KR101873146B1 - 고출력 전자기파 송신 방법 및 장치 - Google Patents

고출력 전자기파 송신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고출력 전자기파 송신 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주파수 신호를 생성하여 분배하는 단계; 상기 분배된 주파수 신호 중 제1 신호를 이용하여 기본파 신호를 생성하는 단계; 상기 기본파 신호에 포함된 고조파 신호의 크기를 기반으로 상기 분배된 주파수 신호 중 나머지 일부인 제2 신호를 이용하여 고조파 감쇄 신호를 생성하는 단계; 및 상기 기본파 신호 및 상기 고조파 감쇄 신호를 동시에 송신하는 단계를 포함한다.

Description

고출력 전자기파 송신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING ELECTROMAGNETIC WAVE}
본 발명은 고출력 전자기파 송신 방법 및 장치에 관한 것으로서, 구체적으로 고출력 전자기파를 생성하면서 그에 대응하는 고조파 감쇄 신호를 생성하여 함께 송신함으로써 수신단에서 최종적으로 고조파 신호가 감쇄된 전자기파를 수신할 수 있도록 하는 고출력 전자기파 송신 방법 및 장치에 관한 것이다.
근래의 무선 이동 통신 시스템은 한정된 주파수 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 디지털 변조 통신 방식을 채택하고 있다. 디지털 변조된 기저대역(baseband) 신호는 무선 통신에 적합하도록 RF 주파수로 변환되고 증폭되어 안테나를 통해 방사되는데, 이러한 변환 및 증폭 역할을 하는 것이 송신기이다.
그러나 실제 송신기에서는 주파수를 변환 및 증폭하는 과정에서 트랜지스터 고유의 비선형 특성으로 인한 신호의 왜곡을 피할 수 없으며, 특히 송신기의 최종단의 전력 증폭기에서의 왜곡이 가장 심각하다.
또한, 무선 전력 전송, 에너지 하베스팅 등과 같이 무선 채널을 이용하는 다양한 응용 분야에서도 이러한 신호의 왜곡은 피할 수 없다.
더욱이 수신단이 먼거리에 위치하는 경우, 기본파 신호를 수집 및 증폭하기 위해 수신단 이득을 높이게 되는데, 기본파에 포함된 고조파 신호의 크기가 커질수록 수집된 기본파 신호 또한 크게 증폭되게 된다. 그 결과, 수신단 출력이 포화된다.
이러한 전력 증폭기의 왜곡을 최소화하기 위한 방법으로서, 일반적으로 피드-포워드(feed-forward), 피드-백(feed-back) 및 전치왜곡(pre-distortion) 방식을 많이 사용한다.
그러나 피드-포워드 방식은 우수한 왜곡 제거 능력을 보이나 주변회로가 복잡하고, 피드-백 방식은 협대역에 국한된 기술이며, 전치 왜곡 방식은 RF-디지털 변환에 따른 부담이 여전히 존재하고 있다.
또한, 이러한 종래의 방법들은 낮은 전력 효율, 높은 복잡성과 높은 부품비용, 및/또는 오직 좁은 대역의 시스템에서만 효과가 있다는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 발생시키지 않으면서도 고출력 전자기파 송신 시에 고조파 신호를 감쇄시킬 수 있는 송신 장치 및 방법이 요구된다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 고조파 신호를 감쇄시키기 위한 별도의 필터 없이 고출력 전자기파에 포함된 고조파 신호를 대기 중에서 감쇄시킴으로써 수신단에서 최종적으로 고조파 신호가 감쇄된 전자기파를 수신할 수 있도록 하는 고출력 전자기파 송신 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 고출력 송신단에서 기본파 신호를 생성하면 고조파 감쇄단에서 그에 대응하는 고조파 감쇄 신호를 생성하여 함께 송신함으로써 수신단에서 최종적으로 고조파 신호가 감쇄된 전자기파를 수신할 수 있도록 하는 고출력 전자기파 송신 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 수신단에서 고조파 신호가 감쇄된 전자기파를 수신하도록 함으로써 고조파 신호에 의해 발생하는 신호 저감 문제와 수신단이 포화되는 특성을 해결할 수 있도록 하는 고출력 전자기파 송신 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 고출력 송신단와 동일한 개수의 고조파 감쇄단을 구성하여 고조파 신호의 증가를 크게 감쇄시킴으로써 고조파 신호에 의한 시스템 영향을 최소화할 수 있는 고출력 전자기파 송신 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 고출력 