KR102064978B1

KR102064978B1 - Rf 수신기의 자동화 보상 장치 및 보상 방법

Info

Publication number: KR102064978B1
Application number: KR1020190059818A
Authority: KR
Inventors: 오상배
Original assignee: 엘아이지넥스원 주식회사
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2020-01-10

Abstract

본 발명에 따르면, 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하고, 상기 RF 수신기의 이득을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성하며, 상기 룩업 테이블을 기반으로 발진 여부를 판단하는 자동화 보상 제어부를 포함하여 수신기의 잠재적 발진 가능성을 검출하고 자동화하여 보상하는 RF 수신기의 자동화 보상 장치 및 보상 방법이 개시된다.

Description

RF 수신기의 자동화 보상 장치 및 보상 방법{Automatic Compensation Apparatus and Method of RF Receiver}

본 발명은 자동화 보상 장치 및 보상 방법에 관한 것으로, 특히 통신 단말 및 기지국의 RF 수신기의 자동화 보상 장치 및 보상 방법에 관한 것이다.

종래의 RF 수신기는 낮은 잡음지수 성능과 임피던스 정합을 위해 수신기 입력단에 격리기를 적용하는 것이 보편적이다. 하지만 장착 위치 고려 및 소형 경량화 측면과 PIMD(Passive Intermodulation Distortion)등의 성능 확보를 위해 연결 부위 최소화가 요구된다.

RF 수신기 입력단에 격리기가 적용 되지 않을 경우, 시스템 장착 시 발생 가능한 발진 현상을 극복하기 위해서는 반복적인 시험과 튜닝 등의 수작업을 통한 최적화가 유일한 방안이다.

장치의 모듈화 및 호환성과 개발시간 및 비용 등을 고려 시 장치의 반복적인 개선작업을 통해 안정화 시켜 가는 방법은 타당하지 않으며 자동화 보상 방안 및 구현에 대한 기술이 필요하다.

본 발명은 RF 수신기의 자동화 보상 장치 및 보상 방법으로 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하고, RF 수신기의 이득을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성하며, 상기 룩업 테이블을 기반으로 발진 여부를 판단하는 자동화 보상 제어부를 포함하여 수신기의 잠재적 발진 가능성을 검출하고 자동화하여 보상하는데 그 목적이 있다.

또한, 임피던스의 영향에 대해 보상이 가능하도록 장치 모듈화 및 호환성을 확보하여, 발진에 의한 영향성에 감안하여 장치 안정화에 필요한 비용과 시간을 줄일 수 있도록 하는 데 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 수신기의 자동화 보상 장치는, 수신된 입력 신호를 증폭하여 노이즈를 필터링하는 저잡음 증폭부, 상기 노이즈가 필터링된 입력 신호를 주파수 하향 변환하여 비트 주파수 신호(beat frequency signal)를 출력하는 주파수 하향 변환부 및 상기 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하고, 상기 RF 수신기의 이득을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성하며, 상기 룩업 테이블을 기반으로 발진 여부를 판단하는 자동화 보상 제어부를 포함한다.

여기서, 상기 자동화 보상 장치의 성능 만족 여부 확인을 위해 입력 및 반사 신호를 감지하는 이중 로그 증폭부(Dual Log Detector), 상기 이중 로그 증폭부에서 발생한 검출 전압 신호로 광대역 주파수에 대해 정재파 비(VSWR)를 검출하는 VSWR 신호 처리부를 포함한다.

여기서, 상기 자동화 보상 제어부는, 상기 주파수 하향 변환부로부터 출력된 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하는 출력 감지부, 상기 출력 감지부로부터 출력된 RF 출력 레벨의 삽입 손실을 측정하는 삽입 손실 측정부, 상기 삽입 손실 측정부에서 상기 RF 수신기의 이득을 기반으로 측정된 삽입 손실을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성하는 룩업 테이블 작성부, 상기 룩업 테이블에서 삽입 손실 최대 주파수 지점을 선정하고, 출력 레벨이 기 설정된 요구 설정 범위 내에 있는지 확인하는 발진 판단부를 포함한다.

여기서, 상기 발진 판단부가 발진 여부 확인 시, 미세 임피던스를 정합 튜닝하는 자동화 보상 수행부를 더 포함하며, 상기 자동화 보상 수행부는, 튜닝 지점을 고려하여 단위 자성유전체(Magnetodieletric) Perturber가 배치된 PET(Piezoelectric Transducer) controlled Perturber 모듈을 포함한다.

여기서, 상기 발진 판단부는, 요구되는 RF 출력 레벨을 정상 출력 레벨로 설정하였을 때, 상기 정상 출력 레벨과 상기 삽입 손실 최대 주파수 지점에서의 출력 레벨과의 차이가 1dB 이내인 범위를 상기 요구 설정 범위로 설정하고, 상기 설정 범위 초과 시 발진 발생을 확인한다.

