KR100906776B1

KR100906776B1 - 스위치 ｌｎａ가 구비된 ｉｓｓ 필터 모듈

Info

Publication number: KR100906776B1
Application number: KR1020080020797A
Authority: KR
Inventors: 장세주; 김행섭; 유동현
Original assignee: 장세주; 유무관
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2009-07-09

Abstract

본 발명은 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈에 관한 것으로, TDD 기반 Wibro에 적용될 수 있으며 듀플렉서 및 업/다운 필터를 대체할 수 있고, 스커트, 아이솔레이션, 리플, 삽입 손실을 유지 및 향상시킴과 동시에, 듀플렉서를 이용하지 않아도 간단 및 저렴한 구성 부품으로 제조될 수 있는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈을 제공하는 것이다.

그 기술적 구성은 TDD 기반 Wibro에 적용되고, 수신 신호 및 송신 신호가 동일한 주파수 대역 내에서 분리되도록, 시간 간격을 두어 입력 또는 출력시키는 스위치 LNA 모듈; 상기 스위치 LNA 모듈로 입력된 신호를 통과 및 보상시키고, 발생된 리플을 보상하는 보상 회로가 구비된 ISS-FM(Interference Suppress System - Filter Module); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

LNA, TDD, Wibro, 시간, 간격, 지연, 수신, 송신, 스위치, 모듈

Description

스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈{INTERFERENCE SUPPRESS SYSTEM FILTER MODULE HAVING SWITCHING LOW NOISE AMPLIFIER}

본 발명은 Wibro 기반 중계기에 적용될 수 있는 필터 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 송, 수신 신호 간의 시간 지연(Time Delay)을 발생시켜 Wibro 기반 중계기에 적용가능한 스위치 LNA가 구비된 ISS 필터 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, Wibro(Global System for Mobile Telecommunication)은 종합정보통신망(ISDN)과 연결되어 모뎀을 이용하지 않고도 통신 기기와 직접 접속하여 이동 데이터 서비스를 받을 수 있는 유럽식 디지털 이동통신 방식이다.

이는, 한국에서 사용되고 있는 코드분할 다중접속(CDMA:Code Division Multi Access) 방식과 대응되는 이동통신 방식으로서, 각 주파수 채널을 시간으로 분할하는 시분할 다중접속(Time Division Multi Access: 이하, TDD 라 칭함) 방식과 비동기식 전송망 기술을 기반으로 한 이동통신 방식이다.

그리고, Wibro은 종합정보통신망과 연결되므로, 모뎀을 이용하지 않고도 전화 단말기, 팩시밀리, 랩톱 컴퓨터, 텔리텍스트 터미널 등의 통신 기기에 직접 접 속하여 이동데이터 서비스를 받을 수 있다.

또한, Wibro은 TDD를 기반으로 하는데, 여기서 TDD는 하나의 중계기를 매개로 하여 다수개의 기지국이 다원 접속하고, 동일 주파수대를 시간적으로 분할하여 신호가 겹치지 않도록 상호 통신을 하는 시분할 다중접속 방식을 일컫는다.

여기서, TDD 방식은 하나의 중계기를 이용하여 다수개의 기지국이 다원 접속할 경우, 접속하는 기지국의 개수가 늘어날지라도 시간 지연(Time Delay)을 이용하여 일정 주기를 가지고 신호를 분할하기 때문에 포화 영역에서도 동작가능하다.

그러나, 수신기(Rx) 및 송신기(Tx)를 같은 주파수 대역에서 이용하기 때문에, 중계기에서 수신기의 데이터와 송신기의 데이터 간의 시간 지연이 일어날 수 있고, Wibro 중계기에 적용가능한 고출력 및 저잡음 특성을 만족하며, 간단한 구성, 낮은 부품 단가 및 제조 단가를 만족하는 스위치 소자가 요구되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, TDD 기반의 Wibro 중계기에 이용될 수 있도록 송신단 및 수신단 사이에 일정한 시간 간격(Time Interval)을 조정가능한 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 Wibro 중계기에서 업/다운 컨버터 회로를 사용하지 않고 작동 주파수 자체를 ISS 필터 모듈을 이용하여 처리하여, 고출력 중계기에 이용될 수 있는 삽입 손실, 스커트 및 리플 특성을 얻을 수 있는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 TDD 기반 Wibro에 적용되고, 수신 신호 및 송신 신호가 동일한 주파수 대역 내에서 분리되도록, 시간 간격을 두어 입력 또는 출력시키는 스위치 LNA 모듈; 상기 스위치 LNA 모듈로 입력된 신호를 통과 및 보상시키고, 발생된 리플을 보상하는 보상 회로가 구비된 ISS-FM(Interference Suppress System - Filter Module); 을 포함한다.