전자기파 송신 방법은 주파수 신호를 생성하여 분배하는 단계; 상기 분배된 주파수 신호 중 제1 신호를 이용하여 기본파 신호를 생성하는 단계; 상기 기본파 신호에 포함된 고조파 신호의 크기를 기반으로 상기 분배된 주파수 신호 중 나머지 일부인 제2 신호를 이용하여 고조파 감쇄 신호를 생성하는 단계; 및 상기 기본파 신호 및 상기 고조파 감쇄 신호를 동시에 송신하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 고출력 전자기파 송신 장치는 주파수 신호를 생성하여 분배하는 신호 생성부; 상기 분배된 주파수 신호 중 제1 신호를 이용하여 기본파 신호를 생성하는 기본파 신호 생성부; 상기 기본파 신호에 포함된 고조파 신호의 크기를 기반으로 상기 분배된 주파수 신호 중 나머지 일부인 제2 신호를 이용하여 고조파 감쇄 신호를 생성하는 고조파 감쇄 신호 생성부; 및 상기 기본파 신호 및 상기 고조파 감쇄 신호를 동시에 송신하는 송신부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 고조파 신호를 감쇄시키기 위한 별도의 필터 없이 고출력 전자기파에 포함된 고조파 신호를 대기 중에서 감쇄시킴으로써 수신단에서 최종적으로 고조파 신호가 감쇄된 전자기파를 수신할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 의하면, 기본파를 출력할 시, 고조파 상쇄 신호를 이용하여 고조파를 감소시킴으로써 전체 시스템 출력 효율 및 주파수 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 수신단에서 고조파 신호가 감쇄된 전자기파를 수신하도록 함으로써 고조파 신호에 의해 발생하는 신호 저감 문제와 수신단이 포화되는 특성을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 고출력 송신단와 동일한 개수의 고조파 감쇄단을 구성하여 고조파 신호의 증가를 크게 감쇄시킴으로써 고조파 신호에 의한 시스템 영향을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고출력 전자기파 송신 장치를 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 고출력 전자기파 생성 모듈을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고출력 전자기파 송신 방법을 나타내는 순서도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고조파 신호 감소 방법을 보다 구체적으로 나타내는 순서도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
본 발명은 고출력 송신단에서 기본파 신호를 생성하고, 고조파 감쇄단에서 그 기본파 신호에 포함된 고조파 신호를 감쇄시키기 위한 고조파 감쇄 신호를 생성하여 함께 송신함으로써 대기 중에서 그 고조파 신호가 감쇄하도록 한다. 이하에서 실시예 및 도면을 통해 본 발명에 대해 구체적으로 설명하도록 한다. 이하의 설명에서는 실시예로써 고조파 감쇄단이 하나인 경우로 한정하여 설명하나, 복수개의 고조파 감쇄단으로 구성될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고출력 전자기파 송신 장치를 나타내는 블록도이며, 이를 설명함에 있어서, 기본파 신호는 주파수 신호원에 의해 생성되고, 고출력 생성을 위한 단일 주파수 신호만이 출력되는 경우를 가정하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 고출력 전자기파 송신 장치(100)는 기본파 신호 생성부(110), 고조파 감쇄 신호 생성부(130) 및 송신부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
기본파 신호 생성부(110)는 신호 생성원에서 생성 및 분배되어 입력되는 각각의 주파수 신호를 다수의 증폭기로 증폭하여 기본파 신호를 생성한다. 이때, 기본파 신호 생성부(110)에서 증폭단(미도시)은 출력하고자 하는 신호의 크기에 따라 구성된다.
기본파 신호 생성부(110)에서 의해 생성된 기본파 신호는 증폭 과정에 의해 고조파 신호를 포함하게 된다.
고조파 감쇄 신호 생성부(130)는 상기 기본파 신호 생성부(110)에 의해 생성된 기본파 신호에 포함된 고조파 신호의 크기를 감지하고, 감지된 고조파 신호의 크기에 대응하는 고조파 감쇄 신호를 생성한다. 이때, 고조파 감쇄 신호 또한 신호 생성원에서 생성 및 분배되어 입력되는 각각의 주파수 신호를 이용하여 생성한다.
