KR100884374B1 - 통신용 이종 소자간 결합 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통신용 이종 소자간 결합 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유전체 필터, SAW(Surface Acoustic Wave) 소자 및 매칭 소자로 조합된 단일모듈로 구성되어, 종래의 통신시스템에 있어서, 각종 이종 소자들의 조합으로 이루어져 RF 신호를 검출, 혼합 및 증폭처리하는 기능을 수행하던 중간검파단을 대체하여 적용할 수 있는 단일모듈을 제공함으로써 전체 통신시스템의 구성 비용을 절감시키고, 통신시스템의 크기를 소형화시킬 수 있는 통신용 이종 소자간 결합 모듈에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, RF 신호 중 일정 주파수 대역의 신호만을 선택적으로 통과시키는 유전체 필터와, 상기 유전체 필터의 입력단 및 출력단 측에 각각 한 쌍씩 구비되는 SAW 소자와, 상기 유전체 필터 및 SAW 소자들의 입출력단 사이에 각각 개재되어 각 소자간의 임피던스 정합을 구현하는 매칭 소자를 포함하여 구성되되, 상기 SAW 소자는, SAW 공진기(Resonator) 또는 RF SAW 필터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하여 구성된다.
중계기, RF, IF, 통신, 이종, 결합, 소자, 모듈, SAW 소자

Description

통신용 이종 소자간 결합 모듈{An assembly module for different kinds of communication devices}
본 발명은 통신용 이종 소자간 결합 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유전체 필터, SAW(Surface Acoustic Wave) 소자 및 매칭 소자로 조합된 단일모듈로 구성되어, 종래의 통신시스템에 있어서, 각종 이종 소자들의 조합으로 이루어져 RF 신호를 검출, 혼합 및 증폭처리하는 기능을 수행하던 중간검파단을 대체하여 적용할 수 있는 단일모듈을 제공함으로써 전체 통신시스템의 구성 비용을 절감시키고, 통신시스템의 크기를 소형화시킬 수 있는 통신용 이종 소자간 결합 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 통신 시스템에 송수신되는 RF 신호는 유선 통신에 비해 감쇠나 잡음이 많아 해당 신호를 송수신하기 위한 별도의 모듈이 필요하게 된다.
이를 해결하기 위해 통신시스템에는 각종 이종 소자들 즉, 혼합기(MIXER), IF SAW 필터, 증폭기(AMP), 위상고정루프(PLL) 등의 다수의 통신용 소자로 구성된 중간검파단이 구비되어 해당 주파수 신호를 검출, 혼합 및 증폭처리하여 해당 주파수 신호를 여러 단말기로 송수신하고 있다.
이에 따라 현재 통신서비스를 제공하기 위한 통신 시스템을 구현함에 있어서, 상기 중간검파단은 해당 주파수 영역을 확보하고 상호 주파수 간섭을 방지하기 위한 수단으로서 그 사용이 보편화되어 있는 실정이다.
도 1은 통신시스템에 있어서 일반적인 중계기 시스템(100)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 통상의 중계기 시스템(100)은 기지국으로부터 수신되는 RF 신호를 수신하여 혼합, 검출 및 증폭 처리하여 가입자의 이동통신기기로 송신시키는 순방향 회로(101)와, 이와 반대로 상기 이동통신기기에서 수신되는 RF 신호를 혼합, 검출 및 증폭 처리하여 기지국으로 송신시키는 역방향 회로(102)로 구성된다.
이러한 중계기 시스템(100)의 순방향 회로(101)에서 기지국에서 발신되는 RF신호가 안테나를 통해 수신되면, 수신된 신호는 듀플렉서(Duplexer)(110)를 거쳐, 저잡음 증폭기(LNA : Low Noise Amplifier)(120)로 전달되고, 저잡음 증폭기(120)에서는 전달받은 신호에서 불필요한 잡음을 최대한 억압시키는 동시에 신호를 증폭시키며, 이후 중간검파단(200)을 통해 특정대역의 신호만이 통과되도록 불필요한 신호를 제거하여, 전력증폭기(PAM)(130)를 통해 증폭시킨 후 듀플렉서(111)로 출력하여 안테나를 통해 이동통신기기로 송신된다.
여기서, 상기 중간검파단(200)은 도면에 나타난 바와 같이, 대역통과필터(BPF)(210), 혼합기(Mixer)(220), IF 필터(230), RF 필터(240), 및 증폭기(AMP)(250) 등의 다양한 소자들로 구성되어 듀플렉서(110)를 통해 입력되는 RF신 호를 IF신호로 변환한 후 다시 RF신호로 변환해주어 해당 특정 대역의 주파수 신호가 송수신되도록 해준다.