여기서, 상기 VSWR 신호 처리부는, 최소 제곱법(least square)을 기반으로 최소 주파수 지점을 샘플링 하여 VSWR 최대값을 찾으며, 이전 샘플링을 통해 얻어진 VSWR 함수와의 최대 VSWR 차이값을 선택하여 다음 샘플링 지점을 선정한다.

여기서, 상기 단위 자성유전체(Magnetodieletric) Perturber는, 적층(Sandwitch) 구조로 고주파 특성을 가지는 실리콘 수지 위에 페라이트 박막을 형성하여 여러겹 배열하는 구조이다.

여기서, 상기 자동화 보상 수행부는, 상기 PET(Piezoelectric Transducer) controlled Perturber 모듈에 인가되는 전압을 조정 시 증폭기간 임피던스 정합용 개방 선로와의 간격 조정에 의해 상기 단위 자성유전체(Magnetodieletric) Perturber의 유효 유전율이 변화하고, 변화하는 유효 유전율에 따라 개방 선로의 전기적인 길이가 변화되어 미세 임피던스가 정합 튜닝된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 RF 수신기의 자동화 보상 방법은, 자동화 보상 제어부가 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하고, 상기 RF 수신기의 이득을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성하며, 상기 룩업 테이블을 기반으로 발진 여부를 판단하는 단계, 자동화 보상 수행부가 상기 자동화 보상 제어부의 발진 여부 확인 시, 미세 임피던스를 정합 튜닝하는 단계, 이중 로그 증폭부(Dual Log Detector)가 자동화 보상 장치의 성능 만족 여부 확인을 위해 입력 및 반사 신호를 감지하는 단계, VSWR 신호 처리부가 상기 이중 로그 증폭부에서 발생한 검출 전압 신호로 광대역 주파수에 대해 정재파 비(VSWR)를 검출하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 룩업 테이블을 기반으로 발진 여부를 판단하는 단계는, 삽입 손실 측정부가 상기 주파수 하향 변환부로부터 출력된 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하여 삽입 손실을 측정하는 단계, 룩업 테이블 작성부가 상기 삽입 손실 측정부에서 상기 RF 수신기의 이득을 기반으로 측정된 삽입 손실을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성하는 단계, 발진 판단부가 상기 룩업 테이블에서 삽입 손실 최대 주파수 지점을 선정하고, 출력 레벨이 기 설정된 요구 설정 범위 내에 있는지 확인하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 출력 레벨이 기 설정된 요구 설정 범위 내에 있는지 확인하는 단계는, 요구되는 RF 출력 레벨을 정상 출력 레벨로 설정하였을 때, 상기 정상 출력 레벨과 상기 삽입 손실 최대 주파수 지점에서의 출력 레벨과의 차이가 1dB 이내인 범위를 상기 요구 설정 범위로 설정하고, 상기 설정 범위 초과 시 발진 발생을 확인한다.

여기서, 상기 정재파 비(VSWR)를 검출하는 단계는, 최소 제곱법(least square)을 기반으로 최소 주파수 지점을 샘플링 하여 VSWR 최대값을 찾으며, 이전 샘플링을 통해 얻어진 VSWR 함수와의 최대 VSWR 차이값을 선택하여 다음 샘플링 지점을 선정한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하고, RF 수신기의 이득을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성하며, 상기 룩업 테이블을 기반으로 발진 여부를 판단하는 자동화 보상 제어부를 포함하여 수신기의 잠재적 발진 가능성을 검출하고 자동화하여 보상할 수 있다.

또한, 임피던스의 영향에 대해 보상이 가능하도록 장치 모듈화 및 호환성을 확보하여, 발진에 의한 영향성에 감안하여 장치 안정화에 필요한 비용과 시간을 줄일 수 있다.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 장치의 자동화 보상 제어부를 나타낸 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 장치의 PET(Piezoelectric Transducer) controlled Perturber 모듈을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정재파 비(VSWR)를 검출을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 본 발명에 관련된 RF 수신기의 자동화 보상 장치 및 보상 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명은 RF 수신기의 자동화 보상 장치 및 보상 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 장치를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 자동화 보상 장치(10)는 저잡음 증폭부(100), 주파수 하향 변환부(200), 자동화 보상 제어부(300), 자동화 보상 수행부(400), 이중 로그 증폭부(500), VSWR 신호 처리부(600)를 포함한다.

자동화 보상 장치(10)는 격리기 미적용으로 인한 증폭부 발진생성시 이에 대한 자동화 보상 장치이다.

장치의 모듈화 및 호환성과 개발시간 및 비용 등을 고려 시 장치의 반복적인 개선작업을 통해 안정화 시켜 가는 방법은 타당하지 않으므로 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 장치는 격리기 미적용에 따른 발진 현상을 자동화 보상 방안하도록 구현된다.

