KR100689868B1 - 초광대역 수신 시스템 - Google Patents

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KR100689868B1
KR100689868B1 KR1020060010872A KR20060010872A KR100689868B1 KR 100689868 B1 KR100689868 B1 KR 100689868B1 KR 1020060010872 A KR1020060010872 A KR 1020060010872A KR 20060010872 A KR20060010872 A KR 20060010872A KR 100689868 B1 KR100689868 B1 KR 100689868B1
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윤익재
이성수
윤영중
김영환
김영일
김형락
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은, 초광대역 수신 시스템에 관한 것으로서, 전자기 에너지를 공급받는 급전부와, 급전부를 통해 급전된 전자기 에너지에 의해 여기(excitation)되어 소정의 전자기파를 방사하는 방사체(radiator)를 갖는 초광대역 안테나와; 방사체의 일측면에 평행하게 배치되어 DC 전류의 흐름을 차단하는 한 쌍의 커플드라인(Coupled line)과, 방사체의 타측면에 각 커플드라인에 대응되도록 방사체에 부착된 금속막의 일부영역이 식각되어 형성된 적어도 하나의 DGS(Defected Ground Structure)가 형성된 능동회로를 포함한다. 이에 의해, 초광대역 안테나와 LNA를 이용하여 두 단계에 걸쳐서 대역 저지를 수행함으로써, WLAN 주파수 대역인 5GHz 대역에서의 전력을 완전히 제거할 수 있다. 따라서, 초광대역 수신 시스템의 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, WLAN 신호의 간섭을 제거할 수 있다. 그리고 BSF와 같은 수동소자를 제거할 수 있으므로, 구성이 간단하고, 그 크기를 획기적으로 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 설계 및 생산이 용이하다.
초광대역, WLAN, 테이퍼형 슬롯, 스터브, DC BLOCK, DGS, 식각영역, 금속영역

Description

초광대역 수신 시스템{RECEIVER SYSTEM FOR UWB}
도 1은 도 1은 초광대역 안테나를 이용한 RF 수신 시스템의 구성을 나타내는 블럭도,
도 2(a)는 본 발명에 따른 초광대역 수신 시스템의 수신단 구성을 나타내는 블럭도,
도 2(b)는 도 2(a)의 초광대역 수신 시스템의 수신단의 구성을 나타낸 모식도,
도 3은 도 2의 초광대역 안테나의 게인(Gain) 특성을 알아보기 위한 그래프,
도 4는 도 2의 초광대역 안테나의 주파수 대비 리턴 로스(Return loss) 특성을 알아보기 위한 그래프,
도 5는 도 2(a)에 표시된 LNA의 확대도,
도 6은 일반적인 능동회로에 사용되는 DC BLOCK용 커플드라인의 평면도,
도 7은 본 발명에 따라 DC BLOCK용 커플드라인에 대응하여 형성된 DGS의 평면도,
도 8은 기판의 일측면에 한 쌍의 커플드라인을 형성하고, 기판의 타측면에 한 쌍의 DGS를 형성한 DC BLOCK의 투시도,
도 9는 도 8의 DGS를 적용한 DC BLOCK과 종래의 DGS를 적용한 DC BLOCK의 S11, S12 특성을 나타낸 그래프,
도 10은 도 5의 초광대역용 LNA의 게인과 NF를 나타낸 그래프,
도 11은 도 2(b)의 초광대역 수신 시스템에서 수신되어 처리된 신호의 파워레벨을 보인 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10a : 제1커플드라인 10b : 제2커플드라인
20 : DGS 21 : 식각영역
23 : 금속영역 25 : 브릿지
30 : DC BLOCK 40 : LNA
50 : 초광대역 안테나 51 : 금속막
56 : 제1스터브 57 : 제2스터브
60 : 테이퍼형 슬롯 61 : 제2급전부
65 : 제1급전부
본 발명은 초광대역 수신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, WLAN 대역의 신호로부터의 간섭을 완전히 제거할 수 있도록 하는 초광대역 수신 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 초광대역 통신은, 매우 넓은 주파수 대역을 이용하여 고속 데이터 전송을 매우 낮은 전력으로 수행할 수 있도록 한다. 초광대역 통신에서 사용되는 주파수 대역은 3.1 ~ 10.6 GHz이며, 이 주파수 대역 중 5.15 ~ 5.825 GHz 주파수 대역은 무선랜인 WLAN 통신 서비스 규격인 HIPERLAN/2나 IEEE 802.11a 등에서 사용하는 주파수 대역이다. 그리고, WLAN 대역의 전력이 초광대역 통신 시스템의 전력보다 70dB 이상 높기 때문에, 무선랜 신호에 의해 초광대역 통신 시스템이 전자계적으로 간섭을 받을 수 있다. 이에 따라, 초광대역 통신신호 중 무선랜 주파수 대역의 신호를 제거하는 방법들이 제안되어 왔다. 그 중 주로 사용되는 방법은 RF 수신 시스템의 말단에 BSF(Band Stop Filter)를 사용하는 방법이다.
