KR101815984B1 - 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메인 랙(Main Rack)에 콘트롤 유닛, 로우 핌 스위치, 알에프 유닛을 설치하고, 피씨의 운영프로그램을 통해 제어하는 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
종래의 측정기는 측정 대역이 달라질 때마다 각각의 케이블을 연결하고 측정해야 하는 문제점이 있었는데, 이를 해결하기 위하여 본 발명은 메인랙(Main Rack)에는 피씨(PC)와 1:1 방식으로 연결되는 콘트롤 유닛(Control Unit) 및 로우 핌 스위치(Low PIM Switch)와, 상기 로우 핌 스위치와 1:N 방식으로 연결되어 피측정체(DUT)와 선택적으로 연결되는 복수의 알에프 유닛(RF Unit)와, 상기 로우 핌 스위치와 1:1 방식으로 연결되어 네트워크의 상태를 측정하기 위한 네트워크 분석기(Network Analyzer)가 같이 설치되고, 상기 로우 핌 스위치에서는 피씨에서 제어신호를 전달받은 콘트롤 보드의 스위칭신호에 따라 1쌍의 스위칭 모듈을 제어하여 복수의 알에프 유닛에 연결되는 복수의 입력포트와 복수의 피측정체 중 어느 하나와 연결되는 복수의 출력포트 중 각각 어느 하나씩을 선택하도록 제어하며, 상기 피씨에서는 측정하기 위한 대역 선택을 콘트롤 유닛에 명령하고, 로우 핌 스위치(220)를 통해 선택된 복수의 알에프 유닛과 네트워크 분석기 중 어느 하나의 출력값을 전달받아 운영프로그램을 통해 대역의 핌(PIM) 또는 정재파비(S-Parameter)를 측정하는 것을 특징으로 하는 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기를 제안한다.
따라서, 본 발명에 의한 로우 핌 스위치는 복수의 입력포트 및 출력포트를 구비한 단독 제품으로 구현되어 기존 핌(PIM) 측정장비에 연결하여 사용할 수 있으며, 콘넥터의 분리/연결이 없이 스위칭에 의해 선택적으로 피측정체(DUT)에 대한 여러 대역의 핌(PIM)값과 정재파비(S-Parameter)를 측정할 수 있으므로 세팅 및 측정에 소요되는 작업시간을 최소화할 수 있으며, 콘넥터의 분리/재연결이 생략되므로 불필요한 노이즈를 방지하여 측정 데이타의 신뢰성이 향상된다.
또한, 네트워크 분석기(Network Analyzer)가 메인 랙에 같이 설치되어, 메인 랙에서 피측정체의 핌(PIM) 측정과 정재파비 측정을 동시에 진행될 수 있으므로, 사용자가 실험성적서 등의 포맷을 일원화할 수 있다.

Description

로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기{Multiband measuring instrument using for Low PIM switch}

본 발명은 복수 대역의 측정장치에 연결되는 복수의 입·출력포트가 구비되어 콘넥터의 분리/연결이 없이 스위칭에 의해 선택적으로 피측정체(DUT)에 대한 여러 대역의 핌(PIM)값과 정재파비(S-Parameter)를 측정할 수 있는 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 메인 랙(Main Rack)에 콘트롤 유닛, 로우 핌 스위치, 복수의 알에프 유닛을 설치하고, 피씨의 운영프로그램을 통해 제어하는 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기에 관한 것이다.

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

이때, 두 개 이상의 신호 주파수들이 서로 간섭 현상을 일으켜 원치 않는 기생 신호를 발생시키는 것으로 이와 같은 현상이 수동(Passive) 소자에서 나타날 때 핌(PIM; Passive Intermodulation; 수동 상호변조)라고 한다.

이와 같은 핌(PIM)은 필터 뿐만 아니라 금속간 접합(metal-to-metal contact)이 존재하는 안테나, 케이블, 커넥터, 스위치 등 거의 모든 수동 소자에서 발생되며, 엉성한 기계적 접합, ferrous-based metal간의 접합부에서 산화(oxidation), RF 접합에서 도체 표면의 오염, 강자성체(ferromagnetic)재료의 히스테리시스와 같은 비선형 특성 등에 요인하게 된다.

