KR100929417B1 - 중계기용 전력증폭장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력증폭 동작이 효율적으로 이루어지면서 다중입력 다중출력 방식이 적용되는 와이브로 통신 시스템과 여러 대역의 전파를 중계할 수 있는 중계기용 전력증폭장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명에서는 펜스를 통해 신호의 격리도를 갖는 다수의 스테이지를 형성하여 다수의 송신 경로(Pass)를 형성하므로 여러 개의 전력증폭기를 통합 설치될 수 있도록 하고 상기 전력증폭기의 효율적인 동작과 함께 신호간섭을 줄일 수 있는 하우징과; 상기 하우징의 스테이지 별로 구분 설치하는 여러 개의 전력증폭부와, 상기 전력증폭부를 통합 제어하는 제어 및 전원공급부를 갖는 전력증폭기를 포함하여 이루어진 중계기용 전력증폭장치를 제공한다.

따라서 본 발명은 효율적인 전력 증폭 동작과 함께 와이브로 통신 시스템과 여러 대역의 전파를 중계할 수 있고, 생산원가를 줄이며, 제품의 소형화와 경량화를 실현할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

중계기, 3G, 3.5G, 와이브로, 전력증폭기.

Description

중계기용 전력증폭장치{Power amplifier for repeater}

본 발명은 입력되는 신호를 전력 증폭하여 출력하는 중계기용 전력증폭장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력증폭 동작이 효율적으로 이루어지면서 다중입력 다중출력 방식이 적용되는 와이브로 통신 시스템과 여러 대역의 전파를 중계할 수 있는 중계기용 전력증폭장치에 관한 것이다.

최근 국내 통신서비스 시장은 이동전화와 초고속인터넷의 폭발적인 보급 및 확대에 힘입어 높은 성장세를 구가해 왔다. 그러나 이동전화가입자가 3천만 명을 넘어서고, 초고속인터넷 가입자도 천만 명을 넘어서면서 성장세가 크게 둔화되는 가운데 전반적인 통신서비스 시장이 성장 한계에 직면한 것이 아닌가 하는 우려의 목소리가 제기되고 있다.

특히, 3(G)세대 이동통신의 경우 느린 기술개발, 투자재원의 부족, 수익성에 대한 회의론 등으로 전 세계적으로 그 서비스가 지연되거나 보류되었고, 4G 이동통신의 경우에는 유비쿼터스 네트워크를 구현하는 차세대 서비스로 거론되고 있지만, 오는 2010년경에나 상용화가 가능할 것으로 예상되고 있다.

이에 따라, 4G의 기술을 채용한 3.5G의 와이브로(WiBro, Wireless Broadband Internet)가 향후 전도유망한 통신수단으로 떠오르고 있으며, 최근 국제전기통신연합(ITU)에서 국제표준으로 채택되는 등 점차 그 시장이 확대될 전망이다.

한편, 이동통신 시스템의 중계기는 이동통신 시스템의 중간에서 약해진 신호를 받아 증폭 재송신하거나 찌그러진 신호의 파형을 정형하고 타이밍을 조정 또는 재구성하여 송신하는 장치로서, 기지국에서 전파를 수신하여 이를 증폭한 후 서비스 영역으로 방사하는 순방향 링크 기능을 수행하고, 서비스 영역에서 전파를 수신하여 이를 증폭한 후 기지국으로 송신하는 역방향 링크 기능을 수행한다.

그러나 상기한 종래의 중계기는 단일입력 단일출력(SISO, Single Input Single Output) 방식이 적용된 3세대 이동통신에서는 신호를 중계하는데 문제가 없으나, 다중입력 다중출력(MIMO, Multiple Input Multiple Output) 방식이 적용될 3.5세대 통신기술인 와이브로의 경우에는 신호를 중계할 수 없는 문제점이 발생되었다.

보다 상세하게 설명하면, 와이브로는 페이딩 현상, 즉 서로 다른 경로를 거쳐 수신되는 서로 다른 크기와 위상을 갖는 신호의 합에 의해 심각한 신호 왜곡 현상이 발생될 수 있는데, 이러한 페이딩 현상은 송신측과 수신측에서 여러 개의 안테나를 사용하는 다중입력 다중출력 방식을 통해 해결할 수 있다.

하지만, 종래의 중계기는 하나의 안테나를 통해 이동국과 통신이 이루어지므로 3.5세대 통신 기술인 와이브로에는 그 적용이 불가능하며, 이를 해소하기 위해서는 여러 개의 안테나와 각각의 안테나에 각각 대응하는 전력증폭기를 그 수만큼 설치되어야만 한다.