바람직하게는, 상기 스위치 LNA 모듈은 안테나에서 입력된 수신 신호 및 상기 보상 회로가 구비된 ISS-FM 에서 입력된 송신 신호를 선택적으로 출력하는 순환기; 상기 순환기에서 출력된 수신 신호가 상기 보상 회로가 구비된 ISS-FM 으로 인 가되거나 또는 송신 신호가 안테나를 통하여 외부로 방사되도록 선로를 개방 또는 폐쇄하는 스위치부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 스위치부는 전원이 하이(HIGH) 또는 로우(LOW)로 입력되는 논리 소자; 상기 논리 소자가 하이(HIGH)인 경우 내부 저항이 무한대로 증가하고, 상기 논리 소자가 로우(LOW)인 경우 내부 저항이 0으로 감소하는 다이오드; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 논리 소자는 전원 인가 또는 차단의 두 가지 레벨이 존재하는 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 논리 소자는 TTL(Transistor Transistor Logic)인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 보상 회로가 구비된 ISS-FM은 일정 대역의 주파수 신호를 통과 및 보상시키고, 통과된 상기 주파수 신호를 증폭시키는 ISS-FM; 상기 간섭 신호를 억제한 필터 모듈에서 발생된 리플 대역을 보상하는 보상 회로; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 ISS-FM은 일정 대역의 주파수 신호를 통과 및 보상시키도록 두 개 이상 직렬 연결되고, 동일한 특성을 가지는 다수개의 필터; 상기 필터에서 보상 대역에 따라 발생된 삽입 손실을 보상하기 위하여 구비되는 LNA; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 필터는 유전체 또는 금속 공동(Metal Cavity) 또는 DR-금속 공동 또는 스트립라인 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 필터는 유전체 또는 금속 공동(Metal Cavity) 또는 유전체 공진-금속 공동 또는 스트립라인의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 LNA는 상기 필터에서 발생한 삽입 손실을 보상하도록, 삽입 손실에 따른 이득을 가지고, 상기 필터와 직렬 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 LNA는 보상 대역에서 발생된 간섭 잡음을 억제하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 보상 회로는 상기 ISS-FM 에서 발생한 리플을 억제하도록, 상기 리플이 발생된 주파수 대역에서 상기 리플 크기 만큼의 진폭을 보상하는 필터로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 보상 회로는 상기 리플이 발생된 주파수 대역 및 리플의 크기 만큼의 진폭을 보상하는 BSF(Band Stop Filter)인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 보상 회로는 상기 리플이 발생된 주파수 대역 및 리플의 크기 만큼의 진폭을 보상하는 방향성 필터(Directional Filter)인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 보상 회로의 필터는 상기 간섭 신호를 억제한 필터 모듈에서 발생된 리플을 2dB 미만까지 보상하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 TDD를 기반으로 하는 Wibro 중계기에서 이용할 수 있도록, 송신단 신호 및 수신단 신호 사이 에 일정 간격의 시간차를 생성시킬 수 있으며, 이에 따라 일정한 시간 간격으로 송신단 신호 및 수신단 신호 간의 동일 주파수 사용으로 인한 충돌이 발생하지 않고, 고출력의 중계기에 이용가능하도록 ISS 필터 모듈을 이용하여 스커트, 리플, 아이솔레이션 및 삽입 손실 등의 특성을 증가시킬 수 있으며, 고가의 부품을 이용하지 않고도 Wibro 중계기에 적용되는 필터 모듈을 구성할 수 있어 부품 비용의 절감을 가져올 수 있으며, 제품 단가 및 구성의 복잡도를 낮출 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.

