KR101375722B1

KR101375722B1 - 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치

Info

Publication number: KR101375722B1
Application number: KR1020120044739A
Authority: KR
Inventors: 최영규
Original assignee: 주식회사 인스파워
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2014-03-19
Also published as: KR20130121494A

Abstract

본 발명은 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치에 관한 것으로서, TDD(time devision duplex) 방식을 사용하는 시스템에서 송신신호 및 수신신호 격리시 송신신호에 기인하여 발생하는 누설신호의 간섭을 수신신호에 최소화하도록 함으로써 통신품질을 최대화하도록 한 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치에 관한 것이다. 이를 위해 송신측으로부터 송신된 송신신호와 안테나로부터 입력된 수신신호를 분리하며, 신호 분리에 따른 송신신호의 누설신호가 생성되는 분리수단(100); 누설신호에 상응하도록 송신신호로부터 커플링 된 신호를 조절함으로써 상쇄신호를 생성하는 조절수단(200); 및 송신신호를 커플링 하여 커플링 신호를 생성하고, 누설신호와 상쇄신호가 결합됨으로써 누설신호를 상쇄시키는 결합수단(300);을 포함하는 것을 특징으로 하는 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치가 개시된다.

Description

송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치{RF front-end apparatus for isolating TX and RX signal}

본 발명은 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 TDD(time devision duplex) 방식을 사용하는 시스템에서 송신신호 및 수신신호 격리시 송신신호에 기인하여 발생하는 누설신호의 간섭을 수신신호에 최소화하도록 함으로써 통신품질을 최대화하도록 한 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치에 관한 것이다.

최근 TDD 방식의 무선통신 시스템인 WiBro, WiMAX, WiFi, 또는 무전기와 같은 시스템은 송신신호와 수신신호의 주파수를 동일하게 하여 서로 간섭을 최소화함으로써 통신 품질을 확보한다. 이때, 대체로 신호레벨(dBm)이 큰 송신신호가 상대적으로 신호레벨이 작은 수신부로 유입되지 않도록 해야 하는데, 송신부와 수신부의 격리도(isolation)가 충분하지 않은 경우에는 송신신호의 누설신호가 수신부로 유입된다. 이러한 누설신호의 수신부 유입은 통신시스템에 영향을 미치며, 일예로서 수신부 파손, 수신감도 불량, 또는 시스템 발진의 원인이 된다.

한편, 종래에는 송신신호와 수신신호를 분리하기 위해 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 써큘레이터(circulator) 또는 TDD 동기신호에 따라 동작하는 RF 스위치를 이용하여 격리도를 확보하였다. 그러나 써큘레이터 또는 RF 스위치 자체의 격리도 특성이 일반적으로 요구되는 전단장치의 격리도 특성을 만족시키지 못하기 때문에 써큘레이터와 RF 스위치를 함께 사용하여 격리도를 더욱 향상시킬 수 있었다.

여기서, 써큘레이터와 RF 스위치를 함께 사용할 경우, RF 스위치는 TDD 동기신호를 반드시 사용해야 하고, 높은 고주파 출력을 견디는 고속의 RF 스위치가 필요한데 이는 구조의 복잡도로 인한 비용 상승의 원인이 된다. 또한, TDD 동기신호를 직접적으로 받을 수 없는 RF 중계기와 같은 통신 시스템에서는 TDD 신호를 얻기 위한 장치가 추가로 필요하여 구조의 복잡함과 비용 상승의 문제점이 있어 왔다.