도 1은 초광대역 안테나를 이용한 RF 수신 시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 수신 시스템은 초광대역 안테나(1), 필터부(2), 증폭부(3)를 포함한다.
초광대역 안테나(1)는 상술한 바와 같이 3.1∼10.6 ㎓ 주파수 대역 내의 신호를 수신한다.
필터부(2)는 초광대역 안테나(10)로부터 수신되는 신호 중 5.15 ∼ 5.825 GHz 주파수 대역 내의 신호를 제거하는 역할을 한다. 필터부(2)는 소정 주파수 대역을 제외한 나머지 신호만을 패스시키는 BSF로 구현된다.
증폭부(3)는 수신된 신호를 증폭하여 후단으로 출력해주는 역할을 한다.
그런데, 이러한 종래의 수신 시스템에서 초광대역 안테나(1) 및 필터부(2)는 각각 별개의 회로로 구현되었다. 이에 따라, 수신 시스템의 전체 크기가 커진다는 문제점이 있었다. 또한, 수신 시스템의 구성요소가 많기 때문에 파워 로스가 크며, 시스템 구조가 복잡해진다는 문제점이 있었다. 게다가, 종래의 필터부(2)를 이용할 경우, WLAN 대역의 신호를 일부 제거할 수는 있으나, WLAN 대역의 70dB 전력을 충분히 억제하지는 못하였다.
이에 따라, 초광대역 통신에서 WLAN 대역의 파워를 완전히 제거함으로써, WLAN 신호의 간섭을 제거할 수 있는 방법을 모색하여야 할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은, WLAN 대역의 신호 간섭을 완전히 제거할 수 있도록 하는 초광대역 수신 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 전자기 에너지를 공급받는 급전부와, 상기 급전부를 통해 급전된 전자기 에너지에 의해 여기(excitation)되어 소정의 전자기파를 방사하는 방사체(radiator)를 갖는 초광대역 안테나; 및, 상기 방사체의 일측면에 평행하게 배치되어 DC 전류의 흐름을 차단하는 한 쌍의 커플드라인(Coupled line)과, 상기 방사체의 타측면에 상기 각 커플드라인에 대응되도록 상기 방사체에 부착된 금속막의 일부영역이 식각되어 형성된 적어도 하나의 DGS(Defected Ground Structure)가 형성된 능동회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방사체는, 기판; 상기 기판 상에 적층된 금속막; 및, 상기 금속막의 일측으로부터 소정 길이 만큼 상기 금속막이 제거되어 형성되며, 상기 전자기파의 방 사방향을 따라 그 폭이 점차 넓어지도록 형성되어 상기 금속막을 두 개의 영역으로 분리하는 테이퍼형 슬롯;을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 테이퍼형 슬롯에 접하는 상기 각 금속막 영역의 일측에 상기 전자기파에 의해 형성되는 전계의 방향과 평행한 방향으로 노치되어, 소정 주파수 대역 신호의 송수신을 차단하는 소정 길이의 스터브;가 형성된 것이 바람직하다.
상기 스터브는, 그 일단이 상기 테이퍼형 슬롯 방향으로 오픈된 형태로 상기 테이퍼형 슬롯에 의해 분할된 양측의 금속막에 각각 형성되며, 상기 소정 주파수 대역의 중심 주파수 신호의 1/4 파장 길이를 가지는 제1 및 제2스터브를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 급전부는, 상기 기판 하부 표면에 제작되며 상기 전자기 에너지를 공급받는 제1급전부; 및, 상기 테이퍼형 슬롯의 선단에는 소정 형태로 상기 금속막이 식각되어 형성되며, 상기 전자기 에너지를 커플링하는 제2급전부를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2급전부는, 방사상으로 배치된 복수개의 가지 형태로 제작된 멀티-암 구조일 수 있다.