현재 높은 데이터 전송용량과 플랫폼 장착에 대한 제약 사항등을 고려한 위성통신 및 5G등 기지국 등에 적용되는 RF 장치들은 높은 수준의 송/수신 규격과 저전력 및 소형 경량화에 대한 요구 사양을 동시에 충족해야 한다. 이러한 시스템의 RF 수신기를 살펴보면 낮은 잡음지수 성능과 임피던스 정합을 위해 수신기 입력단에 격리기를 적용하는 것이 보편적이다. 하지만 장착 위치 고려 및 소형 경량화 측면과 PIMD(Passive Intermodulation Distortion)등의 성능 확보를 위해 연결 부위 최소화가 요구된다. 이러한 상충되는 요구 조건을 만족하기 위해서는 격리기 적용이 사실상 어렵다. RF 수신기 입력단에 격리기를 적용하지 않을 경우 2가지 문제점이 발생한다. 첫 번째는 장치 개발 측면으로 Trade-off 관계인 잡음지수, 이득과 입력 임피던스 정합 최적화에 많은 시간과 비용을 투자하여야 한다. 두 번째로는 시스템 수신 입력단 형상이나 전기적 특성 변화에 따른 수신기 민감도에 따라 발진 가능성이 존재하게 된다. 이러한 문제는 수신기를 바로 시스템에 탑재하여 운용할 수 없고, 시스템 특성에 맞추어 장치 수리가 요구 되므로 사실상 시스템 운용 및 유지보수에 많은 제약사항이 따르게 된다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 장치는 RF 수신기 입력단에 격리기를 적용하는 않은 경우에 대해서 시스템의 잠재적 발진 가능성을 검출하고 자동화하여 보상할 수 있도록 구성된다.

이에 따라, 이동, 고정용 통신 단말 및 기지국의 RF 수신부 입력단에 격리기가 적용되지 않고 소형/경량화가 필요한 RF 수신기 개발 시 활용 가능하다.

저잡음 증폭부(100)는 수신된 입력 신호를 증폭하여 노이즈를 필터링한다.

주파수 하향 변환부(200)는 노이즈가 필터링된 입력 신호를 주파수 하향 변환하여 비트 주파수 신호(beat frequency signal)를 출력한다.

자동화 보상 제어부(300)는 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하고, 상기 RF 수신기의 이득을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성하며, 상기 룩업 테이블을 기반으로 발진 여부를 판단한다.

여기서, 이득은, 신호대 잡음비일 수 있고, 입력 신호의 세기값일 수 있다.

자동화 보상 수행부(400)는 상기 발진 판단부가 발진 여부 확인 시, 미세 임피던스를 정합 튜닝한다.

자동화 보상 수행부(400)는 튜닝 지점을 고려하여 단위 자성유전체(Magnetodieletric) Perturber가 배치된 PET(Piezoelectric Transducer) controlled Perturber 모듈(430)을 포함한다.

또한, 미세 임피던스 정합 tuning 및 분해능 향상을 위한 Boost-up DC to DC converter(410), High Voltage DAC(420)를 포함한다.

Boost-up DC to DC converter(410)는 직류-직류 변환 회로(DC-to-DC converter)로써 회로의 적당한 제어점을 제어하여 안정화 직류 전원 장치로서 사용하거나 출력 직류 전압을 변화할 수 있는 가변 직류 전원으로 할 수 있다. 더욱이 직류적으로 입출력을 절연할 수 있으므로 고전압 직류 전원으로서, 또는 극성 반전, 부동(비접지)전원 등으로서도 사용할 수 있다.

High Voltage DAC(420)는 디지털 음향 신호를 아날로그로 변환하는 장치이다.

종래의 경우, 안정도 판정 기준으로 입출력 정합을 검토 하게 되고, 기존의 반복 검토를 통해 정형화 된 설계, 부품 선택 및 PCB Pattern을 활용하므로 장치 입력단 기준으로는 발진이 일어나지는 않는다.

하지만 전단의 임피던스 영향에 의해 발진이 일어나므로 이를 개선하기 위해 현업에서 적용하는 방법은 증폭기간 정형화 된 튜닝 지점을 반복적으로 검토 하여 최적화 하는 방법이다. 반복 개선 작업을 위해 개방 선로들도 일정 간격으로 분할 되어 PCB 패턴을 구성하고 있다.

발진 문제가 본질적으로 발생하지만 높은 주파수의 광대역, 매우 낮은 잡음지수 및 소형 경량화가 요구되고 이를 해결하기 위한 발진 검출 방안, 자동화 보상 방법 및 구현 방안이 필요하나 현재 이러한 내용들에 대한 개발 되어 있지 않아 현재는 반복을 통한 개선 검토가 최선인 상태이다.