선행기술문헌인 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0016579(발명의 명칭 : 시분할 이중화 방식의 무선 시스템에서의 송수신 신호 분리장치 및 그 방법)에 따르면 써큘레이터를 이용하여 수신단으로 누설되는 송신 신호의 크기를 일정 크기 감쇄시킴으로써, 누설신호로부터 수신단을 보호할 수 있는 시분할 이중화 방식의 무선 시스템에서의 송수신 신호 분리 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 발명이다. 상술한 선행기술문헌은 누설신호를 상쇄시키기 위하여 3개의 써큘레이터를 조합하나, 본원발명에서는 3개의 써큘레이터를 사용하지도 않을 뿐더러, 본원발명은 2개의 써큘레이터와 하이브리드 커플러를 이용하여 누설신호를 제거한다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, TDD 동기신호와 RF 스위치를 사용하지 않으면서도 높은 송수신 격리도를 갖는 고주파 전단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 본 발명의 목적은, 송신측으로부터 송신된 송신신호와 안테나로부터 입력된 수신신호를 분리하며, 신호 분리에 따른 송신신호의 누설신호가 생성되는 분리수단(100); 누설신호에 상응하도록 송신신호로부터 커플링 된 신호를 조절함으로써 상쇄신호를 생성하는 조절수단(200); 및 송신신호를 커플링 하여 커플링 신호를 생성하고, 누설신호와 상쇄신호가 결합됨으로써 누설신호를 상쇄시키는 결합수단(300);을 포함하는 것을 특징으로 하는 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.

또한, 상쇄신호의 크기 및 지연시간은 결합수단(300)이 누설신호를 상쇄시키도록 누설신호와 서로 일치하는 방향으로 조절되고, 상쇄신호의 위상은 결합수단(300)이 누설신호를 상쇄시키도록 누설신호와 서로 반대되는 방향으로 조절되는 것을 특징으로 한다.

또한, 조절수단(200)은, 커플링 신호의 크기를 조절하는 크기조절기(210);

커플링 신호의 위상을 조절하는 위상조절기(220); 및 커플링 신호의 도달 시간을 지연하는 시간지연기(230);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 목적은, 송신측으로부터 송신된 송신신호를 위상 변화된 송신 커플링 신호와 나머지 송신신호로 분리하는 커플링수단(400); 송신신호와 안테나로부터 입력된 수신신호를 분리하며, 신호 분리에 따라 송신 커플링 신호에 의해 제1누설신호가 생성되고, 나머지 송신신호에 의해 제2누설신호가 생성되는 복수의 분리수단(500); 및 제1누설신호를 커플링 함에 따라 생성된 위상 변화된 제1누설신호를 제2누설신호와 결합함으로써 제1누설신호 및 제2누설신호가 서로 상쇄되는 결합수단(600);을 포함하는 것을 특징으로 하는 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.

또한, 위상 변화된 제1누설신호의 크기는 제2누설신호의 크기와 서로 일치하는 방향으로 조절되는 것을 특징으로 한다.

또한, 위상 변화된 제1누설신호의 위상은 제2누설신호와 서로 반대되는 방향으로 조절되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 목적은, 송신측으로부터 송신된 송신신호와 안테나로부터 입력된 수신신호를 분리하며, 신호 분리에 따른 송신신호의 누설신호가 생성되는 복수의 분리수단:

상기 송신신호의 일부가 커플링됨으로써 위상이 변화된 송신 커플링 신호를 상기 복수의 분리수단 중 어느 하나에 전달하고, 나머지 송신신호를 상기 복수의 분리수단 중 다른 하나에 전달하는 제1커플링수단; 상기 나머지 송신신호를 커플링하여 생성된 위상 변화된 나머지 송신신호와 상기 송신 커플링 신호를 결합함으로써 재결합된 송신신호가 생성되고, 상기 수신신호의 일부가 커플링됨으로써 위상 변화된 수신 커플링 신호를 상기 복수의 분리수단 중 어느 하나에 전달하고, 나머지 수신신호를 상기 복수의 분리수단 중 다른 하나에 전달하는 제2커플링수단; 및 상기 나머지 수신신호를 커플링하여 생성된 위상 변화된 나머지 수신신호와 상기 수신 커플링 신호를 결합함으로써 재결합된 수신신호가 생성되고, 상기 송신 커플링 신호에 의해 생성된 누설신호를 커플링하여 위상 변화된 누설신호를 생성하고, 상기 위상 변화된 누설신호와 상기 나머지 송신신호에 의해 생성된 누설신호를 결합함으로써 상기 누설신호를 상쇄시키는 결합수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 TDD 동기신호와 RF 스위치를 사용하지 않으면서도 높은 송수신 격리도를 갖는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 RF 중계기와 같이 TDD 동기신호를 직접 받을 수 없는 통신 시스템에서 TDD 동기신호를 얻기 위한 추가 장치가 필요없어 구조가 간단하고 경비 절감의 효과가 있다.