본 발명은 스위치 LNA 모듈을 이용하여 TDD 기반의 Wibro 중계기에서, 동일한 주파수 대역을 공유하는 송신 신호 및 수신 신호 간의 시간 간격(Time Interval)을 생성시켜 송, 수신 신호 간의 구분이 가능하도록 이루어지며, 스위치 LNA 모듈을 이용하여 순환기 및 다이오드를 이용하여 송신 신호 및 수신 신호의 시간 간격을 생성함으로써, 송신 신호 및 수신 신호를 구분하여 스커트 특성 및 아이솔레이션 특성을 유지하면서 듀플렉서를 구비하지 않아도 중계기에 적용가능하도록 간단한 구성으로 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 스위치 ＬＮＡ 모듈(10)을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 스위치 LNA 모듈(10)은 송신 신호 및 수신 신호를 분리하여 듀플렉서(Duplexer)를 대체할 수 있도록 이루어진다.

이를 위하여, 송신 신호를 방사하거나 또는 수신 신호를 입력받는 안테나, 수신 신호 및 송신 신호를 인가 또는 차폐하는 순환기(Circulator, 11), 순환기(11)에서 출력된 신호를 스위치하기 위한 스위치부(12), 신호 전력을 배분하기 위한 커플러(13), 커플러(13)에서 배분된 신호 전력을 각각 증폭시키는 LNA(14a, 14b), 증폭된 신호 전력을 추출하는 커플러(15), 이를 증폭시키는 LNA(16, 17), 증폭된 신호 중 원하는 신호만을 통과시키는 BPF(18), 통과된 신호를 잡음을 최소화하면서 증폭시키는 LNA(19)를 포함한다.

여기서, 스위치 LNA 모듈(10)이 듀플렉서(Duplexer)를 대체할 수 있는 이유는 기존의 듀플렉서의 경우 아이솔레이션, 스커트 특성, 삽입 손실에 의해 이용되었으나, 도 2에 도시되는 ISS 필터 모듈(20a, 20b)이 상기 특성들을 보상(Compensation)하거나 또는 손실되지 않도록 여과하기 때문이다.

따라서, 본 발명에 따른 ISS 필터 모듈(20a, 20b)이 적용되는 경우에만 상기 스위치 LNA 모듈(10)을 적용하여 듀플렉서를 대체할 수 있으며, 스위치 LNA 모듈(10)은 다양한 소자 조합으로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 스위치 LNA 모듈(10)을 상기와 같은 구성을 가지는 것을 가지고 설명할 것이며, 본 발명의 범위는 이에 한정되지는 않는다.

우선, 안테나에서 수신 신호를 받는 경우를 설명한다.

상기와 같은 경우에는 송신 신호는 출력되면 동일한 주파수 대역을 이용하는 송신 신호 및 수신 신호 사이에 시간 지연이 발생해야 하는데, 그 이유는 동일한 주파수 대역에서 시간 차이(Time Interval)가 발생되지 않으면 주파수 대역 사용이 중복되기 때문이다.

따라서, 순환기(11)에서 송신 신호를 차단하고, 수신 신호는 인가하도록 1 차적으로 스위치한다.

여기서, 순환기(11)는 3 단자의 신호분기 회로소자로서, 120도 각도로 3 개의 포트가 둘러있는 형상에, 내부에는 공진판 및 페라이트 등의 자성체가 배치되어 있다.

또한, 순환기(11)는 한 포트로 입사한 전력이 나머지 두 포트 중 하나의 포트로만 출력되고, 나머지 하나의 포트로는 출력되지 않으며, 방향성을 가지고 회전하듯이 특정 방향의 포트로만 에너지를 전달하도록 이루어진다.

본 발명의 순환기(11)에서는 시계 방향으로 에너지를 전달하고, 반시계 방향으로는 에너지를 차단하도록 이루어지며, 수신 신호를 전달받는 경우에는 안테나를 거쳐 순환기(11)에서 시계 방향으로 순환하고, 스위치부(12)로 출력되어야 한다.

이를 위하여, 스위치부(12)는 수신 신호가 도통할 수 있는 형태가 되어야 하는데, TTL 소자에『LOW』를 인가하고, 다이오드 소자 내의 전류를 가하지 않아 상기 다이오드 소자의 내부 저항이『∞』가 되도록 한다.

그래서, 다이오드의 내부 저항이『∞』가 되므로, 순환기(11)를 거친 신호가 접지를 향해 흐르지 않게 되고, 수신 신호는 커플러(13)로 전달되는 것이다.