수신기 입력단 격리기 미적용에 따른 발진 현상을 개선하기 위해 VSWR, 발진을 위한 검출 및 자동화 보상을 위한 제어 기술, 저손실 및 미세 임피던스 정합 튜닝(Tuning)을 위한 구현 기술이 필요하다.

발진 여부를 확인 하기 위해 첫 번째 단계는 이득 및 출력 레벨 확인 하는 것이다.

종래의 경우 RF 중계기의 단순 출력 레벨만 확인 하므로 500MHz 이상의 광대역 증폭 시 임의의 일부 주파수 대역에 대해 미세 이득 차이를 검출하기 어려워 수신감도 저하 등의 문제를 일으키는 발진 현상을 확인하기 어렵다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 장치의 자동화 보상 제어부(300)는 출력 레벨과의 차이가 1dB 이내인 범위를 상기 요구 설정 범위로 설정하여 미세하게 이득이 감소하는 경우의 발진 발생 여부도 판단할 수 있으며, 시스템 개선과 검증에 따른 비용과 시간을 절감할 수 있다.

이중 로그 증폭부(500)는 상기 자동화 보상 장치의 성능 만족 여부 확인을 위해 입력 및 반사 신호를 감지한다.

VSWR 신호 처리부(600)는 상기 이중 로그 증폭부에서 발생한 검출 전압 신호로 광대역 주파수에 대해 정재파 비(VSWR)를 검출한다.

정재파 비(standing wave ratio)는 전송 선로상에 생기는 정재파의 크기를 나타내는 것으로서, 정재파의 최댓값과 최솟값의 비에 의해 구할 수 있다. 전압 정재파 비와 전류 정재파비가 있으며, 각각 약해서 VSWR, CSWR이라고 한다. 보통 전압 정재파비를 사용하는 경우가 많으며 전압 정재파비를 S라고 하면, S는 1~∞의 범위의 값이 되는데 1에 가까울수록 정합 상태가 좋다.

수신기 입력단 격리기 미적용에 따른 발진 현상을 개선하기 위한 두번째 단계는 입력 VSWR을 확인하여 임피던스 자동화 Tuning 단계 이다.

발진을 해결하기 위해서 이득, NF와 VSWR 등의 Trade off 관계 고러 VSWR을 확인해 가며 임피던스 정합 자동화 Tuning을 하여야 한다. 발진이 일어나는 단계가 장치 제작 후 시스템 연동 하는 단계에서 일어나게 되므로 주요 성능은 만족한 상태이므로 VSWR등을 확인하여 최적화 하는 것이 바람직하다.

VSWR 모니터링 및 자동화 보상 회로 기술을 바로 적용하기 어려운 문제점은 하나의 안테나로 다대역 송수신을 하는 모바일 단말의 임피던스 정합으로 적합한 기술이기 때문이다. 우선 장치 내에 VSWR을 실시간 모니터링 하는 부분은 다대역을 커버 할 때 안테나 수신감도 및 방사전력을 최적화하는데 유리하지만 삽입 손실로 기본적인 수신 감도 및 EIRP 특성 열화가 나타난다. 즉 실시간 모니터링하여 입피던스 정합을 자동 보상하는 경우가 아니라면 불필요한 구성이다. 그리고 다대역에 대한 임피던스 정합이 빠른 시간안에 이루어져야 하므로 Varactor등의 능동소자가 적용 되었는데 이를 위해 필요한 회로 실장 영역, 능동소자 적용에 따른 추가 삽입 손실로 인해 추가 적인 성능열화가 발생한다. 그뿐 아니라 주파수가 올라갈 수록 이 방법을 활용할 경우 미세한 변화량에 따른 Tuning이 불가하다. 본 문제를 해결하기 위해서는 Tuning을 위해 미세구간에 대한 Tuning 분해능이 커야 하는데 능동소자 특성상 이런 특성을 구현하기 어렵다. 따라서 발진 개선을 위해 임피던스 정합자동 보상 및 제어를 위해 빠른 응답 특성이 요구 되지 않고 저손실을 가지는 방법이 문제를 해결하는데 적합하다고 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 장치는 Boost-up DC to DC converter, High Voltage DAC 및 기구물 일체형 PET controlled Perturber 모듈을 포함하여 미세 임피던스 정합 tuning 및 분해능을 향상 시킬 수 있다.

또한, VSWR 신호 처리부(600)는 최소 제곱법(least square)을 기반으로 최소 주파수 지점을 샘플링 하여 VSWR 최대값을 찾으며, 이전 샘플링을 통해 얻어진 VSWR 함수와의 최대 VSWR 차이값을 선택하여 다음 샘플링 지점을 선정하므로, 실시간 모니터링하여 임피던스 정합을 자동 보상할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 장치의 자동화 보상 제어부를 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, 자동화 보상 제어부(300)는 출력 감지부(310), 삽입 손실 측정부(320), 룩업 테이블 작성부(330), 발진 판단부(340)를 포함한다.

