KR101022699B1 - Ｐｉｍｄ 제거를 위한 터미네이션 장치 - Google Patents

Abstract

PIMD 제거를 위한 터미네이션 장치가 개시된다. 개시된 장치는 RF 장비의 종단부에 설치되는 터미네이션 장치로서, 적어도 두개의 출력 단자 및 입력 단자를 구비하며, 상기 입력 단자가 상기 RF 장비의 종단부에 결합되는 하이브리드 커플러, 상기 적어도 두 개의 출력 단자 각각에 결합되는 종단 저항; 및 상기 적어도 두 개의 출력 단자 중 소정의 하나의 출력 단자 및 상기 소정의 하나의 출력 단자와 결합되는 종단 저항 사이에 구비되는 신호 지연 수단을 포함한다. 개시된 장치는 RF 장비의 종단부에 결합되어 종단부에서 발생하는 PIMD에 의한 영향을 최소화할 수 있으며, 소형의 사이즈로 수동 소자에 의한 PIMD 영향을 최소화할 수 있으며, 특히 하이브리드 커플러에서 터미네이션되는 단자에서 발생하는 PIMD의 제거에 효과적으로 적용될 수 있다.

Description

ＰＩＭＤ 제거를 위한 터미네이션 장치{Termination Device for Eliminating PIMD}

본 발명은 PIMD 제거를 위한 터미네이션 장치에 관한 것으로서, 하이브리드 커플러와 같이 RF 장비의 종단부에서 PIMD를 최소화하도록 설치되는 터미네이션 장치에 관한 것이다.

이동통신의 발전을 위한 중요한 요소는 서비스 용량의 증대와 통화품질의 개선이다. 이러한 서비스의 증대와 통화품질의 개선에는 항시 채널간의 간섭이 중요한 문제이며, 이 간섭문제 중의 한 중요한 인자가 상호변조왜곡 (IMD ; Intermodulation Distortion)이다.

IMD란 두 개 이상의 신호 주파수들이 서로 간섭 현상을 일으켜 원치 않는 기생 신호를 발생시키는 것으로 이와 같은 현상이 수동 소자에서 나타날 때 PIMD (Passive Intermodulation Distortion)라고 한다. PIMD는 능동 소자에서 발생하는 IMD와는 달리, 얼마 전까지만 해도 위성통신과 같은 고전력 통신 시스템에서만 고려되어 온 현상으로 상용 이동통신에서는 거의 무시되어져 왔다. 하지만 이동통신 서비스가 확장됨에 따라 인접 기지국간의 간섭이 증가하고 그에 따른 IMD 문제도 증가하여 능동 소자에 의한 IMD뿐만 아니라 PIMD에 대한 문제도 함께 부상하고 있다. 능동 소자에 의한 IMD는 오래 전부터 꾸준한 연구 대상이었던 부분이라 큰 문제가 없으나, PIMD의 경우 근래까지 통신 시스템 구축에 있어 고려되지 않은 요소라 더욱 더 큰 문제를 야기 시키고 있다.

RF 부품에서 PIMD 발생 원인은 접촉 비선형성 (Contact Nonlinearity)과 재료 비선형성(Material Nonlinearity)으로 크게 구분할 수 있다. 접촉 비선형성의 원인에는 도체들 사이의 얇은 산화층에 의한 접합 용량, 금속 접촉에서 도체들 사이의 반도체 작용에 의한 터널 효과, 금속들 사이의 빈틈 공간과 미소 균열에 의한 Micro-discharge, 금속 표면의 먼지와 금속 입자들에 연관된 비선형성, 금속결합에서 발생되는 수축저항(Constriction resistance) 등이 있으며, 재료 비선형성의 원인에는 니켈, 철, 코발트 등의 히스테리시스 (Hysteresis)효과, Internal Shottkey Effect, 도체에서의 한정된 전도율에 의한 Thermal heating 등이 있다.

이와 같은 PIMD 이동통신 시스템의 여러 스테이지에서 문제가 될 수 있으며, 특히 기지국 시스템 내에서도 예상치못한 노이즈 발생의 주요한 요인이 되고 있다.

