KR100998170B1 - 높은 격리 특성을 갖는 격리기, 및 상기 격리기를 포함하는통신 장치 - Google Patents

Abstract

높은 격리 특성을 갖는 격리기가 개시된다. 상기 격리기는 제1격리기, 제2격리기, 및 신호 결합기를 포함한다. 상기 제1격리기는 송신신호를 수신하는 제1포트, 제2포트, 및 제1급전부에 접속될 수 있는 제3포트를 포함한다. 상기 제2격리기는 상기 송신 신호의 위상과 90°의 위상차이를 갖는 위상 쉬프트된 송신 신호를 수신하는 제1포트, 제2포트, 및 제2급전부에 접속될 수 있는 제3포트를 포함한다. 상기 신호 결합기는 상기 제2격리기의 상기 제2포트를 통하여 입력된 제2신호의 위상을 90°쉬프트하고, 위상 쉬프트된 제2신호와 상기 제1격리기의 상기 제2포트를 통하여 입력된 제1신호로부터 결합신호를 생성한다.

써큘레이터, 방향성 결합기, 90° 하이브리드, 윌킨슨 전력 분배기

Description

높은 격리 특성을 갖는 격리기, 및 상기 격리기를 포함하는 통신 장치{Isolator for maintaing high isolation characteristic and communication having the same}

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 무선 통신 기술에 관한 것으로, 특히 높은 격리 특성을 갖는 격리기, 및 상기 격리기를 포함하는 통신 장치에 관한 것이다.

반도체 기술의 발달로 통신 장치의 종류가 다양화되고 여러가지 기능이 통합된 단말기에 대한 기술이 요구되면서, 송수신단에서 송수신 주파수 대역을 분리하지 않고 송/수신 신호를 처리하는 송수신 구조를 갖는 시스템, 즉 송수신단에 대한 구분이 명확하지 않는 통신 장치의 응용분야가 증가하고 있는 추세이다.

이러한 송수신 구조에서 제기되는 가장 큰 문제점 중 하나는 송수신 격리에 관한 문제이다. 일반적으로 통신 장치는 격리기를 사용하여 송수신단의 신호를 송신 신호와 수신신호로 분배할 수 있다.

최근 이동 통신 기술의 급속한 발전과 함께 통신 장치들은 소형화 및 경량화됨에 따라, 이에 따른 상기 통신 장치를 구성하는 부품들의 소형화 및 박형화의 요구는 필연적이라고 할 수 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 부하 특성의 변화에 상관없이 높은 격리 특성을 갖는 격리기 및 상기 격리기를 포함하는 통신 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자하는 과제는 송신부와 수신부로 유입되는 누설 신호를 줄일 수 있는 격리기 및 상기 격리기를 포함하는 통신 장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 격리기는 송신 신호를 수신하는 제1포트, 제2포트, 및 제1급전부에 접속된 제3포트를 포함하는 제1격리기; 상기 송신 신호의 위상과 90°의 위상차이를 갖는 위상 쉬프트된(shifted) 송신 신호를 수신하는 제1포트, 제2포트, 및 제2급전부에 접속된 제3포트를 포함하는 제2격리기; 및 상기 제2격리기의 상기 제2포트를 통하여 입력된 제2신호의 위상을 90°쉬프트하고, 위상 쉬프트된 제2신호와 상기 제1격리기의 상기 제2포트를 통하여 입력된 제1신호로부터 결합 신호를 생성하기 위한 신호 결합기를 포함한다.

수신 동작시에는 상기 제1신호는 상기 제1급전부을 통하여 수신된 제1수신 신호이고 상기 제2신호는 상기 제2급전부을 통하여 수신된 제2수신 신호이고, 송신 동작시에는 상기 제1신호는 상기 송신 신호의 적어도 일부를 포함하는 제1누설 신호이고 상기 제2신호는 상기 위상 쉬프트된 송신 신호의 적어도 일부를 포함하는 제2누설 신호이다. 상기 제1격리기와 상기 제2격리기 각각은 써큘레이터(circulator), 90°하이브리드(90°Hybrid), 또는 방향성 결합기(directional coupler)일 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 격리기는 송신 신호를 수신하는 제1포트, 제2포트, 및 급전부에 접속될 수 있는 제3포트를 포함하는 제1격리기; 상기 송신 신호의 위상과 90°의 위상 차이를 갖는 위상 쉬프트된 송신 신호를 수신하는 제1포트, 제2포트, 및 상기 급전부에 접속될 수 있는 제3포트를 포함하는 제2격리기; 및 상기 제2격리기의 상기 제2포트를 통하여 입력된 제2신호의 위상을 90°쉬프트하고, 위상 쉬프트된 제2신호와 상기 제1격리기의 상기 제2포트를 통하여 입력된 제1신호로부터 결합신호를 생성하기 위한 신호 결합기를 포함한다.

