KR101934309B1

KR101934309B1 - 임피던스 변환 증폭기 모듈을 이용한 아파트의 통신 서비스 장치

Info

Publication number: KR101934309B1
Application number: KR1020180074828A
Authority: KR
Inventors: 서주희
Original assignee: (주)케이제이엔지니어링
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2019-03-25

Abstract

본 발명의 실시 형태는 외부의 RF 신호가 입력되는 RF 신호 라인; 입력되는 RF 신호를 제1임피던스로 정합시켜 아파트 댁내 출력단으로 출력하는 제1임피던스 정합기; 입력되는 RF 신호를 제2임피던스로 정합시켜 아파트 댁내 출력단으로 출력하는 제2임피던스 정합기; 및 상기 RF 신호 라인을 통해 입력되는 RF 신호의 신호에 따라서 상기 제1임피던스 정합기 또는 제2임피던스 정합기 중 어느 하나의 정합기로 스위칭하는 스위칭 유닛;을 포함할 수 있다.

Description

임피던스 변환 증폭기 모듈을 이용한 아파트의 통신 서비스 장치{Apparatus for communication in apartment using impedance transformation amplifier}

본 발명은 아파트 통신 서비스 장치로서, 임피던스 변환 증폭기 모듈을 이용한 아파트의 통신 서비스 장치에 관한 것이다.

일반적으로 통신용 센서 노드의 전송부는 주로 모뎀, RF(Radio Frequency) 회로, 임피던스 정합 회로가 포함된 하나의 칩으로 이루어져 있으며 고정된 임피던스 값을 나타낸다 따라서 센서 노드 내의 안테나는 칩의 고정된 임피던스 값에 맞게 설계되어 장착된다.

그러나 센서 노드가 실제 현장에 적용되어 사용될 때에는, 안테나의 각도, 주변 사물의 전기적 특성 등에 의해 영향을 받아 안테나의 공진 주파수가 이동하는 현상이 발생된다. 즉, 안테나의 임피던스 값이 달라지는 현상이 발생하여, 전송부와 안테나 사이의 임피던스 정합 불일치에 따라 전송 효율이 저하된다.

특히 아파트와 같은 공동 주택에서 통신 서비스에 있어서 각 댁내 출력단과의 임피던스 정합이 중요한데, 현재까지는 아파트마다 이러한 임피던스 정합 및 증폭이 고려되고 있지 않다.

상술하면, 기존의 건물이나 아파트 내의 통신 서비스는 RF 케이블을 이용한 안테나 분기형 시스템을 통해 이루어져 왔는데, 건물이나 아파트 내의 세대 단자함을 통한 서비스를 위해서는 추가로 고가의 케이블 설치가 필요하여 비용이 많이 소요되고, 전파 환경에 문제가 있는 음영지역이 발생하며, 추가 설비시 망구성의 확장성에도 큰 문제가 있었다.

또한, 기존의 댁내 서비스 장치는 효율 및 선형성에 적합한 임피던스에 정합되어 있으며, 그 성능은 안테나 50Ω 종단 임피던스에 대해서만 적합한 성능을 발휘하여, 신호의 레벨이 변경되는 경우 그에 따라 변경되는 임피던스를 변경시킬 수 없다는 문제가 있었다.

한국공개특허 10-2005-0037507호

본 발명의 기술적 과제는 아파트 통신 서비스 향상을 위한 임피던스 변환 증폭기 모듈을 이용한 아파트의 통신 서비스 수단을 제공하는데 있다.

상기 통신 서비스 장치는, 상기 RF 신호 라인을 통해 입력되는 신호를 증폭하여 상기 스위칭 유닛으로 제공하는 증폭기;를 포함하며, 상기 스위칭 유닛은, 상기 증폭기를 통해 증폭된 RF 신호를 상기 제1임피던스 정합기 또는 제2임피던스 정합기 중 어느 하나의 정합기로 스위칭함을 특징으로 할 수 있다.

상기 제2임피던스 정합기는, 상기 제1임피던스 정합기에서 이루어지는 제1임피던스보다 더 큰 제2임피던스로서 임피던스 정합시킬 수 있다.

상기 스위칭 유닛은, 상기 RF 신호 라인을 통해 입력되는 RF 신호가 미리 설정된 기준 전력보다 작은 저전력 신호인 경우 상기 제1임피던스 정합기로 스위칭하며, 상기 RF 신호 라인을 통해 입력되는 RF 신호가 상기 기준 전력 이상의 고전력 신호인 경우 상기 제2임피던스 정합기로 스위칭할 수 있다.