도 1은 PIMD에 의한 기생 신호가 발생하는 일례를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, f1, f2의 두 개의 톤 신호가 있을 때, 이로 인해 PIMD 에 의한 기생 신호 성분이 발생하는 경우가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 신호의 원 주파수와 근접한 대역에서 발생하는 기생 신호 성분은 신호를 송수신하는 이동통신 시스템의 전단부에서 큰 문제를 발생시킬 수 있다.

도 2는 이동통신 시스템의 전단부의 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 이동통신 시스템의 전단부는 수신 필터(200), 송신 필터(202), 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier: LNA, 204), 신호 처리부(206) 및 안테나(208)를 포함한다.

송신 필터(200)는 이동통신 시스템에서 이동통신 단말기로 전송되는 송신 신호 주파수 대역을 필터링하는 기능을 하며, 수신 필터(202)는 이동통신 단말기로부터 이동통신 시스템으로 전송되는 수신 신호 주파수 대역을 필터링하는 기능을 한다.

저잡음 증폭기(204)는 이동통신 단말기로부터 수신되어 수신 필터(202)에서 필터링된 신호의 잡음을 제거하고 증폭시키는 기능을 한다.

통상적으로 이동통신 시스템에서 수신 신호와 송신 신호는 서로 다른 주파수 대역을 사용하며 이 주파수 대역은 근접해 있는 것이 일반적이다. 예를 들어, CDMA 이동통신 시스템에서 송신 주파수 대역은 1930MHz ~ 1990MHz 대역을 가지고, 수신 주파수 대역은 1850MHz ~ 1910MHz 대역의 신호를 가진다.

이 경우, 송신 신호에서 PIMD에 의해 발생한 기생 신호 성분은 수신 신호 대역을 가질 수 있다. 기생 신호 성분의 크기가 상당히 미약하기는 하나, 이 기생 신호가 수신 필터(202)를 통과하여 저잡음 증폭기(204)에 입력될 경우 심각한 오류를 발생시킬 수 있다.

따라서, 이동통신 시스템 전단부에서 PIMD에 의한 기생 신호를 억제하는 것이 통화 품질에 있어 상당히 중요한 요소가 된다.

전술한 바와 같이, PIMD에 의한 기생 신호 성분은 다양한 원인에 의해 발생하나 이동통신 시스템 전단부에서는 특히 저항과 같은 수동 소자가 RF 장비의 종단부에 연결될 때 PIMD에 의한 기생 신호 성분이 발생하는 것으로 알려져 있으며, 이에 의한 기생 신호 성분의 발생을 최소화하는 수단이 필요하다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 RF 장비의 종단부에 결합되어 종단부에서 발생하는 PIMD에 의한 영향을 최소화하기 위한 터미네이션 장치를 제안하고자 한다.

또한, 본 발명은 하이브리드 커플러에서 터미네이션되는 단자에서 발생하는 PIMD를 최소화하기 위한 터미네이션 장치를 제안한다.

또한, 본 발명은 소형의 사이즈로 수동 소자에 의한 PIMD 영향을 최소화하기 위한 터미네이션 장치를 제안한다.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, RF 장비의 종단부에 설치되는 터미네이션 장치로서, 적어도 두개의 출력 단자 및 입력 단자를 구비하며, 상기 입력 단자가 상기 RF 장비의 종단부에 결합되는 하이브리드 커플러, 상기 적어도 두 개의 출력 단자 각각에 결합되는 종단 저항; 및 상기 적어도 두 개의 출력 단자 중 소정의 하나의 출력 단자 및 상기 소정의 하나의 출력 단자와 결합되는 종단 저항 사이에 구비되는 신호 지연 수단을 포함하는 PIMD 제거를 위한 터미네이션 장치가 제공된다.

상기 신호 지연 수단은 소정의 길이를 갖는 RF 선로를 포함할 수 있다.

상기 RF 선로는 λ/4 선로를 포함할 수 있다.