상기 급전부에는 원편파 패치 안테나, 쿼드리필러 스파이럴 안테나(quadrifilar spiral antenna), 쿼드리필러 헬릭스 안테나(quadrifilar helix antenna), 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 또는 마이크로 스트립 패치 안테나가 접속될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 통신 장치는 제1급전부와 제2급전부; 송신 신호를 발생하는 송신부; 상기 송신 신호의 위상과 동일한 위상을 갖는 제1송신 신호와 상기 송신신호의 위상과 90°의 위상차이를 갖는 제2송신 신호를 생성하는 신호 분리기; 상기 제1송신신호를 수신하는 제1포트, 제2포트, 및 상기 제1급전부에 접속된 제3포트를 포함하는 제1격리기; 상기 제2송신 신호를 수신하는 제1포트, 제2포트, 및 상기 제2급전부에 접속된 제3포트를 포함하는 제2격리기; 및 상기 제2 격리기의 상기 제2포트를 통하여 입력된 제2신호의 위상을 90°쉬프트하고, 위상 쉬프트된 제2신호와 상기 제1격리기의 상기 제2포트를 통하여 입력된 제1신호로부터 결합신호를 생성하고 생성된 결합신호를 수신부로 전송하기 위한 신호 결합기를 포함한다.

수신 동작시에는 상기 제1신호는 상기 제1급전부를 통하여 수신된 제1수신 신호이고 상기 제2신호는 상기 제2급전부를 통하여 수신된 제2수신 신호이고, 송신 동작시에는 상기 제1신호는 상기 송신 신호의 적어도 일부를 포함하는 제1누설 신호이고 상기 제2신호는 상기 제2송신 신호의 적어도 일부를 포함하는 제2누설 신호이다. 상기 통신 장치는 상기 제1급전부와 상기 제2급전부 사이에 접속된 안테나를 더 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 격리기는 송신시 송신신호를 제1급전부로 전송하기 위한 제1격리기; 상기 송신시 상기 송신신호의 위상과 90°의 위상차이를 갖는 신호를 제2급전부로 전송하기 위한 제2격리기; 및 상기 송신시 상기 제2격리기로부터 출력된 제2누설 신호의 위상을 90°쉬프트하고, 위상 쉬프트된 제2누설 신호와 상기 제1격리기로부터 출력된 제1누설 신호를 결합하여 수신부로 전송하기 위한 신호 결합기를 포함한다. 상기 제1급전부와 상기 제2급전부는 서로 접속될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 통신 장치는 송신신호의 위상과 동일한 위상을 갖는 제1송신 신호와 상기 송신신호의 위상과 90°의 위상차이를 갖는 제2송신 신호를 생성하기 위한 신호 분리기; 송신시 제1송신 신호를 제1안테나로 전송 하기 위한 제1격리기; 상기 송신시 상기 제2송신 신호를 제2안테나로 전송하기 위한 제2격리기; 및 상기 송신시 상기 제2격리기로부터 출력된 제2누설 신호의 위상을 90°쉬프트하고, 위상 쉬프트된 제2누설 신호와 상기 제1격리기로부터 출력된 제1누설 신호를 결합하여 생성된 결합 신호를 수신부로 전송하기 위한 신호 결합기를 포함한다. 상기 제1안테나와 상기 제2안테나는 서로 접속될 수 있다.

상기 통신 장치는 RFID 리더, 레이더, 전자파 진단 장치, 또는 이동 통신 장치일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 격리기는 부하 특성의 변화에 상관없이 높은 격리 특성을 유지할 수 있으므로 서로 다른 주파수를 갖는 신호들을 안정적으로 분리하여 출력할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 격리기는 신호 분리기와 신호 결합기를 이용하여 격리기 또는 통신 장치의 내부 회로에서 발생되는 누설 신호 및 외부로부터 유입되는 간섭 신호를 최대한 제거할 수 있으므로 상기 통신 장치의 수신 감도 및 입출력 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 격리기는 통신 장치의 외형 및 동작 환경에 따라 최적화된 형태의 격리기을 제공할 수 있으므로 상기 통신 장치를 소형화 및 경량화할 수 있는 효과가 있다.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이 해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 통신 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 통신 장치(10)는 송신부(20), 수신부(30), 격리기(35), 및 안테나(40)를 포함 할 수 있다.

송신부(20)는 동작 전원과 송신 데이타를 공급할 수 있는 송신 신호를 생성한다. 안테나(40)는 송신부(20)로부터 출력되는 송신 신호를 외부로 송신하거나, 외부로부터 송신되는 수신 신호를 수신할 수 있다. 이때, 송신부(20)와 수신부(30)는 하나의 안테나(40)을 공유하기 위하여 상기 안테나(40)의 전단에 격리기(isolator; 35)를 장착할 수 있다.

써큘레이터로 구현될 수 있는 격리기(35)는 송신부(20)에 접속되는 제1포트, 수신부(30)에 접속되는 제2포트, 및 안테나(40)에 접속되는 제3포트를 포함하며, 방향성을 갖고 입력된 신호를 분배 또는 전송할 수 있다. 즉, 격리기(35)는 다수의 입출력 단자들 중에서 어느 하나의 단자로 신호가 입력되면, 입력된 신호를 특정 단자에만 전달시키고 나머지 단자로는 전달시키지 않음으로써 송신 신호와 수신 신호의 전송 방향을 제어할 수 있다.

예컨대, 격리기(35)는 제1포트로 입력되는 송신 신호가 수신부(30)로 흘러들어가지 못하도록 제2포트를 차단하면서 상기 송신 신호를 제3포트로 출력하여 안테나(40)로 전송하거나, 상기 제3포트로 입력되는 수신 신호가 송신부(20)로 흘러들어가지 못하도록 제1포트를 차단하면서 상기 수신 신호를 제2포트로 출력하여 수신부(30)로 전송할 수 있다.