상기 스위칭 유닛은, 상기 RF 신호 라인을 통해 입력되는 RF 신호의 종류를 파악하여 RF 신호의 종류에 따라서 상기 제1임피던스 정합기 또는 제2임피던스 정합기 중 어느 하나의 정합기로 스위칭할 수 있다.

상기 통신 서비스 장치는, 아파트 댁내 출력단의 종류에 대한 정보를 각 세대별로 저장하여 상기 스위칭 유닛으로 제공하는 세대별 출력단 종류 제공부;를 포함하며, 상기 스위칭 유닛은, 아파트 댁내 출력단의 종류에 따라서 상기 제1임피던스 정합기 또는 제2임피던스 정합기 중 어느 하나의 정합기로 스위칭할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면 임피던스 변환 증폭기 모듈을 이용한 아파트의 통신 서비스 장치를 제공함으로써, 아파트 통신 서비스를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 임피던스 변환 증폭기 모듈을 이용한 아파트의 통신 서비스 장치의 구성도.
도 2는 임피던스 정합 설명을 위한 예시 그림.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 저전력의 RF 신호가 제1임피던스 정합기로 스위칭된 예시 그림.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 고전력의 RF 신호가 제1임피던스 정합기로 스위칭된 예시 그림.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 세대별 출력단 종류 제공부가 구비되어 스위칭되는 모습을 도시한 그림.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 임피던스 정합되는 값을 외부의 아파트 관리자에게 통보하는 예시 그림.

이하, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 임피던스 변환 증폭기 모듈을 이용한 아파트의 통신 서비스 장치의 구성도이며, 도 2는 임피던스 정합 설명을 위한 예시 그림이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 저전력의 RF 신호가 제1임피던스 정합기로 스위칭된 예시 그림이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 고전력의 RF 신호가 제1임피던스 정합기로 스위칭된 예시 그림이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 세대별 출력단 종류 제공부가 구비되어 스위칭되는 모습을 도시한 그림이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 임피던스 정합되는 값을 외부의 아파트 관리자에게 통보하는 예시 그림이다.

본 발명의 임피던스 변환 증폭기 모듈을 이용한 아파트의 통신 서비스 장치는, 외부의 RF 신호가 입력되는 RF 신호 라인(10)과, 입력되는 RF 신호를 제1임피던스로 정합시켜 아파트 댁내 출력단으로 출력하는 제1임피던스 정합기(210)와, 입력되는 RF 신호를 제2임피던스로 정합시켜 아파트 댁내 출력단으로 출력하는 제2임피던스 정합기(220)와, RF 신호 라인(10)을 통해 입력되는 RF 신호의 신호크기에 따라서 제1임피던스 정합기(210) 또는 제2임피던스 정합기(220) 중 어느 하나의 정합기로 스위칭하는 스위칭 유닛(100)을 포함할 수 있다. 이밖에 RF 신호 라인(10)을 통해 입력되는 신호를 증폭하여 스위칭 유닛(100)으로 제공하는 증폭기(미도시)를 포함할 수 있다. 이하 상술한다.

RF 신호 라인(10)은, 외부로부터의 RF 신호가 입력되는 신호 라인이다. 이러한 RF 신호 라인(10)은, 공청 안테나 라인, CATV 신호 라인 등이 해당될 수 있다.

증폭기(미도시)는, RF 신호 라인(10)을 통해 입력되는 신호를 증폭하여 상기 스위칭 유닛(100)으로 제공한다. 증폭기(미도시)는, 등동소자 또는/및 수동소자로 구현될 수 있는데, 예를 들어, 증폭기(미도시)가 수동소자로 구현되는 경우, 음극단이 상기 제1수동소자에 연결되도록 제1수동소자 및 접지사이에 연결되며 순방향 바이어스된 제1다이오드와, 양극단이 제2수동소자에 연결되도록 제2수동소자 및 접지사이에 연결된 제2다이오드로 구현될 수 있다. 여기서, 노드 및 접지 사이에는 제1수동소자 및 제2수동소자를 경유하는 고주파 신호 통로가 형성된다. 즉, 노드에 제1수동소자 및 제2수동소자가 결합하게 된다. 반면, 논리 로우의 제어신호가 인가되면 턴오프되어, 이에 따라 제1다이오드 및 제2다이오드 사이에는 직류 통로가 형성되지 않고, 노드 및 접지 사이에도 고주파 신호 통로가 형성되지 않는다. 즉, 노드로부터 제1수동소자 및 제2수동소자가 분리될 수 있다.