그리고, 상기 안테나를 통해 외부로 방사될 송신 신호는 상기 수신 신호가 순환기(11) 및 스위치부(12)를 통하여 인가되는 동안, 차단되어 시간차가 형성되도록 상기 순환기(11)는 안테나를 통해 송신 신호가 방사되지 않도록 순환기(11)의 포트를 막게된다.

상술한 순환기(11)를 거친 수신 신호는 커플러(13)로 전달되어 하나의 신호 전력을 두 개 이상의 특정 신호 전력을 배분되며, 이때 커플러(13)는 분배기(Divider)로 구동된다.

여기서, 커플러(13)는 입, 출력 단의 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)이 1 이기 때문에, 즉 반사 신호(S11)가 없도록 신호를 받아들이 때문에 능동 회로의 입, 출력 매칭 대용으로 이용될 수도 있다.

이러한 경우에는 회로가 두 개로 분기되어 크기가 커지게 되며, 분기된 회로는 커플러(17)를 반대로 구비하여 결합기(Combiner)의 역할을 수행하도록 한다.

그리고, 두 개의 커플러(13, 17) 사이에 증폭기(14a, 14b)를 적용하며, 이를 통하여 잡음을 최소화하면서 수신 신호를 증폭하는데, 잡음 지수(NF: Noise Figure)가 낮도록 동작점 및 매칭 포인트를 잡아서 설계되는 것이 바람직하다.

더불어, 커플러(17)에서 결합된 수신 신호는 다시 증폭기(16, 17)를 거쳐 증폭되며, BPF(Band Pass Filter, 18)를 거치면서 원하는 대역의 주파수 신호만을 통과시키고, 원하지 않는 대역의 주파수 신호는 억제시킨다.

이에 따라, 스커트 특성이 증가되며, 원하지 않는 대역의 신호 및 잡음은 억 제될 수 있지만, 이 과정에서 억제 대역에 따른 삽입 손실은 발생하므로 증폭기(19)를 그 후단에 더 구비하여 삽입 손실을 보상하도록 이루어진다.

한편, 송신 신호를 안테나를 통하여 외부로 방사하는 경우에는, 시계 방향으로 순환하여 안테나로 송신 신호가 전달되어야 하고, 이를 위해서 스위치(12)가 송신 신호가 도통할 수 있는 형태가 되어야 한다.

따라서, TTL 소자에『HIGH』를 인가하고, 다이오드 소자 내의 전류를 인가하여 상기 다이오드 소자의 내부 저항이『0』이 되도록 하는데, 이에 따라 송신 신호가 순환기(11)를 거쳐 스위치부(12)로 전달되는 것을 차단하고, 순환기(11)의 스위치부(12) 방향의 포트가 막혔으므로, 송신 신호는 안테나를 향해 출력된다.

다시 말하면, 순환기(11)는 듀플렉서의 수신(Rx)과 송신(Tx) 신호를 격리하는 아이솔레이션(Isolation) 특성과 유사한 특성을 가지는데, 한 포트는 안테나에 연결하고, 나머지 두 포트를 입력단 및 출력단에 연결하면 입력 포트로 들어온 전력은 안테나로 출력되고, 출력 포트로 들어온 전력은 수신단으로만 출력되는 것이다.

따라서, 순환기(11)에서 송신 신호 및 수신 신호를 약 90dB 까지 차단하지만, 2 중 차단을 위하여 스위치부(12)를 더 구비하고, TDD를 위한 시간 지연(Time Delay)을 주어 동일한 주파수 대역 내에서 신호를 구분하도록 이루어진다.

도 2는 본 발명에 따른 스위치 LNA가 구비된 ISS 필터 모듈을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 스위치 LNA가 구비된 ISS 필터 모듈(1)은 안테나를 이용하면서 송신단 및 수신단을 분기하여 송신 신호 및 수신 신호를 중계할 수 있도록 필터링한다. 이를 위하여, 스위치 LNA 모듈(10), 제1 ISS-FM(20a), 보상 회로(30), 제2 ISS-FM(20b)를 포함한다.

여기서, 상기 스위치 LNA 모듈(10)을 통하여 수신 신호가 출력된 경우에는, 출력된 수신 신호의 전력 감쇄 및 잡음을 보상하기 위하여 잡음을 최소화하도록 증폭하는 LNA를 구비한다.

