KR101014130B1 - 통합 안테나 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 다른 주파수 대역의 신호를 단일한 도선으로 출력함과 아울러 출력 신호의 반사 손실을 최소화할 수 있는 통합 안테나 시스템에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 수신된 주파수 신호로부터 제 1주파수 대역의 신호를 추출하는 제1 수신부, 수신된 주파수 신호로부터 제 2주파수 대역의 신호를 추출하는 제2 수신부, 단일 도선으로 출력을 위해 상기 제1 수신부의 출력단과 상기 제2 수신부의 출력단이 공통적으로 접속되는 공통 노드를 구비하고, 상기 제2 수신부는 제 2주파수 대역 이외의 주파수 대역의 신호를 제거하기 위한 노치 필터를 구비하고, 상기 노치 필터의 출력단이 상기 공통 노드에 연결되어 구성된다.

Description

통합 안테나 시스템{COMBINED ANTENNA SYSTEM}

본 발명은 통합 안테나 시스템에 관한 것으로, 특히 서로 다른 주파수 대역의 신호를 단일한 도선으로 출력함과 아울러 출력 신호의 반사 손실을 최소화할 수 있는 통합 안테나 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 주행에 필요한 장치 외에도, 다양한 부가 장치 등이 설치될 수 있다. 그 중에서 DMB(Digital Multimedia Broadcasting : 디지털 멀티미디어 방송), GPS(Global Positioning System : 위성 위치 확인 시스템), 라디오 등과 같이 전파를 수신하여 구동되는 수신 장치들의 경우, 각 장치에서 사용되는 주파수 대역의 전파를 수신하는 안테나들 뿐만 아니라, 안테나와 수신 장치를 연결하는 케이블이 별도로 구비되어야만 한다. 이에 따라, 차량 내부의 케이블 배선이 복잡해짐과 아울러, 케이블과 수신 장치 및 안테나를 각각 접속시키기 위한 커넥터의 구성이 더 추가되어야만 하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, "차량용 수신기의 통합 연결장치(한국등록특허 제10-0786112호)"와 같이 다수의 안테나와 다수의 수신 장치를 단일의 케이블로 연결하는 기술이 제시된 바 있다.

이 기술에 따르면, 안테나측과 수신 장치측에 하이 패스 필터(High Pass Filter : 고역 통과 필터), 로우 패스 필터(Low Pass Filter : 저역 통과 필터), 밴드 패스 필터(Band Pass Filter : 대역 통과 필터)를 포함하는 필터링부를 각각 설치함으로써, 서로 다른 대역의 주파수를 단일의 케이블로 전송할 수 있도록 한다.

하지만, 이 기술의 일 실시 예는 필터링부와 연결되는 도선을 각 주파수 대역에 따라 별도로 형성하는 것으로, 각각의 도선을 하나의 동축 케이블로 구성한다는 것에 불과하다.

한편, 이 기술의 다른 실시 예에서는 일 실시 예와는 달리, 단일화 회로를 구비하여 서로 다른 주파수 대역의 신호를 전송하는 단일한 도선으로 케이블을 형성하고 있기는 하지만, 필터링부가 하이 패스 필터와 로우 패스 필터를 동시에 사용하고 있기 때문에, 신호를 단일화하는 과정에서 적어도 어느 한 대역의 신호에 간섭이 발생하여 실질적으로 사용이 불가능한 문제점이 있다.

예컨대, GPS 신호와 DMB 신호를 함께 수신하는 경우, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 GPS 대역의 출력 임피던스의 부정합으로 인해 반사파가 발생하여 신호 전달이 정상적으로 이루어지지 않게 된다.

도 1은 GPS 대역의 출력 임피던스를 나타내는 스미스 차트(Smith chart)이고, 도 2는 GPS 대역의 출력 정재파비를 나타내는 도면이며, 도 3은 GPS 대역의 출력 반사 손실을 나타내는 도면이다.

일반적으로 출력 임피던스가 50Ω에 가깝고, 출력 정재파비가 1:1에 가까우 며, 출력 반사 손실이 -20㏈ 이하인 경우에 신호 출력 특성이 우수한 것으로 평가되고 있다. 하지만, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 하이 패스 필터와 로우 패스 필터를 함께 사용하여 신호를 단일화하는 경우, GPS 신호의 주파수 대역인 1575.42㎒에서, 출력 임피던스(A)는 22.738Ω이고, 출력 정재파비(B)는 1:2.2450이며, 출력 반사 손실(C)은 -8.3099㏈로서, 신호 출력에 있어서 반사 손실이 커, 신호 전달이 정상적으로 이루어지지 않음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 서로 다른 주파수 대역의 신호를 단일한 도선으로 출력함과 아울러 출력 신호의 반사 손실을 최소화할 수 있는 통합 안테나 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 통합 안테나 시스템은 수신된 주파수 신호로부터 제 1주파수 대역의 신호를 추출하는 제1 수신부, 수신된 주파수 신호로부터 제 2주파수 대역의 신호를 추출하는 제2 수신부, 단일 도선으로 출력을 위해 상기 제1 수신부의 출력단과 상기 제2 수신부의 출력단이 공통적으로 접속되는 공통 노드를 구비하고, 상기 제2 수신부는 제 2주파수 대역 이외의 주파수 대역의 신호를 제거하기 위한 노치 필터를 구비하고, 상기 노치 필터의 출력단이 상기 공통 노드에 연결된다.

