KR101747546B1 - S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 rf 전치단 구조 - Google Patents

S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 rf 전치단 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예는 제1 및 제2 옴니 안테나와 하이 게인 안테나에 대한 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조에 있어서, 상기 제1 및 제2 옴니 안테나와 하이 게인 안테나와 접속되어 업링크 신호 및 다운링크 신호를 특정 경로로 선택적으로 전달하는 제1 내지 제3 다이플렉서와; 상기 제1 내지 제3 다이플렉서의 출력신호를 증폭하는 제1 내지 제3 저잡음증폭기와; 상기 제1 내지 제3 저잡음증폭기로부터 출력되는 업링크 신호를 수신하여 2개의 출력으로 분기하여 출력하며, 제1 및 제2 트랜스폰더의 송신기로부터 전송되는 다운링크 신호를 상기 제2 및 제3 다이플렉스로 출력하는 제1 내지 제3 하이브리드 커플러와; 상기 제1 및 제3 하이브리드 커플러로부터 출력되는 업링크 신호를 수신하여 제1 트랜스폰더의 수신기로 제공하고, 상기 제2 및 제3 하이브리드 커플러로부터 출력되는 업링크 신호를 수신하여 제2 트랜스폰더의 수신기로 제공하는 제1 및 제2 방향성 커플러; 및 상기 제1 및 제2 트랜스폰더의 제1 및 제2 송신기로부터 전송되는 다운링크신호에 대해 2개의 출력포트로 스위치하여 출력하는 DPDT 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조{RF FRONT-END STRUCTURE WITH REDUNDANCY INTERFACE FOR S-BAND TRANSPONDER}
본 발명은 RF 전치단 구조에 관한 것으로, 특히 정지궤도 위성 및 심우주용 위성의 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조에 관한 것이다.
최근, 무선통신 시스템의 발전과 더불어 단일 안테나를 공용으로 송/수신에 이용하기 위해 필요한 시스템의 전치단(Front-End)의 구조가 다양해 지고 있다.
안테나와 연결되는 무선통신 시스템의 전치단은 시스템에서 발생된 고전력의 송신 신호를 안테나로 전달하고, 안테나로부터 수신되는 수신 신호를 수신경로로 전달함에 있어서 손실이 되도록 작게 하는 것이 중요하며, 고전력의 송신 신호를 처리하기 위해서는 고전력에 적합한 소자로 구성되어야 하는 것이 기본적으로 요구되는 기능이다.
한편, S 대역은 위성의 명령 (Telecommand, TC) 송신 및 위성 상태 수신 (Telemetry, TM) 용으로 사용되는 주파수이다.
도 1은 종래기술에 따른 정지궤도 및 심우주용 RF 전치단 구조를 나타낸 도면이다.
도 1은 NASA 의 Lunar Reconnaissance Orbiter(LRO) 프로그램에서 제시된 RF 전치단 구조로써, 이 구조의 특성을 살펴보면, 이득이 다른 두 가지 안테나에 대한 리던던시 인터페이스를 제공하고 있다는 점이다. 정지궤도 및 심우주용 위성은 장거리로 인해 통신 성능에 제약이 존재하는데, 이를 개선한 방식이 도 1 구조의 특징이다.
그러나, 전술한 종래 기술에 따른 RF 전치단은 S 대역 트랜스폰더에 대한 리던던시(redundancy)를 고려하고 있지 않다.