여기서, 상술한 중간검파단(200)의 구성요소 중 IF 필터(230)로 주로 사용되는 IF SAW 필터는 우수한 스커트 특성 즉, 주파수의 통과대역과 저지대역의 대역구분이 뚜렷한 특성을 갖고 있으며, 이 점이 종래의 중간검파단(200)에서 IF 필터(230)를 도입하고 있는 주요 이유이다.
다만, 이러한 구성의 중간검파단(200)을 이용하여 신호를 처리하는 경우, RF 신호를 IF 신호로 변환하고 다시 RF신호로 변환하기 위해서는 대역통과필터(210), 혼합기(220), RF 필터(240) 및 증폭기(250) 등의 부가적인 통신용 소자들이 필수적으로 수반되어야 한다.
따라서, 상술한 중간검파단(200)을 사용할 경우, 다양한 통신용 소자들의 결합으로 인해 전체 시스템의 부피가 커지게 되고, 사용되는 소자가 많음에 따라 소모되는 비용 또한 커지게 되며, 각 소자에서 발생되는 발열량이 증가함은 물론 전체 시스템의 전력 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 중계기 시스템에 있어서, 혼합기, 대역통과필터 및 IF 필터 등의 각종 소자들로 구성된 중간검파단과 불필요한 이외의 소자들을 함께 제거하고, 유전체 필터, SAW 소자 및 매칭 소자로만 구성된 단일 모듈로 이를 대체하여 신호 변환을 수행함으로써 통신시스템의 구성 비용을 절감하고, 전체 통신시스템의 크기를 소형화시키는 데에 있다.
이를 위하여 본 발명은, RF 신호 중 일정 주파수 대역의 신호만을 선택적으로 통과시키는 유전체 필터와, 상기 유전체 필터의 입력단 및 출력단 측에 각각 한 쌍씩 구비되는 SAW 소자와, 상기 유전체 필터 및 SAW 소자들의 입출력단 사이에 각각 개재되어 각 소자간의 임피던스 정합을 구현하는 매칭 소자를 포함하여 구성되되, 상기 SAW 소자는, SAW 공진기(Resonator) 또는 RF SAW 필터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하여 구성된다.
본 발명에 따른 통신용 이종 소자간 결합 모듈은 각종 통신용 소자들로 구비된 중간검파단 및 불필요한 소자들을 제거하고, 유전체 필터와 SAW 소자 및 매칭소자가 결합된 통신용 이종 소자간 결합 모듈로 대체하여 신호 변환을 수행함으로써 통신시스템의 전체 부피를 줄이고, 소모되는 비용을 절감하는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 통신용 이종 소자간 결합 모듈(300)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 통신용 이종 소자간 결합 모듈(300)은 유전체 필터(310)를 중심으로 양 측에 SAW(Surface Acoustic Wave) 소자(320)가 각각 2개씩 연결되되, 매칭소자(330)가 상기 유전체 필터(310) 및 SAW 소자(320)들 사이에 각각 개재되어 연결된다.
상기 SAW 소자(320)란 상대적으로 좁은 주파수 대역의 신호만을 선택적으로 통과시키는 특성을 갖고 있으며, SAW 공진기(SAW Resonator), RF SAW 필터 등이 여기에 속한다.
본 실시예에서 사용되는 유전체 필터(310)는 듀플렉서의 수신단으로 입력되는 특정 주파수 대역의 RF 신호를 특정 주파수 대역의 신호만이 필터를 통과하도록 해준다.
유전체 필터(310)의 양측에 연결된 SAW 소자(320)들은 유전체 필터(310)와 결합되어 입력된 신호에서 불필요한 고조파 성분을 제거하는 역할을 수행한다.
즉, 본 발명에 따른 통신용 이종 소자간 결합 모듈(300)에서는 유전체 필터(310)와 다수개의 SAW 소자(320)의 결합으로 일반적인 중계기 시스템에서 사용되는 IF SAW 필터의 우수한 스커트 특성을 구현해줌으로써 IF SAW 필터, 대역통과필터 및 혼합기 등의 부가적인 통신 소자 없이도 원하는 주파수 대역의 신호를 통과 시키는 중계기 시스템을 구성시킬 수 있다.
매칭 소자(330)는 유전체 필터(310) 및 SAW 소자(320)들의 입출력단에 각각 개재되어 각 통신 소자간의 임피던스 정합을 구현시켜주며, 본 실시예에서는 각각 2.7nH의 인덕터로 구성된다.
