KR101739588B1 - 방송 수신 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 방송수신장치는 방송신호를 수신하는 안테나; 및
상기 안테나를 통해 수신된 방송신호에 대해 저주파 대역의 수신 감도를 향상시키기 위한 능동 회로부로 구성되며; 상기 능동 회로부는 상기 수신된 방송신호에 대해 잡음을 줄이고, 저주파 대역의 신호를 증폭시키는 증폭부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

방송 수신 장치{Broadcasting apparatus}
본 발명은 방송신호를 수신하는 방송수신장치에 관한 것으로, 특히, 저주파대역의 이득을 높게 제작하여 다이폴 안테나의 저주파대역 수신을 보완할 수 있는 방송 수신 장치에 관한 것이다.
VHF(Very High Frequency)/UHF(Ultra-High Frequency) 대역에서의 광 대역 능동배열안테나에 대한 연구는 국외는 물론 국내에서도 미비한 편이다. 특히, 저주파 대역에서의 광 대역 관련 응용분야가 한정되었기 때문에, 이에 대한 연구가 부족한 형편이다.
그러나 이러한 V/UFH 대역의 광 대역 능동 배열 안테나가 개발되면, 배열된 여러 방사 소자로부터의 신호의 위상을 변화시켜 결합함으로서, 신호 발생지의 방향을 정확히 포착할 수 있고, 이를 방송 수신 목적으로 이동차량에 탑재하여, 광 대역 신호원의 발생지를 찾거나 그 수신 신호 내용을 파악하는데 응용될 수 있다.
한편, 일반적으로 신호원을 감지하는 배열 안테나로서 V/UHF(30～3000MHz)대역의 주파수 범위를 수용하는 초 광 대역 방사소자를 설계하면, 방사 소자의 크기가 매우 커져서 차량 탑재 및 이동이 불가능하다. 따라서 TV 신호 탐지 시스템의 크기와 이동성을 고려하여 신호 탐지용 배열 방사소자로 다이폴 소자나 모노폴 소자가 주로 사용된다.
그러나 다이폴 또는 모노폴 안테나는 그 특성상 동작 주파수가 10%이내의 좁은 대역폭을 가지므로 이를 광 대역으로 동작시킬 경우, 임피던스 부정합에 의하여 안테나의 이득 및 반사손실 특성이 저하되고, 광 대역 수신 또한 불가능하게 된다.
또한 다이폴 안테나를 이용한 V/UHF 대역 신호탐지 시스템의 경우, 선형 어레이나 원형 어레이 형태의 안테나 구조를 통하여 유입 신호의 위상을 비교 분석함으로써 신호의 방향을 도출한다. 그러나 선형 어레이는 180°모호성과 주파수에 따른 방위각 오차의 변화, 입사각에 따른 개구면 크기변화 등의 단점을 가진다.
따라서 다이폴 안테나를 이용하여 V/UHF대역에서의 광 대역 수신을 위해서 안테나의 이득 특성 및 임피던스 정합 등을 고려한 능동형 안테나의 제작이 필요하다.
본 발명에 따른 실시 예에서는 저주파대역의 이득을 높게 제작하여 다이폴 안테나의 저주파대역 수신을 보완하고, 신호탐지 시스템에 적용 가능하도록 수신모듈 간 위상 조정을 통하여 위상 오차를 최소화할 뿐 아니라, 저잡음을 통하여 수신 감도를 향상시킬 수 있는 방안을 제시한다.
제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 방송수신장치는 방송신호를 수신하는 안테나; 및
상기 안테나를 통해 수신된 방송신호에 대해 저주파 대역의 수신 감도를 향상시키기 위한 능동 회로부로 구성되며; 상기 능동 회로부는 상기 수신된 방송신호에 대해 잡음을 줄이고, 저주파 대역의 신호를 증폭시키는 증폭부가 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면 다이폴 안테나를 이용하여 V/UHF대역에서의 광 대역 수신을 가능하게 함으로써 다이폴 안테나의 수신 성능을 보완하고, 위상 보정을 통한 위상 오차를 최소화하여 V/UHF대역 신호탐지 시스템의 배열 안테나로 적용 가능하며, 광 대역에 걸쳐 저 잡음 특성이 있기 때문에 방향탐지 시스템의 성능향상의 가능성을 제시할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방송수신장치의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 방송신호의 수신 대역폭을 나타낸 도면.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 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 이해되어야 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 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방송수신장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 방송수신장치는 제 1 안테나(110), 제 2 안테나(120) 및 능동 회로부(130)를 포함한다.
즉, 일반적인 방송수신장치는 상기 안테나만을 포함하며, 상기 안테나 후단에 연결된 튜너를 이용하여, 상기 안테나를 통해 수신되는 방송신호 중 사용자 요청에 따른 특정 대역의 방송신호를 수신하게 된다.