자동화 보상 제어부(300)는 상기 주파수 하향 변환부로부터 출력된 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하고, 상기 RF 수신기의 이득을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성하며, 상기 룩업 테이블을 기반으로 발진 여부를 판단한다.

구체적으로, 수신부 필터 장치의 삽입 손실 측정하여 장치 내 제어반과 통신 하여 Look-up Table화 하고, 수신부 필터 장치 삽입손실 Loop-up Table에서 삽입손실 최대 주파수 지점을 선정하고 출력 레벨이 요구치 상/하한 이내에 있는지 확인 한다. 발진 여부 확인 은 정상 출력 레벨과의 차이가 1dB 이내 이다.

출력 감지부(310)는 상기 주파수 하향 변환부로부터 출력된 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지한다.

삽입 손실 측정부(320)는 상기 출력 감지부로부터 출력된 RF 출력 레벨의 삽입 손실을 측정한다.

룩업 테이블 작성부(330)는 상기 삽입 손실 측정부에서 상기 RF 수신기의 이득을 기반으로 측정된 삽입 손실을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성한다.

발진 판단부(340)는 상기 룩업 테이블에서 삽입 손실 최대 주파수 지점을 선정하고, 출력 레벨이 기 설정된 요구 설정 범위 내에 있는지 확인한다.

발진 판단부(340)는 요구되는 RF 출력 레벨을 정상 출력 레벨로 설정하였을 때, 상기 정상 출력 레벨과 상기 삽입 손실 최대 주파수 지점에서의 출력 레벨과의 차이가 1dB 이내인 범위를 상기 요구 설정 범위로 설정하고, 상기 설정 범위 초과 시 발진 발생을 확인한다.

종래의 경우 RF 수신기 입력단에 격리기가 적용 되지 않을 경우, 시스템 장착 시 발생 가능한 발진 현상을 극복하기 위해서는 반복적인 시험과 튜닝 등의 수작업을 통한 최적화가 유일한 방안이다. RF 수신기 증폭부와 전치부 사이에 격리기 미적용으로 인해 Cascade로 연결된 수신 경로에서의 미세한 임피던스 변동에 의해 발진은 필연적으로 발생한다. 발진 현상의 정도에 따라 수신 불가 또는 수신 감도 저하가 발생한다. 발진이 발생하였을 경우 대표적인 확인 방법은 시스템의 RF 출력 레벨 확인하는 방법이다. 여기서 문제가 되는 부분은 발진에 의해 이득 감소가 10dB 이상으로 확연히 판단 가능한 경우도 있지만 미세하게 이득이 감소하여 발진 발생 여부를 판단 하지 못하는 경우가 있다. 이 때의 현상을 보면 임의의 캐리어 신호 주변에 미약한 잡음 신호들이 측정 되고, 이득은 약 1dB 감소 및 잡음지수는 2배 이상 열화되는 현상들이 측정된다. 이러한 문제점을 확인하고 개선 하기 위해서는 RF 수신 전치부와 증폭부 연동 구성이 필연적이다. 따라서 시스템을 구성하고 나서 개선 해야 하는 부분이므로 개선과 검증에 많은 비용과 시간이 소요된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 장치의 발진 판단부(340)는 출력 레벨과의 차이가 1dB 이내인 범위를 상기 요구 설정 범위로 설정하여 미세하게 이득이 감소하는 경우의 발진 발생 여부도 판단할 수 있으며, 시스템 개선과 검증에 따른 비용과 시간을 절감할 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 장치의 PET(Piezoelectric Transducer) controlled Perturber 모듈을 나타낸 도면이다.

상기 단위 자성유전체(Magnetodieletric) Perturber는, 적층(Sandwitch) 구조로 고주파 특성을 가지는 실리콘 수지 위에 페라이트 박막을 형성하여 여러겹 배열하는 구조이다.

상기 PET(Piezoelectric Transducer) controlled Perturber 모듈에 인가되는 전압을 조정 시 증폭기간 임피던스 정합용 개방 선로와의 간격 조정에 의해 상기 단위 자성유전체(Magnetodieletric) Perturber의 유효 유전율이 변화하고, 변화하는 유효 유전율에 따라 개방 선로의 전기적인 길이가 변화되어 미세 임피던스가 정합 튜닝된다.

도 3을 참조하면, RF 수신기는 RF 회로에 대해 차페 목적으로 장치 내부에 기구물을 필연적으로 사용한다. 따라서 본 발명에서는 발진 현상 보상용 미세 임피던스 정합 tuning을 위한 기구물 일체형 PET Controlled Perturber 모듈 및 구조를 제안한다.

증폭기간 open stub 위치 및 tuning 지점 등을 고려하여 전기적 길이 조절 자유도 확보를 위해 복수개의 두께가 다른 자성유전체 perturber(431a, 431b, 431c)를 포함한다.