바람직하게, 본 발명은 수신된 주파수 신호로부터 제N 주파수 대역의 신호를 추출하는 제N 수신부를 더 구비할 수 있고, 상기 제N 수신부에는 제N 주파수 대역 이외의 주파수 대역의 신호를 제거하기 위한 노치 필터가 구비되고, 상기 노치 필터의 출력단이 상기 공통 노드에 연결될 수 있다.

바람직하게, 본 발명에서 상기 제2 주파수 대역은 상기 제1 주파수 대역에 비해 고역대일 수 있다.

바람직하게, 본 발명에서 상기 제1 수신부는 상기 제1 주파수 대역의 신호를 수신하기 위한 제1 안테나, 잡음지수를 저감시키기 위한 제1 저 잡음 증폭기, 임피던스를 매칭시키기 위한 제1 매칭 회로, 상기 제1 주파수 대역의 신호를 필터링하기 위한 제1 밴드 패스 필터 및 신호의 안정적인 출력을 위한 자동 이득 조절 회로를 구비할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에서 상기 제2 수신부는 상기 제2 주파수 대역의 신호를 수신하기 위한 제2 안테나, 잡음지수를 저감시키기 위한 제2 저 잡음 증폭기, 상기 제2 주파수 대역의 신호를 필터링하기 위한 제2 밴드 패스 필터, 제3 저 잡음 증폭기 및 임피던스를 매칭시키기 위한 제2 매칭 회로를 구비할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에서 상기 제1 주파수 대역의 신호는 디지털 멀티미디어 방송 신호이고, 상기 제2 주파수 대역의 신호는 위성 위치 확인 시스템 신호일 수 있다.

바람직하게, 본 발명에서 상기 제1 주파수 대역의 신호는 라디오 신호이고, 상기 제2 주파수 대역의 신호는 위성 위치 확인 시스템 신호 또는 디지털 위성 라디오 서비스 신호일 수 있다.

바람직하게, 본 발명에서 상기 제1 주파수 대역의 신호는 위성 위치 확인 시스템 신호이고, 상기 제2 주파수 대역의 신호는 서비스 정보 통합 시스템 신호일 수 있다.

바람직하게, 본 발명에서 상기 제1 수신부와 상기 제2 수신부는 동일한 모듈 내에 형성될 수 있다.

바람직하게, 본 발명에서 상기 제N 주파수 대역의 신호는 디지털 멀티미디어 방송 신호, 위성 위치 확인 시스템 신호, 라디오 신호, 위성 위치 확인 시스템 신호 또는 서비스 정보 통합 시스템 신호 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명에 따르면, 서로 다른 주파수 대역의 신호를 단일화하여 단일한 도선으로 전송할 수 있을 뿐만 아니라 신호의 단일화 출력 과정에서 출력 신호의 반사 손실을 최소화할 수 있어 효과적이다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여, 도 4 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통합 안테나 시스템을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 통합 안테나 시스템은 저역대의 주파수 신호를 수신하는 제1 수신부(110), 제1 수신부에 접속된 로우 패스 필터(120), 고역대의 주파수 신호를 수신하는 제2 수신부(210), 제2 수신부에 접속된 노치 필터(Notch filter)(220), 및 통합 안테나 시스템에 전원을 공급하는 전압 조정기(300)를 포함한다.

제1 수신부(110)는 저역대의 주파수 신호를 수신하기 위한 구성으로서, 제1 안테나(111), 잡음지수를 저감시키기 위한 제1 저 잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)(112), 임피던스를 매칭시키기 위한 제1 매칭 회로(113), 저역대의 주파수 신호를 1차적으로 필터링하기 위한 제1 밴드 패스 필터(114), 및 신호의 안정적인 출력을 위한 자동 이득 조절(Auto Gain Control, AGC) 회로(115)를 포함한다.

