KR20000062803A - 무선주파수 수신 안테나 시스템 - Google Patents

무선주파수 수신 안테나 시스템 Download PDF

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Abstract

안테나 시스템은 전송된 RF신호의 수평 및 수직성분을 수신하고, TV수신기와 같은 RF 이용수단에 인가하기 전에 상기 성분 중의 하나의 크기를 최소화하기 위하여 제공된다. 이 시스템은, RF신호의 수직성분을 주로 수신하는 수직 안테나를 포함한다. 수평 안테나는 RF신호의 수평성분을 주로 수신하는 역할을 한다. 조정가능한 시간 지연은, 수직 및 수평성분 간의 시간 지연을 조정하는 역할을 한다. 합성기는 RF 이용수단에 인가를 위한 합성 RF신호를 얻기 위하여 상기 성분들을 합성한다.

Description

무선주파수 수신 안테나 시스템{RF RECEIVING ANTENNA SYSTEM}
본 발명은 안테나 시스템에 관련되며, 더 특정하면, 디지털 텔레비젼(DTV) 신호를 포함하는 RF신호의 수신에의 사용에 특히 적용되는 안테나 시스템에 관련된다.
미국에서 연방 통신 위원회(FCC)가 방송 텔레비젼 신호를 위한 가이드라인을 설정하였다. 설정된 표준은, 아날로그 신호인 NTSC 신호 포맷으로 알려져 있다. FCC는 이제 아날로그 NTSC 신호뿐만 아니라 디지털 텔레비젼(DTV)의 방송을 허용하고 있다.
현재 방송중인 디지털 텔레비젼 신호(DTV)는 수평편파 신호이다. 원편파 신호(CP)는 디지털 텔레비젼 신호의 추후의 방송을 위하여 고려되고 있다. 그러한 수평편파 DTV 신호에 있어서 주목되는 문제점은 고층 건물들이 있는 도심에서 일어난다. DTV 신호는 가입자의 수신 안테나에 수신되기 전에 하나 이상의 건물에 반사될 수 있다. 만약 수신 안테나가 "래빗 이어(rabbit ear)"다이폴 안테나라면, 수신된 신호는 (방송된 수평편파 DTV 신호로부터의) 수평성분 뿐만 아니라 수직성분(반사의 결과)으로 구성될 수 있다. 반사된 수직성분은 수평성분에 시간적으로 선행 또는 지연되고, 위상에 있어서 수평성분으로부터 오프셋되어 가입자의 DTV 텔레비젼 수신기에 잘못된 "환영(ghosting)"신호를 공급하는 결과를 가져올 수 있다. 이 결과는 텔레비젼 수신기 상에 왜곡된 화상일 것이다.
방송된 신호가 원편파(CP)인 경우에도 동일한 결과가 일어날 것이다. 그러한 신호는, 수신 안테나에서 수신될 때, 수평성분 및 수직성분과 함께 수직반사성분 및 수평반사성분을 포함하여 DTV 텔레비젼 수신기에 잘못된 신호를 공급시키는 결과를 가져올 것이다.
본 발명은 전송된 RF신호의 수평 및 수직성분을 수신하고, RF 이용수단에 인가하기 전에 상기 성분 중의 하나의 크기를 최소화하는 안테나 시스템을 포함하며, 상기 RF신호의 상기 수직성분을 주로 수신하는 수직 안테나수단, 상기 RF신호의 상기 수평성분을 주로 수신하는 수평 안테나수단, 상기 수직 및 수평성분 간의 시간 지연을 조정하는 시간 지연 조정 수단, 및 상기 RF 이용수단에 인가를 위한 합성 RF신호를 얻기 위하여 상기 성분들을 합성하는 합성기(combiner)에 특징이 있다.
편리하게 안테나 시스템이 전송된 RF신호의 수평 및 수직성분을 수신하고, TV수신기와 같은 RF 이용수단에 인가하기 전에 상기 성분 중의 하나의 크기를 최소화하기 위하여 제공된다.
유리하게는, 상기 시스템은 RF신호의 수직성분을 주로 수신하는 수직으로 방향설정된 안테나를 포함한다. 수평으로 방향설정된 안테나는 RF신호의 수평성분을 주로 수신하는 역할을 한다. 조정가능한 시간 지연 조정기 회로는 수직 및 수평성분 간의 시간 지연을 조정하는 역할을 한다. 합성기는 RF 이용수단에의 인가를 위한 합성된 RF신호를 얻기 위하여 상기 성분들을 합성한다.