그리고, 본 발명에 의하면 RF 스위치가 필요치 않아 구조가 간단하고 경비 절감의 효과가 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 종래의 고주파 전단장치를 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치의 구성을 나타낸 도면이고,
도 4는 도 3의 a점에서의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 5는 도 3의 b점에서의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 6은 도 3의 c점에서의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 7는 본 발명의 제2실시예에 따른 송신수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치의 구성을 나타낸 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.

<송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치의 구성>

본 발명의 제1 및 제2실시예서는 송신신호와 수신신호가 서로 다른 주파수(예를 들어 CDMA 시스템)임을 가정하여 설명하였으나 송수신호와 수신신호가 동일한 주파수(예를 들어 TDD 시스템)를 가지는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

( 제1실시예 )

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치는 대략 분리수단(100), 조절수단(200), 및 결합수단(300)으로 구성된다. 이하에서는 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 송수신 신호를 분리하는 고주파 전당장치의 구성 및 기능을 자세히 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이 송신부(10)에서 전송된 송신신호(f₁)는 도 4에 도시된 바와 같이 f₁의 주파수를 가지며 일정크기의 파워를 가진다. 송신신호는 안테나로부터 입력된 수신신호(f₂)보다 통상적으로 큰 파워를 가지며, 송신신호와 수신신호의 주파수는 각종 시스템에 따라 달라진다. 예를 들어 와이브로, 와이맥스, 무전기와 같은 시스템은 송신주파수와 수신주파수가 동일하며(즉 TDD방식), CDMA와 같은 시스템에서는 서로 다른 주파수를 가지게 된다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 송신신호와 수신신호의 주파수를 다르게 표현하였으나 송신신호와 수신신호의 주파수가 동일한 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

전송된 송신신호는 제1결합수단(310)에 의해 일정크기의 파워를 가지는 신호로 커플링 되어 조절수단(200)으로 입력된다. 이때, 커플링 되는 송신신호의 크기는 커플링 되지 않은 송신신호의 크기에 비해 아주 작다. 커플링 되지 않은 송신신호는 분리수단(100)인 써큘레이터로 입력된다.

써큘레이터는 송신신호와 수신신호를 분리하는 장치로서 써큘레이터 자체의 이격도(isolation)는 대략 -15 ~ -25dB 정도이기 때문에 고주파 전단장치를 써큘레이터 만으로 구성하기에는 어려움이 있다. 왜냐하면, 파워가 높은 송신신호가 써큘레이터를 통과한 경우 누설신호가 발생하기 때문이다. 이러한 누설신호가 수신부(20)로 유입되는 경우 수신부 파손, 통화품질 불량(수신감도 떨어짐), 또는 시스템 발진의 원인이 되기 때문이다.

따라서, 송신신호가 써큘레이터를 통과한 경우 발생되는 누설신호를 상쇄시키기 위해 본 발명에서는 써큘레이터에 의해 발생된 누설신호와 크기 및 지연시간은 동일하고 위상이 180°인 상쇄신호를 생성하며 상쇄신호의 생성은 다음과 같다.

