KR102034686B1 - 통신 성능 향상을 위한 심우주 탐사선의 rf 전치단 - Google Patents

통신 성능 향상을 위한 심우주 탐사선의 rf 전치단 Download PDF

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최한웅
이재은
이경혁
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이은규
김상효
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최선규
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충남대학교산학협력단
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Abstract

심우주 탐사선의 RF 전치단이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 심우주 탐사선의 RF 전치단은 지상의 기지국과 신호를 송수신하는 적어도 하나의 제1 안테나; 각각 적어도 하나의 주변 기기와 신호를 송수신하는 제2 안테나 및 제3 안테나; 상기 제1 안테나를 통해 수신되는 제1 수신 신호와 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나를 통해 각각 수신되는 제2 수신 신호 및 제3 수신 신호를 기설정된 방식으로 복조하는 제1 트랜스폰더 및 제2 트랜스 폰더를 구비하는 트랜스폰더부; 상기 제3 안테나에 연결되어 상기 제3 수신 신호를 상기 제1 트랜스폰더로 전송하는 커플러부; 및 상기 트랜스폰더부와 상기 커플러부 사이에 배치되어 상기 커플러부를 통과한 상기 제1 수신 신호 및 상기 제1 수신 신호를 상기 제2 트랜스폰더로 전송하는 제1 디플렉서를 포함한다.

Description

통신 성능 향상을 위한 심우주 탐사선의 RF 전치단{RF FRONT-END STRUCTURE FOR IMPROVING COMMUNICATION PERFORMANCE OF DEEP SPACE PROBE}
본 발명은 심우주 탐사선의 RF 전치단에 관한 것으로, 복잡한 경로를 단순화시킴으로써 신호의 손실을 줄이고 결과적으로 통신 성능의 향상 및 신뢰성을 높이는 기술과 관련된다.
지구로부터 200만km 이상의 거리를 보통 심우주(deep space)라고 한다. 심우주 통신을 위해서는 우선 궤도선이나 탐사선과 교신할 수 있는 지상국이 필요하다. 안테나뿐만 아니라, 고강도 수신기, 강력한 송신기 등이 먼 거리의 전파 신호를 통해 정보를 주고 받는데 활용된다. 심우주로 떠나는 탐사선을 추적하는 것은 지구 궤도를 도는 위성을 추적하는 것과 차이가 있지만, 기본적으로 전파를 이용해 지구와 통신을 한다는 점에서 기존 위성 통신과 유사한 점도 있다.
한편, 심우주 탐사선은 지구 중력이나 자기장의 영향이 미치지 않는 심우주를 탐사하기 위한 것으로, 지상의 기지국과 신호를 송수신하기 위해 RF 전치단을 포함한다. 종래 기술에 따른 RF 전치단은 장거리 통신에 적합하도록 이득이 상이한 두 가지 안테나의 인터페이스를 제공하고 있다. 심우주 탐사선은 인공위성과 마찬가지로, 지상의 기지국뿐만 아니라 주변 기기와의 통신도 매우 중요하므로, RF 전치단의 신뢰성과 안정성은 반드시 확보되어야 한다.
한국공개특허공보 제10-1221317호(2013.01.07)
본 발명의 실시예들은 옴니 안테나와 고이득 안테나가 결합된 인터페이스를 제공하고, 이중화 구조에 따른 경로 손실을 최소화하고 대역폭을 넓힐 수 있는 새로운 RF 전치단이 제안하기 위한 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 지상의 기지국과 신호를 송수신하는 적어도 하나의 제1 안테나; 각각 적어도 하나의 주변 기기와 신호를 송수신하는 제2 안테나 및 제3 안테나; 상기 제1 안테나를 통해 수신되는 제1 수신 신호와 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나를 통해 각각 수신되는 제2 수신 신호 및 제3 수신 신호를 기설정된 방식으로 복조하는 제1 트랜스폰더 및 제2 트랜스 폰더를 구비하는 트랜스폰더부; 상기 제3 안테나에 연결되어 상기 제3 수신 신호를 상기 제1 트랜스폰더로 전송하는 커플러부; 및 상기 트랜스폰더부와 상기 커플러부 사이에 배치되어 상기 커플러부를 통과한 상기 제1 수신 신호 및 상기 제1 수신 신호를 상기 제2 트랜스폰더로 전송하는 제1 디플렉서를 포함하는, RF 전치단이 개시된다.