상기 핌(PIM)은 이동통신 서비스가 확장됨에 따라 인접 기지국간의 간섭이 증가하고 그에 따른 핌의 문제도 증가하여 통신 시스템 구축에 있어 다양한 문제점을 야기하고 있는바, 그 발생영역이 모든 RF 경로상에 있으며 수준 또한 예측하기가 무척 어려운 실정이다. 특히, RF 부품의 핌(PIM)을 정확하게 측정하고 그 수준을 설정하기 위하여 다양한 연구작업이 진행되고 있으나, 정확한 핌(PIM)의 측정을 위한 Set-up은 다양한 요구조건에 의해 어려움이 많으며, 이를 극복하기 위해서는 많은 연구가 진행되어 각 나라마다 독자적인 시스템을 개발하여 사용하고 있다.

한편, 종래에 사용되는 핌(PIM) 분석 또는 측정장치는 한대의 피씨(PC)에 한대의 PIM(single/dual band) 장비를 연결하여 피측정체의 핌(PIM)을 측정하는 방식으로서, 여러 대역의 Band를 측정하기 위해서는 해당 대역별 장비를 모두 구매해야 하며, 장비의 고장으로 수리가 필요할 때 이중 대역(dual band)의 경우에는 한 대역의 장비만 수리한 경우에도 기구 형상의 일체화에 의해 나머지 한 대역을 사용하지 못하는 비효율성이 존재하였다.

더욱이, 종래의 측정기는 다른 대역의 피측정체에 사용할 때마다 케이블을 분리하고 재연결하는 과정을 거쳐야 하는 번거로움이 있으며, 수동 작업으로 인해 재연결시 균일한 상태의 측정신호 및 측정결과가 나오지 않게 되는 문제점이 있었다.

한편, 정재파비(Voltage Standing Wave Ratio ; VSWR)란, 회로나 시스템에 입력된 에너지의 반사량을 나타내는 지표로서, 입력면 정재파(Standing Wave)의 최소값과 최대값의 비를 의미하여, 정재파가 얼마나 크냐를 나타내는 지표이다.

또한, 상기 정재파는 진행파가 어떤 경계면을 기준으로 반사되어 돌아온 파와 합쳐지면서 발생한 정지된 파동을 의미하며, 반사량에 비례하기 때문에 VSWR은 회로 입력단의 반사량을 의미하는 또다른 지표로 사용된다.

이를 수식으로 표현하면, "정재파비 = (1 + 반사계수) / (1 - 반사계수)"가 되며, 반사가 전혀 없다면 완전 매칭이 되어서 입사파가 모두 통과 되어 정재파도 없기 때문에 비율은 1이 되어 최상의 값을 가지고, 반사량이 아주 크다면(완전 전반사) VSWR은 무한대(infinite value)로 가게될 것이다.

이러한, 정재파비의 측정은 별도의 네트워크 분석기(Network Analyzer, 網分析器)를 사용하여 측정하게 되는데, 상기 네트워크 분석기는 전기적 현상들의 움직임에 관한 문제들을 해결하기 위해 전기 회로 소자를 사용하여 전기적 현상을 나타내는 아날로그 컴퓨터이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 특히 복수 대역의 측정장치에 연결될 수 있도록 복수의 입·출력포트가 구비되어 콘넥터의 분리/연결이 없이 스위칭에 의해 선택적으로 피측정체(DUT)에 대한 여러 대역의 핌(PIM)값과 정재파비(S-Parameter)를 측정할 수 있는 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 메인 랙(Main Rack)에 콘트롤 유닛, 로우 핌 스위치, 복수의 알에프 유닛을 설치하고, 피씨의 운영프로그램을 통해 제어하는 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기를 제공함에 다른 목적이 있다.

본 발명에 의한 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기는 메인랙(Main Rack)에는 피씨(PC)와 1:1 방식으로 연결되는 콘트롤 유닛(Control Unit) 및 로우 핌 스위치(Low PIM Switch)와, 상기 로우 핌 스위치와 1:N 방식으로 연결되어 피측정체(DUT)와 선택적으로 연결되는 복수의 알에프 유닛(RF Unit)와, 상기 로우 핌 스위치와 1:1 방식으로 연결되어 네트워크의 상태를 측정하기 위한 네트워크 분석기(Network Analyzer)가 같이 설치되고, 상기 로우 핌 스위치에서는 피씨에서 제어신호를 전달받은 콘트롤 보드의 스위칭신호에 따라 1쌍의 스위칭 모듈을 제어하여 복수의 알에프 유닛에 연결되는 복수의 입력포트와 복수의 피측정체 중 어느 하나와 연결되는 복수의 출력포트 중 각각 어느 하나씩을 선택하도록 제어하며, 상기 피씨에서는 측정하기 위한 대역 선택을 콘트롤 유닛에 명령하고, 로우 핌 스위치(220)를 통해 선택된 복수의 알에프 유닛과 네트워크 분석기 중 어느 하나의 출력값을 전달받아 운영프로그램을 통해 대역의 핌(PIM) 또는 정재파비(S-Parameter)를 측정하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