도 1은 원편파 안테나의 정면도 및 수반하는 회로의 블록 다이어그램도이다.
도 2는 전송 안테나에 의하여 전송되고 본 시스템의 수신 안테나에 의하여 수신되도록 의도될 수 있는 신호 유형을 도시하는 전방향성 방사패턴이다.
도 3은 수신된 RF 신호의 수평성분과 함께 상기 수평성분의 위치에 지연되는 반사된 수직성분을 도시하는 벡터 다이어그램이다.
도 4는 도 3에 유사하지만 반사된 수직성분이 수평성분에 선행하는 벡터다이어그램이다.
도 5는 본 발명에 따른 수신 시스템의 제1 실시예를 도시하는 개략 블록도이다.
도 6은 본 발명의 작동을 설명하기에 유용한 벡터 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 결합된 개략 블록도이다.
도 8은 주파수에 관한 진폭의 그래픽적 도시 및 DTV 채널30 신호를 묘사하는 파형을 도시한다.
도 9는 도 1에 유사한 정면도이고 안테나를 회전시키는 수단을 도시한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 예시적으로 하기에 설명될 것이다.
도 1은, 한쌍의 수직으로 방향설정된 다이폴 요소(12 및 14) 및 한쌍의 수평으로 방향설정된 다이폴 요소(16 및 18)를 구비하는 원편파 안테나(10)를 포함하는 안테나 시스템을 도시한다. 상기 안테나는 바람직하다면 요소(12 및 14)를 통하여 연장되는 수직축(A-Ax)을 중심으로 회전될 수 있다. 또한 상기 안테나는 바람직하다면 요소(16 및 18)를 통하여 연장되는 수평축(B-Bx)을 중심으로 회전될 수 있다. 이것은 이후에 상세히 논의될 것이다. 수직으로 방향설정된 다이폴 요소(12 및 14)에 의하여 수신된 RF신호는 주로 RF신호의 수직성분이며, 수평 다이폴 요소(16 및 18)에 의하여 수신된 신호는 주로 RF신호의 수평성분이다.
안테나(10)는, 디지털 텔레비젼 (DTV) 신호를 방송하고 있을 수 있는 것과 같은 방송 안테나로부터 전송된 수평 편파 신호를 수신하기 위하여 사용될 것이다. 도시 환경에서는, 고층 빌딩들이 그러한 수평 편파 신호의 수신에 간섭할 수 있는데, 이는 신호가 여러 빌딩에 의하여 반사되어, 그 신호가 수평성분과 함께, 수직성분으로서 수신되는 반사파들도 함께 수신되는 결과를 가져올 수 있기 때문이다.
원편파 안테나(10)가, 수직성분을 최소화하는 제어 회로(CC)에 접속되어 수평 편파 신호의 주로 수평성분이 제어회로(CC)에 의하여 가입자의 TV 수신기(R)에 공급되도록하는 것이 숙고되었다. 그러한 TV 수신기는 수직 반사 성분과 같은 불일치 중 일부에 대하여 수정이 가능한 적응성 등화기를 전형적으로 채용할 것이다. 그러나, 수직 반사 성분을 최소화하는 것이 그러한 등화기가 수신기(R)를 위하여 적절한 화상을 제공하는 것을 보장할 것이다. 그러한 등화기에 부가하여, 수신기에 파일롯(pilot) 신호가 검출될 때마다 조사되는 파일롯 광(L)을 제공하는 것이 숙고된다. 이것은 수신기를 동조하기 위하여 축(A-Ax또는 B-Bx)을 중심으로 안테나(10)를 회전시킴에 의하여 달성될 수 있다. 도 8을 참조하면, 약 566.31MHz에 위치된 파일롯 신호(PS)를 가진 566MHz 내지 572MHz 범위의 채널30 용 DTV 신호의 그래픽적 파형이 도시되어 있다.
도 2는 방송 안테나에 의하여 방사될 수 있는 전방향 패턴을 도시한다. 여기서, 이 신호는 수평 편파 신호인 것으로 고려된다. 결과적으로, 상기 수신 안테나(10)에서 수신된 수직성분은, 예를 들면, 도시 환경 내의 고층 빌딩으로부터의 반사의 결과가 될 것이다. 전송된 신호가 원편파 신호의 형태를 취한다면, 반사는 수직 반사 성분뿐만 아니라 수평 반사 성분을 나타낼 수 있다.