격리기(35)는 송신부(20)와 수신부(30)가 아닌 안테나(40)와 같은 부하가 연결되는 포트가 이상적으로 정합되었을 경우에 약 30dB의 높은 송수신 격리 특성을 나타낸다. 이는 안테나(40)와 격리기(35)가 완벽하게 정합(matching)되는 경우에도 송신부(20)에서 최대 30dB만큼 감쇠된 누설 신호가 수신부(30)로 흘러들어 갈 수 있음을 의미한다.

따라서, 격리기(35)의 격리도가 충분히 확보되지 않는다면, 즉 입출력 단자들 간에 격리가 제대로 이루어지지 않기 때문에 수신부(20)로 입력될 수신 신호가 송신부(30)로 흘러들어가거나, 안테나(40)를 통하여 송신될 송신 신호가 수신부(30)로 흘러들어가는 누설 신호가 발생할 수 있다.

또한, 통신 장치(10)에서는 전송 선로의 임피던스와 회로 내부의 부품들(예컨대, 격리기와 안테나 등)의 임피던스 부정합으로 인한 신호 반사(signal reflection) 및 간섭 효과가 일어날 수 있다. 반사된 신호는 송신부 및/또는 수신부로로 흘러들어가거나 전송 선로 상에서 노이즈로 작용함으로써 신호 왜곡이 증가한다.

종래의 통신 장치(10)는 격리기(35) 자체의 제한적인 격리 특성 및 안테나(40)와 같은 부하에서의 신호 반사에 의하여 상당한 크기의 누설 신호 및/또는 반사 신호가 발생하며, 이러한 누설 신호 및/또는 반사 신호는 수신부(30) 또는 송신부(20) 각각에서 노이즈로서 작용하고 신호의 세기를 감소시킴으로써 결국 수신 감도를 저하시키는 문제점이 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 격리기를 포함하는 통신 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 레이더, RFID 리더, 전자파 진단 장치, 또는 이동 통신 장치로 구현될 수 있는 통신 장치(100)는 송신부(110), 수신부(120), 및 격리기(130-X)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 장치(100)는 제1급전부(135)와 제2급 전부(138)를 더 포함할 수 있다. 실시 예에 따라, 제1급전부(135)와 제2급전부(138)는 서로 접속될 수 있다.

예컨대, 송신부(110), 수신부(120), 및 격리기(130-X)는 하나의 회로, 예컨대 하나의 칩으로 구현될 수 있다. 실시 예에 따라, 격리기(130-X)는 제1급전부(feed unit; 135)와 제2급전부(138)를 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따라 제1급전부(135)와 제2급전부(138) 각각은 급전회로 또는 급전점(feed point)으로 구현될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)는 적어도 두 개의 급전부들(135와138)을 포함한다. 두 개의 급전부들(135와138) 각각에는 안테나 또는 종단 저항(termination resistor) 같은 부하가 접속될 수 있다.

제1급전부(135)와 제2급전부(138) 각각에 적어도 하나의 안테나가 접속되는 경우, 상기 통신 장치(100)는 외부와 무선 통신을 수행할 수 있는 무선 통신 장치일 수 있다. 여기서, 상기 안테나는 원편파 패치 안테나, 쿼드리필러 스파이럴 안테나(quadrifilar spiral antenna), 쿼드리필러 헬릭스 안테나(quadrifilar helix antenna), 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 또는 마이크로 스트립 패치 안테나 등으로 구현될 수 있다.

설명의 편의를 위하여 통신 장치(100)에서 제1급전부(135)가 제1안테나(미도시)에 접속되고, 제2급전부(138)가 제2안테나(미도시)에 접속되는 것을 일 예로 설명한다. 이때, 제1안테나(135)와 제2안테나(138)는 서로 접속될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

송신부(110)는 동작 전원 및/또는 송신 데이타를 공급할 수 있는 송신 신호를 생성한다. 제1안테나(미도시)와 제2안테나(미도시) 각각은 원형 편파 방향을 갖는 신호들을 외부로 송신하거나 또는 외부로부터 송신되는 원형 편파 방향을 갖는 신호들을 수신할 수 있다.

격리기(130-X, X=1 또는 2)는 송신 신호 분리기(또는 신호 분리기; 131), 제1격리기(133), 제2격리기(137), 및 신호 결합기(139)를 포함할 수 있다. 제1격리기(133)와 제2격리기(137) 각각은 3-포트 수동 소자로 구현될 수 있다.

송신 신호 분리기(131)는 송신부(110)에 접속되는 입력단, 제1출력단, 및 제2출력단을 포함하며, 송신부(110)로부터 출력되는 송신 신호를 분리하여 서로 다른 위상을 갖는 두 개의 신호로 분리할 수 있다.

신호 분리기로 동작하는 경우, 송신 신호 분리기(131)는 송신부(110)로부터 출력되는 송신 신호를 수신하고 상기 송신 신호의 위상과 동일한 위상을 갖는 제1송신신호, 및 상기 송신 신호와 90°의 위상 차이를 갖는 제2송신 신호를 생성하고, 생성된 제1송신 신호와 제2송신 신호 각각을 제1출력단과 제2출력단 각각을 통하여 출력할 수 있다.

예컨대, 송신 신호 분리기(131)는 송신 신호를 제1송신 신호로써 제1출력단을 통하여 제1격리기(133)로 출력하고, 상기 송신 신호를 φ(예컨대, φ=90° )만큼 위상 쉬프트한 후 위상 쉬프트된 신호를 제2송신 신호로로써 제2출력단을 통하여 제2격리기(137)로 출력할 수 있다.