증폭기(미도시)의 효율은 최대출력을 기준으로 하고 있다. 하지만 최대출력에서의 사용 빈도보다는 저출력에서의 사용이 훨씬 많은 것으로 조사되고 있다. 따라서, 이와 같은 통상적인 증폭기(미도시)에서 입력신호의 크기가 작을 때, 높은 효율의 증폭기(미도시)를 설계하기 위해서는 증폭기(미도시)의 일부분을 동작시키지 않고 단락을 시키거나 다중 경로 증폭기(미도시)에서 신호의 경로를 바꾸어 입력 신호의 크기에 맞는 높은 효율의 증폭기(미도시)를 이용하여 전체적으로 높은 효율의 증폭기(미도시) 성능을 얻을 수 있다.

증폭기(미도시) 출력단의 출력 임피던스는 출력 파워 레벨 및 효율을 결정하는 중요한 역할을 한다. 출력 파워가 커질수록 출력 임피던스는 작아지고 바이어스 전압은 증가해야 한다 한편 출력 파워가 작아질수록 출력 임피던스는 커지고 바이어스 전압은 감소해야 한다. 따라서 증폭기(미도시)의 고효율 및 높은 선형성을 유지하기 위해서는출력 파워 레벨에 따라 적합한 출력 임피던스를 만족시켜야 한다. 이에, 임피던스 정합기(200)를 구비한다.

임피던스 정합기(200)는, 증폭기(미도시)를 통해 증폭되어 입력되는 RF 신호를 임피던스 정합(matching)시키는 기능을 수행한다. 임피던스 정합기(200)는 RF 신호 라인(10)을 통해 수신된 서로 다른 값의 임피던스를 적합한 임피던스로 정합시킨다. 적합하지 않은 잘못된 임피던스로 매칭될 경우에는 비정상적인 전압을 갖는 신호가 증폭되어 관련 회로들이 손상되어 통신 품질이 저하되고, 심한 경우에는 제 기능을 수행하지 못하는 상황이 발생될 수도 있기 때문이다.

임피던스 정합(impedance matching)이라 함은, 전원과 부하 또는 2개의 회로를 접속할 경우 반사 손실이 없도록 양자의 임피던스를 같게 하는 것을 말한다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이 상이한 성질의 전자 회로가 접속되는 장소(예를 들면, 증폭기(미도시)에 부하로, 혹은 궤전선에서 안테나로의 접속점 등)에서 에너지를 가장 효율적으로 전하기 위해 접속점에서 본 양측의 임피던스를 같게 하는 것을 말한다. 그러기 위해서는 트랜스나 각종 정합 회로가 사용된다.

선로에서 전원의 내부 임피던스, 선로의 임피던스, 부하의 임피던스를 같게 하는 것. 선로가 정합하고 있을 때 전원으로부터 최대의 전력이 공급된다. 이때의 전력을 고유 전력이라 한다.

본 발명의 임피던스 정합기(200)는, 제1임피던스 정합기(210)와 제2임피던스 정합기(220)를 구비한다.

제1임피던스 정합기(210)는, 입력되는 RF 신호를 제1임피던스로 정합(matching)시키며, 제2임피던스 정합기(220)는, 입력되는 RF 신호를 제2임피던스로 정합(matching)시켜, 아파트 댁내 출력단으로 출력한다. 여기서 제2임피던스 정합기(220)는, 제1임피던스 정합기(210)에서 이루어지는 제1임피던스보다 더 큰 제2임피던스로서 임피던스 정합(matching)시키도록 한다. 또한 아파트 댁내 출력단이라 함은 아파트의 각 가정에 마련된 통신 송신기, TV, 현관 모니터 등이 해당될 수 있다.

스위칭 유닛(100)은, RF 신호 라인(10)을 통해 입력되는 RF 신호의 신호에 따라서 상기 제1임피던스 정합기(210) 또는 제2임피던스 정합기(220) 중 어느 하나의 정합기로 스위칭한다. 증폭기(미도시)가 구비되는 경우, 증폭기(미도시)를 통해 증폭된 RF 신호를 제1임피던스 정합기(210) 또는 제2임피던스 정합기(220) 중 어느 하나의 정합기로 스위칭한다.

RF 신호 라인(10)을 통해 수신되는 서로 다른 값의 임피던스를 적합한 임피던스로 정합시킨다. 적합하지 않은 잘못된 임피던스로 매칭될 경우에는 비정상적인 전압을 갖는 신호가 증폭되어 관련 회로들이 손상되어 통신 품질이 저하되고, 심한 경우에는 제 기능을 수행하지 못하는 상황이 발생될 수도 있기 때문이다

이러한 스위칭 유닛(100)이, RF 신호의 신호에 따라서 제1임피던스 정합기(210) 또는 제2임피던스 정합기(220) 중 어느 하나의 정합기로 스위칭함에 있어서, 다음과 같이 세 가지 방식으로 이루어질 수 있다.

