KR101375723B1 - 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치에 관한 것으로서, TDD(time devision duplex) 방식을 사용하는 시스템에서 송신신호 및 수신신호 격리시 방향성 결합기 사용에 기인하여 발생하는 누설신호의 간섭을 수신신호에 최소화하도록 함으로써 통신품질을 최대화하도록 한 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치에 관한 것이다. 이를 위해 입력되는 송신신호 및 수신신호를 각각의 커플링 경로를 통해 커플링 하여 송신신호 및 수신신호를 분리하고, 송신신호로부터 누설된 신호를 커플링 경로와는 다른 경로로 커플링 하는 커플링수단(100); 누설된 신호에 상응하도록 송신신호로부터 커플링된 신호를 조절함으로써 하나 이상의 상쇄신호를 생성하는 조절수단(200); 및 하나 이상의 누설된 신호와 하나 이상의 상쇄신호를 적어도 하나의 상쇄경로를 통해 결합함으로써 누설된 신호를 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 방향성 결합기 사용에 기인하여 발생하는 누설신호의 간섭을 수신신호에 최소화하도록 함으로써 통신품질을 최대화하도록 한 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치에 관한 것이다.

최근 TDD(time devision duplex) 방식의 무선통신 시스템인 WiBro, WiMAX, WiFi, 또는 무전기와 같은 시스템은 송신신호와 수신신호의 주파수를 동일하게 하여 서로 간섭을 최소화함으로써 통신 품질을 확보한다. 이때, 송신신호와 수신신호를 분리하기 위해 TDD 시스템에서는 듀플렉스(duplex)를 사용할 수 없기 때문에 보통 써큘레이터 또는 RF 스위치 등을 사용하는데 써큘레이터는 사용 주파수 대역이 좁고, RF 스위치를 이용하는 것은 시스템의 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.

따라서, 광대역으로 송수신 신호를 분리하는 방안으로 방향성 결합기를 사용하는데 방향성 결합기는 격리도 성능이 상대적으로 좋지 않기 때문에 사용할 수 있는 무선 시스템에 제한이 있고 사용 방법 또한 신중해야 한다.

즉, 일반적인 방향성 결합기는 도 1에 도시된 바와 같이 방향성 결합기에서 누설신호가 발생된다. 이는 방향성 결합기의 송신신호 격리도(isolation)의 크기가 -20 ~ -30dB 정도이기 때문이며, 고주파 전단장치로 사용할 때 송신신호가 수신부로 누설되어 수신신호의 품질을 저하시킨다. 즉, 일반적인 수신신호의 크기는 아주 미약하고 송신신호는 아주 크기 때문에 누설된 송신신호가 수신신호에 영향을 미칠 수 있다. 특히 같은 송수신 주파수를 사용하는 통신 시스템과 송신 전력이 큰 통신 장비일수록 수신신호의 품질을 저하시키는 문제점이 있다.

선행기술문헌인 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0096435(발명의 명칭 : 초광대역 방향성 결합기)에 따르면 초광대역 통신에서 사용될 수 있는 초광대역 방향성 결합기를 제공하는 발명에 관한 것이다. 선행기술문헌은 방향성 결합기를 어떻게 설계할 것인지에 관한 발명이고 본원발명은 방향성 결합기에 의해 발생되는 누설신호를 어떻게 상쇄시킬 것인지에 관한 발명으로서 서로 차이가 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 고주파 방향성 결합기의 격리도를 높여줌으로써 써큘레이터 및 RF 스위치를 사용할 수 없는 광대역 통신 장비의 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, 입력되는 송신신호 및 수신신호를 각각의 커플링 경로를 통해 커플링 하여 송신신호 및 수신신호를 분리하고, 송신신호로부터 누설된 신호를 커플링 경로와는 다른 경로로 커플링 하는 커플링수단(100); 누설된 신호에 상응하도록 송신신호로부터 커플링된 신호를 조절함으로써 하나 이상의 상쇄신호를 생성하는 조절수단(200); 및 하나 이상의 누설된 신호와 하나 이상의 상쇄신호를 적어도 하나의 상쇄경로를 통해 결합함으로써 누설된 신호를 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 누설된 신호를 상쇄시키도록 누설된 신호와 서로 일치하는 방향으로 조절되고, 상쇄신호의 위상은 결합수단(300)이 누설된 신호를 상쇄시키도록 누설된 신호와 서로 반대되는 방향으로 조절되는 것을 특징으로 한다.