여기서, 제1송신 신호 및 제2송신 신호는 서로 다른 위상을 가지는 신호, 즉 소정의 위상차(φ)를 가지는 신호이며, 제1송신 신호와 제2송신 신호의 위상차(φ)는 실질적으로 90°일 수 있다.

제1격리기(133)는 송신 신호 분리기(131)에 접속되는 제1포트, 신호 결합기(139)에 접속되는 제2포트, 및 제1급전부(135)에 접속되는 제3포트를 포함하며, 어느 하나의 단자로 입력된 신호를 특정 단자로만 출력할 수 있다.

송신 동작시에 제1격리기(133)는 제1포트로 입력되는 제1송신 신호가 수신부(120)로 흘러들어가지 못하도록 제2포트를 차단하면서 상기 제1송신 신호를 제3포트로 출력하거나, 수신 동작시에 제3포트로 입력된 제1수신 신호가 송신부(110)로 흘러들어가지 못하도록 제1포트를 차단하면서 상기 제1수신 신호를 제2포트로 출력할 수 있다.

이때, 제1송신 신호의 대부분은 제3포트를 통하여 제1급전부(135)로 출력되나, 제1송신 신호의 적어도 일부는 제1격리기(133)에서 누설되어 제2포트를 통하여 수신부(120)로 출력될 수 있다. 이하, 제1격리기(133)로부터 누설되는 신호 예컨대, 송신 동작시 수신부(120)로 출력되는 제1송신신호의 적어도 일부를 '제1누설신호'라 한다.

제2격리기(137)는 송신 신호 분리기(131)에 접속되는 제1포트, 신호 결합기(139)에 접속되는 제2포트, 및 제2급전부(138)에 접속되는 제3포트를 포함하며, 어느 하나의 단자로 입력된 신호를 특정 단자로만 출력할 수 있다.

송신 동작시에 제2격리기(137)는 제1포트로 입력되는 제2송신 신호가 수신부(120)로 흘러들어가지 못하도록 제2포트를 차단하면서 상기 제2송신 신호를 제3 포트로 출력하거나, 수신 동작시에 제3포트로 입력된 제2수신 신호가 송신부(110)로 흘러들어가지 못하도록 제1포트를 차단하면서 상기 제2수신 신호를 제2포트로 출력할 수 있다.

이때, 제2송신 신호의 대부분은 제3포트를 통하여 제2급전부(138)로 출력되나, 제2송신 신호의 적어도 일부는 제2격리기(137)에서 누설되어 제2포트를 통하여 수신부(120)로 출력될 수 있다. 이하, 제2격리기(137)로부터 누설되는 신호 예컨대, 송신 동작시 수신부(120)로 흐르는 제2송신 신호의 적어도 일부를 '제2누설 신호'라 한다.

신호 결합기(139)는 제1격리기(133)에 접속되는 제1입력단, 제2격리기(137)에 접속되는 제2입력단, 및 수신부(120)에 접속되는 출력단을 포함하며, 통신 장치(100)의 동작 모드에 따라 제1격리기(133)로부터 출력되는 제1신호와 제2격리기(137)로부터 출력되는 제2신호를 수신하고, 수신된 제1신호와 제2신호 중에서 어느 하나의 위상을 조절한 후 결합 신호를 생성하거나 또는 제1신호와 제2신호로부터 그대로 결합 신호를 생성할 수 있다.

여기서, 수신 동작시 제1신호는 제1수신 신호이고 제2신호는 제2수신 신호이며, 송신 동작시 제1신호는 제1누설신호이고 제2신호는 제2누설신호일 수 있다. 송신 동작시, 즉 신호 결합기(139)로 제1격리기(133)로부터 출력되는 제1누설 신호와 제2격리기(137)로부터 출력되는 제2누설 신호가 입력되는 경우, 신호 결합기(139)는 제2누설 신호의 위상을 쉬프트하여 위상 쉬프트된 제2누설 신호를 생성하고 생성된 제2누설 신호와 제1누설 신호를 결합하여 결합신호를 생성할 수 있다.

여기서, 신호 결합기(139)는 제1누설 신호의 위상과 제2누설 신호의 위상이 소정의 위상차(φ)를 갖도록 제어한다. 신호 결합기(139)는 제1누설 신호의 위상과 제2누설 신호의 위상의 차(φ)를 실질적으로 90°로 한다. 따라서, 신호 결합기(139)는 제2누설 신호의 위상을 제어하기 위한 위상 제어기를 포함한다.

예컨대, 신호 결합기(139)는 제1누설 신호와 제2누설 신호를 수신하고 수신된 제2누설 신호를 90°만큼 위상을 쉬프트한 후, 위상 쉬프트된 제2누설 신호와 제1누설 신호를 결합한다.

신호 결합기((137)에서, 쉬상 쉬프트된 제2누설 신호의 위상과 제1누설 신호의 위상의 차이는 실질적으로 180°가 된다. 따라서, 제1격리기(133)로부터 출력된 제1누설 신호는 신호 결합기(139)에서 상기 제1누설 신호의 위상과 반대 위상을 갖는 제2누설 신호에 의하여 서로 상쇄되어 제거될 수 있다.

수신 동작시, 즉 신호 결합기(139)는 제1격리기(133)로부터 출력된 제1수신신호와 제2격리기(137)로부터 출력되는 제2수신 신호를 결합하여 결합된 결합신호를 수신부(120)로 출력할 수 있다. 예컨대, 신호 결합기(139)는 제1수신 신호와 상기 제1수신 신호의 위상과 90도의 위상 차이를 갖는 제2수신 신호를 결합하여 결합 신호를 생성할 수 있다.