유전체 필터(310)로는 각각 통신 시스템의 적합성과 용도에 따라 RF SAW 필터, LC필터, 세라믹 필터 또는 체적 탄성파 필터(FBAR : Film Bulk Acoustic Resonator) 등이 사용될 수 있으며, 매칭 소자(330) 역시 인덕터 뿐만 아니라 각 통신용 소자간의 임피던스 정합을 위한 저항소자, 캐패시터 등의 다양한 매칭 소자(330)가 채용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에서의 유전체 필터 및 SAW 소자를 이용한 신호 처리 과정을 보여주는 그래프이다.
도시된 바와 같이, 유전체 필터를 통과하는 신호 파형은 그래프에 도시된 제1 파형(400)과 같이 일정 주파수 대역에서 전체적으로 테이퍼(Taper)진 형상, 즉 하부로 갈수록 그 폭이 넓어지는 파형을 보여주고 있다.
따라서, 원하는 대역의 주파수 이외의 신호, 즉 신호의 파형 하부에서 넓어진 대역의 불필요한 신호 파형을 보정하기 위한 구성이 요구되고, 유전체 필터 양 측에 구비된 SAW 소자가 이를 담당한다.
다시 말해서, 유전체 필터의 양 측에 각각 한 쌍씩 구비된 SAW 소자는 유전체 필터 파형의 불필요한 주파수 대역의 신호 파형을 식각해주는 역할을 한다.
이를 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 SAW 소자를 통과하는 신호의 파형은 그래프에 도시된 제2 파형(410)과 같이 특정 주파수 대역에서 샤프(Sharp)한 V자형의 신호 추출 파형을 보이고 있다.
이에 따라, 상기와 같은 SAW 소자를 이용하여 유전체 필터를 통과하는 신호의 파형인 제1 파형(400) 상부의 플랫하지 못한 부분과 하부의 테이퍼진 부분을 식각해줌으로써, 통과 대역 및 저지대역의 대역구분이 뚜렷한 제3 파형(420)이 구현되어 진다.
즉, 일정 주파수 대역의 신호를 통과시키는 유전체 필터와 대역폭이 좁은 특정 주파수 대역의 신호를 통과시키는 SAW 소자가 결합됨으로써 RF 신호의 불필요한 고조파 성분이 제거되고 해당 주파수 대역의 신호만이 통과되어 진다.
도 4 및 도 5는 종래의 소출력 중계기 시스템(500)과 본 발명의 일실시예에 따른 통신용 이종 소자간 결합 모듈(300)이 적용된 소출력 중계기 시스템(501)의 구성을 비교하기 위한 회로 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 소출력 중계기 시스템(500)의 수신단에서는 듀플렉서(510)로부터 RF 신호를 수신하여 저잡음증폭기(520)를 통해 불필요한 잡음 신호를 제거하고 RF 증폭기(530)를 통해 신호를 증폭하여 중간검파단(600)으로 입력시킨다.
이때, 중간검파단(600)에 입력되는 신호의 상태를 검출하고자 할 경우, 커플러(Coupler)(540)를 이용하여 특정 신호의 일부를 추출하고, 상기 추출된 신호를 대역통과필터(550)로 해당 주파수 대역의 신호만을 통과시켜, 검사기(DET : Detector)(560)를 통해 중간검파단(600)으로 입력될 신호의 주파수 특성을 확인한 다.
상기 중간검파단(600)은 대역통과필터(610), 혼합기(620), IF SAW 필터(630) 및 IF/RF 증폭기(640, 650) 등으로 구성되어, 중간검파단(600) 이전의 RF 증폭기(530)에서 출력된 RF 신호를 입력받아 혼합기(620) 및 위상고정루프(PLL : Phase Loop Lock)(660)를 통해 주파수간의 위상차 없이 RF 주파수를 IF 주파수로 변환시켜, IF SAW 필터(630)를 통해 특정 주파수 대역의 신호만을 통과시켜 IF 증폭기(640)로 상기 신호를 증폭시킨다.
또한, 상기 증폭된 신호를 또 다시 혼합기(620) 및 위상고정루프(660)를 통해 상기 IF 신호를 송출될 RF 신호로 변환시키고, 대역통과필터(610)를 통해 해당 주파수 대역의 신호만을 통과시켜 RF 증폭기(650)를 통해 증폭시켜 출력시킨다.
이러한 중간검파단(600)으로부터 출력된 신호는 감쇠기(570)를 통해 전력 레벨이 조절되어 RF 증폭기(530)를 통해 증폭되고 대역통과필터(611)로부터 다시 일정 주파수 대역의 신호로 걸러지게 되어 대전력증폭기(HPA)(580) 및 듀플렉서(511)를 거쳐 송신안테나를 통해 송출되어 진다.