상기 DGS는, 상기 금속막의 일부영역이 식각되어 형성된 식각영역과, 상기 식각영역내에 형성된 금속영역을 갖는 것이 바람직하다.
상기 DGS는 상기 각 커플드라인의 단부영역에 대응되도록 한 쌍이 형성되며, 상기 각 DGS는 상기 각 커플드라인의 길이방향의 가로로 형성될 수 있다.
상기 식각영역은 상기 금속영역의 둘레를 따라 형성된 것이 바람직하다.
상기 금속영역의 둘레를 따라 일영역에는 상기 금속영역과 상기 금속막을 전기적으로 연결하는 금속판의 브릿지가 형성될 수 있다.
상기 브릿지는 상기 DGS의 길이방향을 따라 중앙영역에 형성될 수 있다.
상기 각 DGS의 브릿지는 상기 각 DGS에 대해 상호 마주보는 영역에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 각 커플드라인의 이격영역과, 상기 각 DGS의 브릿지의 위치가 일치하도록 상호 배치되는 것이 바람직하다.
상기 각 커플드라인의 이격폭과, 상기 각 DGS의 브릿지의 폭은 동일할 수 있다.
상기 식각영역의 상기 금속영역의 둘레를 따라, 상기 브릿지를 제외한 영역의 길이는 저지대역 주파수의 λ/2인 것이 바람직하다.
상기 식각영역은 직사각형, 사각형, 타원형, 원형, 마름모형, 지그재그형, 나선형 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 금속영역은 상기 식각영역내에 상기 식각영역과 동일한 형상으로 형성될 수 있다.
상기 식각영역과 금속영역의 폭과 길이는 상기 저지대역과 대역폭에 의해 결정될 수 있다.
상기 금속영역은 상기 브릿지가 형성된 상기 식각영역의 폭이 더 넓도록 일측으로 치우쳐 형성될 수 있다.
상기 능동회로는 LNA인 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적은, 유전체의 일측면에 평행하게 배치되어 DC 전류의 흐름을 차단하는 한 쌍의 커플드라인; 및, 상기 유전체의 타측면에 상기 각 커플드라인에 대응되도록 형성되며, 상기 유전체에 부착된 접지면의 일부영역이 식각되어 형성된 식각영역과, 상기 식각영역내에 형성된 금속영역을 갖는 적어도 하나의 DGS가 형성된 것을 특징으로 하는 능동회로에 의해서도 달성될 수 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2(a)는 본 발명에 따른 초광대역 수신 시스템의 수신단 구성을 나타내는 블럭도이고, 도 2(b)는 도 2(a)의 초광대역 수신 시스템의 수신단의 구성을 나타낸 모식도이다.
도시된 바와 같이, 초광대역 수신 시스템의 수신단은, 초광대역 안테나(50)와 LNA(40)를 포함한다.
초광대역 안테나(50)는, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 기판(55), 금속막(51), 제1 및 제2스터브(56,57), 제1급전부(65), 제2급전부(61), 테이퍼형 슬롯(60)을 포함한다.
기판(55)은 유전체로 형성되며, 기판(55)의 상부 표면에는 금속막(51)이 적층되어 있다. 금속막(51)의 일측 영역에는 금속막(51)이 식각되어 테이퍼형 슬롯(taper type slot)(60)이 형성되며, 테이퍼형 슬롯(60)에 의해 금속막(51)은 두 개의 영역으로 분리된다. 테이퍼형 슬롯(60)은 기판(55)의 테두리로 갈수록 그 폭이 점점 넓어지도록 형성되며, 금속막(51)과 테이퍼형 슬롯(60)은 전자기파를 소정 방향으로 방사하는 방사체를 형성한다.
테이퍼형 슬롯(60)의 선단에는 금속막(51)이 식각되어 제2급전부(61)가 형성되어 있다. 제2급전부(61)는 복수개의 가지가 방사상으로 배치된 형태로 형성되며, 제1급전부(65)에 의해 제공된 전자기 에너지를 커플링하여 테이퍼형 슬롯(60)으로 전달한다.