또한, 조절수단(200)은, 송신신호로부터 커플링된 신호의 크기를 조절하는 크기조절기(210); 송신신호로부터 커플링된 신호의 위상을 조절하는 위상조절기(220); 및 송신신호로부터 커플링된 신호의 도달 시간을 지연하는 시간지연기(230);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상쇄경로가 복수인 경우에는, 조절수단(200)은, 송신신호로부터 커플링된 신호를 복수의 신호로 분리하는 분리기(205); 분리기(205)로부터 분리된 신호의 크기를 조절하는 복수의 크기조절기(210); 분리기(205)로부터 분리된 신호의 위상을 조절하는 복수의 위상조절기(220); 및 분리기(205)로부터 분리된 신호의 도달 시간을 지연하는 복수의 시간지연기(230);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상쇄경로가 복수인 경우에는, 누설된 신호를 복수의 신호로 분리하는 누설신호 분리기(400); 누설신호 분리기(400)로부터 분리된 적어도 어느 하나의 신호와 분리기(205)로부터 분리된 적어도 어느 하나의 신호를 서로 결합하는 복수의 결합수단(410,410'); 및 복수의 결합수단(410,410')으로부터 적어도 어느 하나의 신호를 입력받아 기 결정된 주파수를 필터링하는 복수의 필터(420,420');을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 고주파 방향성 결합기의 격리도를 높여줌으로써 써큘레이터 또는 RF 스위치를 사용하지 않고 고주파 전단장치를 구성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 복수의 상쇄경로를 이용하여 누설신호를 상쇄시킴으로써 통신 품질을 향상시켜 주는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에 의하면 고주파 전단장치 뿐만 아니라 기존의 방향성 결합기에 적용함으로써 방향성 결합기의 성능을 향상시킬 수 있는 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 1은 종래의 방향성 결합기를 사용하는 경우 발생되는 누설신호를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치의 구성을 나타낸 구성도이고,
도 3은 도 2의 a점에서의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 4는 도 2의 c점에서의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 5는 도 2의 b점에서의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 주파수 상쇄 특성을 나타낸 도면이고,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치의 구성을 나타낸 구성도이고,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 주파수 상쇄 특성을 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 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치는 방향성 결합기를 사용함으로써 수반되는 누설신호를 상쇄하여 수신부(20)의 통화품질을 향상시킬 수 있다. 이하에서는 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치의 구성 및 기능을 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 제1실시예는 상쇄경로가 하나인 경우를 가정하여 설명하며 후술하는 제2실시예는 상쇄경로가 복수인 경우의 일예를 들어 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 커플링수단(100)은 송신부에서 송신되는 송신신호(f₁)의 일부 전력(dBm)을 커플링 하여 후술하는 조절수단(200)으로 보내고 나머지 전력(대부분의 송신신호 전력)은 안테나(40)로 전달함으로써 송신신호를 방사한다. 또한, 커플링수단(100)은 안테나(40)로부터 수신되는 수신신호(f₂)를 송신신호의 커플링 경로와는 다른 경로로 커플링 하여 수신부(20)로 신호를 전달한다. 따라서 커플링수단(100)은 송신신호와 수신신호를 격리하는 기능을 수행한다.

다만, 커플링수단(100)은 일예로 방향성 결합기에 의해 구현될 수 있는데, 일반적인 방향성 결합기의 격리도(isolation) 크기는 -20 ~ -30dB 정도로서 고주파 전단장치로 사용할 때 도 4에 도시된 바와 같이 누설신호(f₁")가 수신부로 누설(leakage)되어 수신신호의 품질을 저하시킨다.

따라서, 누설신호(f₁')를 상쇄시키기 위해 본 발명의 제1실시예에서는 조절수단(200)을 구비하여 누설신호와 크기 및 지연시간은 동일하고 위상이 180°인 도 5의 상쇄신호를 생성함으로써 누설신호를 상쇄시킨다. 이하 좀더 자세히 살펴보기로 한다.

조절수단(200)은 송신신호로부터 커플링 된 신호를 먼저 고정 감쇠기(211)를 사용하여 전력(dBm)을 크게 떨어뜨린다. 왜냐면 후술하는 가변 감쇠기(213) 및 위상조절기(220)는 낮은 전력 레벨에서 동작하는 소자이므로 높은 전력의 신호가 입력되는 경우 파손될 염려가 있기 때문이다. 고정 감쇠기(211)에 의해 신호 레벨을 크게 감쇠시킨 후 누설신호가 후술하는 결합수단(300)에 도착하는 시간과 동일하도록 시간지연기(delay line)을 사용하여 상쇄신호의 도착 시간을 맞춘다.