상기 커플러부는, 상기 제2 안테나에 연결되어 제1 수신 신호와 상기 제2 수신 신호를 커플링하는 방향성 커플러(directional coupler); 및 상기 제3 수신 신호와 상기 방향성 커플러를 통과한 상기 제1 수신 신호 및 상기 제2 수신 신호를 커플링하고, 커플링된 상기 제1 수신 신호, 상기 제2 수신 신호 및 상기 제3 수신 신호를 상기 트랜스폰더부로 전송하는 하이브리드 커플러(hybrid coupler)를 포함할 수 있다.
상기 트랜스폰더부는, 각각 기저대역 신호를 인가받아 기설정된 방식으로 상기 제1 안테나를 통해 송신할 제1 송신 신호와 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나를 통해 각각 송신할 제2 송신 신호 및 제3 송신 신호로 변조할 수 있다.
상기 커플러부는, 스위치로부터 상기 제1 디플렉서를 통해 수신된 상기 제2 송신 신호 및 상기 제3 송신 신호를 각각 제2 안테나 및 상기 제3 안테나 중 어느 하나로 전송할 수 있다.
상기 스위치는, 상기 제1 트랜스폰더 및 상기 제2 트랜스폰더로부터 각각 인가받은 상기 제1 송신 신호, 상기 제2 송신 신호 및 상기 제3 송신 신호를 상기 제1 디플렉서 또는 상기 제3 안테나로 선택적으로 전송하는 쌍극쌍투(DPDT: double pole double throw) 스위치일 수 있다.
상기 제1 안테나는 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나와 서로 다른 이득을 갖도록 구현될 수 있다.
상기 제1 안테나는, 지향성 고이득 안테나(HGA: high gain antenna)로 구현되며, 상기 제1 안테나와 상기 방향성 커플러 사이에 배치되어 제1 송신 신호가 제1 안테나를 통해 방사되도록 하고, 상기 제1 수신 신호를 상기 방향성 커플러로 전송하는 제2 디플렉서를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나는 상기 제1 안테나보다 작은 이득을 갖는 무지향성 안테나일 수 있다.
상기 커플러부는, 상기 제2 송신 신호 및 상기 제3 송신 신호를 전력 분배하고, 전력 분배된 상기 제2 송신 신호 및 상기 제3 송신 신호를 각각 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나로 전송할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 디플렉서를 트랜스폰더부와 커플러부 사이에 배치함으로써, 상향링크 신호와 하향링크 신호가 제1 디플렉서와 하이브리드 커플러를 공유할 수 있다. 이에 따라, 경로가 단순화되어 신호의 손실을 줄일 수 있고, 경로가 단순화됨에 따라 신호의 대역폭을 넓힐 수 있다.
도 1은 종래의 심우주 탐사선의 RF 전치단의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 2는 이중화 구조를 갖는 RF 전치단의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF 전치단의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF 전치단에서 상향링크 신호의 손실 정도를 나타내기 위한 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
도 1은 종래의 심우주 탐사선의 RF 전치단(100)의 구조를 나타낸 예시도이다. 심우주 탐사선은 지구 중력이나 자기장의 영향이 미치지 않는 심우주를 탐사하기 위한 것으로, 지상의 기지국과 신호를 송수신하기 위해 RF 전치단(100)을 포함한다. 종래 기술에 따른 RF 전치단(100)은 장거리 통신에 적합하도록 이득이 상이한 두 가지 안테나의 인터페이스를 제공한다.
도 1을 참조하면, 종래의 심우주 탐사선의 RF 전치단(100)은 적어도 하나의 고이득 안테나 (high gain antenna: 이하 HGA, 102), 제1 옴니 안테나 (omnidirectional antenna, 104), 제2 옴니 안테나(106), 하이브리드 커플러 (108), 제1 디플렉서(110), 제2 디플렉서(112), L-dB 커플러(114), 스위치(116) 및 트랜스폰더(118)를 포함한다.