상기 적어도 두 개의 출력 단자와 결합되는 종단 저항에서 발생하는 PIMD에 의한 기생 신호는 상기 입력 단자로 전송되어 상쇄되는 것을 특징으로 하는 PIMD 제거를 위한 터미네이션 장치.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, PIMD 제거를 위한 하이브리드 커플링 장치로서, 제1 및 제2 입력 단자 및 제1 및 제2 출력 단자를 구비하며, 상기 제1 입력 단자로 입력된 신호는 상기 제1 출력 단자로 출력되는 제1 하이브리드 커플러; 제3 및 제4 입력 단자 및 제3 및 제4 출력 단자를 구비하고, 제3 입력 단자가 상기 제1 하이브리드 커플러의 제2 출력 단자와 결합되며, 상기 제3 출력 단자에는 제1 종단 저항이 결합되고, 상기 제4 출력 단자에는 신호 지연 수단 및 제2 종단 저항이 결합되는 제2 하이브리드 커플러를 포함하는 PIMD 제거를 위한 하이브리드 커플링 장치가 제공된다.

본 발명에 의한 터미네이션 장치는 RF 장비의 종단부에 결합되어 종단부에서 발생하는 PIMD에 의한 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 터미네이션 장치는 소형의 사이즈로 수동 소자에 의한 PIMD 영향을 최소화할 수 있으며, 특히 하이브리드 커플러에서 터미네이션되는 단자에서 발생하는 PIMD의 제거에 효과적으로 적용될 수 있다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 PIMD 제거를 위한 터미네 이션 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 종래의 이동통신 시스템 및 각종 RF 장치에 사용되는 하이브리드 커플러의 연결 구조 및 이에 의한 PIMD 발생에 대해 살펴보기로 한다.

도 3은 일반적인 하이브리드 커플러의 연결 구조를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 일반적인 하이브리드 커플러는 A, B, C, D의 4개의 단자를 구비하고 있다. 여기서, A 및 B 단자는 신호가 입력되는 입력 단자로서 동작하며, C 및 D 단자는 신호가 출력되는 출력 단자로서 동작한다.

하이브리드 커플러의 입력 단자인 A 단자 및 B 단자 중 어느 하나의 단자로 신호가 입력될 경우 C 및 D 단자로는 크기가 반으로 나누어진 신호가 각각 출력된다.

예를 들어, 크기가 M인 신호가 A 단자로 입력될 경우 하이브리드 커플러의 C 및 D 단자로는 크기가 M/2인 신호가 각각 출력된다. A 단자로 입력된 신호가 C 및 D 단자로 출력될 때, C 단자까지의 출력 경로의 길이와 D 단자까지의 출력 경로의 길이가 상이하므로 C 및 D 단자에서 출력되는 신호는 크기는 동일하나 위상은 상이하다.

일반적으로, A 단자로 신호가 입력될 때, C 단자의 출력신호는 원 신호에 비해 위상이 -90도 지연되며, D 단자의 출력 신호는 원 신호에 비해 위상이 -180도 지연된다. 반면, B 단자로 신호가 입력될 때, C 단자의 출력 신호는 원 신호에 비해 위상이 -180도 지연되며, D 단자의 출력 신호는 -90도 지연된다.

하이브리드 커플러의 두 개의 출력 신호 중 하나의 출력 신호만을 이용하는 경우가 많으며, 이때 두 단자 중 하나는 터미네이션된다. 도 3에는 D 단자가 터미네이션되고 C 단자로 출력되는 신호는 케이블 로드(302)로 출력된다.

D 단자는 일반적인 방식과 같이 종단 저항(300)을 이용하여 터미네이션된다. 이때, 종단 저항(300)은 수동 소자로서, 종단 저항(300)에서 PIMD에 의한 기생 신호 성분이 발생된다. PIMD에 의한 기생 신호 성분은 종단 저항에서 다시 입력 단자로 전달될 수 있으며, 이는 신호 불량의 주요한 원인이 된다.

종래에는 이와 같은 PIMD에 의한 기생 신호 성분을 약화시키기 위해 D 단자와 종단 저항 사이에 긴 동축 케이블을 설치하였다. 동축 케이블(304)은 종단 저항(300)과 D 단자 사이의 경로를 길게 하여 PIMD에 의한 기생 신호 성분을 약화시키는 소자로 동작한다.