그러나 종래의 중계기에 다수의 안테나를 채용하더라도 안테나의 개수만큼 컨트롤러를 갖는 전력증폭기도 함께 설치해야만 하므로 생산비용이 크게 상승할 수밖에 없고, 중계기의 크기와 무게도 증가하여 중계기의 소형화와 경량화를 저해하는 문제점이 발생되었다.

또한 여러 개의 안테나와 개별적으로 각각 연결되는 전력증폭기는 그 동작도 개별적으로 이루어지므로 중계기 전체의 동작 효율성을 크게 떨어뜨리고, 많은 전력소모가 이루어지며, 발열 등 여러 부분에 있어서 중계기의 경쟁력을 떨어뜨리는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 통합된 모듈화를 통해 효율적인 동작과 각 송신 Pass(Tx)별 격리도를 개선 하면서 와이브로 통신 시스템 또는 여러 대역의 전파를 중계할 수 있는 중계기용 전력증폭장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 모듈화를 통해 생산원가를 줄이고, 소형화와 경량화를 실현하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적은 펜스를 통해 신호의 격리도를 갖는 다수의 스테이지를 형성하여 다수의 송신 경로(Pass)를 형성하므로 여러 개의 전력증폭기가 통합 설치될 수 있도록 하고, 상기 전력증폭기의 효율적인 동작과 함께 신호간섭을 줄일 수 있는 하우징과; 상기 하우징의 스테이지 별로 구분 설치하는 여러 개의 전력증폭부와, 상기 전력증폭부를 통합 제어하는 제어 및 전원공급부를 갖는 전력증폭기를 포함하는 중계기용 전력증폭장치에 있어서, 상기 펜스는 스테이지 사이의 회로 연결이 가능하도록 홈을 형성하며, 상기 홈에는 결합편이 결합된 중계기용 전력증폭장치에 의해 달성될 수 있다.

본 발명은 제1,2전력증폭부를 통해 독립적으로 전력 증폭 동작을 수행하므로 와이브로 통신 시스템의 중계기에 적합하게 사용할 수 있고, 하나의 제어 및 전력공급부를 통해 제1,2전력증폭부를 제어하므로 그 작동이 매우 효율적으로 이루어지는 유용한 효과가 있다.

또한 본 발명은 다수의 블럭에 의해 구획된 여러 스테이지를 통해 하나의 프레임에 제1,2전력증폭부를 통합 설치하는 것이 가능하므로 각각의 스테이지에서 발생되는 신호간섭을 최대한 방지하고, 제품의 원가를 크게 낮추며, 제품의 소형화와 경량화를 실현하는 매우 유용한 효과가 있다.

또한 본 발명의 중계기용 전력증폭장치는 독립적으로 동작되는 제1,2전력증폭부를 통해 와이브로 이외에 여러 대역의 전파를 중계할 수 있는 유용한 효과도 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이 본 발명의 중계기용 전력증폭장치는 크게 하우징(100)과 전력증폭기(300)로 이루어진다.

먼저, 하우징(100)은 미도시된 커버와 결합되어 중계기의 방열판 등에 부착 설치되는 것으로, 이를 위해 본 발명에서는 도 1에서와 같이 하우징(100)의 일면에 펜스(110)를 돌출 형성하되, 여러 개의 스테이지를 대칭되는 형태로 구획 형성하였다. 따라서 상기한 하우징(100)에는 두 개의 전력증폭기(300)를 통합 설치할 수 있으며, 펜스(110)를 통해 형성된 다수의 스테이지는 신호의 격리도를 갖고, 다수의 송신 경로(Pass)를 형성하므로 상기한 두 개의 전력증폭기(300)의 동작과 그 제어가 효율적으로 이루어지게 되며, 신호간섭도 차단하게 된다.

여기서 펜스(110)에 의해 구획된 스테이지는 제1,2이득증폭부 스테이 지(200)(210), 제1,2구동증폭기 스테이지(201)(211), 제1,2메인증폭기 스테이지(202)(212), RF디텍터 스테이지(220), 제어 및 전원공급부 스테이지(221), 출력부 스테이지(203)(213)로 이루어지도록 하였으며, 특히 이와 같은 다수의 스테이지는 도 1에서 도시한 바와 같이 전체적으로 서로 대칭된 형태를 갖도록 형성하였다.