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본 발명에 의한 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기는 복수의 입력포트 및 출력포트를 구비한 단독 제품으로 구현되어 기존 핌(PIM) 측정장비에 연결하여 사용할 수 있으며, 콘넥터의 분리/연결이 없이 스위칭에 의해 선택적으로 피측정체(DUT)에 대한 여러 대역의 핌(PIM)값과 정재파비(S-Parameter)를 측정할 수 있으므로 세팅 및 측정에 소요되는 작업시간을 최소화할 수 있으며, 콘넥터의 분리/재연결이 생략되므로 불필요한 노이즈를 방지하여 측정 데이타의 신뢰성이 향상된다.

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또한, 네트워크 분석기(Network Analyzer)가 메인 랙에 같이 설치되어, 메인 랙에서 피측정체의 핌(PIM) 측정과 정재파비 측정을 동시에 진행될 수 있으므로, 사용자가 실험성적서 등의 포맷을 일원화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 로우 핌 스위치의 구성도,
도 2는 도 1의 콘트롤 보드의 세부 구성도,
도 3은 본 발명에 의한 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기의 구성도,
도 4는 본 발명의 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기를 실제 구현한 일 실시례 제품을 개략적으로 나타난 정면도,
도 5는 본 발명의 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기의 일 실시예를 나타낸 구성도,
도 6은 본 발명에 의한 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기의 제어방법을 개략적으로 나타낸 블럭도.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.

본 발명의 로우 핌 스위치(Low PIM Switch)(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 피씨(PC)(100)에서 제어신호를 전달받아 스위칭 동작을 수행하는 콘트롤 보드(221)와; 상기 콘트롤 보드(221)의 스위칭신호에 따라 복수의 입·출력포트(223)(224)중 각각 어느 하나씩을 선택하도록 제어하는 1쌍의 스위칭 모듈(222)과; 알에프 대역의 핌(PIM) 또는 정재파비(VSWR)를 측정하기 위한 복수의 알에프 유닛(230)(240) 또는 네트워크 분석기(250)중 어느 하나의 신호가 입력되는 복수의 입력포트(223)와; 복수의 피측정체(DUT)(300)중 어느 하나와 연결되는 복수의 출력포트(224)를 포함하여 구성된다.

상기 콘트롤 보드(221)는 본 발명의 일 실시예로 도 2에 도시된 바와 같이, 피씨(PC)(100)의 제어신호를 전달받는 이더넷 칩(Ethernet chip)(221a)과; 상기 이더넷 칩(221a)에서 전달된 제어신호에 따라 콘트롤 보드(221)의 스위칭 제어동작을 수행하는 엠씨유(MCU)(221b)와; 상기 엠씨유(221b)의 제어신호를 전달받아 EEPROM(221d)에 미리 저장된 룩업 테이블에 따라 일정한 동작신호를 발생하는 FPGA(Field Programmable Gate Array; 현장 프로그래머블 게이트 어레이)(221c)와; 주파수 대역에 따라 각 스위치별 룩업 테이블이 미리 저장된 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)(221d)과; 상기 FPGA(221c)에서 전달된 제어신호에 따라 스위칭 모듈(222)을 선택적으로 작동하는 스위치 콘트롤 아웃(Switch Control_out)(221g)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 콘트롤 보드(221)에는 상기 FPGA(221c)에서 전달된 제어신호에 따라 작동엘이디(221f)의 동작을 제어하는 엘이디 아웃(LED_out)(221e)가 더 구비될 수 있다. 따라서, 외부에서 작동엘이디(221f)의 점등에 의해 로우 핌 스위치(220)의 동작 여부를 시각적으로 확인할 수 있다.

상기 EEPROM(221d)은 전기 공급이 끊긴 상태에서도 장기간 기억하는 비휘발성 기억 장치로서, 기록된 데이터를 지우고 쓰는 것이 가능하므로 초기 셋팅단계에서 주파수 대역에 따라 스위치 패스(path)별 룩업 테이블(Look-up table)을 미리 저장하고 있으며, 필요에 따라 룩업 테이블의 데이타를 임의적으로 수정할 수 있다. 따라서, 상기 콘트롤 보드(221)는 에스시피아이(SCPI; Standard Commands for Programmable Instrument) 언어로 구현된 외부 제어프로그램을 통해 EEPROM(221d)의 데이타를 변경함으로써 수동제어가 가능하게 된다.