이와 같이, 신호 결합기(139)는 통신 장치(100)의 동작 모드, 예컨대 송신 동작시 또는 수신 동작시 입력되는 제1신호와 제2신호를 서로 상쇄시키거나 또는 결합하여 수신부(120)로 출력할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 송신 신호 분리기(131)와 신호 결합기(139) 각각 은 하나의 입력 신호를 적어도 두 개로 분리하여 출력하거나 또는 적어도 두 개의 입력 신호를 하나로 결합하여 출력할 수 있는 모든 기기를 포함한다. 예컨대, 실시 예에 따라 송신 신호 분리기(131)와 신호 결합기(137) 각각은 90°하이브리드(90°Hybrid, 도 3의 130-1) 또는 윌킨슨 전력 분배기/결합기(Wilkinson power devider/coupler)와 지연부(delay)의 조합(도 4의 130-2)으로 구현될 수 있다.

이에 따라, 본 명세서에서 설명될 다양한 격리기(130-1 또는 130-2)는 통신 장치(100)의 동작 환경 및/또는 외형에 따라 서로 다른 형태로 구현되는 송신신 호 분리기(131), 신호 결합기(139), 제1격리기(133), 및 제2격리기(137)를 포함할 수 있다.

이때, 본 발명의 실시 예에 따른 송신 신호 분리기(131)와 신호 결합기(139) 각각은 90°하이브리드 및 윌킨슨 전력 분배기와 지연부의 조합 중에서 어느 하나를 대칭 구조로 배치시켜 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제1격리기(133)와 제2격리기(137) 각각은 동일한 격리 특성을 갖도록 써큘레이터(circulator), 방향성 결합기(directional coupler), 또는 90°하이브리드(90° Hybrid)를 대칭 구조로 배치시켜 사용하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 격리기를 포함하는 통신 장치의 회로도를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 송신 신호 분리기(131)와 신호 결합기(139) 각각은 90° 하이브리드로 구현되고, 제1격리기(133)와 제2격리기(137) 각각은 써큘레이터로 구현되는 예로 설명하며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

90˚하이브리드는 제1단자, 종단 저항(50Ω)에 접속되는 제2단자, 제3단자, 및 제4단자를 포함하며, 입력되는 입력 신호의 방향에 따라 신호 분리기 또는 신호 결합기로써 동작할 수 있다.

즉, 90˚하이브리드는 제1단자로 입력되는 하나의 입력 신호를 두 개의 신호들로 분리하고 두 개 중에서 어느 하나의 신호를 다른 하나의 신호의 위상보다 90˚만큼 쉬프트하여 서로 90˚만큼의 위상 차이를 갖는 두 개의 신호들을 생성한다. 생성된 두 개의 신호들 각각의 크기는 상기 입력 신호의 크기의 1/2일 수 있다.

또한, 90˚하이브리드를 반대로 사용하는 경우, 상기 90˚하이브리드는 제3단자와 제4단자 각각으로 입력되는 두 개의 입력 신호들 중에서 어느 하나의 신호의 위상을 다른 하나의 신호의 위상보다 90˚만큼 쉬프트하고, 위상 쉬프트된 신호와 나머지 신호를 합성하여 두 신호들의 합에 해당하는 신호를 생성할 수 있다.

써큘레이터는 다수의 입출력단자들을 포함하며, 상기 다수의 입출력 단자들 중에서 어느 단자로 신호가 입력되면, 왼쪽 또는 오른쪽 단자 중에서 어느 하나의 단자로만 신호를 전달시키고 나머지 단자로의 신호 전달을 차단함으로서 한쪽 방향으로 신호가 회전하듯이 방향성을 갖고 전달되도록 한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 격리기를 포함하는 통신 장치의 회로도를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 격리기(130-2)는 신호 분리기(131), 제1격리기(133), 제2격리기(137), 및 신호 결합기(139)를 포함한다. 도 4의 실시 예에서 송신 신호 분리기(131)와 신호 결합기(139) 각각은 동위상 분배기(또는 동위상 결합기)로 널리 사용되는 윌킨슨 전력 분배기(또는 윌킨슨 전력 결합기)와 지연부의 조합으로 구현되고, 제1격리기(133)와 제2격리기(137) 각각은 방향성 결합기로 구 현되는 격리기를 일 예로 설명한다.

송신 신호 분리기(131)와 신호 결합기(139) 각각은 윌킨슨 전력 분배기(또는분리기)와 지연부를 포함한다. 윌킨슨 전력 분배기는 RF 대역이나 마이크로파 주파수 대역에서 주로 사용되는 전력 분배기로서, 입력된 신호를 적어도 두 개의 신호들로 분리하여 출력할 수 있다.

또한, 상기 윌킨슨 전력 분배기를 반대로 사용하면 윌킨슨 전력 결합기로써 사용할 수 있다. 즉 윌킨슨 전력 결합기로 적어도 두 개의 신호들이 입력되면, 윌킨슨 전력 결합기는 상기 적어도 두 개의 신호들을 하나의 신호로 결합하여 상기 적어도 두 개의 신호가 결합된 전력을 갖는 출력을 얻을 수 있다.