이에 따라 정지궤도 및 심우주 위성에서 S 대역 트랜스폰더에 대한 리던던시를 고려한 RF 전치단의 개발이 절실히 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제2013-0074585호
따라서, 본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일반적인 목적은 종래 기술에서의 한계와 단점에 의해 발생하는 다양한 문제점을 실질적으로 보완할 수 있는 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 보다 구체적인 다른 목적은 정지궤도 및 심우주에 적용 가능한 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 보다 구체적인 다른 목적은 구조 복잡도 및 수신기 성능 측면에서 우수한 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조를 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조는 제1 및 제2 옴니 안테나와 하이 게인 안테나에 대한 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조에 있어서, 상기 제1 및 제2 옴니 안테나와 하이 게인 안테나와 접속되어 업링크 신호를 2개의 출력으로 분기하여 출력하는 제1 및 제2 하이브리드 커플러와; 상기 제1 및 제2 하이브리드 커플러로부터 출력되는 업링크 신호를 수신하여 특정 경로로 선택적으로 전달하는 제1 내지 제4 다이플렉서와; 상기 제1 및 제3 다이플렉서로부터 출력되는 업링크 신호를 수신하여 제1 트랜스폰더의 수신기로 제공하고, 상기 제2 및 제4 다이플렉서로부터 출력되는 업링크 신호를 수신하여 제2 트랜스폰더의 수신기로 제공하는 제1 및 제2 방향성 커플러와; 상기 제1 및 제2 트랜스폰더의 제1 및 제2 송신기로부터 전송되는 다운링크신호에 대해 2개의 출력포트로 스위치하여 출력하는 DPDT 스위치와; 상기 DPDT 스위치로부터 출력되는 다운링크 신호를 상기 제1 내지 제4 다이플렉서로 제공하는 제3 및 제4 하이브리드 커플러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조에서, 상기 제1 하이브리드 커플러는 쿼드러쳐 하이브리드 커플러(Quadrauture Hybrid Coupler)로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조에서, 상기 제2 내지 제4 하이브리드 커플러는 커플드 라인 커플러(Coupled Line Coupler)로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 제1 및 제2 옴니 안테나와 하이 게인 안테나에 대한 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조에 있어서, 상기 제1 및 제2 옴니 안테나와 하이 게인 안테나와 접속되어 업링크 신호 및 다운링크 신호를 특정 경로로 선택적으로 전달하는 제1 내지 제3 다이플렉서와; 상기 제1 및 제3 다이플렉서로부터 출력되는 업링크 신호를 수신하여 2개의 출력으로 분기하여 출력하며, 제1 및 제2 트랜스폰더의 송신기로부터 전송되는 다운링크 신호를 상기 제2 및 제3 다이플렉스로 출력하는 제1 내지 제3 하이브리드 커플러와; 상기 제1 및 제3 하이브리드 커플러로부터 출력되는 업링크 신호를 수신하여 제1 트랜스폰더의 수신기로 제공하고, 상기 제2 및 제3 하이브리드 커플러로부터 출력되는 업링크 신호를 수신하여 제2 트랜스폰더의 수신기로 제공하는 제1 및 제2 방향성 커플러와; 상기 제1 및 제2 트랜스폰더의 제1 및 제2 송신기로부터 전송되는 다운링크신호에 대해 2개의 출력포트로 스위치하여 출력하는 DPDT 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 제1 및 제2 옴니 안테나와 하이 게인 안테나에 대한 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조에 있어서, 상기 제1 및 제2 옴니 안테나와 하이 게인 안테나와 접속되어 업링크 신호 및 다운링크 신호를 특정 경로로 선택적으로 전달하는 제1 내지 제3 다이플렉서와; 상기 제1 내지 제3 다이플렉서의 출력신호를 증폭하는 제1 내지 제3 저잡음증폭기와; 상기 제1 내지 제3 저잡음증폭기로부터 출력되는 업링크 신호를 수신하여 2개의 출력으로 분기하여 출력하며, 제1 및 제2 트랜스폰더의 송신기로부터 전송되는 다운링크 신호를 상기 제2 및 제3 다이플렉스로 출력하는 제1 내지 제3 하이브리드 커플러와; 상기 제1 및 제3 하이브리드 커플러로부터 출력되는 업링크 신호를 수신하여 제1 트랜스폰더의 수신기로 제공하고, 상기 제2 및 제3 하이브리드 커플러로부터 출력되는 업링크 신호를 수신하여 제2 트랜스폰더의 수신기로 제공하는 제1 및 제2 방향성 커플러와; 상기 제1 및 제2 트랜스폰더의 제1 및 제2 송신기로부터 전송되는 다운링크신호에 대해 2개의 출력포트로 스위치하여 출력하는 DPDT 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조에 의하면, 이득이 다른 2 가지 안테나에 대한 리던던시 인터페이스와 S 대역 트랜스폰더에 대한 리던던시 인터페이스를 제공함으로써 송수신 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 정지궤도 및 심우주용 RF 전치단 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 NASA에서 사용된 RF 전치단에 대한 경로 표시 및 각 부분의 손실(Loss)에 해당하는 파라미터(LX, LXX)를 나타낸 도면이다.
도 3은 방향성 커플러(directional coupler)의 단자 구성과 커플링계수(coupling factor)에 의한 삽입손실(insertion loss)을 나타낸 도면이다.
도 4는 방향성 커플러의 커플링계수 변화에 대한 P1~P4의 경로 손실 및 P1~P2 수신시스템의 NF를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 RF 전치단 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 RF 전치단 구조에서 수신 경로를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5의 RF 전치단 구조에서 송신 경로를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 RF 전치단 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 RF 전치단 구조에서 수신 경로를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 8의 RF 전치단 구조에서 송신 경로를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 RF 전치단 구조를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 RF 전치단 구조에서 수신 경로를 나타낸 도면이다.
도 13은 도 11의 RF 전치단 구조에서 송신 경로를 나타낸 도면이다.
먼저, 본원 발명자들은 기존 연구에 대한 분석을 통해 방향성 커플러의 사용이 수신기 성능에 크게 영향을 미친다는 사실을 발견하였다.