다시 말하면, 두 개 이상의 필터를 직렬로 연결하는 경우, 두 개 이상의 필터 조합에 따른 스커트 및 아이솔레이션 특성은 한 개의 특성과 비교하였을 때 두 배 이상 향상되나, 필터 조합의 또 다른 중요한 특성인 삽입 손실 및 리플 특성이 두 배 이상 증가하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 우선 삽입 손실을 보상하고 필터 모듈에서 요구되는 총 이득을 얻기 위해 LNA(LNA: Low Noise Amplifier)를 한 개 이상의 필터와 결합시킨다.

여기서, 삽입 손실(Insertion Loss)은 필터의 중요한 특성 중에 하나로서, 신호가 필터를 통과하면서 손해를 보는 전력을 의미하며, 통과 대역에서 S21이 0dB 보다 작으면 입력된 전력이 모두 출력되지 못했다는 의미이며, 이는 즉 손해를 보는 전력이 발생하였다는 것을 의미한다. 즉, S21이 0dB에서 떨어지는 값만큼을 삽입 손실이라 하고, 이를 dB 로 표시한다.

이때, LNA의 수는 필터 모듈에서 요구되는 이득 특성에 의해 정해지고, 역시 중요한 특성 중에 하나인 잡음 지수(Noise Figure)를 줄이기 위하여 LNA는 제1 ISS-FM(20a)의 첫 번째 필터 앞 단에 장착한다.

상술한 제1 ISS-FM(20a)은 스커트, 아이솔레이션 및 이득은 충분히 확보되어 100 와트 이상의 고출력 중계기에 사용될 수 있도록 설계가능하며, 이는 신호 대역 밖의 간섭 잡음(Interference Noise Signal)을 충분히 억제할 수 있음을 의미한다.

여기서, BPF의 개수에 따라 리플이 증가하게 되는데, 이에 따라 결합하는 BPF의 개수의 배수만큼 리플 특성의 손상이 발생하므로, 이를 충분히 보상(Compensation)하여 필터 모듈의 총 리플 특성이 2dB 미만이 되도록 한다.

본 발명에 따른 BPF는 모든 종류의 필터를 이용할 수 있으며, 구현 형태에 따라 집중 소자(Lumped Element), 트랜스미션 라인(Transmission line)인 마이크로스트립(Microstrip) 또는 스트립라인(Stripline), 세라믹(Ceramic) 또는 유전체(Dielectric) 또는 도파관(Waveguide), SAW(Surface Acoustic Wave), MEMS, LTCC, FBAR 등이 이용될 수 있다.

여기서, 집중소자는 납 또는 SMD의 L, C 소자를 PCB에 납땜하여 만들 수 있는 소자이며, 수 GHz 이상의 경우 커플링, 공진, 다중 임피던스 연결을 고려하여 구현할 수 있는 마이크로스트립 또는 스트립라인이 이용된다.

그리고, 세라믹 또는 유전체는 파장에 따른 공진을 이용하는 구조적 필터로서, 고 유전체의 유전체 세라믹을 이용하여 신호의 전기적 파장을 줄이고, 더욱 작은 필터를 구현할 수 있도록 이루어진다.

또한, 도파관은 공진 현상을 직접적으로 이용하는 경우로서, 금속 블럭을 이용한 Cavity 방식 또는 유전체를 삽입하는 세라믹 방식이 있으며, SAW는 소형, 경 량, 박형을 추구하는 이동통신 단말기와 같은 휴대용 장비의 필터에 이용된다.

또한, 보상 회로(30)가 제1 ISS-FM(20a) 및 제2 ISS-FM(20b) 사이에 리플을 보상하기 위하여 구비되는데, 이때 리플(Ripple)은 신호 통과 대역 내에서의 삽입 손실의 최고점과 최저점의 차이를 뜻하며 이 값은 S21을 측정하여 얻을 수 있고, 주로 dB로 표시된다.

따라서, 상술한 보상(Compensation)을 실시하기 위해서는, 상기 보상 회로(30)는 상기 리플을 보상하기 위하여, 상기 리플이 존재하는 대역만큼 BSF(Band Stop Filter)를 이용한다.

다시 말하면, 상기 BSF를 이용함으로써 리플이 존재하는 주파수 대역만큼을 통과시키지 못하도록 이루어져, 리플을 보상하는 것이다.

또는, 보상 회로(30)에 방향성 필터(Directional Filter)를 구비하는데, 전송 선로가 2 선식인 경우에 송신 주파수 대역과 수신 주파수 대역을 분리 및 결합시키도록 이루어져, 상기 리플이 존재하는 대역만큼을 분리 및 억제시킨다.