RF 신호의 신호에 따라서 제1임피던스 정합기(210) 또는 제2임피던스 정합기(220) 중 어느 하나의 정합기로 스위칭하는 첫 번째 방식은, 입력되는 RF 신호의 크기를 판단하여 스위칭하는 것이다. 이를 위하여 스위칭 유닛(100)은, RF 신호 라인(10)을 통해 입력되는 RF 신호가 미리 설정된 기준 전력보다 작은 저전력 신호인 경우 도 3에 도시한 바와 같이 제1임피던스 정합기(210)로 스위칭한다.

반면에 RF 신호 라인(10)을 통해 입력되는 RF 신호가 기준 전력 이상의 고전력 신호인 경우 도 4에 도시한 바와 같이 제2임피던스 정합기(220)로 스위칭한다.

저전력 RF 신호의 경우 높은 임피던스로 정합될 경우 관련 회로들이 손상되어 통신 품질이 저하되고, 심한 경우에는 제 기능을 수행하지 못하는 상황이 발생될 수도 있기 때문이며, 반대로, 고전력 RF 신호의 경우 낮은 임피던스로 정합될 경우 통신 품질이 저하될 우려가 있기 때문이다.

RF 신호의 신호에 따라서 제1임피던스 정합기(210) 또는 제2임피던스 정합기(220) 중 어느 하나의 정합기로 스위칭하는 두 번째 방식은, 입력되는 RF 신호의 종류를 판단하여 스위칭하는 것이다. 이를 위하여 스위칭 유닛(100)은, RF 신호 라인(10)을 통해 입력되는 RF 신호의 종류를 파악하여 RF 신호의 종류에 따라서 제1임피던스 정합기(210) 또는 제2임피던스 정합기(220) 중 어느 하나의 정합기로 스위칭한다.

각 신호 종류에 따라서 신호 전력이 달라지기 때문에 최상의 임피던스 정합을 위하여 신호 종류를 고려하여 스위칭하는 것이다.

예를 들어, RF 신호 라인(10)이 공청 안테나 라인인 경우, 공청 안테나 라인을 통하여 통신 RF 신호가 입력되게 되며, 이러한 통신 RF 신호가 입력되는 경우 제1임피던스 정합기(210)로 스위칭한다.

반면에 RF 신호 라인(10)이 CATV 신호 라인인 경우, CATV 신호 라인을 통하여 케이블 RF 신호가 입력되게 되며, 이러한 케이블 RF 신호가 입력되는 경우 제2임피던스 정합기(220)로 스위칭한다.

RF 신호의 신호에 따라서 제1임피던스 정합기(210) 또는 제2임피던스 정합기(220) 중 어느 하나의 정합기로 스위칭하는 세 번째 방식은, 아파트 댁내 출력단의 종류를 판단하여 스위칭하는 것이다. 이를 위하여 통신 서비스 장치는, 도 5에 도시한 바와 같이, 별도의 세대별 출력단 종류 제공부(300)를 포함한다.

세대별 출력단 종류 제공부(300)는, 아파트 댁내 출력단의 종류에 대한 정보를 각 세대별로 저장하여 스위칭 유닛(100)으로 제공하는 저장체이다. 참고로, 이러한 저장체는, 플래시메모리(Flash Memory), CF카드(Compact Flash Card), SD카드(Secure Digital Card), SM카드(Smart Media Card), MMC 카드(Multi-Media Card) 또는 메모리 스틱(Memory Stick) 등 정보의 입출력이 가능한 모듈로서 장치의 내부에 구비되어 있을 수도 있고, 별도의 장치에 구비되어 있을 수도 있다.

아파트 댁내 출력단은, 그 용도에 따라서 다양한 출력단 형태로 있을 수 있다. 예를 들어, 각 댁내에 위치하는 RF 송신기, 각 댁내에 마련된 TV, 아파트 복도에 설치된 스피커, 아파트 복도에 설치된 화상 디스플레이패널 등의 다양한 형태로 존재하게 된다. 따라서 입력되는 RF 신호가 출력될 아파트 댁내 출력단의 종류가 세대별 출력단 종류 제공부(300)에 할당되어 저장되어 있다.

스위칭 유닛(100)은, 아파트 댁내 출력단의 종류에 따라서 제1임피던스 정합기(210) 또는 제2임피던스 정합기(220) 중 어느 하나의 정합기로 스위칭한다.