도 2는 NASA에서 사용된 RF 전치단에 대한 경로 표시 및 각 부분의 손실(Loss)에 해당하는 파라미터를 (LX, LXX) 나타내었다. X 는 유닛을 나타내며, XX 는 케이블에 대해 인터페이스를 갖는 두 유닛을 나타낸다. 도 2에 각 유닛에 대한 손실 파라미터를 나타내었다. 도 2에 기술된 Receive from Omni Antenna 의 경로는 옴니(Omni) 안테나에서 수신된 신호가 S 대역 트랜스폰더의 수신기로 입력되는 경로이며, 이를 아래 식에서 P1으로 나타내었다. 유사하게, P2는 Receive from High Gain Antenna의 경로 즉, 하이 게인(High Gain) 안테나에서 수신된 신호가 S 대역 트랜스폰더의 수신기로 입력되는 경로, P3는 Transmit to Omni Antenna의 경로 즉, S 대역 트랜스폰더의 송신기에서 출력되는 신호가 옴니 안테나로 수신되는 경로, P4 는 Transmit to High Gain Antenna의 경로 즉, S 대역 트랜스폰더의 송신기에서 출력되는 신호가 하이 게인 안테나로 수신되는 경로를 나타낸다. 각각의 경로에 대한 손실을 (1)~(4)에 나타내고, 수신 시스템의 NF는 (5), (6)에 나타내었다.
옴니 안테나로부터 수신 패스 손실 = Path 1
= LOH + LH + LHD + LD + LO_DC + Linsertion_Loss + LCL......(1)
하이 게인 안테나로부터 수신 패스 손실 = Path 2
= LHD + LD + LH_DC + LD + Lcoupling + LCL...............(2)
옴니 안테나로 송신 패스 손실 = Path 3
= LST + LS + LDS + LD + LHD + LH + LOH................(3)
하이 게인 안테나로 송신 패스 손실 = Path 4
= LST + LS + LDS + LD + LH + LOH.....................(4)
옴니 안테나로부터 수신 패스 NF = Path 1_NF
= OLoss + NF......................................(5)
하이 게인 안테나로부터 수신 NF =Path 2_NF
= LHD + LD + LH_DC + LD + Lcoupling + LCL.........(6)
여기서, 수신 시스템은 RF 전치단 및 S 대역 트랜스폰더의 수신기를 의미하며, 수신 시스템의 잡음지수(Noise Figure; NF)는 (1) 과 (2)의 경로 손실에 S 대역 수신기의 NF의 합으로 존재한다. 분석에 사용된 S 대역 수신기의 NF 는 2.4dB 이다.
도 3은 방향성 커플러(directional coupler)의 단자 구성과 커플리계수(coupling factor)에 의한 삽입손실(insertion loss)을 나타낸다.
도 4는 방향성 커플러의 커플링계수 변화에 대한 P1~P4의 경로 손실 및 P1~P2 수신시스템의 NF를 나타낸다. 단순화를 위해 케이블 및 스위치의 손실은 없는 것으로 가정하였다.
도 4의 결과로부터, P2 경로는 커플링계수 증가에 의해 손실이 증가함을 알 수 있다.
즉, 15dB 커플러를 사용할 경우, 옴니 안테나 경로에 비해 하이 게인 안테나 경로의 NF가 약 12 dB 증가된다. 결과적으로, 하이 게인 안테나에 의한 효과를 전혀 기대할 수 없다. 반대로, 커플링계수가 낮을 경우 옴니 안테나를 통한 수신기 성능이 열화 된다는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 방향성 커플러는 수신기 성능에 크게 영향을 준다는 것을 알 수 있다.
이에 본원 발명자들은 방향성 커플러를 포함하여 RF 전치단을 구성하는 구성요소들의 특성 및 배치에 대한 분석 및 연구를 통해 S 대역 트랜스폰더의 리던던시 구조를 가짐과 동시에 송신 및 수신 성능이 최적화된 RF 전치단 구조를 개발하였다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 RF 전치단 구조를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 RF 전치단 구조는 2개의 옴니 안테나(111, 112)와, 하이 게인 안테나(113)와, #1 및 #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)를 포함한다. 또한, #1 내지 #4 하이브리드 커플러(121, 122, 141, 142)와, #1 내지 #4 다이플렉서(131~134)와, 쌍투쌍극(DPDT) 스위치(150)와, #1 및 #2 방향성 안테나(161, 162)를 포함한다.