자성 유전체 perturber는 Sandwitch 구조로 고주파 특성을 가지는 실리콘 수지 위에 페라이트 박막을 형성하여 여러겹 배열하는 구조이다. 또한 Tuning 지점별 전기적 길이 변화의 영향도를 고려하여 단위 Perturber를 적층하여 두께를 달리 가져간다.

복수개의 작은 면적을 가지는 Perturber를 구현함으로써 균일한 투자율을 확보할 수 있어 다양한 제조 공정의 용이성을 확보할 수 있다. (박막측 형성을 위해 바람직한 공정으로는 spin-spray, 화합물 침전 및 소결 등이다) 단위 perturber 사이에 열가압 공정 시 재질에 따른 열팽창 계수가 달라 박리 되지 않도록 Elastormer 층을 조성하여야 한다.

열공정이 필요한 이유는 복수개의 perterber를 장치 내 MultiChannel High Voltage DAC(420)로 PET에 전압 인가 구동 할 수 있도록 R-FPCB(437)위에 배선층을 구현하고 열경화성 수지(435)와 lamination 하여 기구물에 열가압 장치를 활용하여 장착하기 위해서이다.

또한, 모듈의 차폐 구조물(434)과 MultiChannel High Voltage DAC(420)과 연결되는 커넥터부(436)를 더 포함할 수 있다.

도 4에 나타난 바와 같이, 발진 시 장치 내 임피던스 정합 튜닝하고 발진 여부를 확인 하는 단계에서 장치 내 PET(Piezoelectric Transducer) controlled Magnetodieletric perturber(431)에 전압을 인가 및 증가/감소하게 되면 PET(432)와 결합된 Magnetodieletric perturber(433)가 증폭기간 임피던스 정합용 개방 선로와의 간격 조정에 의해 유효유전율이 변하게 되고 이는 개방선로의 전기적 길이 변화로 이어져 결국 미세 리액턴스 tuning이 가능해 진다. 여기서 dielectric purterbur가 아닌 magnetodilectric pertureber를 사용하는 이유는 저 삽입손실 때문인데, 위상속도에서 투자율이 더 이상 1이 아니므로 위상속도를 고려 시 전기적 길이 변화를 위한 높은 유전율이 필요 없으므로 저손실이 가능하여 진다.

여기서, 위상 속도는 수학식 1로 나타나며, 유전율 변화에 따른 전기적 길이 변화에 따라 변화하는 C값은 수학식 2로 나타난다.

여기서, v_p는 위상 속도, ε_r는 비유전율, μ_r는 비투자율이다. 매질 내 위상 속도는 매질 특성에 따라 달라지며 주파수,파장에 의존적이다.

여기서, C는 정전 용량, f는 주파수, Z는 임피던스이다.

Stub은 우리말로 어떤 동강, 조각을 의미한다. RF에서는 주로 Microstrip/Stripline회로에서 임피던스 매칭을 위한 용도로, 신호전송 이외에 부가적으로 달리는 선로를 지칭하는 용어로 사용된다. 이러한 stub은 우선 선로에 수직 옆방향으로 달리는 Shunt stub과 선로방향 그대로 달리는 Series stub로 구분되는데, 둘다 원래 신호를 전송하기 위한 선로에 부가적으로 붙어서 매칭을 하기 위한 요소들이다. open stub은 실제로 옆으로 달린 선로가 그냥 기판 윗면에만 존재하는 경우이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정재파 비(VSWR)를 검출을 설명하기 위한 도면이다.

발진 개선 후 장치 성능 만족 여부 확인 단계에서 발진 개선을 위해 임피던스 정합 tuning할 경우, 입력 VSWR이 규격값을 벗어나는 경우가 발생한다. 따라서 수신기 입력단에서 전 주파수 대역 내의 VSWR 값을 검출하고 VSWR 최대 값이 규격내에 있는지 확인하여 성능 열화가 없음을 확인한다.

VSWR 신호 처리부(600)는 VSWR 값 최대 값을 측정하여 찾으려는 경우 시간이 많이 소요 되므로 최소 제곱법(least square)을 기반으로 최소 주파수 지점을 샘플링 하여 VSWR 최대값을 찾으며, 이전 샘플링을 통해 얻어진 VSWR 함수와의 최대 VSWR 차이값을 선택하여 다음 샘플링 지점을 선정한다.

샘플링 지점을 선정하기 위한 VSWR 규격은 수학식 3을 통해 구현된다.

VSWR 최대값이 규격(R1) 내에 있는지 확인한 후, 규격 내에 존재할 시 성능 만족임을 판단할 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 방법은 단계 S110에서 자동화 보상 제어부가 주파수 하향 변환부로부터 출력된 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하고, 상기 RF 수신기의 이득을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성하여 저장하는 것에서 시작한다.

단계 S120에서 룩업 테이블을 기반으로 발진 여부를 판단한다.