HGA(102)는 위성이 지상의 기지국과 통신을 수행하기 위해 구비되는 안테나로서, 고이득, 고지향성 특성을 가지도록 설계된다. HGA(102)는 약한 강도의 신호도 용이하게 수신이 가능한 장거리 통신용 안테나이다. 제1 옴니 안테나(104) 및 제2 옴니 안테나(106)는 HGA(102)에 비해 낮은 이득을 갖기 때문에 장거리 통신에는 적합하지 않으나, 360도 전방향의 방위각으로 전파를 방사할 수 있는 무지향성 안테나로서, 다수의 주변 기기와 통신에 적합한 안테나이다. 즉 HGA(102)는 제1 옴니 안테나(104) 및 제2 옴니안테나(106)와 서로 다른 이득을 갖도록 설계된 안테나이다.
하이브리드 커플러(108)는 제1 옴니 안테나(104) 및 제2 옴니 안테나(106)에서 수신되는 신호의 경로를 이중화하여, 제1 디플렉서(110)로 전송한다. 하이브리드 커플러(108)는 트랜스폰더(118)에서 전송되어 스위치(116) 및 제1 디플렉서(110)를 통해 전송되는 신호를 제1 옴니 안테나(104) 및 제2 옴니 안테나(106) 중 어느 하나로 전달하여, 제1 옴니 안테나(104) 또는 제2 옴니 안테나(106)가 수신한 신호를 방사할 수 있도록 한다. 종래 기술에 따른 RF 전치단(100)은 하이브리드 커플러(108)가 제1 옴니 안테나(104) 및 제2 옴니안테나(106)와 제1 디플렉서(110) 사이에 배치되도록 설계되었다.
제1 디플렉서(110) 및 제2 디플렉서(112)는 안테나의 송신단과 수신단을 분기하는 필터이다. 도 1을 참조하면, 제1 옴니 안테나(104) 및 제2 옴니안테나(106)에 제1 디플렉서(110)가 연결되고, HGA(102)에 제2 디플렉서(112)가 연결될 수 있다.
L-dB 커플러(114)는 제1 디플렉서(110) 및 제2 디플렉서(112)를 통해 전송되는 신호의 이득을 감쇠시켜 트랜스폰더(118)로 전송하는 감쇠 방향성 커플러이다.
스위치(116)는 단극쌍투 (single pole double thorow: SPDT) 타입으로 구현되어 트랜스폰더(118)의 송신부(118-1)에서 전달되는 송신 신호를 제1 디플렉서(110) 및 제2 디플렉서(112) 중 어느 하나로 선택적으로 전송한다. 이에 따라, 송신 신호는 HGA(102) 또는 제1 옴니 안테나(104) 및 제2 옴니 안테나(106)를 통해 방사될 수 있다. 예를 들어, 스위치(116)는 데이터 전송 속도가 낮은 송신 신호는 제1 옴니 안테나(102) 및 제2 옴니 안테나(104)에 연결된 제1 디플렉서(110)로 전송하고, 데이터 전송 속도가 빠른 송신 신호는 HGA(102)에 연결된 제2 디플렉서(112)로 전송하도록 설정될 수 있다. 데이터 전송 속도가 빠른지 여부를 구분하는 기준(예를 들어, 80Mbps)은 네트워크 또는 사용자에 의해 미리 설정될 수 있다.
트랜스폰더(118)는 송신부(118-1) 및 수신부(118-2)를 구비한다. 수신부(118-2)는 L-dB 커플러(114)를 통해 신호를 인가받고, 인가된 신호를 기설정된 기저 주파수 대역의 신호로 변환한다. 그리고 송신부(118-1)는 송신하고자 하는 신호를 송신 주파수 대역의 신호로 변환하여 스위치(116)로 전달한다.
한편, 종래의 심우주 탐사선의 송수신 신뢰성을 향상시키기 위해 RF 전치단에 복수의 트랜스폰더를 부착하는 이중화(redundancy) 구조가 제시되었다.
도 2는 이중화 구조를 갖는 RF 전치단(200)의 구조를 나타낸 예시도이다. 도 2를 참조하면, 이중화 구조를 갖는 RF 전치단(200)은 하나 이상의 HGA(202), 제1 옴니 안테나(204), 제2 옴니 안테나(206), 제1 디플렉서(208), 제2 디플렉서(210), 제3 디플렉서(212), 방향성 커플러(directional coupler, 214), 제1 하이브리드 커플러(216), 제2 하이브리드 커플러(218), 스위치(220) 및 제1 트랜스폰더(222) 및 제2 트랜스폰더(224)를 포함한다.