제1결합수단(310)에 의해 커플링 된 신호는 조절수단(200)에 의해 시간지연, 크기 및 위상이 조절된다. 자세하게 설명하면, 커플링 된 신호는 먼저 시간지연기(딜레이 라인)(230)에 의해 시간지연이 이루어지고, 시간지연기에 의해 시간지연된 커플링 신호는 크기조절기(attenuator)(210) 및 위상조절기(phase shifter)(220)에 의해 각각 크기 및 위상이 조절된다. 이때, 상쇄신호(f₁')의 시간지연은 누설신호가 제2결합수단(320)까지 도달하는데 걸리는 시간을 지연한다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이 상쇄신호의 크기는 누설신호의 크기와 동일하게 조정되며, 상쇄신호의 위상은 누설신호의 위상과 180°차이 나게 조절된다.

시간지연, 크기, 및 위상이 조정된 상쇄신호(f₁')는 도 6에 도시된 바와 같이 누설신호(f₁'')와 제2결합수단(320)에 의해 합쳐짐으로써 상쇄되어 수신신호(f₂)만 존재하게 되며, 송신신호는 써큘레이트에 의해 수신신호와 분리되어 필터(30)를 거쳐 안테나에 의해 방사된다.

상술한 크기조절기(210) 및 위상조절기(220)는 가변소자로서, 마이컴(도면 미도시) 또는 아날로그 회로(도면 미도시)가 수신신호의 크기를 피드백 받음으로써 자동으로 크기조절기 및 위상조절기를 제어할 수 있다.

상술한 제1결합수단(310) 및 제2결합수단(320)은 방향성 결합기로서 통상적으로 디바이더(컴바이너), 커플러, 또는 하이브리드 커플러 등을 사용할 수 있다.

( 제2실시예 )

본 발명의 제2실시예에 따른 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치의 구성 및 기능을 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 제1실시예에서 설명한 내용은 생략하기로 하며, 설명의 필요에 따라 제1실시예와 동일한 부호를 사용할 수도 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 송신부에서 송신된 송신신호(f₁)는 커플링수단(400)에 의해 2가지 신호(제1신호 및 제2신호)로 분리된다. 이때 커플링수단(400)은 일예로서 하이브리드 커플러에 의해 구현될 수 있으며, 하이브리드 커플러에 의해 분리된 제1신호는 송신신호(f₁)의 절반 파워(dBm)를 가지며 위상이 90°차이가 나고(즉, 송신신호에 비해 -3dB/0°), 제2신호는 송신신호의 절반 파워(dBm)를 가지며 동위상이다(즉, 송신신호에 비해 -3dB/-90°).

제1신호는 제1분리수단(510)으로 입력됨으로써 제1누설신호가 생성되며, 제2신호는 제2분리수단(520)으로 입력되어 제2누설신호가 생성된다. 이때 제1,2분리수단은 일예로서 써큘레이터 등에 의해 구현될 수 있다. 이하에서는 써큘레이터를 이용하여 설명하기로 하며 써큘레이터의 특징은 상술한 제1실시예와 같다. 다만, 본 발명에서는 동일한 기능을 가지는 써큘레이터를 사용함으로써 제1누설신호 및 제2누설신호의 크기(dBm)가 동일하도록 조절할 수 있다.

여기서, 제1분리수단(510)에 의해 생성된 제1누설신호는 제2분리수단(520)에 의해 생성된 제2누설신호에 비해 크기(dBm)는 동일하고 위상이 90°차이가 나게 된다. 제1누설신호는 다시 결합수단(600)에 커플링 됨으로써 제2누설신호에 비해 180° 위상차이가 나게 된다.

180°의 위상 차이를 가지는 제1누설신호가 0°의 위상 차이를 가지는 제2누설신호와 합쳐져서 서로 상쇄된다. 제1누설신호와 제2누설신호가 서로 상쇄되는 이유는 제1누설신호는 제2누설신호에 비해 크기는 동일하고 위상이 180°차이가 나기 때문이다. 따라서 종래의 1개의 써큘레이터를 사용함으로써 발생되는 누설신호를 2개의 써큘레이터를 사용함으로써 상쇄시킬 수 있다.