제1급전부(65)는 외부 전자기 에너지를 공급받아서, 금속막(51)과 테이퍼형 슬롯(60)으로 전달한다. 제1급전부(65)는 소정의 도전 물질로 제작되어 기판(55) 하부 표면에 부착되며, 외부 단자와 연결되어 전자기 에너지를 공급받는다. 제1급전부(65)는 멀티-암 구조로서, 복수개의 갈라진 가지 형태로 형성된다.
한편, 테이퍼형 슬롯(60)으로 전달된 전자기 에너지는 테이퍼형 슬롯(60)의 제2급전부(61)가 형성된 단부에 대향되는 타측 단부에서 공기중의 전자기파로 변환되어 방사된다. 즉, 전자기파의 방사 방향은 테이퍼형 슬롯(60)의 폭이 좁은 일단에서 폭이 넓은 타단으로 형성된다.
이러한 테이퍼형 슬롯(60)의 폭이 넓은 측에는 금속막(51)이 노치되어 제1 및 제2스터브(56,57)가 형성되어 있다. 제1 및 제2스터브(56,57)은 테이퍼형 슬롯(60)에 대해 상호 대향되는 금속막(51)에 각각 형성되며, 테이퍼형 슬롯(60)에서 형성되는 전자기파의 전계 방향과 평행하게 형성된다. 제1 및 제2스터브(56,57)는 각각 1/4파장 길이로 형성된다. 이러한 제1 및 제2스터브(56,57)는 테이퍼형 슬롯(60)내에서 소정 주파수 대역의 전자기 에너지의 흐름을 차단함으로써, 해당 주파수 대역 신호를 제거할 수 있게 된다.
한편, 이러한 초광대역 안테나(50)의 각 영역에 대해, W1, W2, L1, L2, Wm, Lm, Ws, Ls를 각각 37mm, 6.5mm, 35mm, 20mm, 1.13mm, 5.06mm, 0.26mm, 6.8mm으로 설계하여 실험한 결과가 도 3 및 도 4에 도시되어 있다.
도 3은 도 2의 초광대역 안테나의 게인(Gain) 특성을 알아보기 위한 그래프이다. 도 3에 따르면, 5GHz ~ 6GHz 대역 사이에서 게인이 -2.7[dBi]까지 떨어지는 것을 볼 수 있다. 이는 제1 및 제2스터브(56,57)에 의해 5GHz ~ 6GHz 대역의 주파수 신호가 차단되기 때문이다.
도 4는 도 2의 초광대역 안테나(50)의 주파수 대비 리턴 로스(Return loss) 특성을 알아보기 위한 그래프이다. 제1 및 제2스터브(56,57)가 제작되지 않은 종래의 초광대역 안테나(50)의 리턴 로스 특성은 그래프 (a)로 표현된다. 그래프 (a)에 따르면, 2GHz 이상 10GHz 대역에서 리턴 로스가 -10dB 이하로 나타나고 있다. 즉, 초광대역 신호 전부를 수신하고 있음을 알 수 있다.
한편, 제1 및 제2스터브(56,57)가 제작된 본 초광대역 안테나(50)의 시뮬레이션 결과에 따른 리턴 로스 특성은 그래프 (b)로 표현된다. 그래프 (b)에 따르면, 5GHz ~ 6GHz 사이에서 리턴 로스가 -10dB 이상으로 0dB에 가까운 값을 나타내고 있다.
본 초광대역 안테나(50)를 실제 사용한 실험 결과에 따른 리턴 로스 특성은 그래프 (c)로 표현되며, 그래프 (c)에 따르더라도 5GHz ~ 6GHz 사이의 신호를 차단하고 있음을 알 수 있다.
이러한 초광대역 안테나(50)는, λ/4 길이의 제1 및 제2스터브(56,57)를 형성하여 5GHz 대역의 대역저지필터로 사용함으로써, 1차적인 대역 저지를 수행한다.