도 2를 참조하면, HGA(202)는 제1 디플렉서(208), 제1 옴니 안테나(204)는 제2 디플렉서(210), 제2 옴니 안테나(206)는 제3 디플렉서(212)에 각각 연결될 수 있다. 제1 디플렉서(208) 및 제2 디플렉서(210)는 방향성 커플러(214)에 연결될 수 있다. 또한, 제2 디플렉서(210) 및 제3 디플렉서(212)는 제2 하이브리드 커플러(218)에 연결될 수 있다. 방향성 커플러(214)는 방향성을 갖는 커플러로서, 제1 디플렉서(208) 및 제2 디플렉서(210)로부터 수신된 신호를 제1 하이브리드 커플러(216)로 제공할 수 있다. 또한, 제3 디플렉서(212)와 방향성 커플러(214)는 제1 하이브리드 커플러(216)에 연결될 수 있다.
스위치(220)는 쌍극쌍투 (double pole double thorow: DPDT) 타입으로 구현되어 제1 송신부(222-2) 및 제2 송신부(224-2) 중 어느 하나로부터 전달되는 하향링크(DL) 신호를 제2 하이브리드 커플러(218) 및 제1 디플렉서(208) 중 어느 하나로 선택적으로 전송함으로써 상기 신호가 또는 HGA(202) 또는, 제1 옴니 안테나(204) 및 제2 옴니 안테나(206)를 통해 방사되도록 할 수 있다.
제1 트랜스폰더(222)는 제1 수신부(222-1) 및 제1 송신부(222-2)를 포함한다. 또한, 제2 트랜스폰더(224)는 제2 수신부(224-1) 및 제2 송신부(224-2)를 포함한다, 제1 수신부(222-1) 및 제2 수신부(224-1)는 제1 하이브리드 커플러(216)로부터 상향링크(UL) 신호를 입력 받을 수 있다. 제1 송신부(222-2) 및 제2 송신부(224-2)는, 상술한 바와 같이, 스위치(220)에 연결되어 제2 하이브리드(218) 또는 제1 디플렉서(208)로 신호를 전달할 수 있다.
도 2에 도시된 복수의 트랜스폰더가 부착된 RF 전치단(200)은 방향성 커플러(214)를 제1 하이브리드 커플러(216)와 제2 디플렉서(210) 사이에 배치하여 공통 경로를 형성함으로써 소자의 개수를 줄일 수 있다.
그러나, 도 2에 이중화 구조를 갖는 RF 전치단(200)의 경우에도, 여전히 구조가 복잡하여 단순화하는데 한계가 있었고, 이에 따라 여전히 많은 손실이 발생하고 있다. 구체적으로, 이중화 구조는 통신 신뢰성 향상에 필요한 요소이지만, 트랜스폰더가 이중화되는 경우 이와 동시에, 회로 경로가 복잡해지고 경로 손실이 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제는 심우주 탐사선과 지상의 기지국 사이의 통신 성능 및 신뢰성에 영향을 미칠 수 밖에 없었다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF 전치단(300)을 설명한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF 전치단(300)에 따르면, 신호의 경로를 단순화함으로써 경로 손실을 줄이고, 통신 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF 전치단(300)의 구조를 나타낸 예시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF 전치단(300)은 HGA(302), 제1 옴니 안테나(304), 제2 옴니 안테나(306), 커플러부(308), 제1 디플렉서(314), 제2 디플렉서(316), 트랜스폰더부(318) 및 스위치(324)를 포함한다.