또한 펜스(110)는 도 1에서 나타낸 부분 확대도에서 나타낸 바와 같이 스테이지 사이의 회로 연결이 가능하도록 홈(120)을 형성하고, 이러한 홈(120)에는 결합편(130)을 결합하여 신호간섭을 방지할 수 있도록 하였다.

전력증폭기(300)는 도 2에서와 같이 하우징(100)의 각 스테이지에 설치되는 것으로, 신호입력단자(IP1)(IP2)를 통해 입력되는 신호를 원하는 수준의 높은 전력으로 증폭시켜 출력부의 신호출력단자(OP1)(OP2)를 통해 제1,2송신안테나로 각각 출력하거나, 미 도시된 제1,2송신안테나로부터 입력된 신호를 증폭시켜 링크안테나 측으로 출력하는 기능을 수행하게 된다.

본 발명에서는 상기한 전력증폭기(300)의 일 예로 이득증폭부(410)(510), 구동증폭기(420)(520), 메인증폭기(430)(530), 아이솔레이터(440)(450)를 각각 갖는 제1,2전력증폭부(400)(500)와, 상기한 제1,2전력증폭부(400)(500)를 제어하도록 RF디텍터(610), 컨트롤러(620), 전원공급부(630)를 갖는 제어 및 전원공급부(600)로 구성하였다.

여기서, 제1,2전력증폭부(400)(500)의 이득증폭부(410)(510)는 이득증폭부 스테이지(200)(210)에 각각 설치되는 것으로, 제1,2전력증폭부(400)(500) 전체의 이득 또는 시스템의 이득을 조정하는 기능을 수행하도록 입력된 신호를 적정 수준으로 증폭시키는 기능을 수행한다.

구동증폭기(420)(520)는 제1,2구동증폭기 스테이지(201)(211)에 각각 설치되는 것으로, 입력신호가 적정 수준의 전력을 갖도록 증폭하며, 이를 통해 메인증폭기(430)(530)의 이득 부족을 해결하고 메인증폭기(430)(530)에 충분한 입력전력을 만들어주는 기능을 수행하게 된다.

메인증폭기(430)(530)는 제1,2메인증폭기 스테이지(202)(212)에 각각 설치되는 것으로, 최종단에서 충분한 전력을 가진 신호를 내보낼 수 있도록 전력 증폭하는 기능을 수행하게 된다.

아이솔레이터(Isolator, 440,450)는 상기한 메인증폭기(430)(530)와 함께 제1,2메인증폭기 스테이지(202)(212)에 각각 설치되는 것으로, 메인증폭기(430)(530)를 통해 출력되는 신호가 송신안테나로 전달되도록 하는 반면, 송신안테나로부터 들어오는 역방향 신호는 전달되지 않도록 하여 메인증폭기(430)(530)의 파손을 방지하는 기능을 수행하게 된다.

제어 및 전원공급부(600)는 상기한 RF디텍터 스테이지(220), 제어 및 전원공급부 스테이지(221)에 설치되는 것으로, 그 일예로 RF디텍터(610), 컨트롤러(620), 전원공급부(630)를 통해 제1,2전력증폭부(400)(500)에 전원을 공급하고, 그 동작을 제어할 수 있도록 하였다.

여기서, RF디텍터(610)는 상기한 디텍터 스테이지(220)에 설치되는 것으로, 각 제1,2전력증폭부(400)(500)의 이득증폭부(410)(510)와 메인증폭기(430)(530)의 입력전력과 출력전력 및 반사전력을 측정하고, 여기서 측정된 값을 이용하여 과전압알람(Over Power Alarm), 회귀손실알람(Return Loss Alarm), 최저게인알람(Low Gain Alarm) 및 ALC 회로를 구동하는 기능을 수행하게 된다.

컨트롤러(620)는 상기한 제어 및 전원공급부 스테이지(221)에 설치되는 것으로, RF디텍터(610)로부터 입력되는 신호를 통해 마이크로프로세서를 이용하여 전력 증폭(power amplifier) 통합 프로토콜을 만족하는 RS-232 시리얼 통신 기능, 통신 및 알람 발생에 의한 증폭단의 증폭기 제어 기능을 수행하게 된다. 또한 컨트롤러(620)는 온도감지센서 기능을 가지므로 전력증폭장치 내부의 온도를 측정하고, 여기서 측정된 값을 이용하여 오버온도알람(Over Temperature Alarm) 발생시킴과 함께 보호(Shutdown)회로를 구동시키는 기능을 하게 된다.