한편, 이러한 초광대역 안테나(50)의 일측에는, 도 5에 도시된 바와 같은, LNA(40)가 부착되어 있다. LNA(40)는 외부로부터 전원을 공급받는 능동회로이며, 전원을 공급하기 위한 4개의 전원선(35)이 연결되어 있다. 그리고 LNA(40)의 전단과 후단에는 DGS(20)를 적용한 DC BLOCK(30)이 형성되어 신호선(15)과 LNA(40)간의 DC전원과 신호를 분리한다.
DGS가 형성된 DC BLOCK(30)의 구성을 좀더 자세히 살펴보면 다음과 같다.
도 6은 일반적인 능동회로에 사용되는 DC BLOCK(30)용 커플드라인의 평면도이고, 도 7은 본 발명에 따라 DC BLOCK(30)용 커플드라인에 대응하여 형성된 DGS의 평면도이다. 여기서, DC BLOCK(30)용 커플드라인(Coupled line)은 금속막(51)에 대항되는 기판(55)의 면에 형성되며, DGS(20)는 기판(55)의 금속막(51)에 형성된다.
각 커플드라인(10)은, 마이크로 스트립라인(Micro Stripline)으로 형성되며, 타 소자의 신호선(15)으로부터 연장된 제1커플드라인(10a)과, 능동회로로부터 연장된 제2커플드라인(10b)을 포함한다. 제1커플드라인(10a)과 제2커플드라인(10b)은, 소정의 간격을 두고 평행하게 배치되어 있으며, 제1 및 제2커플드라인(10a,10b)의 길이는 각각 λ/4 이다.
DGS(20)는, 상호 소정 간격을 두고 배치된 한 쌍으로 형성되며, 각 DGS(20)는 금속막(51)을 소정 면적만큼 식각하여 형성된 식각영역(21)과, 식각영역(21)내 에 형성된 금속영역(25)을 갖는다. 금속영역(25)은 식각영역(21)의 중앙영역에 형성되며, 이에 따라, 식각영역(21)은 금속영역(25)의 둘레를 따라 링형상으로 배치된다.
이러한 각 DGS(20)는 각 커플드라인(10)의 단부영역에 대응되도록 형성되며, 각 DGS(20)는 각 커플드라인(10)의 길이방향의 가로로 길게 형성된다. 도 7에서는 각 DGS(20)의 식각영역(21)을 직사각형상으로 형성하고, 금속영역(25)도 식각영역(21)보다 작은 직사각형상으로 형성하였다. 그러나, 식각영역(21)을 사각형, 타원형, 원형, 마름모형과 같은 다각형이나 곡선으로 형성하고, 금속영역(25)도 식각영역(21)과 동일한 형상으로 형성할 수 있음은 물론이다.
한편, 금속영역(25)의 둘레를 따라 일영역에는 금속영역(25)과 금속막(51)을 전기적으로 연결하는 브릿지(23)가 형성되며, 금속영역(25)과 브릿지(23)는 금속막(51)과 동일한 금속으로 형성된다. 브릿지(23)는 각 DGS(20)의 길이방향을 따라 중앙영역에 형성되며, 각 DGS(20)는 각 브릿지(23)가 상호 인접하게 위치하도록 거울상으로 배치된다.
이러한 브릿지(23)에 의해 식각영역(21)은 일측이 개방된 사각링 형상으로 형성되며, 금속영역(25)의 둘레를 따라 브릿지(23)를 제외한 식각영역(21)의 길이는 저지대역의 λ/2로 형성된다. 따라서, 본 DGS(20)의 식각영역(21)의 길이는, 종래에 DGS(20)의 전체 길이와 동일하나, 금속영역(25)에 의해 식각영역(21)을 절곡시킨 효과를 발휘하므로, 실제 DGS(20)의 길이는 종래 DGS(20)의 길이에 비해 1/2 이하로 감소하게 된다.
한편, 본 실시예에서 금속영역(25)은 브릿지(23)가 형성된 식각영역(21)의 폭이 더 넓도록 식각영역(21)내에서 일측으로 치우쳐 형성되었으나, 식각영역(21)과 금속영역(25)의 폭과 길이에 따라 저지대역과 대역폭을 조절할 수 있으므로, 다양한 설계가 가능함은 물론이다.
도 8은 기판의 일측면에 한 쌍의 커플드라인을 형성하고, 기판의 타측면에 한 쌍의 DGS를 형성한 DC BLOCK의 투시도이다.