상기 #1 하이브리드 커플러(121)는 쿼드러쳐 하이브리드 커플러(Quadrauture Hybrid Coupler)로 구성될 수 있으며, 쿼드러쳐 하이브리드 커플러는 브랜치 라인(Branch Line)을 통한 다이렉트 커플링(Direct coupling)을 직접 이용한 대표적인 전송선로 (microstrip/stripline) 커플러로서, 매우 광범위하게 응용되는 커플러이다. 두 개의 출력은 각각 반반씩의 파워(power), 즉 -3dB 커플러로서 입력 전력을 균등하게 배분하는 기능을 하며, 두 개의 균등한 출력신호는 90도의 위상차를 가진다.
상기 #2 내지 #4 하이브리드 커플러(122, 141, 142)는 커플드 라인 커플러(Coupled Line Coupler)로 구성될 수 있다. 커플드 라인 커플러는 두 개의 선로가 근접한 채 놓여있고, 그 선로의 간격과 길이에 의해 커플링 양이 조절되는 커플러로서 마이크로스트립(Microstrip)이나 스트립라인(Stripline)과 같은 전송선로형태로 쉽게 구현될 수 있다. 또한 이러한 커플링 자체의 특성을 이용하여 동축선과 같은 형태로도 가변될 수 있다. 하나의 입력단자(input)가 있고, 그것이 거의 그대로 통과되는 통과(through) 단자, 그리고 그렇게 통과되는 전력의 일부를 추출하는 단자(Coupled out)의 3개 포트로 구성되어 있으며, 전력배분용이 아닌 신호추출/검출용으로 주로 사용된다. 그중 나머지 한 부위의 포트는 격리포트(isolation)로서, 선로임피던스에 맞추어(통상 50옴) 저항 접지시켜놓아서 실제로는 입출력용으로 사용하지 않는 포트가 된다. 구조상 이 격리포트로는 전력이 전달되지 않지만, 만에 하나 전달되는 누설 전력이 반사되어 돌아오지 않도록 저항으로 접지시켜 열로 소모시켜 버리는 역할을 하게 되며, 이러한 격리 포트는 여러 커플러에서 전력안정화를 위해 사용된다.
상기 #1 내지 #4 다이플렉서(131~134)는 두 개의 회로에서 별도로 출력되는 신호를 상호 영향을 미치지 않으면서 하나의 회로로 전달하는 장치로 #1 및 #2 옴니 안테나(111, 112)와 하이 게인 안테나(113)에서 수신된 업링크 신호를 #1 및 #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)의 수신기(171R, 172R)로 전달하거나 #1 및 #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)의 송신기(171T, 172T)에서 출력되는 다운링크 신호를 #1 및 #2 옴니 안테나(111, 112)와 하이 게인 안테나(113)로 전달한다.
상기 DPDT 스위치(150)는 두 개의 입력, 두 개의 출력에 대해 선택가능한 스위치로, #1 및 #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)의 송신기(171T, 172T)에서 출력되는 다운링크 신호를 #3 및 #4 하이브리드 커플러(141, 142)로 스위칭하여 경로를 선택하여 준다.
상기 방향성 커플러(161, 162)는 서로 다른 경로로 입력되는 업링크 신호를 결합하여 #1 및 #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)의 수신기(171R, 172R)로 전송한다.
상기 #1 및 #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)는 각각 수신기(171R, 172R)와 송신기(172R, 172T)를 구비하여 업링크 신호를 수신하고, 다운링크 신호를 송신한다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 제1 실시예에 따른 RF 전치단 구조에서 신호 전송경로를 살펴보면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 RF 전치단 구조에서 수신 경로를 나타낸 도면으로, 도 6을 참조하면, Path 1 및 Path 2의 2가지 경로가 제공된다.
먼저, Path 1은 #1 옴니 안테나(111)에서 수신된 신호가 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)의 수신기(171R, 172R)로 입력되는 경로로, #1 옴니 안테나(111) -> #1 하이브리드 커플러(121) -> #1, #2 다이플렉서(131, 132) -> #1, #2 방향성 커플러(161, 162) -> #1, #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)의 수신기(171R, 172R)로 전송되는 업링크 경로이다.
구체적으로는, #1 옴니 안테나(111)에서 수신된 신호가 #1 하이브리드 커플러(121)의 ②번 포트로 입력되어 ①번 포트와 ④번 포트로 분배되어 출력되고, #1, #2 다이플렉서(131, 132)에 의해 Path 1 방향으로 진행하여 #1, #2 방향성 커플러(161, 162)를 거쳐 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)의 수신기(171R, 172R)로 전달된다. 즉, #1 옴니 안테나(111)에서 수신된 신호가 #1 하이브리드 커플러(121)를 거치면서 2 개의 수신기로 전달되어 리던던시를 갖는 수신기 구조가 가능하게 된다.