전원공급부(630)는 상기한 제어 및 전원공급부 스테이지(221)에 설치되는 것으로, 상기한 전원단자(PP)로부터 +27V의 전원을 공급받아 여러 가지 전압을 발생시키고, 이를 통해 증폭단의 바이어스 회로 및 기타 제어 회로에 전원을 공급하며, 컨트롤러(620)의 제어 신호에 의해 증폭단의 전원을 공급하는 기능을 수행하게 된다.

한편, 하우징(100)의 출력부 스테이지(203)(213)에는 듀플렉서, Tx와 Rx 전환스위치, 커넥터 등이 설치되어 상기한 전력증폭기(300)로부터 출력되는 증폭 신호를 송신안테나 측으로 전송하는 것을 도모하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 중계기용 전력증폭장치는 제1,2전력증폭부(400)(500)에 독립적으로 신호를 전력 증폭할 수 있으므로 다중입력 다중출력 방식이 적용되는 와이브로 통신 시스템의 중계기에 적용할 수 있다.

또한 본 발명의 중계기용 전력증폭장치는 와이브로 통신 시스템이외에 서로 다른 주파수와 다른 정보를 갖는 신호, 일 예로 800MHz 대역의 신호와 2.1GHz 대역의 신호를 사용하는 이동통신 시스템의 경우, 각각의 양 신호를 제1,2전력증폭부(400)(500)에 분리 인가시키므로 개별적인 전력증폭 동작을 수행할 수 있으며, 이로 인하여 두 대역의 신호를 중계할 수 있는 중계기도 실현할 수 있다.

그리고 본 발명의 중계기용 전력증폭장치는 중앙에 하나의 제어 및 전원공급부(600)가 설치되고, 그 양측에는 제1,2전력증폭부(400)(500)가 대칭되는 형태로 설치되므로 하나의 제어 및 전원공급부(600)를 통해 제1,2전력증폭부(400)(500)를 통합 제어하게 된다. 따라서 본 발명은 단일제어 및 전원공급부(600)로 인하여 부품수를 크게 줄여 제품의 원가를 획기적으로 줄이고, 중계기의 외형과 무게를 줄여 제품의 소형화와 경량화를 실현할 수 있다.

더욱이 본 발명은 중앙에 위치한 하나의 제어 및 전원공급부(600)에 의해 제1,2전력증폭부(400)(500)의 동작과 제어가 이루어지므로 중계기 전체의 동작 효율성을 크게 상승시키고, 전력소모와 발열량을 상대적으로 감소시키게 되는 등 여러 측면에서 중계기의 품질과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 중계기용 전력증폭장치는 펜스(110)를 통해 다수의 스테이지를 형성하고, 이러한 스테이지에 전력증폭기(300)를 기능별로 설치하므로 회로 동작이 매우 효율적으로 이루어지며, 각 스테이지간의 신호간섭을 최대한 방지하게 된다.

따라서 본 발명은 하나의 하우징(100)에 두 개의 전력증폭기(300)가 통합 설치됨에도 불구하고, 두 개의 전력증폭기(300)가 모두 정상적으로 동작하며, 그 동작과정에서 간섭현상이 거의 발생되지 않으므로 중계기의 신뢰성과 품질을 가일층 향상시키게 된다.

한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시예로서, 노이즈와 신호간섭을 줄일 수 있도록 필터(640)가 더 설치된 예를 나타낸 것이다. 따라서 본 발명의 중계기용 전력증폭장치는 필터(640)에 의해 RF디텍터(610), 컨트롤러(620), 전원공급부(630)에서 발생될 수 있는 노이즈를 줄이고, 신호간섭을 감소시켜 보다 신뢰성 있는 동작이 이루어지게 된다.