본 설명에서, HGA(302)는 제1 안테나, 제1 옴니 안테나(304)는 제2 안테나, 제2 옴니 안테나(306)는 제3 안테나로 불릴 수 있다. 또한, 수신 신호는 상향링크 신호로서, 수신되는 안테나에 따라 제1 수신 신호, 제2 수신 신호 및 제3 수신 신호로 구분될 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나를 통해 수신되는 수신 신호는 제1 수신 신호, 제2 안테나를 통해 수신되는 수신 신호는 제2 수신 신호, 제3 안테나를 통해 수신되는 수신 신호는 제3 수신 신호일 수 있다. 또한, 송신 신호는 하향링크 신호로서, 송신되는 안테나에 따라 제1 송신 신호, 제2 송신 신호 및 제3 송신 신호로 구분될 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나를 통해 송신되는 송신 신호는 제1 송신 신호, 제2 안테나를 통해 송신되는 송신 신호는 제2 송신 신호, 제3 안테나를 통해 송신되는 송신 신호는 제3 송신 신호일 수 있다.
제1 안테나(302)는 지상의 기지국과 신호를 송수신하는 안테나일 수 있다. 구체적으로, 제1 안테나(302)는 위성 신호의 송수신이 가능하도록 고지향성 특성을 갖는 고이득 안테나(HGA)로서, 장거리 통신을 수행할 수 있다. 제1 안테나는 예를 들어, 파라볼라 안테나(parabolic antenna), 카세그레인 안테나(cassegrain antenna)로 구현될 수 있다.
제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306)는 위성의 주변 기기와 통신을 수행하기 위한 안테나로서, 제1 안테나(302)에 비해 상대적으로 매우 근거리에 배치된 주변 기기와 통신을 수행할 수 있다. 제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306)는 무지향성 안테나로 구현될 수 있다. 또한, 제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306)는 제1 안테나(302)보다 작은 이득을 갖도록 구현될 수 있다.
HGA로 구현되는 제1 안테나(302)를 통해 송수신되는 신호와 무지향성 안테나로 구현되는 제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306)를 통해 송수신되는 신호는 신호의 세기 및 주파수 등이 서로 상이하게 설정될 수 있으며, 특히 이득이 서로 상이하게 설정될 수 있다. 즉 서로 다른 통신 방식으로 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.
커플러부(308)는 하이브리드 커플러(310) 및 방향성 커플러(312)를 포함할 수 있다.
하이브리드 커플러(310)는 인가되는 복수 개의 신호에 대해 전력을 분배할 수 있다. 본 실시 예에서, 하이브리드 커플러(310)는, 제3 안테나(306)에 직접 연결되어 제3 수신 신호를 인가받을 수 있다. 즉, 하이브리드 커플러(310)와 제3 안테나(306) 사이에는 별도의 디플렉서와 같은 소자가 결합되지 않을 수 있다. 제3 안테나(306)로부터 인가 받은 제3 수신 신호는 디플렉서를 통과하지 않고, 하이브리드 커플러(310)만을 거쳐 트랜스폰더부(318)로 전달되기 때문에 디플렉서에서 발생하는 손실을 줄일 수 있고, 나아가 제3 수신 신호에서 넓은 주파수 대역을 확보할 수 있다.
하이브리드 커플러(310)는 후술할 방향성 커플러로부터 인가 받은 제1 수신 신호 및 제2 수신 신호와 상기 제3 수신 신호를 커플링할 수 있다. 즉, 하이브리드 커플러는 인가 받은 제1 수신 신호, 제2 수신 신호 및 제3 수신 신호에 대해 전력을 적절히 분배할 수 있다. 이후, 하이브리드 커플러(310)는 전력이 분배된 제1 수신 신호, 제2 수신 신호 및 제3 수신 신호를 트랜스폰더부(318) 측으로 전송할 수 있다.
방향성 커플러(312)는 제2 안테나(304)와 연결되어 제1 수신 신호 및 제2 수신 신호를 커플링할 수 있다. 구체적으로, 방향성 커플러(312)는 제2 안테나와 직접 연결되어 제2 수신 신호를 바로 인가 받을 수 있다. 또한, 방향성 커플러(312)는 제1 안테나(302)로부터 제2 디플렉서(316)를 거쳐 제1 수신 신호를 인가 받을 수 있다. 방향성 커플러(312)는 신호의 방향에 따라 신호가 결합되거나 또는 그렇지 않을 수 있다. 예를 들어, 상향링크 신호(즉, 제1 수신 신호 및 제2 수신 신호)는 방향성 커플러(312)를 통해 커플링되어 트랜스폰더부(318) 측으로 전달될 수 있지만, 하향링크 신호의 경우 방향성 커플러(312)에 의해 제2 안테나로만 신호가 전송될 수 있다.