그러나, 이와 같은 종래의 방식은 PIMD에 의한 기생 신호 성분을 제거하는데 효과적이지 못하였으며, 특히 신호를 약화시키기 위해 동축 케이블을 상당히 길게 설치하여야 하는 문제점이 있었다. 종래에는 동축 케이블을 길게 감아서 설치하는 방식 등이 이용되었는데, 이는 큰 비용을 요구할 뿐만 아니라 공간을 많이 차지하는 문제점이 있었다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터미네이션 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터미네이션 장치는 하이브리드 커플러(400), 다수의 종단 저항(402, 404, 406) 및 λ/4 선로(408)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터미네이션 장치는 하이브리드 커플러와 같은 RF 장비의 종단부에 설치되어 종래의 동축 케이블이 수행하였던 PIMD에 의한 기생 신호 성분을 약화시키는 기능을 한다.

하이브리드 커플러는 A, B, C, D 4개의 단자를 구비하며, 이중 입력 단자인 A 단자는 대상이 되는 RF 장비의 종단부와 결합된다. 입력 단자 중 어떠한 단자도 대상이 되는 RF 장비의 종단부와 결합될 수 있으며, 도 4와 달리, B 단자가 종단부와 결합될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

입력 단자 중 어느 하나가 종단부와 결합되면, 나머지 입력 단자는 종단 저항에 의해 터미네이션되며, 도 1에는 B 단자가 종단 저항(406)에 의해 터미네이션되는 경우가 도시되어 있다.

종단부를 통해 입력되는 신호는 C 단자 및 D 단자로 나누어 출력된다. C 단자와 D 단자는 모두 종단 저항과 연결되어 있는 바, A 단자를 통해 입력된 신호는 종단 저항에 의해 터미네이션된다.

터미네이션 과정에서, 종단 저항(402, 404)에 의해 PIMD에 의한 기생 신호 성분이 발생될 수 있으며, 이러한 기생 신호 성분은 다시 입력 단자인 A 단자로 전달될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 종단 저항(402, 404)에서 발생하는 PIMD에 의한 기생 신호 성분을 위상 반전에 의한 상쇄를 통해 제거하는 방식이 제안된다.

C 단자 및 D 단자와 결합되는 종단 저항(402, 404)은 모두 동일한 특성을 갖는 소자이며, 따라서, 거의 동일한 PIMD에 의한 기생 신호 성분이 발생한다.

이때, C 단자 및 D 단자와 결합된 종단 저항(402, 404)에서 발생하는 PIMD에 의한 기생 신호를 IMcos(wt)로 설정한다.

하이브리드 커플러는 가역성을 가진 장치로서, C 및 D 단자에서 신호가 입력될 때에도 동일한 방식으로 동작한다.

따라서, C 단자와 결합된 종단 저항(402)에서 발생하는 기생 신호는 A 단자로 출력될 때 크기가 반이고 위상이 -90도 지연되어 출력된다. 즉, C 단자와 결합된 종단 저항(402)에서 발생한 기생 신호 IMcos(wt)는 A 단자에서 (IM/2)cos(wt-90°)로 출력된다.

λ/4 선로(408)는 D 단자와 결합 되는 종단 저항(404)에서 발생하는 PIMD에 의한 기생 신호가 출력 지점인 A 단자에서 C 단자로부터 입력되는 기생 신호와 상쇄될 수 있도록 신호의 경로를 조절하는 기능을 한다.

λ/4 선로(408)에 의해 종단 저항(404)에서 발생하는 기생 신호는 -90도만큼 추가적으로 지연된다.

이때, 종단 저항(404)에서 발생하는 기생 신호가 IMcos(wt)이고, λ/4 선로(408)에 의해 신호가 지연되어 IMcos(wt-90°)가 되어 C 단자로 입력된다.

C 단자로 입력된 기생 신호는 신호의 크기가 반으로 줄고 위상이 -180도 지연되어 A 단자로 출력된다. 따라서, 종단 저항(404)에서 발생하는 PIMD에 의한 기생 신호는 A 단자에서 (IM/2)cos(wt-270°)로 출력된다.

C 단자와 결합된 종단 저항(402)에서 발생한 기생 신호와 D 단자와 결합된 종단 저항(404)에서 발생한 기생 신호는 A 단자에서 중첩되며, 이때 각각의 신호는 각각 (IM/2)cos(wt-90°)와 (IM/2)cos(wt-270°)이다.