이와 같이, 종래의 소출력 중계기 시스템(500)은 각종 통신용 소자들로 조합된 중간검파단(600)을 도입함으로써 전체 시스템의 부피가 커지게 되고, 그 구성 비용 또한 커지게 된다.
이와 비교하여, 본 발명의 통신용 이종 소자간 결합 모듈(300)이 채용된 소출력 중계기 시스템(501)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 통신용 이종 소자간 결합 모듈(300)이 중간검파단(600)이 제거된 자리에 대체되고, 동시에 대역통과필 터(611)와 같은 불필요한 소자도 중간검파단(600)과 함께 제거되어 진다.
다시 말해서, 본 발명에 따른 통신용 이종 소자간 결합 모듈(300)은 유전체 필터와 SAW 소자의 결합만으로 통과대역과 저지대역의 대역구분이 좋은 즉, 스커트 특성이 좋은 주파수 파형을 구현함으로써 종래의 소출력 중계기 시스템(500)에서 좋은 스커트 특성을 얻기 위해 사용되어 오던 대역통과필터(610), 혼합기(620), IF SAW 필터(630) 및 위상고정루프(660)등의 통신 소자가 불필요해진다.
따라서, 소출력 중계기 시스템(500)을 구성하는 중간검파단(600)과 추가의 대역통과필터(611)가 함께 제거됨을 물론, 상기 중간검파단(600)의 대역통과필터(610), 혼합기(620) 및 IF SAW 필터(630) 등에서 발생되는 손실을 보상하는 IF/RF증폭기(640, 650) 역시 소출력 중계기 시스템(500)에서 함께 배제되어 진다.
이와 같이, 본 발명에 따른 통신용 이종 소자간 결합 모듈(300)은 여러 가지 다양한 통신 소자들로 구성된 중간검파단(600)과 대역통과필터(611) 등의 부가적인 통신 소자들을 대신하여 통신 시스템의 RF 신호를 처리해줌으로써 전체 시스템을 소형화시키고, 시스템 구성에 따른 비용을 절감시키며, 전력 효율을 보다 높일 수 있다.
또한, 유전체 필터와 SAW 소자의 결합을 통한 고주파 신호 처리가 가능하여 주파수 레벨에 상관없이 어느 대역이든 적용이 가능함에 따라 각종 통신사에서 사용하는 모든 주파수 대역에도 적용할 수 있어 이전의 통신 시스템보다 저전력 및 고효율의 통신 시스템을 구현할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
도 1은 통신시스템에 있어서 일반적인 중계기 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 통신용 이종 소자간 결합 모듈의 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에서의 유전체 필터 및 SAW 소자를 이용한 신호 처리 과정을 보여주는 그래프.
도 4는 종래의 소출력 중계기 시스템의 회로 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 통신용 이종 소자간 결합 모듈이 적용된 소출력 중계기 시스템의 회로 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 중계기 시스템 110, 111, 510, 511 : 듀플렉서
120, 520 : 저잡음증폭기 130 : 전력증폭기
200, 600 : 중간검파단 210, 550, 610, 611 : 대역통과필터
220, 620 : 혼합기 230 : IF 필터
240 : RF 필터 250 : 증폭기
300 : 통신용 이종 소자간 결합 모듈 310 : 유전체 필터
320 : SAW 소자 330 : 매칭 소자
400 : 제1 파형 410 : 제2 파형
420 : 제3 파형 500, 501 : 소출력 중계기 시스템
530, 650 : RF 증폭기 540 : 커플러
560 : 검사기 570 : 감쇠기
580 : 대전력증폭기 630 : IF SAW 필터
640 : IF 증폭기 660 : 위상고정루프

Claims (3)

  1. RF 신호 중 일정 주파수 대역의 신호만을 선택적으로 통과시키는 유전체 필터와;
    상기 유전체 필터의 입력단 및 출력단 측에 각각 한 쌍씩 구비되는 SAW 소자와;
    상기 유전체 필터 및 SAW 소자들의 입출력단 사이에 각각 개재되어 각 소자간의 임피던스 정합을 구현하는 매칭 소자;
    를 포함하여 구성되되,
    상기 SAW 소자는,
    SAW 공진기(Resonator) 또는 RF SAW 필터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 통신용 이종 소자간 결합 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유전체 필터는,
    RF SAW 필터, LC 필터, 세라믹 필터 또는 체적 탄성파 필터(FBAR) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 통신용 이종 소자간 결합 모듈.
  3. 삭제
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