로우 패스 필터(120)는 저역대의 주파수를 가지고, 소정 주파수 이하의 신호만 통과시키는 필터로서, 제1 수신부(110)로부터 전송된 신호 중에서 고주파의 잡음을 제거한다. 즉, 로우 패스 필터(120)는 제2 수신부(210)에 해당하는 주파수 대역의 잡음을 차단함으로써 고역대와 저역대 신호의 단일화 과정에서 발생할 수 있는 간섭을 제거하는 역할을 한다.

제2 수신부(210)는 고역대의 주파수 신호를 수신하기 위한 구성으로서, 제2 안테나(211), 제2 저 잡음 증폭기(212), 고역대의 주파수 신호를 1차적으로 필터링하기 위한 제2 밴드 패스 필터(213), 제3 저 잡음 증폭기(214), 및 제2 매칭 회로(215)를 포함한다.

노치 필터(220)는 소정 주파수 대역의 신호를 제거하기 위한 일종의 밴드 스탑 필터(Band stop filter)로서, 제2 수신부(210)의 제2 밴드 패스 필터(213)로부터 1차적으로 필터링된 고대역 신호에 대해 밴드 스탑 필터링을 수행함으로써 상대적인 저주파 신호는 완전하게 차단하고, 통과되는 고주파 신호에 대해서는 다른 주파수대의 신호에 대해 분리성(isolation)을 확보할 수 있게 된다. 참고로, 노치 필터(220)는 삽입손실측면에서 하이 패스 필터보다 우수한 특성을 가지며, 노치 필터(220)로부터 출력된 신호를 노치 필터(220)의 특성에 의해 필터링되어신 신호의 특성이 양호하여, 공통 노드를 통해 여러 개의 신호가 결합되더라도 주파수대가 서로 다른 신호가 혼합되지 않는 분리성을 확보할 수 있게 된다.

로우 패스 필터(120)를 통과한 저역대의 주파수 신호와 노치 필터(220)를 통과한 고역대의 주파수 신호는 제1 노드(N1)에서 단일화되어 출력 단자(400)로 출력됨으로써 단일 도선으로 출력 가능하며, 출력된 신호는 도시되지는 않았지만 디플렉서(Diplexer) 등을 통해 분리되어 각각의 수신 장치로 전송될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 구성은, 제1 및 제2 안테나(111, 211)를 포함하여 하나의 모듈 내에 형성 가능하기 때문에, 차량의 공간이 효율적으로 사용될 수 있도록 한다.

한편, 상술한 설명에서 제1 및 제2 수신부(110, 210)가 각각 수신하는 저역대 및 고역대의 주파수 신호는 상대적인 저역대, 상대적인 고역대를 의미하는 것으로, 본 발명은 주파수 대역이 서로 다른 2개 이상의 신호를 통합 수신할 수 있는 것을 특징으로 한다.

예컨대, 본 발명의 일 실시 예에서, 제1 수신부(110)는 174㎒ 내지 216㎒ 대역의 DMB 신호를, 제2 수신부(210)는 1575.42㎒ 대역의 GPS 신호를 각각 수신할 수 있고, 다른 실시 예에서 제1 수신부(110)는 552㎑ 내지 1710㎑, 88㎒ 내지 108㎒ 대역의 라디오 신호를, 제2 수신부(210)는 GPS 신호 또는 2320㎒ 내지 2345㎒ 대역의 SDARS(Satellite Digital Audio Radio Services : 디지털 위성 라디오 서비스) 신호를 각각 수신할 수 있다. 또한, 제1 수신부(110)는 GPS 신호를 수신하고, 제2 수신부(210)는 2320㎒ 내지 2332.5㎒ 대역의 SIRIUS(Service Information Reporter and Integrator for User System : 서비스 정보 통합 시스템) 신호를 수신하도록 설정할 수 있다.

도 5 내지 도 7은 도 1 내지 도 3의 종래 기술과 비교하여, 본 발명의 효과를 나타내는 도면으로, 도 5는 GPS 대역의 출력 임피던스를 나타내는 스미스 차트, 도 6은 GPS 대역의 출력 정재파비, 도 7은 GPS 대역의 출력 반사 손실을 각각 나타내는 도면이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에서는 GPS 신호의 주파수 대역인 1575.42㎒에서, 출력 임피던스(D)는 47.236Ω이고, 출력 정재파비(E)는 1:1.1197이며, 출력 반사 손실(F)은 -25.072㏈로서, 출력 임피던스(A)가 22. 738Ω인 종래 기술에 비해 50Ω에 가깝고, 출력 정재파비(B)가 1:2.2450인 종래 기술에 비해 1:1에 가까우며, 출력 반사 손실(F)이 -20㏈ 이하임을 알 수 있다.