여기서, 고조파 감쇄 신호 생성부(130)는 감지부(131), 변환부(133) 및 반전 증폭부(135)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 감지부(131)는 상기 기본파 신호 생성부(110)에 의해 생성된 기본파 신호에 포함된 고조파 신호의 크기를 감지한다. 이 때, 감지부(131)는 커플러로 구성될 수 있다.
변환부(133)는 상기 감지부(131)에 의해 감지된 고조파 신호의 크기에 따라 가변 이득을 변환한다.
반전 증폭부(135)는 상기 변환부(133)에 의해 변환된 가변 이득을 기반으로 신호 생성원에서 생성 및 분배되어 입력되는 각각의 주파수 신호의 위상을 반전하고, 이를 증폭한다.
한편, 송신부(150)는 상기 기본파 신호 생성부(110)에 의해 생성된 기본파 신호 및 상기 고조파 감쇄 신호 생성부(130)에 의해 생성된 고조파 감쇄 신호를 함께 송신한다. 이때, 송신부는 안테나로 구성되며, 특히 고조파 감쇄 신호는 고조파 방사용 안테나로 구성될 수 있다.
일반적으로 주파수 신호원 즉, 신호 생성원에서 생성되는 기본파 신호에는 고조파 신호가 포함되어 있을 뿐만 아니라, 기본파 신호가 고출력의 크기로 증폭되는 과정에서 증폭기의 비선형 특성에 의해 고조파 신호가 발생하기 때문에 상기 기본파 신호 생성부(103)로부터 출력되는 기본파 신호에는 큰 크기의 고조파 신호가 존재한다.
따라서, 생성된 기본파 신호에 포함된 고조파 신호의 크기를 고려하여 고조파 감쇄 신호를 생성하고, 이를 기본파 신호와 동시에 송신함에 따라 고조파가 감쇄되도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 고출력 전자기파 생성 모듈을 나타내는 도면이다.
신호 생성원(201)은 주파수 신호를 생성한다. 그 생성된 주파수 신호는 각각의 증폭기에 분배되어 입력된다.
제1 증폭기(203-1) 및 제2 증폭기(203-2)는 상기 입력된 주파수 신호를 각각 증폭하여 기본파 신호를 생성한다. 이때, 증폭단은 출력하고자 하는 신호의 크기에 따라서 구성된다.
제1 커플러(205-1) 및 제2 커플러(205-2)는 상기 제1 증폭기(203-1) 및 제2 증폭기(203-2)에 의해 증폭된 각각의 기본파 신호에 포함된 고조파 신호의 크기를 감지한다.
제1 반전 증폭기(207-1) 및 제2 반전 증폭기(207-2)는 상기 제1 커플러(205-1) 및 제2 커플러(205-2)에 의해 감지된 고조파 신호의 크기에 따라 가변 이득을 변환하고, 그 변환된 가변 이득을 기반으로 상기 신호 생성원(201)에 의해 분배된 주파수 신호의 위상을 반전하여 증폭하여 고조파 감쇄 신호를 생성한다.
제1 송신기(209-1) 및 제2 송신기(209-2)는 상기 제1 증폭기(203-1) 및 제2 증폭기(203-2)에 의해 생성된 기본파 신호를 송신하고, 제3 송신기(211-1) 및 제4 송신기(211-2)는 상기 제1 반전 증폭기(207-1) 및 제2 반전 증폭기(207-2)에 의해 생성된 고조파 감쇄 신호를 송신한다.
이때, 기본파 신호와 고조파 감쇄 신호는 동시에 송신됨에 따라 대기 중에서 기본파 신호에 포함된 고조파 신호가 고조파 감쇄 신호에 의해 감쇄된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고출력 전자기파 송신 방법을 나타내는 순서도이다.
기본파 신호 생성부(110)는 신호 생성원에서 생성 및 분배되어 입력되는 각각의 주파수 신호를 다수의 증폭기로 증폭하여 기본파 신호를 생성한다(S301).
고조파 감쇄 신호 생성부(130)는 상기 S301 단계에서 생성된 기본파 신호에 포함된 고조파 신호의 크기를 감지하고(S303), 상기 S303 단계에서 감지된 고조파 신호의 크기에 대응하는 고조파 감쇄 신호를 생성한다(S305).
