직류 레벨의 전압을 검출하는 단계(S150)와, 검파된 직류 전압이 오피앰프(180)로 인가되는 단계(S160)와, 상기 오피앰프(180)가 미리 지정된 임계값에 의해 임피던스가 미스매칭된 정도를 판단하는 단계(S170)와, 임피던스의 미스매칭 정도가 임계값 이상이면 상기 오피앰프(180)가 상기 전력증폭기(120)를 순시적으로 턴오프하는 온오프 제어 신호를 발생시켜 송신전력의 출력을 차단시키는 단계(S180)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the method of controlling a power amplifier of a time division duplex antenna stage according to the present invention, a step (S100) of transmitting power from the
이하에서 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.In the following description of the preferred embodiments of the present invention in detail with reference to the accompanying drawings, when it is determined that the detailed description of the related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Do it.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시간분할이중방식 안테나단의 구성을 나타낸 도면으로, 송신단 송신전력과 반사파전력의 모니터링으로 수신단 저잡음증폭기(110)를 보호하기 위한 안테나단의 구성을 도시한 것이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a time division duplex antenna stage according to a first embodiment of the present invention, and illustrates a configuration of an antenna stage for protecting a receiver
도 3은 시간분할이중방식 무선통신망에서 반사파전력을 모니터링하여 전력증폭기(120)를 제어하기 위하여, 양방향커플러(160)와 쇼트키 다이오드(Schottky Diode )를 구비한 두 개의 피크전력검출기(170, 170')를 이용하여 순방향의 송신전력과 반사파전력을 모니터링, 검파하여 두 개의 검파된 직류 전압을 오피앰프(180)를 통해 비교하여 반사파 비를 구한 후, 임계값 이상이면 오피앰프(180)의 출력에 서 오프 신호가 발생되어 전력증폭기(120)를 제어하도록 하는 구성을 나타내고 있다.3 shows two
안테나단과 써큘레이터(140) 사이에는 반사파전력을 모니터링하는 양방향커플러(160)와 두 개의 피크전력검출기(170, 170')가 구비되어, 전압정재파비 이상시 송신단 전력증폭기(120)를 순시적으로 턴오프(Turn-off)하여 송신출력을 차단함으로써, 수신단 저잡음증폭기(110)에 고출력의 전력이 인가되지 않도록 하여 수신단 저잡음증폭기(110)를 송신단 고출력의 반사파전력으로부터 보호한다.Between the antenna stage and the
피크전력검출기(170) 회로를 양방향커플러(160)의 커플링 단자(160a)와 역결합 단자(160b)에 각각 연결하여 커플링 단자(160a)에 연결된 피크전력검출기(170)는 안테나(100)의 순방향으로 출력되는 송신전력을 모니터링하도록 하고, 양방향커플러(160)의 역결합 단자(160b)에 연결된 피크전력검출기(170')는 안테나단에서 반사되는 반사파전력을 모니터링하도록 한다.The
안테나단이 임피던스 정합을 이루었을 경우, 커플링 단자(160a)에서는 커플링 손실만큼의 송신전력이 모니터링되며, 역결합 단자(160b) 측은 반사파전력이 측정되는데 임피던스 정합이 이루어져 있으므로 반사 전력량은 거의 측정할 수 없다.When the antenna stage has an impedance match, the transmission power of the coupling loss is monitored at the
안테나단의 임피던스 미스매칭시 커플링 단자(160a)에서는 안테나단으로의 송신전력을 모니터링하며, 역결합 단자(160b)에서는 안테나(100)의 임피던스가 미스매칭된 양 만큼 반사파전력을 측정할 수 있다. 커플링 단자(160a)와 역결합 단자(160b)에 각각 연결된 피크전력검출기(170, 170')는 커플링 단자(160a)와 역결합 단자(160b)로부터 인가되는 전력을 쇼트키 다이오드로 검파한 후, 직류(DC) 레 벨로 출력된 전압을 오피앰프(180)로 비교하여 오피앰프의 출력을 순방향 전력증폭기(120)의 온오프(On-Off) 제어 신호로 사용한다.In the case of mismatching of the impedance of the antenna terminal, the