그러나, 상기 안테나는 그 특성상 동작 주파수가 10%이내의 좁은 대역폭을 가지므로 이를 광 대역으로 동작시킬 경우, 임피던스 부정합에 의하여 안테나의 이득 및 반사손실 특성이 저하되고, 광 대역 수신 또한 불가능하게 된다. 또한 다이폴 안테나를 이용한 V/UHF 대역 신호탐지 시스템의 경우, 선형 어레이나 원형 어레이 형태의 안테나 구조를 통하여 유입 신호의 위상을 비교 분석함으로써 신호의 방향을 도출한다. 그러나 선형 어레이는 180°모호성과 주파수에 따른 방위각 오차의 변화, 입사각에 따른 개구면 크기변화 등의 단점을 가진다.
따라서, 본 발명에 따른 실시 예에서는 상기 안테나와 튜너 사이에 별도의 능동 회로부를 구성시켜, V/UHF대역에서의 광 대역 수신을 가능하게 하여 다이폴 안테나의 수신 성능을 보완하고, 위상 보정을 통한 위상 오차를 최소화하여 V/UHF대역 신호탐지 시스템의 배열 안테나로 적용 가능하며, 광 대역에 걸쳐 저 잡음 특성이 있기 때문에 방향탐지 시스템의 성능향상의 가능성을 제시하도록 한다.
이를 구현하기 위해, 상기 능동 회로부(130)는 제 1 보호부(132), 제 2 보호부(134), 제 1 저잡음 증폭부(136), 제 2 저잡음 증폭부(138), 제 1 감쇠부(140), 제 2 감쇠부(142), 제 1 게인 증폭부(144), 제 2 게인 증폭부(146), 발룬 트랜스포머(148) 및 위상 조정부(150)를 포함한다.
이하, 상기와 같이 구성된 방송수신장치의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)는 방송국 등으로부터 제공하는 방송신호를 수신한다. 여기에서, 상기 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)는 다이폴 안테나임이 바람직하다.
일반적으로 안테나는 내장이 용이한 구조이어야 하고, 모든 방향에 대해 지향성을 조절할 수 있어야 한다. 상기 다이폴 안테나는 지향성을 갖는 안테나 중 하나이다. 그러나. 이는 단지 하나의 실시 예에 불과하며, 지향성을 갖는 안테나는 모두 사용 가능하다.
즉, 다이폴 안테나는 두 개(di-)의 도체를 연결하여 전파를 송수신하는 안테나이다. 이때 안테나의 연결방향이 지표면에 대하여 수직이면 수직 다이폴 안테나이고, 전파의 전기장의 방향이 수직인 수직 편파가 된다. 그리고 안테나의 연결방향이 지표면에 대하여 수평이면 수평 다이폴 안테나이고, 전파의 전기장의 방향이 수평인 수평 편파가 된다. 또한, 상기 수직,수평 편파의 위상을 조정하면 원 편파가 된다.
또한, 일반적으로 모노폴 안테나는 1/4 파장이고, 다이폴 안테나는 1/2 파장이다. 이와 같은 폴형 안테나는 도체의 길이에 따라 커버할 수 있는 주파수 대역이 달라진다.
당연히 안테나의 길이가 길수록 저주파에 적합하고, 길이가 짧을수록 고주파에 적합하다. 저주파 다이폴 안테나로 대표적인 것은 방송국 송수신용 안테나(매우 높은 것)이며, 안테나가 매우 높기 때문에 길이를 길게 할 수 있어서 저주파(수십 MHz)에 적합하다.
고주파 안테나로 대표적인 것은 휴대폰 안테나이다. 휴대폰 안테나는 길이가 짧기 때문에 고주파(800MHz, 1.8GHz)에 적합하다.
이로 인해, 저주파를 수신하기 위해서는 안테나의 길이가 상당히 길어져야만 한다. 그러나, 본 발명에서는 짧은 길이의 안테나를 이용하여 효율적으로 저주파 대역의 방송신호를 수신할 수 있도록 한다.
기본적인 다이폴 안테나의 지향성은 전후방을 향한다. 이에 따라 상기 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)는 각각 전 후방을 향해 설치되며, 각 방향에 따른 방송신호를 수신하게 된다.
상기 능동 회로부(130)는 상기 안테나를 통해 수신된 방송신호에 대해 저주파 대역의 수신 감도를 향상시킨다. 상기 능동 회로부(130)는 평형 구조이다. 이에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
제 1 보호부(132)는 상기 제 1 안테나(110)를 통해 수신된 방송신호의 출력 경로상에 위치하며, 그에 따라 과도한 유입 전원을 차단하여, 상기 과도한 유입 전원으로부터 수신단을 보호한다. 이때, 상기 제 1 보호부(132)는 PIN 다이오드 리미터(Limiter)로 구현 가능하다.