다음으로, Path 2는 하이 게인 안테나(113)에서 수신된 신호가 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)의 수신기(171R, 172R)로 입력되는 경로로, 하이 게인 안테나(113) -> #2 하이브리드 커플러(122) -> #3, #4 다이플렉서(133, 134) -> #1, #2 방향성 커플러(161, 162) -> #1, #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)의 수신기(171R, 172R)로 전송되는 업링크 경로이다.
구체적으로는, 하이 게인 안테나(113)에서 수신된 신호가 #2 하이브리드 커플러(122)의 ②번 포트로 입력되어 ①번 포트와 ③번 포트로 분배되어 출력되고, #3, #4 다이플렉서(133, 134)에 의해 Path 2 방향으로 진행하여 #1, #2 방향성 커플러(161, 162)를 거쳐 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)의 수신기(171R, 172R)로 전달된다. 즉, 하이 게인 안테나(113)에서 수신된 신호가 #2 하이브리드 커플러(122)를 거치면서 2 개의 수신기로 전달되어 리던던시를 갖는 수신기 구조가 가능하게 된다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 RF 전치단 구조에서 송신 경로를 나타낸 도면으로, 도 7을 참조하면, Path 3 및 Path 4의 2가지 경로가 제공된다.
먼저, Path 3는 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)의 송신기(171T, 172T)에서 출력된 신호가 #2 옴니 안테나(112)로 수신되는 경로로, #1, #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)의 송신기(171T, 172T) -> DPDT 스위치(150) -> #3 하이브리드 커플러(141) -> #1, #2 다이플렉서(131, 132) -> #1 하이브리드 커플러(121) -> #2 옴니 안테나(112)로 전송되는 다운링크 경로이다.
다음으로, Path 4는 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)의 송신기(171T, 172T)에서 출력된 신호가 하이 게인 안테나(113)로 수신되는 경로로, #1, #2 S 대역 트랜스폰더(171, 172)의 송신기(171T, 172T) -> DPDT 스위치(150) -> #4 하이브리드 커플러(142) -> #3, #4 다이플렉서(133, 134) -> #2 하이브리드 커플러(122) -> 하이 게인 안테나(113)로 전송되는 다운링크 경로이다.
전술한 바와 같이 본 실시예에 따르면 이득이 다른 2 가지 안테나 즉, 옴니 안테나 및 하이 게인 안테나에 대한 리던던시 인터페이스와 S 대역 트랜스폰더에 대한 리던던시 인터페이스를 제공함으로써 송수신 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 RF 전치단 구조를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 RF 전치단 구조는 2개의 옴니 안테나(211, 212)와, 하이 게인 안테나(213)와, #1 및 #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)를 포함한다. 또한, #1 내지 #3 다이플렉서(221~223)와, #1 내지 #3 하이브리드 커플러(231~233)와, 쌍투쌍극(DPDT) 스위치(240)와, #1 및 #2 방향성 안테나(251, 252)를 포함한다.
상기 #1 내지 #3 다이플렉서(221~223)는 두 개의 회로에서 별도로 출력되는 신호를 상호 영향을 미치지 않으면서 하나의 회로로 전달하는 장치로 #1 및 #2 옴니 안테나(211, 212)와 하이 게인 안테나(213)에서 수신된 업링크 신호를 #1 및 #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)의 수신기(261R, 262R)로 전달하거나 #1 및 #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)의 송신기(261T, 262T)에서 출력되는 다운링크 신호를 #1 및 #2 옴니 안테나(211, 212)와 하이 게인 안테나(213)로 전달한다.
상기 #1 하이브리드 커플러(121)는 쿼드러쳐 하이브리드 커플러(Quadrauture Hybrid Coupler)로 구성될 수 있으며, 두 개의 입력포트를 통해 입력된 신호를 두 개의 출력포트로 균등하게 배분하며 두 개의 균등한 출력신호는 90도의 위상차를 가진다.
상기 #2 및 #3 하이브리드 커플러(221~223)는 커플드 라인 커플러(Coupled Line Coupler)로 구성될 수 있다.
상기 DPDT 스위치(240)는 두 개의 입력, 두 개의 출력에 대해 선택가능한 스위치로, #1 및 #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)의 송신기(261T, 262T)에서 출력되는 다운링크 신호를 #2 및 #3 하이브리드 커플러(232, 233)로 스위칭하여 경로를 선택하여 준다.
상기 방향성 커플러(251, 252)는 서로 다른 경로로 입력되는 업링크 신호를 결합하여 #1 및 #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)의 수신기(261R, 262R)로 전송한다.
상기 #1 및 #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)는 각각 수신기(261R, 262R)와 송신기(262R, 262T)를 구비하여 업링크 신호를 수신하고, 다운링크 신호를 송신한다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 제2 실시예에 따른 RF 전치단 구조에서 신호 전송경로를 살펴보면 다음과 같다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 RF 전치단 구조에서 수신 경로를 나타낸 도면으로, 도 9를 참조하면, Path 1 및 Path 2의 2가지 경로가 제공된다.