또한, 상기 FPGA(221c)는 프로그램이 가능한 비메모리 반도체의 일종으로서 사용자가 용도에 맞게 소트트웨어 프로그램하듯이 회로를 다시 새겨넣을 수 있으며, 회로 설계에 따라 메모리 및 필터의 역할을 모두 수행할 수 있다.

한편, 상기 콘트롤 보드(221)에는 상기 스위칭 모듈(222)의 동작을 감지하여 어떤 출력포트가 작동하는 지의 상태를 검출하는 스위치 스테이터스 리드(Switch Status_read)(221h)가 더 구비되고, 상기 스테이터스 리드(221h)에서 검출된 신호는 FPGA(221c)와 이더넷 칩(221a)을 통해 다시 PC(100)로 전달되어, 사용자는 실시간으로 어떤 출력포트가 연결되어 있는지를 확인할 수 있다.

상기 복수의 알에프 유닛(230)(240)은 콘넥터에 의해 로우 핌 스위치(220)와 N:1 방식으로 연결되고, 각각의 알에프 유닛(230)(240)은 로우 핌 스위치(220)를 통해 선택적으로 피측정체(DUT)(300)와 연결되는 것이다.

한편, 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 측정대역을 선택하기 위해 메인 랙(main rack)(200)의 대역 선택을 콘트롤 유닛(210)에 명령하고, 선택된 대역의 핌(PIM)을 측정하기 위한 운영프로그램이 설치되는 피씨(PC)(100)와; 상기 피씨(100)와 1:1 방식으로 연결되는 콘트롤 유닛(210) 및 로우 핌 스위치(220)와, 상기 로우 핌 스위치(220)와 1:N 방식으로 연결되어 피측정체(DUT)(300)와 선택적으로 연결되는 복수의 알에프 유닛(230)(240)를 포함하는 메인랙(Main Rack)(200)으로 구성된다.

이때, 상기 피씨(100)와 콘트롤 유닛(210), 상기 피씨(100)와 로우 핌 스위치(210)는 RS-232C 케이블(110) 또는 이더넷(ethernet)(120) 중 어느 하나로 연결된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예로, 상기 메인 랙(200)에는 정재파비 등 네트워크의 상태를 측정하기 위한 네트워크 분석기(Network Analyzer)(250)가 더 구비되고, 상기 네트워크 분석기(250)는 로우 핌 스위치(220)와 1:1 방식으로 연결되며, 상기 네트워크 분석기(250)는 로우 핌 스위치(220)를 통해 피측정체(DUT)(300)와 연결될 수도 있다.

한편, 본 발명에 의한 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기의 제어방법은 도 6에 도시된 바와 같이 진행된다.

먼저, 피씨(PC)에 탑재된 운영프로그램의 동작이 포함되는 메인랙 진행단계(S10), 운영프로그램의 제어신호에 따라 동작하며 전달된 측정신호에 따라 출력되는 핌(PIM) 또는 정재파비 측정값을 발생하는 피측정체 진행단계(S20), 스위치 연결상태 변경을 통해 입·출력포트를 결정하는 로우 핌 스위치 진행단계(S30)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 메인랙 진행단계(S10)에서는 피씨(PC)(100)의 운영프로그램을 구동하는 단계(S11); 피씨(100)의 운영프로그램에서 피측정체(300)에 해당하는 대역을 선택하는 측정대역 선택단계(S12); 운영프로그램에서 밴드 선택명령 또는 해당 피측정체(300)를 선택된 알에프 유닛(230)(240)에 연결하는 측정연결단계(S13); 운영프로그램에서 해당 피측정체(300)를 네트워크 분석기(250)에 연결하는 분석기 연결단계(S14); 로우 핌 스위치의 입·출력포트 선택하는 포트선택단계(S15); 피씨의 운영프로그램을 통해 피측정체(300)로 측정신호를 전달하는 신호명령전달단계(S16); 피측정체(300)에서 핌(PIM) 또는 정재파비 측정값을 전달받는 데이타수신단계(S17)가 순차적으로 진행된다.