제1 디플렉서(314) 및 제2 디플렉서(316)는 동일한 안테나 내에서도 송신단과 수신단을 분기할 수 있도록 하는 소자이다. 제2 디플렉서(316)는 제1 안테나에 직접 연결되어 제1 안테나(302)에서 송수신되는 신호가 분리될 수 있도록 할 수 있다. 구체적으로, 제2 디플렉서(316)는 제1 안테나(302)와 방향성 커플러(312) 사이에 배치되어 제1 송신 신호가 제1 안테나(302)를 통해 방사되도록 하고, 제1 수신 신호를 상기 방향성 커플러(312)로 전송할 수 있다. 한편, 제1 디플렉서(314)는 제2 디플렉서(306)와 달리 안테나에 직접 연결되지 않을 수 있다.
제1 디플렉서(314)는 트랜스폰더부(318)와 커플러부(308) 사이에 배치되어 커플러부(308)를 통과한 제1 수신 신호 및 제2 수신 신호를 트랜스폰더부(318), 예를 들어 제2 트랜스폰더(322)로 전달할 수 있다. 제1 디플렉서(314)는 제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306)와 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 제1 디플렉서(314)는 커플러부(308)를 기준으로 제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306) 측이 아닌 트랜스폰더부(318) 측에 배치될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 디플렉서(314)를 트랜스폰더부(318)와 커플러부(308) 사이에 배치함으로써, 상향링크 신호와 하향링크 신호가 제1 디플렉서(314)와 하이브리드 커플러(310)를 공유함에 따라 경로가 단순화될 수 있고, 나아가 제3 수신 신호의 대역폭을 넓힐 수 있다.
트랜스폰더부(318)는 제1 안테나(302)를 통해 수신되는 제1 수신신호와 제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306)를 통해 각각 수신되는 제2 수신 신호 및 제3 수신 신호를 기 설정된 방식으로 복조할 수 있다. 또한, 트랜스폰더부(318)는 각각 기저대역 신호를 인가받아 기설정된 방식으로 제1 안테나(302)를 통해 송신할 제1 송신 신호와 제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306)를 통해 각각 송신할 제2 송신 신호 및 제3 송신 신호로 변조할 수 있다.
트랜스폰더부(318)는 제1 트랜스폰더(320) 및 제2 트랜스폰더(322)로 구성될 수 있다. 제1 트랜스폰더(320) 및 제2 트랜스폰더(322)는 각각 송신부 및 수신부를 구비할 수 있다. 제1 트랜스폰더(320)는 제1 수신부(320-1) 및 제1 송신부(320-2)를 구비하며, 제2 트랜스폰더(322)는 제2 수신부(322-1) 및 제2 송신부(322-2)를 구비할 수 있다. 본 설명에서, 트랜스폰더부(318)로 신호를 전송한다는 것은 제1 수신부(320-1) 또는 제2 수신부(322-1)로 상향 신호를 전송한다는 것을 의미한다. 또한, 트랜스폰더(318)로부터 신호가 인가된다는 것은 제1 송신부(320-2) 또는 제2 송신부(322-2)로부터 하향신호가 인가된다는 것을 의미한다. 제1 송신부(320-2) 및 제2 송신부(322-2)는 후술할 스위치로 하향신호를 전송할 수 있다.
스위치(324)는 제1 트랜스폰더(320) 및 제2 트랜스폰더(322)로부터 각각 인가 받은 제1 송신 신호, 제2 송신 신호 및 제3 송신 신호를 제1 디플렉서(314) 또는 제3 안테나(302)로 선택적으로 전송할 수 있다. 구체적으로, 스위치(324)는 제1 송신부(320-2) 및 제2 송신부(322-2)로부터 하향링크 신호를 인가 받을 수 있다. 스위치(324)는 인가 받은 하향링크 신호를 제1 안테나(302) 측으로 전송할 것인지, 제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306) 측으로 전송할 것인지 결정할 수 있다. 하향링크 신호를 제1 안테나(302) 측으로 전송할 것으로 결정한 경우, 스위치(324)는 하향링크 신호를 제1 안테나(302)에 연결된 제2 디플렉서(316)로 전송할 수 있다, 또한, 하향링크 신호를 제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306) 측으로 전송할 것으로 결정한 경우, 스위치(324)는 하향링크 신호를 제1 디플렉서(314)로 전송할 수 있다. 본 실시 예에서 스위치는 쌍극쌍투(DPDT: double pole double throw) 타입의 스위치일 수 있다.