구체적으로, RF 출력 레벨 검출을 통한 발진을 확인하며, 필터 최대 삽입 손실 지점을 이용하여 확인한다.

단계 S130에서 자동화 보상 수행부가 상기 자동화 보상 제어부의 발진 여부 확인 시, 미세 임피던스를 정합 튜닝한다. 구체적으로, 증폭기간 임피던스 정합 보상을 위해 PET에 인가 전압을 증가 또는 감소시킨다.

단계 S140에서 RF 출력 레벨 검출을 통한 발진을 반복하여 확인하며, 임피던스 정합 튜닝을 반복하여 수행한다.

또한, 이중 로그 증폭부(Dual Log Detector)가 자동화 보상 장치의 성능 만족 여부 확인을 위해 입력 및 반사 신호를 감지한다.

단계 S150에서 VSWR 신호 처리부가 상기 이중 로그 증폭부에서 발생한 검출 전압 신호로 광대역 주파수에 대해 정재파 비(VSWR)를 검출하며, 정재파 비(VSWR) 만족 시 종료된다.

정재파 비(VSWR)를 검출하는 단계 S150에서, 최소 제곱법(least square)을 기반으로 최소 주파수 지점을 샘플링 하여 VSWR 최대값을 찾으며, 이전 샘플링을 통해 얻어진 VSWR 함수와의 최대 VSWR 차이값을 선택하여 다음 샘플링 지점을 선정한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 방법의 룩업 테이블을 기반으로 발진 여부를 판단하는 단계는, 단계S210에서 삽입 손실 측정부가 상기 주파수 하향 변환부로부터 출력된 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하는 것에서 시작한다.

단계S220에서 출력된 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하여 삽입 손실을 측정한다.

단계S230에서 룩업 테이블 작성부가 상기 삽입 손실 측정부에서 상기 RF 수신기의 이득을 기반으로 측정된 삽입 손실을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성한다.

단계S240에서 발진 판단부가 상기 룩업 테이블에서 삽입 손실 최대 주파수 지점을 선정하고, 단계S250에서 출력 레벨이 기 설정된 요구 설정 범위 내에 있는지 확인한다.

출력 레벨이 기 설정된 요구 설정 범위 내에 있는지 확인하는 단계 S250에서, 요구되는 RF 출력 레벨을 정상 출력 레벨로 설정하였을 때, 상기 정상 출력 레벨과 상기 삽입 손실 최대 주파수 지점에서의 출력 레벨과의 차이가 1dB 이내인 범위를 상기 요구 설정 범위로 설정하고, 상기 설정 범위 초과 시 발진 발생을 확인한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 보상 방법에 따르면, 입력 임피던스의 영향에 대해 보상이 가능하므로 모듈화 및 호환성 확보가 가능하다. 격리기 미 적용으로 인해 동일 형상 및 성능의 장치라 할지라도 시스템에 적용 되면 발진하게 된다. 고장 또는 이상이 발생하였을 경우 수신기 장치 교환 시 시스템 성능 확보를 위해 시스템 운용 중단 후 성능 확보 기간이 필요하게 되는데 본 발명에 의해 장치 모듈화 및 호환성 확보가 되므로 이러한 문제가 극복 가능하다. 또한 발진에 의한 영향성에 감안하여 장치 안정화에 필요한 비용과 시간을 줄일 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.

10: 자동화 보상 장치
100: 저잡음 증폭부
200: 주파수 하향 변환부
300: 자동화 보상 제어부
400: 자동화 보상 수행부
500: 이중 로그 증폭부
600: 신호 처리부