그리고 나서, 제2 ISS-FM(20b)를 상기 보상 회로(30)의 후단에 구비하며, 상기 제2 ISS-FM(20b)의 구성 및 동작은 상기 제1 ISS-FM(20a)와 동일하므로 그 설명은 생략하도록 한다.

도 3a 및 도 3b는 1 개의 필터 출력 및 2 개의 필터 출력을 개략적으로 도시한 그래프이다. 도면에서 도시된 바와 같이, BPF가 직렬로 두 개 연결된 경우의 S21 출력 그래프는 BPF가 1 개 연결된 경우보다 리플이 두 배 증가한 것을 알 수 있다.

여기서, BPF가 1 개 구비된 경우의 S21의 그래프에는 하기와 같은 특성이 나타난다.

Isolation = (D)-(A)=(-50dB)-(-5dB)=-45dB,

Skirt = (D)-(B)/delta F = -40dB /delta F

Ripple = (B)-(A)=-10dB+5dB=-5dB,

Insertion Loss = (A)=-5dB.

그리고, BPF가 2 개 구비된 경우의 S21의 그래프는 하기와 같은 특성이 나타난다.

Isolation = (D) - (A) = -100dB + 10dB = - 90dB

Skirt = (D)- (B) / delta F = -80dB /delta F

Ripple = (B) - (A) = -20 + 10 = - 10dB

Insertion Loss = (A) = - 10dB

상기 수학식 1 및 수학식 2를 비교하여 보면, 아이솔레이션, 스커트, 리플 및 삽입 손실이 BPF의 개수에 비례하여 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있는데, 즉 동일한 특성의 필터를 N 개 직렬로 결합하는 경우 하기와 같은 식이 성립된다.

즉, 동일한 특성의 필터를 N 개 직렬로 결합하는 경우에는 아이솔레이션 및 스커트 특성은 N 배 커져서 향상되나, 동시에 삽입 손실 및 리플 특성을 N 배 나빠진다.

덧붙여서, 저잡음 증폭기는 삽입 손실(Insertion Loss)을 보완하도록 구비되는데, 도 3b 를 보면 (A)로 도시된 -10dB를 보완하도록 증폭시키며, 중계기 회로에서 안테나를 통해 들어온 작은 입력 신호를 충분히 증폭하여 출력단의 전력 증폭기(P.A)에 공급해주기 위하여, 언제나 필요한 기능이다.

여기서, 삽입 손실 -10dB를 보완해주기 위해서는, 저잡음 증폭기의 이득(Gain)이 +10dB가 되어야 하며, 이때의 총 손실은 -10dB + 10dB = 0dB 가 되고, 이 과정에서 저잡음 증폭기의 이득은 아이솔레이션 및 스커트 특성에는 아무런 영향을 주지 않으므로 향상된 특성을 그대로 유지한다.

왜냐하면 도 3의 (A), (B), (C), 와 (D), 모두 +10dB 만큼 증폭되어도 이들 의 차이 값인 아이솔레이션과 스커트 특성은 증폭 전이나 후와 같기 때문이다.

도 4은 도 2에 적용된 보상 회로의 출력을 개략적으로 도시한 그래프이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보상 회로(30)를 도 3a 및 도 3b에서 도시된 바와 같은 리플 특성을 보상(Compensation)하기 위하여 구비한다.

여기서, 본 발명에 따른 보상 회로(30)는 BSF 또는 방향성 필터(Directional Filter)로 이루어져, 리플이 발생된 주파수 대역에서 발생된 리플 만큼의 진폭을 가지는 주파수를 보상 대역에서 보상한다.

그리고, 직렬로 연결된 필터와 BSF 또는 방향성 필터를 직렬로 연결하여 리플을 보상하도록 한다.

도 5은 도 4의 보상 회로가 구비된 ISS-FM의 출력을 개략적으로 도시한 그래프이다. 도 3a 및 도 3b에서 도시된 바와 같은 리플 특성을 보상하기 위하여 도 4의 BSF 또는 방향성 필터를 삽입하였고, 이를 ISS-FM에 적용하였다.

즉, 보상 회로(30)를 직렬로 연결하여 리플을 억제하는 경우에는 하기와 같은 수학식 4가 성립된다.