먼저, Path 1은 #1 옴니 안테나(211)에서 수신된 신호가 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)의 수신기(261R, 262R)로 입력되는 경로로, #1 옴니 안테나(211) -> #1 다이플렉서(221) -> #1 하이브리드 커플러(231) -> #1, #2 방향성 커플러(251, 252) -> #1, #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)의 수신기(261R, 262R)로 전송되는 업링크 경로이다.
구체적으로는, #1 옴니 안테나(211)에서 수신된 신호가 #1 다이플렉서(221)에 의해 Path 1 방향으로 진행하여 #1 하이브리드 커플러(231)의 ②번 포트로 입력되어 ①번 포트와 ④번 포트로 분배되어 출력되고, #1, #2 방향성 커플러(251, 252)를 거쳐 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)의 수신기(261R, 262R)로 전달된다. 즉, #1 옴니 안테나(211)에서 수신된 신호가 #1 하이브리드 커플러(231)를 거치면서 2 개의 수신기로 전달되어 리던던시를 갖는 수신기 구조가 가능하게 된다.
다음으로, Path 2는 하이 게인 안테나(213)에서 수신된 신호가 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)의 수신기(261R, 262R)로 입력되는 경로로, 하이 게인 안테나(213) -> #3 다이플렉서(223) -> #3 하이브리드 커플러(232) -> #1, #2 방향성 커플러(251, 252) -> #1, #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)의 수신기(261R, 262R)로 전송되는 업링크 경로이다.
구체적으로는, 하이 게인 안테나(213)에서 수신된 신호가 #3 다이플렉서(223)에 의해 Path 2 방향으로 진행하여 #3 하이브리드 커플러(233)의 ②번 포트로 입력되어 ①번 포트와 ④번 포트로 분배되어 출력되고, #1, #2 방향성 커플러(251, 252)를 거쳐 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)의 수신기(261R, 262R)로 전달된다. 즉, 하이 게인 안테나(213)에서 수신된 신호가 #3 하이브리드 커플러(233)를 거치면서 2 개의 수신기로 전달되어 리던던시를 갖는 수신기 구조가 가능하게 된다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 RF 전치단 구조에서 송신 경로를 나타낸 도면으로, 도 10을 참조하면, Path 3 및 Path 4의 2가지 경로가 제공된다.
먼저, Path 3는 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)의 송신기(261T, 262T)에서 출력된 신호가 #2 옴니 안테나(212)로 수신되는 경로로, #1, #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)의 송신기(261T, 262T) -> DPDT 스위치(240) -> #2 하이브리드 커플러(232) -> #2 다이플렉서(222) -> #2 옴니 안테나(212)로 전송되는 다운링크 경로이다.
다음으로, Path 4는 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)의 송신기(261T, 262T)에서 출력된 신호가 하이 게인 안테나(213)로 수신되는 경로로, #1, #2 S 대역 트랜스폰더(261, 262)의 송신기(261T, 262T) -> DPDT 스위치(240) -> #2, #3 하이브리드 커플러(232, 233) -> #2, #3 다이플렉서(222, 223) -> 하이 게인 안테나(213)로 전송되는 다운링크 경로이다.
전술한 바와 같이 본 실시예에 따르면 이득이 다른 2 가지 안테나 즉, 옴니 안테나 및 하이 게인 안테나에 대한 리던던시 인터페이스와 S 대역 트랜스폰더에 대한 리던던시 인터페이스를 제공함으로써 송수신 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 RF 전치단 구조를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 RF 전치단 구조는 2개의 옴니 안테나(311, 312)와, 하이 게인 안테나(313)와, #1 및 #2 S 대역 트랜스폰더(371, 372)를 포함한다. 또한, #1 내지 #3 다이플렉서(321~323)와, #1 내지 #3 저잡음증폭기(331~333)와, #1 내지 #3 하이브리드 커플러(341~343)와, 쌍투쌍극(DPDT) 스위치(350)와, #1 및 #2 방향성 안테나(361, 362)를 포함한다.
상기 #1 내지 #3 저잡음증폭기(LNAs)(331~333)는 수신기 전체의 잡음지수를 낮추기 위한 것으로, 저잡음증폭기(331~333)가 가능한 초단에 위치하게 되어 후단의 잡음(noise) 성분들을 저잡음증폭기의 이득만큼 감쇄시키게 된다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 제2 실시예에 따른 RF 전치단 구조에서 신호 전송경로를 살펴보면 다음과 같다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 RF 전치단 구조에서 수신 경로를 나타낸 도면으로, 도 12를 참조하면, Path 1 및 Path 2의 2가지 경로가 제공된다.