도시된 바와 같이, 각 DGS(20)는 각 커플드라인(10) 상에 각 DGS(20)가 각 커플드라인(10)의 단부에 위치하도록 배치된다. 그리고, 각 DGS(20)의 브릿지(23)가 각 커플드라인(10)의 이격영역과 일치하도록 배치된다.
이렇게 기판(55)의 일측면에 DC BLOCK(30)용 커플드라인(10)을 형성하고, 기판(55)의 타측면에 DGS(20)를 형성하면, 전자기파가 각 커플드라인(10) 근처에 집중되고, DGS(20)의 식각영역(21)에 의해 전자기파가 방해를 받게됨으로써, 저지대역에서 다중간섭을 받게 된다. 이로 인해 전파지연 효과가 발생하며, 이에 따라, 각 커플드라인(10)의 길이를 단축시키고 각 커플드라인(10)의 이격거리를 조절할 수 있다.
도 9는 도 8의 DGS를 적용한 DC BLOCK과 종래의 DGS를 적용한 DC BLOCK의 S11, S12 특성을 나타낸 그래프이다. 본 그래프는, 도 6에 도시된 DC BLOCK(30)용 커플드라인(10)과, 도 7에 도시된 DGS(20)의 각 부분의 사이즈를 다음과 같이 설정한 경우의 S11, S12 특성을 나타낸다.
기판(55)의 두께는 0.600mm, 유전율(εr)은 4.5로 하고, 신호선(15)의 폭(Wmd)은 1.130mm, 각 커플드라인(10)의 폭(Wfd)은 0.300mm, 각 커플드라인(10)의 길이(Lfd1)는 5.895mm, 각 커플드라인(10)과 신호선(15) 간의 간격(Lfd2)은 0.705mm, 각 커플드라인(10) 사이의 간격(gfd)은 0.150mm로 설정되어 있다. 그리고, 각 DGS(20)의 식각영역(21)의 길이(Wsd)는 5.650mm, 금속영역(25)의 가로폭(Lsd2)은 0.730mm, 브릿지(23)의 폭(Wsd2)은 0.150mm, 브릿지(23)가 형성된 식각영역(21)의 폭(Lsd1)은 0.730mm, 나머지 식각영역(21)의 폭(gsd)은 0.150mm로 설정되어 있다. 여기서 각 커플드라인(10)의 이격폭(gfd)과, 각 DGS(20)의 브릿지(23)의 폭(Wsd2)은 동일하게 형성된다.
이렇게 DC BLOCK(30)를 제작하여 측정한 결과, 도 9에 도시된 바와 같이, 종래의 DGS(20)를 적용한 DC BLOCK(30)에 비해, 본 DGS(20)를 적용한 DC BLOCK(30)의 S11 특성에서의 대역폭이 좁게 나타난 것을 알 수 있다. 마찬가지로 종래의 DGS(20)를 적용한 DC BLOCK(30)에 비해, 본 DGS(20)를 적용한 DC BLOCK(30)의 S21 특성의 대역폭이 좁게 나타난다. 이에 따라, 본 DGS(20)를 적용한 DC BLOCK(30)를 사용할 경우, 저지대역을 좀더 정확히 특정할 수 있게 된다. 특히, 본 DGS(20)를 적용한 DC BLOCK(30)의 S11 특성을 살펴보면, 초광대역 통신에서 저지해야 할 대역인 WLAN의 통신대역이 5.15 ~ 5.825 GHz에서 노치되어 있음을 알 수 있다. 따라 서, 본 DGS(20)를 적용한 DC BLOCK(30)는 초광대역 통신시 WLAN 신호를 제거하는데 효과적이다.
도 10은 도 5의 초광대역용 LNA(40)의 게인과 NF를 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이, 시뮬레이션한(Simulated) 게인(Gain) 및 NF(Noise Figure)와, 실제 측정한(Measured) 게인 및 NF가 거의 일치하는 것으로 나타나며, 이에 따라, 실제 초광대역용 LNA(40)에 적용할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 실제 측정한 게인이 WLAN의 주파수 대역인 5 ~ 6 GHz 대역에서 -30dB 정도 노치(Notch)됨을 보이고 있으며, 이는 초광대역용 LNA(40)의 사용시 WLAN 신호를 차단할 수 있음을 나타낸다. 게다가, 입력신호의 전력수준이 약 10dB일 때, 최대 게인 및 전력이 -55dB 이상으로 감쇄됨으로써, 다른 주파수 대역에 비해 최대 68dB 까지 억제되었음을 알 수 있다. 이는 UWB와 WLAN의 차이인 70dB에 근접한 것이다. 따라서, 별도의 BSF(Band Stop Filter)를 사용하지 아니하여도 된다.