이와 같이 본 발명의 실시 예는 바람직한 일 예를 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명의 적용범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며, 동일사상의 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

도 1은 본 발명의 중계기용 전력증폭장치를 나타낸 평면도,

도 2는 본 발명의 중계기용 전력증폭장치의 전력증폭기를 나타낸 블록도,

도 3은 본 발명의 다른 실시예인 전력증폭기를 나타낸 블록도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 하우징 110 : 펜스

120 : 홈 130 : 결합편

200,210 : 제1,2이득증폭부 스테이지

201,211 : 제1,2구동증폭기 스테이지

202,212 : 제1,2메인증폭기 스테이지

203,213 : 제1,2출력부 스테이지

220 : RF디텍터 스테이지 221 : 제어 및 전원공급부 스테이지

300 : 전력증폭기 400,500 : 제1,2전력증폭부

410,510 : 이득증폭부 420,520 : 구동증폭기

430,530 : 메인증폭기 440,540 : 아이솔레이터

600 : 제어 및 전원공급부 610 : RF디텍터

620 : 컨트롤러 630 : 전원공급부

640 ; 필터 IP1,IP2 : 신호입력단자

OP1,OP2 : 신호출력단자 PP : 전원단자

Claims (11)

1. 펜스를 통해 신호의 격리도를 갖는 다수의 스테이지를 형성하여 다수의 송신 경로(Pass)를 형성하므로 여러 개의 전력증폭기가 통합 설치될 수 있도록 하고, 상기 전력증폭기의 효율적인 동작과 함께 신호간섭을 줄일 수 있는 하우징과; 상기 하우징의 스테이지 별로 구분 설치하는 여러 개의 전력증폭부와, 상기 전력증폭부를 통합 제어하는 제어 및 전원공급부를 갖는 전력증폭기를 포함하는 중계기용 전력증폭장치에 있어서,

   상기 펜스는 스테이지 사이의 회로 연결이 가능하도록 홈을 형성하며, 상기 홈에는 결합편이 결합된 중계기용 전력증폭장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 전력증폭부는 제1,2전력증폭부로 이루어진 것을 특징으로 하는 중계기용 전력증폭장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1전력증폭부는

   입력된 신호를 적정 수준으로 증폭시키기 위한 이득증폭부와;

   입력신호가 적정 수준의 전력을 가질 수 있도록 증폭하는 구동증폭기와;

   최종단에서 충분한 전력을 가진 신호를 내보낼 수 있도록 전력 증폭하는 메인증폭기와;

   출력방향으로 신호가 전달되도록 하면서 역방향에서 들어온 신호는 전달되지 않도록 하는 아이솔레이터

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 중계기용 전력증폭장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 이득증폭부는 제1이득증폭부 스테이지에 설치하고, 상기 구동증폭기는 제1구동증폭기 스테이지에 설치하며, 상기 메인증폭기와 아이솔레이트는 제1메인증폭기 스테이지에 설치한 것을 특징으로 하는 중계기용 전력증폭장치.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 제2전력증폭부는

   입력된 신호를 적정 수준으로 증폭시키기 위한 이득증폭부와;

   입력신호가 적정 수준의 전력을 가질 수 있도록 증폭하는 구동증폭기와;

   최종단에서 충분한 전력을 가진 신호를 내보낼 수 있도록 전력 증폭하는 메인증폭기와;

   출력방향으로 신호가 전달되도록 하면서 역방향에서 들어온 신호는 전달되지 않도록 하는 아이솔레이터

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 중계기용 전력증폭장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 이득증폭부는 제2이득증폭부 스테이지에 설치하고, 상기 구동증폭기는 제2구동증폭기 스테이지에 설치하며, 상기 메인증폭기와 아이솔레이트는 제2메인증폭기 스테이지에 설치한 것을 특징으로 하는 중계기용 전력증폭장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 및 전원공급부는

   각 전력증폭부의 이득증폭부와 메인증폭기의 입력전력, 출력전력 및 반사전력을 측정하고, 그 측정값을 이용하여 과전압알람, 회귀손실알람, 최저게인알람 및 ALC 회로를 구동하는 기능의 RF디텍터와;

   RF디텍터로부터 입력되는 신호를 통해 증폭단의 증폭 제어 기능을 수행하고, 전력증폭장치의 내부온도를 측정하며 그 측정값을 이용하여 오버온도알람 발생 및 보호회로를 구동시키는 컨트롤러와;

   전원을 공급받아 여러 가지 전압을 발생시키고 컨트롤러를 통해 증폭단에 전원을 공급하는 전원공급부

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 중계기용 전력증폭장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 RF디텍터는 RF디텍터 스테이지에 설치하고, 상기 컨 트롤러와 전원공급부는 제어 및 전원공급부 스테이지에 설치하는 것을 특징으로 하는 중계기용 전력증폭장치.
11. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 제어 및 전원공급부는 노이즈와 신호간섭을 줄일 수 있도록 필터를 갖는 것을 특징으로 하는 중계기용 전력증폭장치.

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