제3 안테나(306)를 통해 수신된 제3 수신 신호는 하이브리드 커플러(310)만을 통과하여 제1 송신부(320-1)로 전달될 수 있다. 따라서, 제3 수신 신호는 디플렉서와 같은 소자에서 발생할 손실을 방지할 수 있고, 넓은 대역폭을 확보할 수 있다.
제2 안테나(304)를 통해 수신된 제2 수신 신호는 방향성 커플러(312)에서 제1 수신 신호와 커플링되고, 하이브리드 커플러(310)에서 나뉘어져 제1 수신부(320-1)로 전달되거나, 또는 제1 디플렉서(314)를 통해 제2 수신부(322-1)로 전달될 수 있다.
제1 안테나(302)를 통해 수신된 제1 수신 신호는 제2 디플렉서(316)를 거쳐 방향성 커플러(312)에 의해 제2 수신 신호와 커플링되고, 하이브리드 커플러(310)에서 나뉘어져 제1 수신부(320-1)로 전달되거나, 또는 제1 디플렉서(314)를 통해 제2 수신부(322-1)로 전달될 수 있다.
제1 송신부(320-2) 및 제2 송신부(322-2)에서 인가되는 하향링크 신호는 스위치(324)에 의해 제1 안테나(302) 측, 또는 제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306) 측으로 전달될 수 있다. 하향링크 신호가 스위치(324)에서 제1 안테나(302) 측으로 전달되는 경우, 제2 디플렉서(316)를 통해 제1 안테나(302)로 전달될 수 있다. 한편, 하향링크 신호가 스위치(324)에서 제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306) 측으로 전달되는 경우, 제1 디플렉서(314)를 지나 하이브리드 커플러(310) 및 방향성 커플러(312)를 통해 제2 안테나(304)로 전달될 수 있다. 또한, 하향링크 신호가 스위치(324)에서 제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306) 측으로 전달되는 경우, 제1 디플렉서(314)를 지나 하이브리드 커플러(310)를 통해 제3 안테나(306)로 전달될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306)에 각각 부착될 디플렉서를 제거하고, 하나의 디플렉서를 커플러부(308)와 트랜스폰더(318) 사이에 배치시킴으로써 디플렉서의 개수를 줄일 수 있다. 이에 따라, 제2 안테나 및 제3 안테나로부터 수신된 상향링크 신호의 손실을 낮춰 수신 감도를 향상시킬 수 있다.
표 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306)로부터 제1 수신부(320-1)로 전달되는 하향링크 신호의 손실과 종래 기술에 따른 하향링크 신호의 손실 정도를 나타낸다.
Figure 112018091507544-pat00001
표 1에 나타난 바와 같이, 제2 안테나(304) 및 제3 안테나(306)로부터 제1 수신부(320-1)로 전달되는 하향링크 신호는 종래에 비해 손실 정도가 감소한 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF 전치단에서 상향링크 신호의 손실 정도를 나타내기 위한 그래프이다.
도 4(a)는 도 3의 제3 안테나로부터 트랜스폰더부로 수신되는 신호의 손실(실선) 및 도 2의 제2 옴니안테나로부터 트랜스폰더부로 수신되는 신호의 손실(점선)을 나타낸 그래프이다. 도 4(a)를 참조하면, 도 3의 제3 안테나를 통해 수신된 신호의 손실이 상대적으로 매우 적은 것을 알 수 있다. 이는 도 3에서 설명한 제3 수신 신호가 하이브리드 커플러만을 통과하고, 별도의 디플렉서를 거치지 않기 때문이다.