이때, 일반 다이오드는 P-N 접합을 이용하여 순방향 턴온 전압이 0.6~0.7V 정도에서 동작을 하는데 비해서, 쇼트키 다이오드는 쇼트키 장벽에 의한 정류작용을 이용한 정류소자로, 쇼트키배리어를 이용하여 순방향전압을 0.2~0.3V 정도로 낮추어 전력손실을 최소화 하면서 고속 동작을 할 수 있게 만든 다이오드이다. 대표적인 것에는 과거에 사용되던 셀렌광석검파기, 실리콘 및 갈륨비소 쇼트키 다이오드가 있으며, 쇼트키 다이오드에 흐르는 전류는 가해지는 전압의 지수함수로 나타내며, 반도체 P-N접합 다이오드와 유사한 특성을 나타낸다. 매우 좁은 쇼트키 장벽 내에서 전류제어작용이 행하여지기 때문에 고속동작에 적합하다.In this case, the general diode uses a PN junction to operate at a forward turn-on voltage of about 0.6 to 0.7 V, whereas the Schottky diode is a rectifier using rectification by the Schottky barrier. It is a diode that enables high speed operation while minimizing power loss by lowering it to 0.2 ~ 0.3V. Typical examples include selenium ore detectors, silicon and gallium arsenide Schottky diodes, which are used in the past, and the current flowing through the Schottky diodes is represented by an exponential function of applied voltage, and has characteristics similar to those of semiconductor P-N junction diodes. It is suitable for high speed operation because the current control action is performed within a very narrow Schottky barrier.
안테나 임피던스의 미스매칭시 순간적으로 반사파전력이 수신단으로 인가되기 때문에 쇼트키 다이오드를 사용하여 반사파전력 측정에 대한 응답속도를 빠르게 하여 안테나 임피던스의 미스매칭으로 반사파전력이 발생될 때, 순간적으로 검파하여 오피앰프(180)에 대하여 설정된 임계값 이상이면 오피앰프(180)의 출력을 통해 전력증폭기(120)를 온오프 제어함으로써 반사파전력이 지속적으로 수신단에 인가되거나 임펄스 형식으로 인가되는 것을 방지하여 수신단 저잡음증폭기(110)에 반사파전력이 인가되어 저잡음증폭기(110)가 파괴되지 않도록 한다.When mismatching of antenna impedance is applied instantaneously to the receiving end, the reflected wave power is applied to the receiving end. Therefore, the Schottky diode is used to increase the response speed for the reflected wave power measurement. When the threshold value is higher than the threshold set for the
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시간분할이중방식 안테나단의 구성을 나타낸 도면으로, 송신단 반사파전력의 모니터링으로 수신단 저잡음증폭기(110)를 보호하기 위한 안테나단의 구성을 나타낸 것이다.4 is a diagram illustrating a configuration of a time division duplex antenna stage according to a second embodiment of the present invention, and illustrates a configuration of an antenna stage for protecting a receiver
도 4를 참조하면, 커플러(160')의 역결합 단자(160b)에 쇼트키 다이오드를 사용한 피크전력검출기(170')를 연결하여 반사파전력만을 측정하고, 오피앰프(180)에서는 정해진 직류 오프셋(DC Offset) 값에 의해 임계값 이상의 반사파전력에 대해 오프 신호를 발생시켜 전력증폭기(120)를 제어하도록 하는 구성이 도시되어 있다.Referring to FIG. 4, the
써큘레이터(140)와 안테나단 사이에는 커플러(160')와 피크전력검출기(170')가 구성되고, 커플러(160')를 통해 안테나단의 반사파전력을 피크전력검출기(170')에서 모니터링하여 반사파전력이 발생될 때 순간적으로 경보신호 및 송신단 전력증폭기(120)에 대한 온오프 제어 신호를 발생시켜 송신단 전력증폭기(120)의 전력을 턴오프(Turn-off)한다.A coupler 160 'and a peak power detector 170' are configured between the circulator 140 and the antenna stage, and the reflected wave power of the antenna stage is monitored by the peak power detector 170 'through the coupler 160'. When the reflected wave power is generated, an alarm signal and an on-off control signal for the transmitting
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 시간분할이중방식 안테나단의 구성을 나타낸 도면으로, 양방향커플러(160) 대신 커플링커패시터(190, 190')를 적용하고, 송신단 송신전력과 반사파전력을 비교하여 전력증폭기(120)를 제어하는 안테나단의 구성을 도시한 것이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a time division duplex antenna stage according to a third embodiment of the present invention, and using