가변감쇠기(213)는 상쇄신호의 크기를 누설신호의 크기와 맞추며, 위상조절기는 상쇄신호의 위상을 누설신호의 위상과 180° 차이 나도록 맞춘다. 이렇게 조절된 상쇄신호는 도 5에 도시된 바와 같다. 결합수단(300)은 상쇄신호와 누설신호를 서로 결합함으로써 누설신호를 상쇄시키며, 수신신호(f₂)만을 수신부(20)로 전달할 수 있게 된다. 상술한 가변감쇠기(213) 및 위상조절기(220)는 수신측 신호를 피드백 받아 아날로그 회로 또는 디지털 회로를 구성함으로써 자동으로 제어할 수 있다.

결합수단(300)은 컴바이너 등을 사용하여 구현가능하며, 상술한 조절수단(200)의 구성은 상술한 순서에 구애됨이 없이 어떠한 순서 및 조합으로도 사용할 수 있다. 즉 시간지연기(230)보다 가변감쇠기(213)가 먼저 위치할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예와 같이 구현하는 경우 누설신호를 -30dB 이상 상쇄하는 주파수 대역은(fractional bandwidth) 약 10%정도 밖에 되지 않는다. 일반적으로 방향성 결합기의 대역특성은 이보다 상당히 넓다. 따라서 이러한 격리도 특성만을 가지고 방향성 결합기를 사용할 수도 있으나, 더 넓은 대역 내에서 격리도 특성이 향상된 방향성 결합기가 필요할 경우 누설신호를 상쇄시키는 상쇄경로가 복수로 구현되어야 한다.

( 제2실시예 )

본 발명에 따른 제2실시예는 제1실시예와 비교하여 상쇄경로가 복수인 경우이며, 동일한 구성 및 기능은 제1실시예에 갈음하기로 하고, 설명의 편의를 위해 동일한 부호를 사용하기로 한다.

커플링수단(100)인 방향성 결합기에 의해 커플링 된 송신측 커플링 신호는 고정감쇠기(211)를 사용하여 전력 레벨을 낮춘다. 전력 레벨이 감쇠된 송신측 커플링 신호는 분리기(205)에 의해 제1신호와 제2신호로 분리된다. 제1신호 및 제2신호는 각각의 시간지연기(230,230'), 위상조절기(220,220'), 및 가변감쇠기(213,213')를 거쳐 신호가 조절된다. 이때, 조절된 제1신호는 도 7에 도시된 제3신호와 크기(dBm) 및 시간지연은 동일하고, 위상이 180° 차이가 나도록 조정되며, 조절된 제2신호는 제4신호와 크기 및 시간지연은 동일하고, 위상이 180° 차이가 나도록 조정된다. 제3신호 및 제4신호는 방향성 결합기(100)에 의해 누설된 누설신호로서 누설신호 분리기(400)에 의해 분리된 신호이다.

위상이 180° 차이가 나는 제1신호와 제3신호를 결합수단(410)에 의해 합침으로써 제3신호를 상쇄시키고, 또한 위상이 180° 차이가 나는 제2신호와 제4신호를 결합수단(410')에 의해 합침으로써 제4신호를 상쇄시킴으로써 수신측으로 흐르는 누설신호를 전부 상쇄시킨다.

다만, 상술한 방향성 결합기(100)는 누설신호만 커플링 되는 것이 아니라, 누설신호와 같이 수신신호도 커플링 된다. 따라서 누설신호 분리기(400)에 의해 수신신호도 분리가 되며, 신호가 분리된 수신신호는 필터(420,420')(본 발명에서는 대역통과 필터)를 거쳐 결합수단(300)에 의해 결합됨으로써 원 수신신호를 복원할 수 있다.

이때, 상쇄경로가 복수인 경우에 상쇄경로에 따른 각각의 필터(420,420')를 거치는 이유는 각각의 상쇄경로에 의해 상쇄되는 주파수의 위치가 서로 다르기 때문이다. 만약 필터(420,420')를 거치지 않고 결합수단(300)에 의해 합쳐지면 상쇄 주파수 위치에 있지 않은 누설신호의 레벨이 상대적으로 크기 때문에 최종 누설신호의 상쇄 정도는 크게 감소하지 않는 문제점이 있다.