도 4(b)는 도 3의 제2 안테나로부터 트랜스폰더부로 수신되는 신호의 손실(실선) 및 도 2의 제1 옴니안테나로부터 트랜스폰더부로 수신되는 신호의 손실(점선)을 나타낸 그래프이다. 마찬가지로, 도 3의 제2 안테나를 통해 수신된 신호의 손실이 상대적으로 매우 적은 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
302: 제1 안테나 304: 제2 안테나
306: 제3 안테나 308: 커플러부
310: 하이브리드 커플러 312: 방향성 커플러
314: 제1 디플렉서 318: 트랜스폰더부
320: 제1 트랜스폰더 322: 제2 트랜스폰더

Claims (9)

  1. 지상의 기지국과 신호를 송수신하는 적어도 하나의 제1 안테나;
    각각 적어도 하나의 주변 기기와 신호를 송수신하는 제2 안테나 및 제3 안테나;
    상기 제1 안테나를 통해 수신되는 제1 수신 신호와 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나를 통해 각각 수신되는 제2 수신 신호 및 제3 수신 신호를 기설정된 방식으로 복조하는 제1 트랜스폰더 및 제2 트랜스 폰더를 구비하는 트랜스폰더부;
    상기 제3 안테나에 연결되어 상기 제3 수신 신호를 상기 제1 트랜스폰더로 전송하는 커플러부; 및
    상기 트랜스폰더부와 상기 커플러부 사이에 배치되어 상기 커플러부를 통과한 상기 제1 수신 신호 및 상기 제2 수신 신호를 상기 제2 트랜스폰더로 전송하는 제1 디플렉서를 포함하며,
    상기 커플러부는, 상기 제2 안테나에 연결되어 제1 수신 신호와 상기 제2 수신 신호를 커플링하는 방향성 커플러(directional coupler); 및 상기 제3 수신 신호와 상기 방향성 커플러를 통과한 상기 제1 수신 신호 및 상기 제2 수신 신호를 커플링하고, 커플링된 상기 제1 수신 신호, 상기 제2 수신 신호 및 상기 제3 수신 신호를 상기 트랜스폰더부로 전송하는 하이브리드 커플러(hybrid coupler)를 포함하고,
    상기 트랜스폰더부는, 각각 기저대역 신호를 인가받아 기설정된 방식으로 상기 제1 안테나를 통해 송신할 제1 송신 신호와 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나를 통해 각각 송신할 제2 송신 신호 및 제3 송신 신호로 변조하고,
    상기 커플러부는, 스위치로부터 상기 제1 디플렉서를 통해 수신된 상기 제2 송신 신호 및 상기 제3 송신 신호를 각각 제2 안테나 및 상기 제3 안테나 중 어느 하나로 전송하고,
    상기 제3 안테나에서 수신된 상기 제3 수신 신호는 상기 방향성 커플러를 통과하지 않고 상기 하이브리드 커플러를 통과한 후 상기 제1 디플렉서를 통과하지 않고 곧바로 상기 제1 트랜스 폰더로 전송되고,
    상기 제2 안테나에서 수신된 상기 제2 수신 신호는 상기 방향성 커플러를 통과하고 상기 하이브리드 커플러를 통과한 후 상기 제1 디플렉서를 통과하고 상기 제2 트랜스 폰더로 전송되는, RF 전치단.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위치는, 상기 제1 트랜스폰더 및 상기 제2 트랜스폰더로부터 각각 인가받은 상기 제1 송신 신호, 상기 제2 송신 신호 및 상기 제3 송신 신호를 상기 제1 디플렉서 또는 상기 제3 안테나로 선택적으로 전송하는 쌍극쌍투(DPDT: double pole double throw) 스위치인, RF 전치단.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 안테나는 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나와 서로 다른 이득을 갖도록 구현되는, RF 전치단.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 안테나는, 지향성 고이득 안테나(HGA: high gain antenna)로 구현되며,
    상기 제1 안테나와 상기 방향성 커플러 사이에 배치되어 제1 송신 신호가 제1 안테나를 통해 방사되도록 하고, 상기 제1 수신 신호를 상기 방향성 커플러로 전송하는 제2 디플렉서를 더 포함하는, RF 전치단.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나는 상기 제1 안테나보다 작은 이득을 갖는 무지향성 안테나인, RF 전치단.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 커플러부는, 상기 제2 송신 신호 및 상기 제3 송신 신호를 전력 분배하고, 전력 분배된 상기 제2 송신 신호 및 상기 제3 송신 신호를 각각 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나로 전송하는, RF 전치단.
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