먼저, Path 1은 #1, #2 옴니 안테나(311, 312)에서 수신된 신호가 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(371, 372)의 수신기(371R, 372R)로 입력되는 경로로, #1, #2 옴니 안테나(311, 312) -> #1, #2 다이플렉서(321, 322) -> #1, #2 저잡음증폭기(331, 332) -> #1 하이브리드 커플러(341) -> #1, #2 방향성 커플러(361, 362) -> #1, #2 S 대역 트랜스폰더(371, 372)의 수신기(371R, 372R)로 전송되는 업링크 경로이다.
구체적으로는, #1, #2 옴니 안테나(311, 312)에서 수신된 신호가 #1, #2 다이플렉서(321, 322)에 의해 Path 1 방향으로 진행하여 #1, #2 저잡음증폭기(331, 332)에 의해 증폭된 뒤 #1 하이브리드 커플러(341)의 ②번 포트, ③번 포트로 입력되어 ①번 포트와 ④번 포트로 분배되어 출력되고, #1, #2 방향성 커플러(361, 362)를 거쳐 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(371, 372)의 수신기(371R, 372R)로 전달된다. 즉, #1, #2 옴니 안테나(311, 312)에서 수신된 신호가 #1 하이브리드 커플러(341)를 거치면서 2 개의 수신기(371R, 372R)로 전달되어 리던던시를 갖는 수신기 구조가 가능하게 된다.
다음으로, Path 2는 하이 게인 안테나(313)에서 수신된 신호가 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(371, 372)의 수신기(371R, 372R)로 입력되는 경로로, 하이 게인 안테나(313) -> #3 다이플렉서(323) -> #3 저잡음증폭기서(333) -> #3 하이브리드 커플러(343) -> #1, #2 방향성 커플러(361, 362) -> #1, #2 S 대역 트랜스폰더(371, 372)의 수신기(371R, 372R)로 전송되는 업링크 경로이다.
구체적으로는, 하이 게인 안테나(313)에서 수신된 신호가 #3 다이플렉서(323)에 의해 Path 2 방향으로 진행하여 #3 저잡음증폭기(333)에 의해 증폭된 뒤 #3 하이브리드 커플러(343)의 ②번 포트로 입력되어 ①번 포트와 ④번 포트로 분배되어 출력되고, #1, #2 방향성 커플러(361, 362)를 거쳐 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(371, 372)의 수신기(371R, 372R)로 전달된다. 즉, 하이 게인 안테나(313)에서 수신된 신호가 #3 하이브리드 커플러(343)를 거치면서 2 개의 수신기(371R, 372R)로 전달되어 리던던시를 갖는 수신기 구조가 가능하게 된다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 RF 전치단 구조에서 송신 경로를 나타낸 도면으로, 도 13을 참조하면, Path 3 및 Path 4의 2가지 경로가 제공된다.
먼저, Path 3는 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(371, 372)의 송신기(371T, 372T)에서 출력된 신호가 #2 옴니 안테나(312)로 수신되는 경로로, #1, #2 S 대역 트랜스폰더(371, 372)의 송신기(371T, 372T) -> DPDT 스위치(350) -> #2 하이브리드 커플러(342) -> #2 다이플렉서(322) -> #2 옴니 안테나(312)로 전송되는 다운링크 경로이다.
다음으로, Path 4는 #1, #2 S 대역 트랜스폰더(371, 372)의 송신기(371T, 372T)에서 출력된 신호가 하이 게인 안테나(313)로 수신되는 경로로, #1, #2 S 대역 트랜스폰더(371, 372)의 송신기(371T, 372T) -> DPDT 스위치(350) -> #3 하이브리드 커플러(343) -> #3 다이플렉서(323) -> 하이 게인 안테나(313)로 전송되는 다운링크 경로이다.
전술한 바와 같이 본 실시예에 따르면 이득이 다른 2 가지 안테나 즉, 옴니 안테나 및 하이 게인 안테나에 대한 리던던시 인터페이스와 S 대역 트랜스폰더에 대한 리던던시 인터페이스를 제공함으로써 송수신 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 예를 들면, 디스플레이발광소자의 사이즈나 위치 등을 가변할 수 있다.