도 11은 도 2(b)의 초광대역 수신 시스템에서 수신되어 처리된 신호의 파워레벨을 보인 그래프이다.
그래프 (a)는 실제 초광대역 수신 시스템의 전력 수준인 -41.3dBm/MHz의 신호를 수신한 결과를 나타내고 있으며, 감쇄전력 수준이 -72dB로 나타났다. 이 때, 감쇄전력의 폭이 크지 아니한데, 이는 -72dB 정도의 값이 시스템 대역의 바닥 잡음 수준이기 때문이다.
이에 따라, 제안된 구조 자체의 대역 저지 특성을 알아보기 위해, 전력수준을 30dB 정도 올려 측정을 한 결과, 그래프 (b)에 나타난 바와 같이, 저지대역의 전력이 -63.2dB 까지 떨어진 것으로 나타났다. 즉, 초광대역 시스템의 사용 대역에 대해 최대 71dB 까지 전력 감쇄가 이루어짐을 의미하며, 이는 WLAN 대역의 파워인 70dB를 감쇄시키기에 충분하다.
한편, 본 초광대역 안테나(50)의 경우, 지향성을 띠는 방사패턴을 갖기 때문에, WPAN이나 GPR, 또는 점대점의 초고속 무선 데이터 전송을 필요로 하는 IrDA 등에 응용이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 초광대역 수신 시스템에서는, λ/4길이의 한 쌍이 스터브를 구비하여 대역저지 특성을 갖는 초광대역 안테나를 구현하고, DGS가 형성된 DC BLOCK를 구비한 LNA를 이용하여 저지대역과 대역폭을 조절할 수 있도록 한다. 그리고, 이러한 초광대역 안테나와 LNA를 이용하여 두 단계에 걸쳐서 대역 저지를 수행함으로써, WLAN 주파수 대역인 5GHz 대역에서의 전력을 완전히 제거할 수 있다. 이에 따라, 초광대역 수신 시스템의 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, WLAN 신호의 간섭을 제거할 수 있다.
그리고 본 초광대역 수신 시스템에서는, BPF와 같은 수동소자를 제거할 수 있으므로, 구성이 간단하고, 그 크기를 획기적으로 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 설계 및 생산이 용이하다.
또한, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시형태에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (23)

  1. 전자기 에너지를 공급받는 급전부와, 상기 급전부를 통해 급전된 전자기 에너지에 의해 여기(excitation)되어 소정의 전자기파를 방사하는 방사체(radiator)를 갖는 초광대역 안테나; 및,
    상기 방사체의 일측면에 평행하게 배치되어 DC 전류의 흐름을 차단하는 한 쌍의 커플드라인(Coupled line)과, 상기 방사체의 타측면에 상기 각 커플드라인에 대응되도록 상기 방사체에 부착된 금속막의 일부영역이 식각되어 형성된 적어도 하나의 DGS(Defected Ground Structure)가 형성된 능동회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사체는,
    기판;
    상기 기판 상에 적층된 금속막; 및,
    상기 금속막의 일측으로부터 소정 길이 만큼 상기 금속막이 제거되어 형성되며, 상기 전자기파의 방사방향을 따라 그 폭이 점차 넓어지도록 형성되어 상기 금속막을 두 개의 영역으로 분리하는 테이퍼형 슬롯;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 테이퍼형 슬롯에 접하는 상기 각 금속막 영역의 일측에 상기 전자기파에 의해 형성되는 전계의 방향과 평행한 방향으로 노치되어, 소정 주파수 대역 신호의 송수신을 차단하는 소정 길이의 스터브;가 형성된 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스터브는,
    그 일단이 상기 테이퍼형 슬롯 방향으로 오픈된 형태로 상기 테이퍼형 슬롯에 의해 분할된 양측의 금속막에 각각 형성되며, 상기 소정 주파수 대역의 중심 주파수 신호의 1/4 파장 길이를 가지는 제1 및 제2스터브를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 급전부는,
    상기 기판 하부 표면에 제작되며 상기 전자기 에너지를 공급받는 제1급전부; 및,