즉, PIMD에 의한 두 개의 기생 신호의 위상차는 서로 180도이며, 이로 인해 PIMD에 의한 두 개의 기생 신호는 서로 상쇄된다. 종단 저항에 의해 발생하는 PIMD에 의한 기생 신호가 도 4에 도시된 상쇄 지점에서 상쇄되므로, 대상이 되는 RF 장비로는 PIMD에 의한 기생 신호가 입력되지 않는다.

도 3에는 종단 저항(404)에서 발생하는 PIMD에 의한 기생 신호를 -90도만큼 지연시키는 λ/4 선로가 구비되는 경우가 도시되어 있으나, 지연이 되는 정도는 다양하게 조절될 수 있을 것이다. 즉, 두 신호가 중첩되는 A 단자에서 서로 위상차가 180도가 되도록 신호를 지연시킬 수만 있다면 λ/4가 아닌 다른 길이의 선로가 구비될 수도 있다. 물론, 선로가 아닌 다른 신호 지연 수단이 이용될 수도 있을 것이다.

도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 터미네이션 장치는 특정 단자의 터미네이션을 요구하는 다양한 RF 장비에 적용될 수 있으며, 터미네이션에 의한 PIMD 발생을 최소화할 수 있다.

도 5는 도 4에 도시된 터미네이션 장치가 하이브리드 커플러에 적용된 경우를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, A, B, C, D의 4개의 단자를 가진 하이브리드 커플러에서 터미네이션되는 D 단자에 본 발명의 일 실시예에 따른 터미네이션 장치가 종래의 동축 케이블 및 종단 저항 대신에 결합된다.

A 단자로 신호가 입력될 경우, 신호는 C 단자 및 D 단자로 출력되며, 기존의 D 단자와 결합된 종단 저항에서 발생하는 PIMD에 의한 기생 신호는 터미네이션 장치에 의해 제거된다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 PIMD에 의한 기생 신호가 발생하는 일례를 도시한 도면.

도 2는 이동통신 시스템의 전단부의 구성을 도시한 도면.

도 3은 일반적인 하이브리드 커플러의 연결 구조를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터미네이션 장치의 구성을 도시한 도면.

도 5는 도 4에 도시된 터미네이션 장치가 하이브리드 커플러에 적용된 경우를 도시한 도면.

Claims (7)

1. RF 장비의 종단부에 설치되는 터미네이션 장치로서,

   RF 장비의 종단부에 결합되는 제1 입력 단자, 종단 저항과 결합되는 제2 입력 단자, 제1 출력 단자 및 제2 출력 단자를 구비하는 하이브리드 커플러;

   상기 제1 출력 단자 및 제2 출력 단자 각각에 결합되는 종단 저항; 및

   상기 제2 출력 단자와 종단 저항 사이에 구비되어 신호를 지연시키는 신호 지연 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 PIMD 제거를 위한 터미네이션 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 신호 지연 수단은 소정의 길이를 갖는 RF 선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 PIMD 제거를 위한 터미네이션 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 RF 선로는 λ/4 선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 PIMD 제거를 위한 터미네이션 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제2 출력 단자와 결합되는 종단 저항에서 발생하는 PIMD에 의한 기생 신호는 상기 제1 입력 단자로 전송되어 상쇄되는 것을 특징으로 하는 PIMD 제거를 위한 터미네이션 장치.
5. PIMD 제거를 위한 하이브리드 커플링 장치로서,

   제1 및 제2 입력 단자 및 제1 및 제2 출력 단자를 구비하며, 상기 제1 입력 단자로 입력된 신호는 상기 제1 출력 단자로 출력되는 제1 하이브리드 커플러;

   제3 및 제4 입력 단자 및 제3 및 제4 출력 단자를 구비하고, 제3 입력 단자가 상기 제1 하이브리드 커플러의 제2 출력 단자와 결합되며, 상기 제3 출력 단자에는 제1 종단 저항이 결합되고, 상기 제4 출력 단자에는 신호 지연 수단 및 제2 종단 저항이 결합되며 상기 제4 입력 단자에는 제3 종단 저항이 결합되는 제2 하이브리드 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 PIMD 제거를 위한 하이브리드 커플링 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 신호 지연 수단은 소정의 길이를 갖는 RF 선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 PIMD 제거를 위한 하이브리드 커플링 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 RF 선로는 λ/4 선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 PIMD 제거를 위한 하이브리드 커플링 장치.

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