따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
111, 112, 211, 212, 311, 312 : 옴니 안테나
113, 213, 313 : 하이 게인 안테나
121, 122, 141, 142, 231~233, 341~343 : 하이브리드 커플러
131~134, 221~223, 321~323 : 다이플렉서
150, 240, 350 : DPDT 스위치
161, 162, 251, 252, 361, 362 : 방향성 결합기
171, 172, 261, 262, 371, 372 : 트랜스폰더
171R, 172R, 261R, 262R, 371R, 372R : 수신기
171T, 172T, 261T, 262T, 371T, 372T : 송신기

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 및 제2 옴니 안테나와 하이 게인 안테나에 대한 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조에 있어서,
    상기 제1 옴니 안테나와 상기 하이 게인 안테나와 접속되어 업링크 신호를 특정 경로로 선택적으로 전달하는 제1 및 제3 다이플렉서;
    상기 제1 및 제2 S 대역 트랜스폰더의 송신기들로부터 전송되는 다운링크 신호를 상기 제2 옴니 안테나로 전달하는 제2 다이플렉서;
    상기 제1 및 제3 다이플렉서로부터 출력되는 상기 업링크 신호를 수신하여 2개의 출력으로 분기하여 출력하는 제1 및 제3 하이브리드 커플러;
    상기 제1 및 제2 S 대역 트랜스폰더의 송신기들로부터 전송되는 다운링크 신호를 상기 제2 다이플렉서로 출력하는 제2 하이브리드 커플러;
    상기 제1 및 제3 하이브리드 커플러로부터 출력되는 상기 업링크 신호를 수신하여 제1 및 제2 S 대역 트랜스폰더의 수신기들로 제공하는 제1 및 제2 방향성 커플러; 및
    상기 제1 및 제2 S 대역 트랜스폰더의 송신기들로부터 전송되는 상기 다운링크 신호에 대해 상기 제2 및 제3 하이브리드 커플러 중의 적어도 하나로 스위치하여 상기 제2 옴니 안테나 또는 상기 하이 게인 안테나를 통하여 출력하는 DPDT 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 하이브리드 커플러는 쿼드러쳐 하이브리드 커플러(Quadrauture Hybrid Coupler)로 구성되는 것을 특징으로 하는 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 및 제 3 하이브리드 커플러는 커플드 라인 커플러(Coupled Line Coupler)로 구성되는 것을 특징으로 하는 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 S 대역 트랜스폰더의 수신기는 각각 저잡음증폭기를 포함하며, 각각의 상기 저잡음증폭기는 상기 제1 내지 제3 다이플렉서와 상기 제1 및 제3 하이브리드 커플러 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조.
  8. 제1 및 제2 옴니 안테나와 하이 게인 안테나에 대한 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조에 있어서,
    상기 제1 옴니 안테나와 접속되어 업링크 신호를 특정 경로로 전달하는 제1 다이플렉서;
    상기 제2 옴니 안테나 및 상기 하이 게인 안테나와 접속되어 상기 업링크 신호를 특정 경로로 선택적으로 각각 전달하고, 상기 제1 및 제2 S 대역 트랜스폰더의 송신기들로부터 전송되는 다운링크 신호를 상기 제2 옴니 안테나 및 상기 하이 게인 안테나로 각각 전달하는 제2 및 제3 다이플렉서;
    상기 제1 내지 제3 다이플렉서의 출력신호를 증폭하는 제1 내지 제3 저잡음증폭기;
    상기 제1 및 제2 저잡음증폭기로부터 출력되는 상기 증폭된 업링크 신호를 수신하여 2개의 출력으로 분기하여 출력하는 제1 하이브리드 커플러;
    상기 제1 및 제2 S 대역 트랜스폰더의 송신기들로부터 전송되는 다운링크 신호를 상기 제2 다이플렉서로 출력하는 제2 하이브리드 커플러;
    상기 제3 저잡음증폭기로부터 출력되는 상기 증폭된 업링크 신호를 수신하여 2개의 출력으로 분기하여 출력하고 상기 제1 및 제2 S 대역 트랜스폰더의 송신기들로부터 전송되는 다운링크 신호를 상기 제3 다이플렉서로 출력하는 제3 하이브리드 커플러;
    상기 제1 및 제3 하이브리드 커플러로부터 출력되는 상기 업링크 신호를 수신하여 제1 및 제2 S 대역 트랜스폰더의 수신기들로 제공하는 제1 및 제2 방향성 커플러; 및
    상기 제1 및 제2 트랜스폰더의 송신기들로부터 전송되는 상기 다운링크 신호에 대해 상기 제2 또는 제3 하이브리드 커플러로 스위치하여 상기 제2 옴니 안테나 또는 상기 하이 게인 안테나를 통하여 출력하는 DPDT 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 하이브리드 커플러는 쿼드러쳐 하이브리드 커플러(Quadrauture Hybrid Coupler)로 구성되는 것을 특징으로 하는 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 및 제 3 하이브리드 커플러는 커플드 라인 커플러(Coupled Line Coupler)로 구성되는 것을 특징으로 하는 S 대역 트랜스폰더에 리던던시 인터페이스를 제공하는 RF 전치단 구조.
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