제 2 보호부(134)는 상기 제 2 안테나(120)를 통해 수신된 방송신호의 출력 경로상에 위치하며, 그에 따라 과도한 유입 전원을 차단하여, 상기 과도한 유입 전원으로부터 수신단을 보호한다. 이때, 상기 제 2 보호부(132)도 PIN 다이오드 리미터(Limiter)로 구현 가능하다.
제 1 저잡음 증폭부(136)는 상기 제 1 안테나(110)를 통해 수신된 방송신호를 저잡음 증폭하여 출력한다.
즉, RF 수신단에서 전파의 전력은 감쇠 및 잡음의 영향으로 인해 매우 낮은 전력 레벨을 갖으므로 상기 제 1 저잡음증폭부(136)는 상기 제 1 안테나(110)를 통해 수신된 방송 신호를 증폭시킨다.
이때, 상기 제 1 저잡음증폭부(136)는 수신 신호에 혼재된 외부의 잡음 성분을 최대한 억제하면서 수신 신호를 증폭시키며, 잡음 지수(Noise Figure)가 작은 값을 갖도록 동작점과 매칭 포인트를 잡아서 설계된다. 필요에 따라 제 1 저잡음증폭기(136) 전단에 신호 분리부와 같은 회로가 더 구비될 수도 있다.
제 2 저잡음 증폭부(138)는 상기 제 2 안테나(120)를 통해 수신된 방송신호를 저잡음 증폭하여 출력한다. 즉, 제 2 저잡음 증폭부(138)는 상기 제 1 저잡음증폭부(136)와 마찬가지로 수신 신호에 혼재된 외부의 잡음 성분을 최대한 억제하면서 수신 신호를 증폭시키며, 잡음 지수(Noise Figure)가 작은 값을 갖도록 동작점과 매칭 포인트를 잡아서 설계된다. 필요에 따라 제 2 저잡음증폭기(138) 전단에 신호 분리부와 같은 회로가 더 구비될 수도 있다.
제 1 감쇠부(140)는 상기 제 1 저잡음 증폭부(136)를 통해 저잡음 증폭된 신호를 감쇠시킨다. 보다 바람직하게 상기 제 1 감쇠부(140)는 필터로 구성되며, 상기 저잡음 증폭시 불필요하게 증폭되거나 발생된 불요파 성분의 신호를 필터링한다.
제 2 감쇠부(142)는 상기 제 2 저잡음 증폭부(138)를 통해 저잡음 증폭된 신호를 감쇠시킨다. 보다 바람직하게 상기 제 2 감쇠부(140)도 제 1 감쇠부(140)와 마찬가지로 필터로 구성되며, 상기 제 2 저잡음 증폭부(138)를 통해 저잡음 증폭시 불필요하게 증폭되거나 발생된 불요파 성분의 신호를 필터링한다.
제 1 게인 증폭부(144)는 상기 제 1 감쇠부(140)를 통해 출력되는 신호를 증폭한다. 즉, 제 1 게인 증폭부(144)는 상기 제 1 감쇠부(140)를 통해 출력되는 신호를 기설정된 게인으로 증폭한다. 여기에서, 상기 증폭된 신호는 사전에 설정된 게인을 갖도록 증폭된다.
제 2 게인 증폭부(146)는 상기 제 2 감쇠부(142)를 통해 출력되는 신호를 증폭한다. 즉, 제 2 게인 증폭부(146)는 상기 제 2 감쇠부(142)를 통해 출력되는 신호를 기설정된 게인으로 증폭한다. 여기에서, 상기 증폭된 신호는 사전에 설정된 게인을 갖도록 증폭된다.
발룬 트랜스포머(balun transformer)(148)는 상기 제 1 게인 증폭부(144) 및 제 2 게인 증폭부(146)를 통해 증폭된 신호에 대 역 위상의 신호 결합을 수행한다. 상기 발룬 트랜스포머(balun transformer)(148) 제 1 단자(N1) 및 제 2 단자(N2)를 구비한 제 1 차 회로 및 제 3 단자(N3) 및 제 4 단자(N4)를 구비한 제 2 차 회로를 포함한 트랜스포머로 구현된다.
여기에서 상기 발룬(Balun)이란 Balance to Unbalance의 약자로서, 평형신호(balanced signal)를 불평형 신호(unbalanced signal)로 변환하거나, 반대로 불평형 신호를 평형신호로 변환하는 회로 또는 구조물을 통칭한다.
예를 들어, 무선통신에서 평형 라인으로 만들어진 혼합기(mixer), 증폭기(amplifier) 등을 불평형 라인으로 이루어진 부품과 연결하는 경우, 상기 발룬 트랜스포머가 필요하다. 발룬 트랜스포머는 전송선(transmission line)의 조합으로 구성할 수도 있고, 집중 상수 회로를 통해 구현될 수 있으며, 안테나 분야에서 이용되는 경우에는 공진도파관 형태로 구현될 수도 있다.