예를 들어, 아파트 댁내 출력단이 RF 송신기인 경우 낮은 제1임피던스로 정합되는 제1임피던스 정합기(210)로 스위칭하며, 아파트 댁내 출력단이 TV인 경우 높은 제2임피던스로 정합되는 제2임피던스 정합기(220)로 스위칭하도록 한다.

한편, 상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 임피던스 변환 증폭기 모듈을 이용한 아파트의 통신 서비스 장치는, 아파트 외부의 RF 신호를 스위칭하여 적절한 임피던스로서 정합하여 출력한다.

다만 이러한 정합되는 임피던스의 값을 실시간으로 아파트 관리자가 알 필요가 있다. 이는 댁내 출력단의 고장이 발생 시에 유용하게 활용될 수 있다.

이를 위하여 도 6에 도시한 바와 같이 이동통신망을 통하여 외부의 관리자 스마트폰으로 정합되는 임피던스값을 전송한다.

여기서 이동통신망은, 기지국(BTS;Base Transceiver Station), 이동교환국(MSC;Mobile Switching Center), 및 홈 위치 등록기(HLR;Home Location Register)로 이루어진 무선 이동통신망을 이용하여 데이터 통신을 할 수 있다. 참고로, 이동 통신망(mobile radio communication network)은 기지국(BTS), 이동교환국(MSC), 홈 위치 등록기(HLR) 이외에, 무선 패킷 데이터의 송수신을 가능하게 하는 액세스 게이트웨이(Access Gateway), PDSN(Packet Data Serving Node) 등과 같은 구성 요소를 추가로 포함할 수 있다.

또한 관리자 스마트폰은, 스마트폰 이외에도 태블릿 PC, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 내비게이션(Navigation), 디지털 카메라(Digital Camera), MP3P(MPEG layer 3 Player) 등이 해당될 수 있다. 물론, 본 발명이 적용 가능한 단말기는 상술한 종류에 한정되지 않고, 외부 장치와 통신이 가능한 단말기를 모두 포함할 수 있음은 당연하다.

상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.

10:RF 신호 라인
100:스위칭 유닛
200:임피던스 정합기
300:세대별 출력단 종류 제공부

Claims

외부의 RF 신호가 입력되는 RF 신호 라인;
입력되는 RF 신호를 제1임피던스로 정합시켜 아파트 댁내 출력단으로 출력하는 제1임피던스 정합기;
입력되는 RF 신호를 제2임피던스로 정합시켜 아파트 댁내 출력단으로 출력하는 제2임피던스 정합기; 및
상기 RF 신호 라인을 통해 입력되는 신호를 증폭하여 스위칭 유닛으로 제공하는 증폭기;
상기 RF 신호 라인을 통해 입력되는 RF 신호의 신호에 따라서 상기 제1임피던스 정합기 또는 제2임피던스 정합기 중 어느 하나의 정합기로 스위칭하고, 아파트 댁내 출력단의 종류에 따라서 상기 제1임피던스 정합기 또는 제2임피던스 정합기 중 어느 하나의 정합기로 스위칭하며, 상기 증폭기를 통해 증폭된 RF 신호를 상기 제1임피던스 정합기 또는 제2임피던스 정합기 중 어느 하나의 정합기로 스위칭하고, 상기 RF 신호 라인을 통해 입력되는 RF 신호의 종류를 파악하여 RF 신호의 종류에 따라서 상기 제1임피던스 정합기 또는 제2임피던스 정합기 중 어느 하나의 정합기로 스위칭하는 스위칭 유닛;
아파트 댁내 출력단의 종류에 대한 정보를 각 세대별로 저장하여 스위칭 유닛으로 제공하는 세대별 출력단 종류 제공부;
기지국, 이동교환국, 및 홈 위치 등록기로 이루어진 무선 이동통신망을 이용하여 외부의 관리자 스마트폰으로 정합되는 임피던스값을 전송하는 이동통신처리유닛을 포함하는 임피던스 변환 증폭기 모듈을 이용한 아파트의 통신 서비스 장치.
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청구항 1에 있어서, 상기 제2임피던스 정합기는,
상기 제1임피던스 정합기에서 이루어지는 제1임피던스보다 더 큰 제2임피던스로서 임피던스 정합시키고,
상기 스위칭 유닛은,
상기 RF 신호 라인을 통해 입력되는 RF 신호가 미리 설정된 기준 전력보다 작은 저전력 신호인 경우 상기 제1임피던스 정합기로 스위칭하며,
상기 RF 신호 라인을 통해 입력되는 RF 신호가 상기 기준 전력 이상의 고전력 신호인 경우 상기 제2임피던스 정합기로 스위칭하는 임피던스 변환 증폭기 모듈을 이용한 아파트의 통신 서비스 장치.
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