도 5를 참조하면, 송신단 전력증폭기(120)와 써큘레이터(140)의 송신 단자(Tx)가 연결된 사이에 송신전력을 모니터링할 수 있도록 커플링커패시터(190)나 저항 등의 회로가 연결된다. 커플링커패시터(190)나 저항 등의 회로를 통해 모니터링된 송신전력은 연결된 피크전력검출기(170) 내의 쇼트키 다이오드를 통해 직 류 전압으로 검파된다.Referring to FIG. 5, a circuit such as a
그리고, 송신전력의 반사파를 모니터링하기 위해 저잡음증폭기(110)와 수신 단자(Rx)가 연결된 사이에도 커플링커패시터(190')나 저항 등을 연결한다. 커플링커패시터(190')나 저항 등의 회로를 통해 모니터링된 반사파전력은 연결된 피크전력검출기(170') 내의 쇼트키 다이오드에서 검파하여 직류 전압으로 출력한다. 오피앰프(180)는 직류로 검파된 두 개의 출력으로 순방향 전력과 반사파전력에 해당하는 송신전력과 반사파전력의 전압정재파비를 구한 후 임계값 이상이면 온오프 제어 신호를 출력하여 전력증폭기(120)를 오프시킴으로써, 써큘레이터(140)의 안테나단 임피던스 미스매칭으로 인해 수신단에 인가되는 송신전력의 반사파로부터 수신단 저잡음증폭기(110)를 보호한다.A coupling capacitor 190 'or a resistor is also connected between the
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 시간분할이중방식 안테나단의 구성을 나타낸 도면으로, 커플러(160') 대신 커플링커패시터(190')를 적용하고, 송신단 반사파전력을 측정하여 전력증폭기(120)를 제어하는 안테나단의 구성을 도시한 것이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a time-division duplex antenna stage according to a fourth embodiment of the present invention. A coupling capacitor 190 'is applied instead of the coupler 160', and a power amplifier is measured by measuring the reflected wave power of the transmitter. The configuration of the antenna stage for controlling 120 is shown.
도 6을 참조하면, 써큘레이터(140)의 수신 단자(Rx)와 저잡음증폭기(110) 사이에 소정용량의 커플링커패시터(190')나 저항을 연결하여 송신전력의 반사파를 모니터링한다. 모니터링된 반사파전력은 피크전력검출기(170') 내의 쇼트키 다이오드를 통해 직류 전압으로 검출된다. 임계값이 지정된 오피앰프(180)는, 검출된 직류 전압이 임계값 이상인 경우에 전력증폭기(120)를 순시적으로 턴오프하는 온오프 제 어 신호를 출력하여 송신전력의 출력을 차단시킴으로써, 수신단을 보호한다.Referring to FIG. 6, the reflected wave of the transmission power is monitored by connecting a
도 7은 본 발명에 따른 시간분할이중방식 안테나단의 전력증폭기 제어방법의 흐름을 나타낸 도면이다.7 is a flowchart illustrating a method for controlling a power amplifier of a time division duplex antenna stage according to the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 시간분할이중방식 안테나단의 전력증폭기 제어방법은, 전력증폭기(120)로부터 써큘레이터(140)로 송신전력이 출력되는 단계(S100)와, 써큘레이터(140)가 송신주기에 안테나(100)를 통해 송신전력을 방출하는 단계(S110)와, 임피던스 미스매칭으로 인해 안테나(100)를 통해 방출되는 송신전력에 대한 반사파전력이 발생되어 모니터링되는 단계(S120∼S130)와, 모니터링된 전력이 피크전력검출기(170, 170')로 인가되는 단계(S140)와, 피크전력검출기(170, 170')로 인가된 전력을 검파하여 직류 레벨의 전압을 검출하는 단계(S150)와, 검파된 직류 전압이 오피앰프(180)로 인가되는 단계(S160)와, 오피앰프(180)가 미리 지정된 임계값에 의해 임피던스가 미스매칭된 정도를 판단하는 단계(S170)와, 임피던스의 미스매칭 정도가 임계값 이상이면 오피앰프(180)가 전력증폭기(120)를 순시적으로 턴오프하는 온오프 제어 신호를 발생시켜 송신전력의 출력을 차단시키는 단계(S180) 등으로 이루어진다.Referring to FIG. 7, in the method of controlling a power amplifier of a time division duplex antenna stage according to the present invention, a step (S100) of transmitting power from the
도 7의 시간분할이중방식 안테나단의 전력증폭기 제어방법은 도 3 내지 도 6의 안테나단을 통해 이루어진다.The power amplifier control method of the time division duplex antenna stage of FIG. 7 is performed through the antenna stage of FIGS. 3 to 6.