지연부는 윌킨슨 전력 분배기와 제1격리기(137) 사이에 접속되며, 윌킨슨 전력 분배기의 출력 신호들 중에서 어느 하나를 수신하여 Φ만큼 위상을 쉬프트한다. 이때, 지연부는 입력 신호의 위상과 출력 신호의 위상이 90°만큼의 위상차를 갖게 한다.

방향성 결합기는 입력에서 신호를 수신하고, 수신된 신호를 다른 장치로 전송하기 위한 장치로서, 제1전송 선로와 제2전송 선로를 포함한다. 방향성 결합기는 제1전송 선로를 통하여 송신부(110)와 제1급전부(135) 또는 송신부(110)와 제2급전부(138) 간에 신호를 송신하거나 수신할 수 있으며, 또한 제1전송 선로로 입력되는 신호는 커플링 현상에 의하여 제2전송 선로로 출력될 수 있다.

통신 장치에서 서로 다른 주파수를 갖는 신호들을 안정적으로 분리할 수 있는 격리기(130-X; X=1, 2)는 격리기(130-X; X=1, 2)의 격리 특성에 따라 수신된 신 호의 적어도 일부가 다른 단자를 통해 누설될 수 있다.

즉, 제1격리기(133)에서는 상기 제1격리기(133)의 격리도(isolation)에 따라 제1송신 신호의 적어도 일부가 수신부(120)쪽으로 흘러들어가는 제1누설 신호가 발생하고, 제2격리기(137)에서는 상기 제2격리기(137)의 격리도에 따라 제2송신 신호의 적어도 일부가 수신부(120)쪽으로 흘러들어가는 제2누설 신호가 발생될 수 있다.

이러한 제1격리기(133)의 격리도는 제1안테나의 부하 특성(반사계수(Γa))에 따라 변화하고 제1격리기(133)의 격리도에 따라 제1격리기(133)로부터 출력되는 제1누설 신호의 양도 변화한다. 또한, 제2격리기(137)의 격리도는 제2안테나의 부하 특성(반사계수(Γb))에 따라 변화하고 제2격리기(137)의 격리도에 따라 제2격리기(137)로부터 출력되는 제2누설 신호의 양도 변화한다.

종래의 격리기(35)는 안테나(40)의 부하 특성이 변화하는 경우 상기 격리기(35)로부터 출력되는 누설 신호의 양이 급격하게 증가하고 상기 누설신호가 송신부(20) 또는 수신부(30)에서 그대로 노이즈로 작용함으로써 수신 감도를 저하시켰다.

그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 격리기(130-X, X=1, 2)는 제1안테나의 부하특성(Γa)과 제2안테나의 부하 특성(Γb)이 동일한 경우, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나의 부하 특성이 가변적으로 변화하더라도 제1격리기(133)로부터 출력되는 제1누설신호의 크기와 제1격리기(137)로부터 출력되는 제2누설신호의 크기는 동일하므로 서로 상쇄될 수 있다.

즉, 격리기(130-X, X=1, 2)는 내부에 존재하는 두 개의 격리기들(133과 137)에서 발생하는 제1누설 신호와 제2누설 신호를 반대 위상으로 만들어 서로 상쇄시키기 때문에 송신부(110)와 수신부(120)로 흘러 들어가는 누설 신호를 차단시킬수 있으므로 부하 특성 변화에 따라 격리 특성이 영향을 받지 않는다.

만약, 제1안테나의 부하특성(Γa) 과 제2안테나의 부하특성(Γb)이 동일하지 않더라도, 격리기(130-X, X=1, 2)는 제1격리기(133)로부터 출력되는 제1누설 신호와 제2격리기(137)로부터 출력되는 제2누설 신호의 차이에 해당하는 누설 신호만을 송신부(110) 또는 수신부(120)로 전송하므로 종래의 격리기(35)에 비하여 부하 특성 변화에 대한 영향을 감소시키는 효과가 있다.

또한, 제1격리기(133)로부터 출력되는 제1수신 신호의 적어도 일부는 제1안테나와 제1격리기(133) 간의 임피던스 부정합으로 인해 반사되어 제1격리기(133)쪽으로 되돌아올 수 있다. 마찬가지로 제2격리기(137)로부터 출력되는 제2수신 신호의 적어도 일부도 역시 제2안테나와 제2격리기(137) 간의 임피던스 부정합으로 인해 반사되어 제2격리기(137)쪽으로 되돌아올 수 있다.

이러한 반사 신호가 수신부(120)나 송신부(110)로 유입되는 경우, 반사 신호는 누설 신호와 마찬가지로 노이즈로 작용하며 이로 인해 통신 장치(100)의 입출력 특성이 나빠지게 된다. 그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 격리기(130-X, X=1, 2)는 이러한 반사 신호도 제1누설 신호와 제2누설 신호를 제거하는 것과 동일한 방법으로 송신 신호 분리기(131) 및/또는 신호 결합기(139)를 이용하여 상쇄 또는 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 격리기(130-X)에서 송신 신호 및/또는 수신 신호가 내부 회로를 거치면서 전송 선로(도 3의 PathA와 PathB)상의 임피던스(βa, βb)에 의하여 신호 왜곡이 발생하더라도, 이 또한 제1누설 신호와 제2누설 신호를 제거하는 것과 동일한 방법으로 송신 신호 분리기(131) 및/또는 신호 결합기(139)를 이용하여 상쇄 또는 감소시킬 수 있으므로 전송 선로 상의 발생하는 왜곡 신호의 유입을 차단할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 격리기(130-X, X=1, 2)는 부하 특성 변화에 대해서 둔감하기 때문에 각 격리기(133와 137)와 부하가 정합되지 않더라도 높은 격리 특성을 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 격리기(130-1)는 종래의 격리기(35) 자체의 제한적인 격리 특성 및 안테나와 같은 부하에서의 신호 반사에 의해 발생되는 누설 신호 및/또는 반사 신호를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 5a는 도 1에 도시된 종래의 격리기에서의 부하 특성 변화에 따른 격리 특성을 나타내는 그래프이고, 도 5b는 도 2에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 격리기에서의 부하 특성 변화에 따른 격리 특성을 나타내는 그래프이다.