A' = A + a = - 10dB - 10dB = - 20dB

B' = B + b = - 20dB - 0dB = - 20dB

C' = C + c = - 100dB - 0dB = - 100dB

D' = D + d = - 100dB - 0dB = - 100dB

다시 말하면, 도 4과 같은 보상 회로(30)를 리플이 발생된 주파수 대역 및 주파수 진폭에 맞도록 튜닝(Tuning)하면 직렬로 연결된 필터에서 발생된 리플(Ripple)은 모두 보상가능하다.

도 6은 도 4의 보상 회로가 적용되기 전의 ISS-FM의 출력을 도시한 도이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 간섭 신호를 억제한 필터 모듈 에 따른 필터 조합에 따른 출력이 S21 및 S11이 도시된다.

여기서, 간섭 신호를 억제한 필터 모듈 필터는 900MHz 주파수 대역을 가지며 25MHz 의 통과 대역(Band Pass)을 가지는 유전체 필터를 이용하고, 저잡음 증폭기는 NF(Noise Figure)가 낮고 이득(Gain)이 10 내지 20dB 정도 되는 가격이 저렴한 소자를 이용했다.

이때, 포트 1 에서 입력된 신호가 다시 포트 1 로 출력되는 반사 손실(S11) 및 포트 1 에서 입력된 신호가 포트 2 로 출력되는 출력 신호(S21)를 도시한다.

도면을 보면, 스커트 특성, 아이솔레이션, 이득 및 반사 손실은 모두 고출력 중계기에 적합한 특성을 보였으나, 중심 주파수 881 MHz에서 진폭을 보면 29.295dB이고, 894 MHz에서의 진폭은 23.739 dB로 약 6 dB 이상의 리플이 발생한 것을 알 수 있고, 리플을 억제할 보상 회로가 요구된다.

도 7은 도 4에 적용된 보상 회로의 출력을 도시한 도이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 간섭 신호를 억제한 필터 모듈과 보상 회로의 출력이 S21에 도시된다.

여기서, 보상 회로의 포트 1에서 입력된 신호가 다시 포트 1로 출력되는 반사 손실(S11) 및 포트 1에서 입력된 신호가 포트 2로 출력되는 출력 신호(S21)를 도시한다.

그리고, 보상 대역(Stop Band)는 중심 주파수 881.50MHz 를 가지며, 보상을 시작하는 주파수는 831.50MHz 에서 보상을 끝내는 주파수를 931.50MHz 로 약 100MHz의 대역폭을 가지도록 설계한다.

도면을 보면, 반사 손실(S11)은 약 1 내지 2 dB 미만으로 적게 나타났고, 리플은 상기 도 13에서 도시된 6 dB의 리플을 억제할 수 있는 진폭을 가지는 것을 알 수 있다.

도 8은 도 4의 보상 회로가 구비된 ISS-FM의 출력을 도시한 도이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보상 회로가 적용된 간섭 신호를 억제한 필터 모듈의 S21 측정값이 도시된다.

여기서, 보상 회로의 포트 1 에서 입력된 신호가 다시 포트 1 로 출력되는 반사 손실(S11) 및 포트 1 에서 입력된 신호가 포트 2 로 출력되는 출력 신호(S21)를 도시한다.

그리고, 중심 주파수 881.5MHz에서 33.752dB이 출력되고, 894MHz에서 30.621dB가 출력되어 약 3 dB의 리플이 발생되었고, 보상 회로를 통하여 리플이 보상된 것을 알 수 있다. 리플 특성을 더 향상하기 위해서는 지금의 보상 회로의 특성을 다시 조정하거나 또는 다수의 보상 회로를 이용할 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허 청구 범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 스위치 LNA 모듈을 개략적으로 도시한 블록 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 스위치 LNA가 구비된 ISS 필터 모듈을 개략적으로 도시한 블록 구성도.

도 3a 및 도 3b는 1 개의 필터 출력 및 2 개의 필터 출력을 개략적으로 도시한 그래프이다.

도 4은 도 2에 적용된 보상 회로의 출력을 개략적으로 도시한 그래프.

도 5은 도 4의 보상 회로가 구비된 ISS-FM의 출력을 개략적으로 도시한 그래프.

도 6은 도 4의 보상 회로가 적용되기 전의 ISS-FM의 출력을 도시한 도.