즉, 고역대의 주파수 신호에 하이 패스 필터를 사용하고, 저역대의 주파수 신호에 로우 패스 필터를 사용한 종래 기술에 비해, 고역대의 주파수 신호에는 노 치 필터를 사용하고, 저역대의 주파수 신호에는 로우 패스 필터를 사용하는 본 발명의 기술이 저역대의 주파수 신호의 손실면에서 보다 효과적이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

도 1은 종래 GPS 대역의 출력 임피던스를 나타내는 스미스 차트,

도 2는 종래 GPS 대역의 출력 정재파비를 나타내는 도면,

도 3은 종래 GPS 대역의 출력 반사 손실을 나타내는 도면,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통합 안테나 시스템을 나타내는 도면,

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 GPS 대역의 출력 임피던스를 나타내는 스미스 차트,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 GPS 대역의 출력 정재파비를 나타내는 도면, 및

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 GPS 대역의 출력 반사 손실을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

110 : 제1 수신부 111 : 제1 안테나

112 : 제1 LNA 113 : 제1 매칭 회로

114 : 제1 밴드 패스 필터 120 : 로우 패스 필터

210 : 제2 수신부 211 : 제2 안테나

212 : 제2 LNA 213 : 제2 밴드 패스 필터

214 : 제3 LNA 215 : 제2 매칭 회로

220 : 노치 필터 300 : 전압 안정기

400 : 출력 단자

Claims (10)

1. 수신된 주파수 신호로부터 제 1주파수 대역의 신호를 추출하는 제1 수신부;

   수신된 주파수 신호로부터 제 2주파수 대역의 신호를 추출하는 제2 수신부;

   단일 도선으로 출력을 위해 상기 제1 수신부의 출력단과 상기 제2 수신부의 출력단이 공통적으로 접속되는 제1 노드를 구비하고,

   상기 제2 수신부는

   제 2주파수 대역 이외의 주파수 대역의 신호를 제거하기 위한 노치 필터를 구비하고, 상기 노치 필터의 출력단이 상기 제1 노드에 연결되는

   통합 안테나 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 수신된 주파수 신호로부터 제N 주파수 대역의 신호를 추출하는 제N 수신부를 더 구비하고,

   상기 제N 수신부에는 제N 주파수 대역 이외의 주파수 대역의 신호를 제거하기 위한 노치 필터가 구비되고, 상기 노치 필터의 출력단이 상기 제1 노드에 연결되는

   통합 안테나 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 제2 주파수 대역은 상기 제1 주파수 대역에 비해 고역대인

   통합 안테나 시스템.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 수신부는

   상기 제1 주파수 대역의 신호를 수신하기 위한 제1 안테나;

   잡음지수를 저감시키기 위한 제1 저 잡음 증폭기;

   임피던스를 매칭시키기 위한 제1 매칭 회로;

   상기 제1 주파수 대역의 신호를 필터링하기 위한 제1 밴드 패스 필터 및

   신호의 안정적인 출력을 위한 자동 이득 조절 회로를 구비하는

   통합 안테나 시스템.
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 제2 수신부는

   상기 제2 주파수 대역의 신호를 수신하기 위한 제2 안테나;

   잡음지수를 저감시키기 위한 제2 저 잡음 증폭기;

   상기 제2 주파수 대역의 신호를 필터링하기 위한 제2 밴드 패스 필터;

   제3 저 잡음 증폭기 및

   임피던스를 매칭시키기 위한 제2 매칭 회로를 구비하는

   통합 안테나 시스템.
6. 청구항 1에 또는 청구항 3에 있어서,

   상기 제1 주파수 대역의 신호는 디지털 멀티미디어 방송 신호이고,

   상기 제2 주파수 대역의 신호는 위성 위치 확인 시스템 신호인

   통합 안테나 시스템.
7. 청구항 1에 또는 청구항 3에 있어서,

   상기 제1 주파수 대역의 신호는 라디오 신호이고,

   상기 제2 주파수 대역의 신호는 위성 위치 확인 시스템 신호 또는 디지털 위성 라디오 서비스 신호인

   통합 안테나 시스템.
8. 청구항 1 또는 청구항 3에 에 있어서,

   상기 제1 주파수 대역의 신호는 위성 위치 확인 시스템 신호이고,

   상기 제2 주파수 대역의 신호는 서비스 정보 통합 시스템 신호인

   통합 안테나 시스템.
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1 수신부와 상기 제2 수신부는 동일한 모듈 내에 형성되는

   통합 안테나 시스템.
10. 청구항 2에 있어서,

    상기 제N 주파수 대역의 신호는 디지털 멀티미디어 방송 신호, 위성 위치 확 인 시스템 신호, 라디오 신호, 위성 위치 확인 시스템 신호 또는 서비스 정보 통합 시스템 신호 중 어느 하나인

    통합 안테나 시스템.

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