설명의 편의를 위하여 종래의 격리기(35)는 써큘레이터의 격리 특성을 일 예로 나타내고, 본 발명의 실시 예에 따른 격리기(130-X, X=1, 2)는 도 3의 격리기(130-1)의 격리 특성을 일 예로 설명한다.

일반적으로 격리기(35)에는 임의의 정합 상태를 가진 부하(예컨대, 안테나)가 연결되어 있으며, 격리기(35)의 격리도(isolation)는 상기 격리기(35)와 상기 부하가 이상적으로 정합(matching)되어 있는 경우에 가장 높은 격리 특성을 갖는다. 그러나, 현실적으로 안테나(40)의 부하 특성은 외부 환경 변화에 매우 민감하게 반응하며 부하 특성이 변하게 되면 더이상 격리기(35)와 안테나(40)가 연결된 단자에서 정합이 이루어지지 못하고 격리기(35)의 송수신 격리특성이 급격하게 무너지게 된다.

종래의 격리기(35) 예컨대, 써큘레이터의 격리도는 부하(예컨대, 안테나)와 이상적으로 정합되는 경우(즉, Γ=-∞; c)에 약 25dB의 높은 격리 특성을 보인다. 그러나, 부하 특성에 따라 안테나의 반사 계수가 Γ=-9.54dB(b), Γ=-3.52dB(a) 등으로 변하는 경우 써큘레이터의 격리 특성은 각각 약 10dB, 4dB로 급격하게 낮아진다. 이와 같이, 종래의 격리기(35)는 연결되는 안테나(40)의 주변 상황에 따라 변화하는 부하 특성에 의해 격리 특성이 많은 영향을 받으므로 실질적으로 낮은 격리도를 제공할 수 밖에 없다.

그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 격리기(130-X, X=1, 2)는 부하 특성이 변동에 따라 누설 신호가 증가하더라도 송신 신호 분리기(133) 및/또는 신호 결합기(137)를 이용하여 누설 전류를 상쇄시킴으로써 상기 부하 특성 변화에 둔감한 약 30dB 이상의 높은 격리 특성을 유지할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 격리기(130-X, X=1, 2)의 격리도는 부하(예컨대, 안테나)와 이상적으로 정합되었을 경우(즉 Γa=Γb=-∞; (c')에는 약 55dB의 높은 격리 특성을 보인다. 또한, 부하의 특성이 변화함에 따라 안테나의 반사 계수가 Γa=Γb =-9.54dB(b'), Γa=Γb=-3.52dB(a')로 변하더라도, 본 발명의 실시 예 에 따른 격리기의 격리 특성은 각각 약 40dB, 30dB 정도로 종래의 격리기(35)에 비하여 높은 격리 특성을 유지할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 격리기(130-X, X=1, 2)는 모바일 단말기처럼 부하 특성의 변화가 심각한 통신 장치에서도 안정적으로 송신부(110)와 수신부(120)를 서로 격리시킬 수 있으므로 수신 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 격리기(130-X, X=1, 2)는 통신 장치의 외형 및 동작 환경에 따라 최적화된 형태의 격리기을 제공할 수 있으므로 상기 통신 장치(100)를 소형화 및 경량화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치(100)는 무선 통신 장치, 무선 컴퓨터(wireless computer), PDA(personal digital assistance), 휴대 전화기(cellular telephone), PMP(portable multimedia player), 이동 통신 장치(mobile communication device), 위성 통신 장치, RFID 리더, 상기 RFID 리더와 RFID 태그를 포함하는 RFID 시스템, FM-CW 레이다(frequency-modulated continuous wave rader), HF(High Frequency) 레이더, 거리 계측용 레이더, 또는 전자파 진단 장치 등일 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것 이다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.

도 1은 일반적인 통신 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 격리기를 포함하는 통신 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 격리기를 포함하는 통신 장치의 회로도를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 격리기를 포함하는 통신 장치의 회로도를 나타낸다.

도 5a는 종래의 격리기에서의 부하 특성 변화에 따른 격리 특성을 나타내는 그래프이다.

도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 격리기에서의 부하 특성 변화에 따른 격리 특성을 나타내는 그래프이다.