    상기 테이퍼형 슬롯의 선단에는 소정 형태로 상기 금속막이 식각되어 형성되 며, 상기 전자기 에너지를 커플링하는 제2급전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2급전부는, 방사상으로 배치된 복수개의 가지 형태로 제작된 멀티-암 구조인 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 DGS는, 상기 금속막의 일부영역이 식각되어 형성된 식각영역과, 상기 식각영역내에 형성된 금속영역을 갖는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 DGS는 상기 각 커플드라인의 단부영역에 대응되도록 한 쌍이 형성되며, 상기 각 DGS는 상기 각 커플드라인의 길이방향의 가로로 형성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 식각영역은 상기 금속영역의 둘레를 따라 형성된 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 금속영역의 둘레를 따라 일영역에는 상기 금속영역과 상기 금속막을 전기적으로 연결하는 금속판의 브릿지가 형성된 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 브릿지는 상기 DGS의 길이방향을 따라 중앙영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 각 DGS의 브릿지는 상기 각 DGS에 대해 상호 마주보는 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 각 커플드라인의 이격영역과, 상기 각 DGS의 브릿지의 위치가 일치하도록 상호 배치되는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 각 커플드라인의 이격폭과, 상기 각 DGS의 브릿지의 폭은 동일한 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 식각영역의 상기 금속영역의 둘레를 따라, 상기 브릿지를 제외한 영역의 길이는 저지대역 주파수의 λ/2인 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 식각영역은 직사각형, 사각형, 타원형, 원형, 마름모형, 지그재그형, 나선형 중 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 금속영역은 상기 식각영역내에 상기 식각영역과 동일한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 식각영역과 금속영역의 폭과 길이는 상기 저지대역과 대역폭에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속영역은 상기 브릿지가 형성된 상기 식각영역의 폭이 더 넓도록 일측으로 치우쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 능동회로는 LNA인 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  21. 유전체의 일측면에 평행하게 배치되어 DC 전류의 흐름을 차단하는 한 쌍의 커플드라인; 및,
    상기 유전체의 타측면에 상기 각 커플드라인에 대응되도록 형성되며, 상기 유전체에 부착된 접지면의 일부영역이 식각되어 형성된 식각영역과, 상기 식각영역내에 형성된 금속영역을 갖는 적어도 하나의 DGS가 형성된 것을 특징으로 하는 능동회로.
  22. 전자기 에너지를 공급받는 제1급전부와, 상기 제1급전부를 통해 급전된 전자기 에너지에 의해 여기되어 소정의 전자기파를 방사하는 방사체를 갖는 초광대역 안테나; 및,
    상기 방사체의 일측면에 평행하게 배치되어 DC 전류의 흐름을 차단하는 한 쌍의 커플드라인과, 상기 방사체의 타측면에 상기 각 커플드라인에 대응되도록 형성되며 상기 방사체에 부착된 금속막의 일부영역이 식각되어 형성된 식각영역과, 상기 식각영역내에 형성된 적어도 하나의 DGS가 형성된 능동회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
  23. 전자기 에너지를 공급받는 제1급전부와, 상기 제1급전부를 통해 급전된 전자기 에너지에 의해 여기되어 소정의 전자기파를 방사하는 방사체와, 상기 방사체 상에 상기 전자기파에 의해 형성되는 전계의 방향과 평행한 방향으로 형성되어 소정 주파수 대역 신호의 송수신을 차단하는 소정 길이의 적어도 하나의 스터브를 갖는 초광대역 안테나; 및,
    상기 방사체의 일측면에 평행하게 배치되어 DC 전류의 흐름을 차단하는 한 쌍의 커플드라인과, 상기 방사체의 타측면에 상기 각 커플드라인에 대응되도록 형성되며 상기 방사체에 부착된 금속막의 일부영역이 식각되어 형성된 식각영역과, 상기 식각영역내에 형성된 적어도 하나의 DGS가 형성된 능동회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신 시스템.
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