한편, 커플링수단(400)에 의해 커플링 된 제1신호는 제1분리수단(510)에 의해 커플링수단(700)으로 전달되고, 제2신호는 제2분리수단(520)에 의해 커플링수단(700)으로 전달된다. 이때 제2신호는 커플링수단(700)에 의해 커플링 됨으로써 송신신호(f₁)에 비해 위상이 90°차이가 나게 된다. 커플링수단(700)은 제1신호(-3dB/-90°)와 제2신호(-3dB/-90°)를 합침으로써 원래의 송신신호를 복원하며, 복원 된 송신신호는 필터(30)를 거쳐 안테나(40)를 통해 방사된다.

한편, 안테나(40)를 통해 수신된 수신신호(f₂)는 커플링수단(700)에 의해 2개의 신호로 분리되며, 분리되는 신호는 앞서 상술한 커플링수단(400)이 분리하는 것과 동일하게 분리된다. 즉 제1수신신호는 수신신호의 -3dB/0°신호이고, 제2수신신호는 수신신호의 -3dB/-90°신호이다. 이렇게 분리된 신호는 각각 제1분리수단(510) 및 제2분리수단(520)으로 입력되며, 제1수신신호는 결합수단(600)에 의해 커플링 됨으로써 -3dB/-90°신호로 변화된다. 결과적으로 결합수단(600)이 제1수신신호와 제2수신신호를 합침으로써 본래의 수신신호(f₂)가 복원되어 수신부(20)로 입력된다.

상술한 바와 같은 커플링수단(400), 결합수단(600), 및 커플링수단(700)은 설명의 편의를 위해 용어를 바꾸어 기재했으나 동일한 하이브리드 커플러에 의해 구현될 수 있으며, 하이브리드 커플러는 마이크로 스트립라인, 도파관, 방향성 결합기, 윌킨슨 디바이더 등 다양한 방식으로 구현될 수 있다.

이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

10 : 송신부
20 : 수신부
30 : 필터
40 : 안테나
100 : 분리수단
200 : 조절수단
210 : 크기조절기
220 : 위상조절기
230 : 시간지연기
300 : 결합수단
310 : 제1결합수단
320 : 제2결합수단
400 : 커플링수단
500 : 분리수단
510 : 제1분리수단
520 : 제2분리수단
600 : 결합수단
700 : 커플링수단

Claims

전송하고자 하는 송신신호에 대해 상대적으로 90도 위상 변화된 제1 신호 및 동위상의 제2 신호로 상기 송신신호를 분리하고, 상기 송신신호에 대해 -3dB 크기가 감쇠된 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 생성하는 제1 하이브리드 커플러,
입력된 상기 제1 신호와 안테나로부터 제1 경로를 통해 입력된 수신신호를 분리하여 출력하며, 상기 제1 신호의 입력에 따라 제1 누설신호가 생성되는 제1 써큘레이터,
입력된 상기 제2 신호와 안테나로부터 제2 경로를 통해 입력된 수신신호를 분리하여 출력하며, 상기 제2 신호의 입력에 따라 상기 제1 누설신호에 대해 상대적으로 90도 위상 차이나고 신호의 크기가 동일한 제2 누설신호가 생성되는 제2 써큘레이터, 및
입력된 상기 제1 누설신호는 입력된 상기 제2 누설신호에 대해 상대적으로 신호의 크기가 동일하고 180도 위상 변화되어 결합됨으로써 상기 제1 누설신호와 상기 제2 누설신호가 서로 상쇄되며, 상기 제1 경로 및 상기 제2 경로를 통해 입력된 수신신호를 결합함으로써 원래의 수신신호를 복원하는 제2 하이브리드 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치.
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