도 7은 도 4에 적용된 보상 회로의 출력을 도시한 도.

도 8은 도 4의 보상 회로가 구비된 ISS-FM의 출력을 도시한 도.

<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명>

1: 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈

10: 스위치 LNA 모듈 20a: 제1 ISS-FM

20b: 제2 ISS-FM 30: 보상 회로

Claims

TDD 기반 Wibro에 적용되고, 수신 신호 및 송신 신호가 동일한 주파수 대역 내에서 분리되도록, 시간 간격을 두어 입력 또는 출력시키는 스위치 LNA 모듈;

상기 스위치 LNA 모듈로 입력된 신호를 통과 및 보상시키고, 발생된 리플을 보상하는 보상 회로가 구비된 ISS-FM(Interference Suppress System - Filter Module);

을 포함하는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈.
청구항 1에 있어서,

상기 스위치 LNA 모듈은

안테나에서 입력된 수신 신호 및 상기 보상 회로가 구비된 ISS-FM 에서 입력된 송신 신호를 선택적으로 출력하는 순환기;

상기 순환기에서 출력된 수신 신호가 상기 보상 회로가 구비된 ISS-FM 으로 인가되거나 또는 송신 신호가 안테나를 통하여 외부로 방사되도록 선로를 개방 또는 폐쇄하는 스위치부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈.
청구항 2에 있어서,

상기 스위치부는 전원이 하이(HIGH) 또는 로우(LOW)로 입력되는 논리 소자;

상기 논리 소자가 하이(HIGH)인 경우 내부 저항이 무한대로 증가하고, 상기 논리 소자가 로우(LOW)인 경우 내부 저항이 0으로 감소하는 다이오드;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈.
청구항 3에 있어서,

상기 논리 소자는 전원 인가 또는 차단의 두 가지 레벨이 존재하는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈.
청구항 3에 있어서,

상기 논리 소자는 TTL(Transistor Transistor Logic)인 것을 특징으로 하는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈.
청구항 1에 있어서,

상기 ISS-FM은

일정 대역의 주파수 신호를 통과 및 보상시키고, 통과된 상기 주파수 신호를 증폭시키는 제1 및 제2 ISS-FM;

간섭 신호를 억제한 필터 모듈에서 발생된 리플 대역을 보상하는 보상 회로;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈.
청구항 6에 있어서,

상기 제1 및 제2 ISS-FM은

일정 대역의 주파수 신호를 통과 및 보상시키도록 두 개 이상 직렬 연결되고, 동일한 특성을 가지는 다수개의 필터;

상기 필터에서 보상 대역에 따라 발생된 삽입 손실을 보완하기 위하여 구비되는 LNA;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈.
청구항 7에 있어서,

상기 다수개의 필터는 유전체 또는 금속 공동(Metal Cavity) 또는 DR-금속 공동 또는 스트립라인 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈.
청구항 7에 있어서,

상기 다수개의 필터는 유전체 또는 금속 공동(Metal Cavity) 또는 유전체 공진-금속 공동 또는 스트립라인의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈.
청구항 7에 있어서,

상기 LNA는 상기 필터에서 발생한 삽입 손실을 보상하도록, 삽입 손실에 따른 이득을 가지고, 상기 필터와 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈.
청구항 10에 있어서,

상기 LNA는 보상 대역에서 발생된 간섭 잡음을 억제하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈.
청구항 11에 있어서,

상기 보상 회로는 상기 제1 및 제2 ISS-FM 에서 발생한 리플을 보상하도록, 상기 리플이 발생된 주파수 대역에서 상기 리플 크기 만큼의 진폭을 보상하는 필터로 이루어진 것을 특징으로 하는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈.
청구항 12에 있어서,

상기 보상 회로는 상기 리플이 발생된 주파수 대역 및 리플의 크기 만큼의 진폭을 보상하는 BSF(Band Stop Filter)인 것을 특징으로 하는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈.
청구항 12에 있어서,

상기 보상 회로는 상기 리플이 발생된 주파수 대역 및 리플의 크기 만큼의 진폭을 보상하는 방향성 필터(Directional Filter)인 것을 특징으로 하는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈.
청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,

상기 보상 회로의 필터는 상기 간섭 신호를 억제한 필터 모듈에서 발생된 리플 크기를 2dB 까지 보상하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위치 ＬＮＡ가 구비된 ＩＳＳ 필터 모듈.