Claims

RF 수신기의 자동화 보상 장치에 있어서,
수신된 입력 신호를 증폭하여 노이즈를 필터링하는 저잡음 증폭부;
상기 노이즈가 필터링된 입력 신호를 주파수 하향 변환하여 비트 주파수 신호(beat frequency signal)를 출력하는 주파수 하향 변환부;
상기 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하고, 상기 RF 수신기의 이득을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성하며, 상기 룩업 테이블을 기반으로 발진 여부를 판단하는 자동화 보상 제어부;
상기 자동화 보상 장치의 성능 만족 여부 확인을 위해 입력 및 반사 신호를 감지하는 이중 로그 증폭부(Dual Log Detector); 및
상기 이중 로그 증폭부에서 발생한 검출 전압 신호로 광대역 주파수에 대해 정재파 비(VSWR)를 검출하는 VSWR 신호 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 보상 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 자동화 보상 제어부는,
상기 주파수 하향 변환부로부터 출력된 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하는 출력 감지부;
상기 출력 감지부로부터 출력된 RF 출력 레벨의 삽입 손실을 측정하는 삽입 손실 측정부;
상기 삽입 손실 측정부에서 상기 RF 수신기의 이득을 기반으로 측정된 삽입 손실을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성하는 룩업 테이블 작성부; 및
상기 룩업 테이블에서 삽입 손실 최대 주파수 지점을 선정하고, 출력 레벨이 기 설정된 요구 설정 범위 내에 있는지 확인하는 발진 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 보상 장치.
제3항에 있어서,
상기 발진 판단부가 발진 여부 확인 시, 미세 임피던스를 정합 튜닝하는 자동화 보상 수행부;를 더 포함하며,
상기 자동화 보상 수행부는,
튜닝 지점을 고려하여 단위 자성유전체(Magnetodieletric) Perturber가 배치된 PET(Piezoelectric Transducer) controlled Perturber 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 보상 장치.
제3항에 있어서,
상기 발진 판단부는,
요구되는 RF 출력 레벨을 정상 출력 레벨로 설정하였을 때, 상기 정상 출력 레벨과 상기 삽입 손실 최대 주파수 지점에서의 출력 레벨과의 차이가 1dB 이내인 범위를 상기 요구 설정 범위로 설정하고, 상기 요구 설정 범위 초과 시 발진 발생을 확인하는 것을 특징으로 하는 자동화 보상 장치.
제1항에 있어서,
상기 VSWR 신호 처리부는,
최소 제곱법(least square)을 기반으로 최소 주파수 지점을 샘플링 하여 VSWR 최대값을 찾으며, 이전 샘플링을 통해 얻어진 VSWR 함수와의 최대 VSWR 차이값을 선택하여 다음 샘플링 지점을 선정하는 것을 특징으로 하는 자동화 보상 장치.
제4항에 있어서,
상기 단위 자성유전체(Magnetodieletric) Perturber는, 적층(Sandwitch) 구조로 고주파 특성을 가지는 실리콘 수지 위에 페라이트 박막을 형성하여 여러겹 배열하는 구조인 것을 특징으로 하는 자동화 보상 장치.
제7항에 있어서,
상기 자동화 보상 수행부는,
상기 PET(Piezoelectric Transducer) controlled Perturber 모듈에 인가되는 전압을 조정 시 증폭기간 임피던스 정합용 개방 선로와의 간격 조정에 의해 상기 단위 자성유전체(Magnetodieletric) Perturber의 유효 유전율이 변화하고, 변화하는 유효 유전율에 따라 개방 선로의 전기적인 길이가 변화되어 미세 임피던스가 정합 튜닝되는 것을 특징으로 하는 자동화 보상 장치.
RF 수신기의 자동화 보상 방법에 있어서,
자동화 보상 제어부가 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하고, 상기 RF 수신기의 이득을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성하며, 상기 룩업 테이블을 기반으로 발진 여부를 판단하는 단계;
자동화 보상 수행부가 상기 자동화 보상 제어부의 발진 여부 확인 시, 미세 임피던스를 정합 튜닝하는 단계;
이중 로그 증폭부(Dual Log Detector)가 자동화 보상 장치의 성능 만족 여부 확인을 위해 입력 및 반사 신호를 감지하는 단계; 및
VSWR 신호 처리부가 상기 이중 로그 증폭부에서 발생한 검출 전압 신호로 광대역 주파수에 대해 정재파 비(VSWR)를 검출하는 단계;를 포함하며,
상기 룩업 테이블을 기반으로 발진 여부를 판단하는 단계는,
삽입 손실 측정부가 상기 비트 주파수 신호의 RF 출력 레벨을 감지하여 삽입 손실을 측정하는 단계;
룩업 테이블 작성부가 상기 삽입 손실 측정부에서 상기 RF 수신기의 이득을 기반으로 측정된 삽입 손실을 이용하여 룩업 테이블(look up table)을 작성하는 단계; 및
발진 판단부가 상기 룩업 테이블에서 삽입 손실 최대 주파수 지점을 선정하고, 출력 레벨이 기 설정된 요구 설정 범위 내에 있는지 확인하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 보상 방법.
삭제
제9항에 있어서,
상기 출력 레벨이 기 설정된 요구 설정 범위 내에 있는지 확인하는 단계는,
요구되는 RF 출력 레벨을 정상 출력 레벨로 설정하였을 때, 상기 정상 출력 레벨과 상기 삽입 손실 최대 주파수 지점에서의 출력 레벨과의 차이가 1dB 이내인 범위를 상기 요구 설정 범위로 설정하고, 상기 요구 설정 범위 초과 시 발진 발생을 확인하는 것을 특징으로 하는 자동화 보상 방법.
제9항에 있어서,
상기 정재파 비(VSWR)를 검출하는 단계는, 최소 제곱법(least square)을 기반으로 최소 주파수 지점을 샘플링 하여 VSWR 최대값을 찾으며, 이전 샘플링을 통해 얻어진 VSWR 함수와의 최대 VSWR 차이값을 선택하여 다음 샘플링 지점을 선정하는 것을 특징으로 하는 자동화 보상 방법.