Claims (15)

1. 송신 신호를 수신하는 제1포트, 제2포트, 및 제1급전부에 접속된 제3포트를 포함하는 제1격리기;

   상기 송신 신호의 위상과 90°의 위상차이를 갖는 위상 쉬프트된(shifted) 송신 신호를 수신하는 제1포트, 제2포트, 및 제2급전부에 접속된 제3포트를 포함하는 제2격리기; 및

   상기 제2격리기의 상기 제2포트를 통하여 입력된 제2신호의 위상을 90°쉬프트하고, 위상 쉬프트된 제2신호와 상기 제1격리기의 상기 제2포트를 통하여 입력된 제1신호로부터 결합 신호를 생성하기 위한 신호 결합기를 포함하는 격리기.
2. 제1항에 있어서,

   수신 동작시에는 상기 제1신호는 상기 제1급전부을 통하여 수신된 제1수신 신호이고 상기 제2신호는 상기 제2급전부을 통하여 수신된 제2수신 신호이고,

   송신 동작시에는 상기 제1신호는 상기 송신 신호의 적어도 일부를 포함하는 제1누설 신호이고 상기 제2신호는 상기 위상 쉬프트된 송신 신호의 적어도 일부를 포함하는 제2누설 신호인 격리기.
3. 제1항에 있어서, 상기 신호 결합기는 윌킨슨 전력 결합기(Wilkinson power coupler)를 포함하는 격리기.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1격리기와 상기 제2격리기 각각은 써큘레이터(circulator), 90°하이브리드(90°Hybrid), 또는 방향성 결합기(directional coupler)인 격리기.
5. 송신 신호를 수신하는 제1포트, 제2포트, 및 급전부에 접속될 수 있는 제3포트를 포함하는 제1격리기;

   상기 송신 신호의 위상과 90°의 위상 차이를 갖는 위상 쉬프트된 송신 신호를 수신하는 제1포트, 제2포트, 및 상기 급전부에 접속될 수 있는 제3포트를 포함하는 제2격리기; 및

   상기 제2격리기의 상기 제2포트를 통하여 입력된 제2신호의 위상을 90°쉬프트하고, 위상 쉬프트된 제2신호와 상기 제1격리기의 상기 제2포트를 통하여 입력된 제1신호로부터 결합신호를 생성하기 위한 신호 결합기를 포함하는 격리기.
6. 제5항에 있어서, 격리기는 상기 급전부에 접속된 안테나를 더 포함하며,

   상기 안테나는 원편파 패치 안테나, 쿼드리필러 스파이럴 안테나(quadrifilar spiral antenna), 쿼드리필러 헬릭스 안테나(quadrifilar helix antenna), 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 또는 마이크로 스트립 패치 안테나인 격리기.
7. 제1급전부와 제2급전부;

   송신 신호를 발생하는 송신부;

   상기 송신 신호의 위상과 동일한 위상을 갖는 제1송신 신호와 상기 송신신호의 위상과 90°의 위상차이를 갖는 제2송신 신호를 생성하는 신호 분리기;

   상기 제1송신신호를 수신하는 제1포트, 제2포트, 및 상기 제1급전부에 접속된 제3포트를 포함하는 제1격리기;

   상기 제2송신 신호를 수신하는 제1포트, 제2포트, 및 상기 제2급전부에 접속된 제3포트를 포함하는 제2격리기; 및

   상기 제2격리기의 상기 제2포트를 통하여 입력된 제2신호의 위상을 90°쉬프트하고, 위상 쉬프트된 제2신호와 상기 제1격리기의 상기 제2포트를 통하여 입력된 제1신호로부터 결합신호를 생성하고 생성된 결합신호를 수신부로 전송하기 위한 신호 결합기를 포함하는 통신 장치.
8. 제7항에 있어서,

   수신 동작시에는 상기 제1신호는 상기 제1급전부를 통하여 수신된 제1수신 신호이고 상기 제2신호는 상기 제2급전부를 통하여 수신된 제2수신 신호이고,

   송신 동작시에는 상기 제1신호는 상기 송신 신호의 적어도 일부를 포함하는 제1누설 신호이고 상기 제2신호는 상기 제2송신 신호의 적어도 일부를 포함하는 제2누설 신호인 통신장치.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 통신 장치는 상기 제1급전부와 상기 제2급전부 사이에 접속된 안테나를 더 포함하는 통신 장치.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 통신 장치는,

    상기 제1급전부에 접속된 제1안테나; 및

    상기 제2급전부에 접속된 제2안테나를 더 포함하는 통신 장치.
11. 송신시 송신신호를 제1급전부로 전송하기 위한 제1격리기;

    상기 송신시 상기 송신신호의 위상과 90°의 위상차이를 갖는 신호를 제2급전부로 전송하기 위한 제2격리기; 및

    상기 송신시 상기 제2격리기로부터 출력된 제2누설 신호의 위상을 90°쉬프트하고, 위상 쉬프트된 제2누설 신호와 상기 제1격리기로부터 출력된 제1누설 신호를 결합하여 수신부로 전송하기 위한 신호 결합기를 포함하는 격리기.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1급전부와 상기 제2급전부는 서로 접속된 격리기.
13. 송신신호의 위상과 동일한 위상을 갖는 제1송신 신호와 상기 송신신호의 위상과 90°의 위상차이를 갖는 제2송신 신호를 생성하기 위한 신호 분리기;

    송신시 제1송신 신호를 제1안테나로 전송하기 위한 제1격리기;

    상기 송신시 상기 제2송신 신호를 제2안테나로 전송하기 위한 제2격리기; 및

    상기 송신시 상기 제2격리기로부터 출력된 제2누설 신호의 위상을 90°쉬프트하고, 위상 쉬프트된 제2누설 신호와 상기 제1격리기로부터 출력된 제1누설 신호를 결합하여 생성된 결합 신호를 수신부로 전송하기 위한 신호 결합기를 포함하는 통신장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나는 서로 접속된 통신장치.
15. 제13항에 있어서, 상기 통신 장치는 RFID 리더, 레이더, 전자파 진단 장치, 또는 이동 통신 장치인 통신 장치.

Images