상술한 결합수단(300,410,410')은 파워 컴바이너(combiner) 등의 소자를 사용하여 구현할 수 있으며, 누설신호 분리기(400)는 파워 디바이더(divider)에 의해 구현될 수 있다.

본 발명의 제2실시예에서는 2가지 상쇄경로를 가지고 설명하였으며 2가지 상쇄경로를 가지고 구현하는 경우 도 8에 도시된 바와 같은 최종 상쇄특성을 구현할 수 있다. 이때, 상쇄 대역폭의 주파수 위치는 시간지연기, 위상조절기, 및 가변감쇠기에 의해 조정이 가능하다. 예를 들어 -30dB 이상의 상쇄특성을 만족하면서 2배의 대역폭을 갖도록 구현하고 싶다면 -30dB의 상쇄대역폭의 주파수를 경계로 두 개의 상쇄경로를 구성하면 된다. 각각의 경로에서 -30dB 구현 가능한 대역폭에 따라 상쇄를 시킨 후 필터를 통과 후 합친다. 최종적으로 합쳐진 수신단의 신호에서는 -30dB 이상 상쇄되게 된다.

한편, 좀 더 넓은 대역에서 상쇄특성을 구현하기 위해 상쇄경로를 3개 이상 구현함으로써 무한히 확장할 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
50 : 방향성 결합기
100 : 커플링수단
200 : 조절수단
205 : 분리기
210 : 크기조절기
211 : 고정감쇠기
213,213' : 가변감쇠기
220,220' : 위상조절기
230,230' : 시간지연기
300 : 결합수단
400 : 누설신호 분리기
410, 410' : 결합수단
420, 420' : 필터

Claims (5)

1. 입력되는 송신신호 중 일부 신호와 수신신호를 각각의 커플링 경로를 통해 커플링하며, 상기 송신신호로부터 누설된 누설신호를 상기 커플링 경로와는 다른 경로로 커플링 하는 커플링수단,
   상기 커플링수단에 의해 커플링된 상기 송신신호 중 일부 신호와 상기 수신신호 및 상기 누설신호가 서로 격리되어 서로 다른 경로로 진행되는 복수의 진행경로,
   상기 복수의 진행경로 중 제1 경로로 진행하는 상기 송신신호 중 일부 신호의 전력 크기를 감소시키는 고정감쇠기,
   상기 고정감쇠기로부터 전력의 크기가 감소된 신호를 복수의 신호로 분리함으로써 복수의 상쇄경로를 형성하는 제1 신호분리기,
   상기 복수의 진행경로 중 제2 경로로 진행하는 상기 수신신호 및 상기 누설신호를 복수의 신호로 분리함으로써 복수의 상쇄경로를 형성하는 제2 신호분리기,
   상기 제1 신호분리기에 의해 형성된 복수의 상쇄경로는 제1,2 상쇄경로를 형성하고, 상기 제2 신호분리기에 의해 형성된 복수의 상쇄경로는 제3,4 상쇄경로를 형성하며,
   상기 제1,2 상쇄경로 상에는 상기 제3,4 상쇄경로를 진행하는 상기 복수의 누설신호와 서로 상쇄될 수 있는 복수의 상쇄신호를 생성하기 위해 상기 누설신호와 동일한 신호 크기를 생성하는 복수의 신호 크기 가변감쇠기, 상기 누설신호와 180도 위상이 차이난 신호를 생성하는 복수의 위상조절기 및 상기 누설신호와 결합시 서로 도달 시간을 맞추도록 신호의 도달 시간을 지연하는 복수의 딜레이 라인을 포함하는 복수의 조절수단,
   상기 제1 상쇄경로와 상기 제3 상쇄경로를 진행하는 제1 상쇄신호와 제1 누설신호를 결합하고, 상기 제2 상쇄경로와 상기 제4 상쇄경로를 진행하는 제2 상쇄신호와 제2 누설신호를 결합함으로써 상기 복수의 누설신호를 상쇄시키는 복수의 결합수단,
   상기 복수의 결합수단에 의해 누설신호가 제거된 각각의 수신신호 중 상쇄대역을 벗어난 신호를 필터링 하는 복수의 필터 및,
   상기 복수의 필터에서 각각 출력된 수신신호를 서로 결합함으로써 원래의 수신신호를 복원하는 결합수단을 포함하며,
   상기 누설신호를 기 결정된 크기 이하로 상쇄시키는 상기 상쇄대역의 주파수를 경계로 복수의 상쇄경로를 구비하는 것을 특징으로 하는 송수신 신호를 분리하는 고주파 전단장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

Images