임피던스 미스매칭으로 인해 안테나(100)를 통해 방출되는 송신전력에 대한 반사파전력이 발생되어 모니터링되는 단계(S120∼S130)는, 순방향 송신전력과 반사 파전력을 각각 모니터링하는 양방향커플러(160)(도 3의 경우)나 커플링커패시터(190, 190')(도 5의 경우), 반사파전력만을 모니터링하는 커플러(160')(도 4의 경우) 또는 커플링커패시터(190')나 저항(도 6의 경우)을 통해 이루어진다.In the step S120 to S130 where the reflected wave power is generated and monitored for the transmission power emitted through the
오피앰프(180)가 미리 지정된 임계값에 의해 임피던스가 미스매칭된 정도를 판단하는 단계(S170) 및 온오프 제어 신호 발생 단계(S180)는, 도 3이나 도 5와 같이 송신단 송신전력과 반사파전력이 모두 모니터링되어 직류 전압으로 검파된 경우에는 오피앰프(180)가 두 개의 검파된 직류 전압을 비교하여 전압정재파비를 구한 후 미리 지정된 임계값 이상이면 전력증폭기(120)를 오프시키는 방식으로 이루어지고, 도 4나 도 6과 같이 반사파전력만이 모니터링되어 직류 전압으로 검파된 경우에는 오피앰프(180)가 검파된 직류 전압이 미리 정해진 직류 오프셋 값을 벗어나는 범위에 속하는 임계값 이상의 반사파전력에 대하여 전력증폭기(120)를 오프시키는 방식으로 이루어진다.In step S170 and the on-off control signal generation step S180, the
상기 본 발명은 당업자의 요구에 따라 기본 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.The present invention may be modified in various ways without departing from the basic concept according to the needs of those skilled in the art.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 휴대인터넷 등을 위해 사용되는 시간분할이중방식 무선통신망을 구성하는 기지국, 액세스 포인트 및 중계기 등에서, 써큘 레이터를 통해 송·수신 공유를 목적으로 하는 하나의 안테나를 사용하는 경우 안테나단의 임피던스 미스매칭으로 송신전력이 수신단으로 반사되어 수신단 저잡음증폭기를 파괴하는 것을 방지함으로써, 송신전력 반사파로부터 수신단을 보호하기 위한 휴대인터넷 시간분할이중방식 안테나단의 전력증폭기 제어방법 및 그 안테나단이 제공되는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, a base station, an access point, a repeater, or the like, which constitutes a time-division duplex wireless communication network used for a mobile Internet, uses one antenna for transmission / reception sharing through a circulator. In this case, a method of controlling the power amplifier of a portable Internet time division duplex antenna stage for protecting the receiver from the reflected power reflected wave by preventing transmission power from being reflected to the receiver and destroying the receiver low noise amplifier by impedance mismatching of the antenna stage. There is an effect that the antenna stage is provided.
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KR20060009740A (en) | 2006-02-01 |
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