이후, 송신부(150)는 상기 S301 단계에서 생성된 기본파 신호 및 상기 S305 단계에서 생성된 고조파 감쇄 신호를 동시에 송신한다(S307).
상기 송신된 기본파 신호에 포함된 고조파 신호는 상기 동시에 송신된 고조파 감쇄 신호에 의해 감쇄된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고조파 신호 감소 방법을 보다 구체적으로 나타내는 순서도로서, 도 4에 도시된 S305 단계를 보다 구체적인 일 실시예로 도시한 것이다. 도 4를 설명함에 있어서 도 3과 중복되는 단계에 대해서는 그 설명을 생략하도록 한다.
변환부(133)는 상기 S303 단계에서 감지된 고조파 신호의 크기에 따라 가변 이득을 변환한다(S405).
반전 증폭부(135)는 상기 S405 단계에서 변환된 가변 이득을 기반으로 신호 생성원에서 생성 및 분배되어 입력되는 각각의 주파수 신호의 위상을 반전하고, 이를 증폭하여 고조파 감쇄 신호를 최종적으로 생성한다(S407).
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다.
따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 고출력 전자기파 송신 장치
110: 기본파 신호 생성부
130: 고조파 감쇄 신호 생성부
131: 감지부
133: 변환부
135: 반전 증폭부
150: 송신부
201: 신호 생성원
203-1: 제1 증폭기
203-2: 제2 증폭기
205-1: 제1 커플러
205-2: 제2 커플러
207-1: 제1 반전 증폭기
207-2: 제2 반전 증폭기
209-1: 제1 송신기
209-2: 제2 송신기
211-1: 제3 송신기
211-2: 제4 송신기

Claims (8)

  1. 주파수 신호를 생성하여 제1 신호 및 제2 신호로 분배하는 단계;
    상기 제1 신호를 이용하여 기본파 신호를 생성하는 단계;
    커플러를 이용하여 상기 기본파 신호에 포함된 고조파 신호의 크기를 감지하고, 상기 고조파 신호의 크기를 기반으로 상기 제2 신호를 이용하여 적어도 하나의 고조파 감쇄 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 기본파 신호 및 상기 고조파 감쇄 신호를 동시에 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 전자기파 송신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고조파 감쇄 신호를 생성하는 단계는,
    상기 기본파 신호에 포함된 고조파 신호의 크기를 감지하는 단계;
    상기 감지된 고조파 신호의 크기에 따라 가변 이득을 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 가변 이득을 기반으로 상기 제2 신호의 위상을 반전하여 증폭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 전자기파 송신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고조파 감쇄 신호는,
    송신된 후, 대기 중에서 상기 기본파 신호에 포함된 고조파 신호를 감쇄시키는 것을 특징으로 하는 고출력 전자기파 송신 방법.
  4. 주파수 신호를 생성하여 제1 신호 및 제2 신호로 분배하는 신호 생성부;
    상기 제1 신호를 이용하여 기본파 신호를 생성하는 기본파 신호 생성부;
    커플러를 이용해서 상기 기본파 신호에 포함된 고조파 신호의 크기를 감지하고, 상기 고조파 신호의 크기를 기반으로 상기 제2 신호를 이용하여 고조파 감쇄 신호를 생성하는 적어도 하나의 고조파 감쇄 신호 생성부; 및
    상기 기본파 신호 및 상기 고조파 감쇄 신호를 동시에 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 전자기파 송신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고조파 감쇄 신호 생성부는,
    상기 기본파 신호에 포함된 고조파 신호의 크기를 감지하는 감지부;
    상기 감지된 고조파 신호의 크기에 따라 가변 이득을 변환하는 변환부; 및
    상기 변환된 가변 이득을 기반으로 상기 제2 신호의 위상을 반전하여 증폭하는 반전 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 전자기파 송신 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 고조파 감쇄 신호는,
    송신된 후, 대기 중에서 상기 기본파 신호에 포함된 고조파 신호를 감쇄시키는 것을 특징으로 하는 고출력 전자기파 송신 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 감지부는 커플러이며,
    상기 커플러가 상기 기본파 신호에 포함된 고조파 신호의 크기를 감지하는 것을 특징으로 하는 고출력 전자기파 송신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고조파 신호는,
    상기 커플러에 설정된 값에 따라 감쇄되는 것을 특징으로 하는 고출력 전자기파 송신 장치.
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