결론적으로, 상기 발룬 트랜스포머(balun transformer)(148)는 서로 크기가 같고 180도의 위상차를 갖는 입력신호들을 결합하여 출력한다.
위상 조정부(150)는 상기 결합된 신호를 이용하여, 상기 수신된 신호의 위상 오차 보정을 수행한다.
즉, 상기 수신된 방송신호의 위상은 상기와 같은 능동회로부를 거치면서 틀어짐이 발생할 수 있다.
이에 따라, 상기 위상 조정부(150)는 상기 신호들의 SUM에 의해 생성된 신호를 가지고, 위상 오차가 보정된 신호를 생성하여 출력한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 방송신호의 수신 대역폭을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 실제 일반적인 다이폴 안테나만을 이용하여 방송신호를 수신하는 경우보다 상기 능동 회로부(130)를 이용하여 방송신호를 수신하는 경우가 전 대역에서 개선된 광 대역 수신이 가능하다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 다이폴 안테나를 이용하여 V/UHF대역에서의 광 대역 수신을 가능하게 함으로써 다이폴 안테나의 수신 성능을 보완하고, 위상 보정을 통한 위상 오차를 최소화하여 V/UHF대역 신호탐지 시스템의 배열 안테나로 적용 가능하며, 광 대역에 걸쳐 저 잡음 특성이 있기 때문에 방향탐지 시스템의 성능향상의 가능성을 제시할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 제 1 안테나 120: 제 2 안테나
130: 능동 회로부 132: 제 1 보호부
134: 제 2 보호부 136: 제 1 저잡음 증폭부
138: 제 2 저잡음 증폭부 140: 제 1 감쇠부
142: 제 2 감쇠부 144: 제 1 게인 증폭부
146: 제 2 게인 증폭부 148: 발룬 트랜스포머
150: 위상 조정부

Claims (8)

  1. 방송신호를 수신하고 다이폴(Dipole) 안테나를 구성하는 제1 안테나 및 제2 안테나;
    상기 제1 안테나 및 제2 안테나를 통해 수신된 방송신호에 대해 저주파 대역의 수신 감도를 향상시키기 위한 능동 회로부로 구성되며;
    상기 능동 회로부는
    상기 제1 안테나를 통해 수신된 방송신호에 대해 잡음을 줄이고, 저주파 대역의 신호를 증폭시키는 제1 증폭부;
    상기 제2 안테나를 통해 수신된 방송신호에 대해 잡음을 줄이고, 저주파 대역의 신호를 증폭시키는 제2 증폭부;
    상기 제1 증폭부를 통해 출력되는 신호 및 상기 제2 증폭부를 통해 출력되면서 상기 제1 증폭부를 통해 출력되는 신호에 역 위상을 가지는 신호에 대한 신호 결합을 수행하는 발룬 트랜스포머; 및
    상기 발룬 트랜스포머에서 결합된 신호를 이용하여, 수신된 신호의 위상 오차 보정을 수행하는 위상 조정부를 포함하는
    방송 수신 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 증폭부는
    상기 제1 안테나를 통해 수신된 방송신호를 저잡음 증폭하여 출력하는 제1 저잡음 증폭부와,
    상기 제1 저잡음 증폭부를 통해 출력되는 신호를 기설정된 게인으로 증폭하는 제1 게인 증폭부를 포함하고,
    상기 제2 증폭부는
    상기 제2 안테나를 통해 수신된 방송신호를 저잡음 증폭하여 출력하는 제2 저잡음 증폭부와,
    상기 제2 저잡음 증폭부를 통해 출력되는 신호를 기설정된 게인으로 증폭하는 제2 게인 증폭부를 포함하는
    방송 수신 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 능동회로부는
    상기 제1 저잡음 증폭부와 상기 제1 게인 증폭부 사이에 위치하여, 상기 제1 저잡음 증폭부에서 저잡음 증폭된 신호를 감쇠시키는 제1 감쇠부; 및
    상기 제2 저잡음 증폭부와 상기 제2 게인 증폭부 사이에 위치하여, 상기 제2 저잡음 증폭부에서 저잡음 증폭된 신호를 감쇠시키는 제2 감쇠부를 더 포함하는
    방송 수신 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 능동 회로부는
    상기 제1 증폭부의 앞단에 위치하여, 과도 유입 전원으로부터 상기 능동 회로부를 보호하는 제1 보호부; 및
    상기 제2 증폭부의 앞단에 위치하여, 과도 유입 전원으로부터 상기 능동 회로부를 보호하는 제2 보호부를 더 포함하는
    방송 수신 장치.
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