상기 측정연결단계(S13)와 분석기 연결단계(S14) 이후에는 측정의 오류를 방지하기 위해 피측정물(300)의 콘넥터 연결상태를 시각적으로 확인하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 피측정체 진행단계(S20)에서는 (S13)(S14)단계 진행후 선택 또는 연결된 피측정체(300)의 운영을 대기하는 단계(S21)가 진행되고, (S16)단계의 측정신호가 전달되면 해당 밴드에 맞는 신호를 발생(S22)하여 핌(PIM) 또는 정재파비를 측정하고, 피씨(100)의 운영프로그램으로 측정결과를 전달하는 (S23)단계로 진행된다.

이와 같은 과정을 거쳐 본 발명에 의한 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기에서는 케이블의 분리/연결이 없이 복수의 피측정체를 선택적으로 측정할 수 있게 된다.

100 : 피씨(PC) 110 : RS232C 케이블
120 : 이더넷(Ethernet)
200 : 메인 랙(Main Rack) 210 : 콘트롤 유닛
220 : 로우 핌 스위치 221 : 콘트롤 보드
221a: 이더넷 칩(Ethernet Chip) 221b: 엠씨유(MCU)
221c: FPGA((Field Programmable Gate Array)
221d: EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)
221e: LED_out 221f: LED
221g: Switch Control_out 221h: Switch Status_read
222 : 스위칭 모듈 223 ; 입력포트
224 : 출력포트
230,240 : 알에프 유닛 250 : 네트워크 분석기
300 ; 피측정체(DUT)

Claims (10)

1. 메인랙(Main Rack)(200)에는 피씨(PC)(100)와 1:1 방식으로 연결되는 콘트롤 유닛(Control Unit)(210) 및 로우 핌 스위치(Low PIM Switch)(220)와, 상기 로우 핌 스위치(220)와 1:N 방식으로 연결되어 피측정체(DUT)(300)와 선택적으로 연결되는 복수의 알에프 유닛(RF Unit)(230)(240)와, 상기 로우 핌 스위치(220)와 1:1 방식으로 연결되어 네트워크의 상태를 측정하기 위한 네트워크 분석기(Network Analyzer)(250)가 같이 설치되고,
   상기 로우 핌 스위치(220)에서는 피씨(100)에서 제어신호를 전달받은 콘트롤 보드(221)의 스위칭신호에 따라 1쌍의 스위칭 모듈(222)을 제어하여 복수의 알에프 유닛(230)(240)에 연결되는 복수의 입력포트(223)와 복수의 피측정체(300)중 어느 하나와 연결되는 복수의 출력포트(224) 중 각각 어느 하나씩을 선택하도록 제어하며,
   상기 피씨(100)에서는 측정하기 위한 대역 선택을 콘트롤 유닛(210)에 명령하고, 로우 핌 스위치(220)를 통해 선택된 복수의 알에프 유닛(230)(240)과 네트워크 분석기(250) 중 어느 하나의 출력값을 전달받아 운영프로그램을 통해 대역의 핌(PIM) 또는 정재파비(S-Parameter)를 측정하는 것을 특징으로 하는 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 콘트롤 보드(221)는 PC(100)의 제어신호를 전달받는 이더넷 칩(Ethernet chip)(221a)과;
   상기 이더넷 칩(221a)에서 전달된 제어신호에 따라 콘트롤 보드(221)의 스위칭 제어동작을 수행하는 엠씨유(MCU)(221b)와;
   상기 엠씨유(221b)의 제어신호를 전달받아 EEPROM(221d)에 미리 저장된 룩업 테이블에 따라 일정한 동작신호를 발생하는 FPGA(Field Programmable Gate Array; 현장 프로그래머블 게이트 어레이)(221c)와;
   주파수 대역에 따라 각 스위치별 룩업 테이블이 미리 저장된 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)(221d)과;
   상기 FPGA(221c)에서 전달된 제어신호에 따라 스위칭 모듈(222)을 선택적으로 작동하는 스위치 콘트롤 아웃(Switch Control_out)(221g);
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 콘트롤 보드(221)에는 상기 FPGA(221c)에서 전달된 제어신호에 따라 작동엘이디(221f)의 동작을 제어하는 엘이디 아웃(LED_out)(221e)와, 상기 스위칭 모듈(222)의 동작을 감지하여 어떤 출력포트가 작동하는 지의 상태를 검출하는 스위치 스테이터스 리드(Switch Status_read)(221h)가 더 구비되고,
   상기 스테이터스 리드(221h)에서 검출된 신호는 FPGA(221c)와 이더넷 칩(221a)을 통해 다시 PC(100)로 전달되는 것을 특징으로 하는 로우 핌 스위치를 이용한 다중대역 측정기.
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