도 3은 수평 편파 신호의 방송에 응답하여 안테나 시스템(10)에서 수신된 신호의 수평성분(H)을 도시하는 벡터 다이어그램이다. 수직성분은, 수직 반사 성분(VR)에 의하여 지시된 바와 같이, 전송 안테나 및 수신 안테나(10) 사이의 반사의 결과이다. 이 반사 성분(VR)은 수직성분(H)으로부터 시간적으로 이격되어 있다. A, 조정이 이루어져서 수직성분이 수직성분(VR x)의 위치에 거의 시간적으로 변위되도록 한다. 조정된 수직성분은 여전히 수평성분(H)의 위치로부터 위상에 있어서 변위되어 있다. 따라서, 수신기(R)에 전달되기 위하여 유용한, 필수적으로 수평 성분을 발생시키도록 성분들이 합성될 때, 조정된 성분(Vx R)이 수평성분을 향하여 회전된다.
도 4는, 도 3의 것과 유사하지만, 반사 수직성분(VR)이 수평성분(H)으로부터 시간적으로 이격된 제2 조건을 도시한다. 제어(CC)가 수직성분(VR)을 성분(Vx R)의 위치를 향하여 변위시키기 위하여 채용되고, 그리고 나서 이 조정된 성분(VR x)은 성분(H)의 위치를 향하여 회전된다.
도 5는 제어 회로(CC)를 더 상세히 도시한다. 또한, 수직 안테나 요소(12,14) 및 수평 안테나 요소(16,18)가 단순화를 목적으로 서로 이격된 것으로 도시되어 있다. 안테나 요소는 보통 도 1에 도시된 바와 같이 위치된다.
수직 안테나 요소(12 및 14)는 발룬(balun)을 통하여 미세 지연 조정기(52) 및 코스(course) 지연 조정기(54)를 포함하는 조정 경로로 접속되고, 그리고 나서, 90°하이브리드 합성기(56)의 포트(A)로 접속된다. 발룬은 안테나 요소(12 및 14)간에 접속된 1차 권선(60) 및 접지 및 위상 조정기(52) 간에 접속된 2차 권선(62)을 구비한 변압기(58)를 포함한다. 조정기(52) 및 조정기(54)는 수동으로 조정될 수 있다.
수평 다이폴 요소(16 및 18)는 또한 요소(16 및 18)사이에 접속된 1차 권선(74) 및 2차 권선(76)을 구비한 변압기(72)를 포함하는 발룬(70)에 접속된다. 제2 권선(76)은 접지와, 미세 지연 조정기(78) 및 코스 지연 조정기(80)를 포함하는 조정 경로 사이에 접속된다. 조정기(80)는 하이브리드(56)의 B포트에 접속된다. 위상 및 지연 조정기(78 및 80)는 수동으로 조정될 수 있다. 하이브리드 합성기(56)의 C포트는 제거(reject) 부하(82)에 접속되고, 하이브리드 합성기의 D 포트는 텔레비젼 수신기(R)에 접속된다.
도 5의 회로의 사용자는, 도 3 및 4 를 참조하여 이하에 논의되는 결과를 달성하기 위하여 미세 지연 조정기(52 및 78)와, 코스 지연 조정기(54 및 80)를 조정할 것이다. 즉, 지연 조정기는 반사 성분(VR)을 성분(V'R)의 위치를 향하여 이동하도록 조작된다. 신호 합성 중에, 하이브리드 합성기(56)는, 적당한 위상 관계를 가지고, 성분(V'R)을 수평성분(H)의 위치를 향하여 회전시켜서, 포트(D)로부터의 출력이 크기에 있어서 감소된 반사성분을 가진 단일 합성 신호가 되도록 한다. 주요 수직성분 및 일부 90도 시프트되고 감쇠된 수평성분이 제거 부하(82)에 인가된다.
안테나 시스템의 동조에 있어서, 작동자는, 지연 조정기(52,54,78, 및 80)를 조정하는 것에 더하여 안테나를 그 축(A-A') 또는 축(B-B')을 중심으로 회전시키는 것에 의하여 안테나를 어느 정도 조정할 수 있다. 예를 들면, 동조의 제1 형태에 있어서, 작동자는 코스 지연을 조정하는 단계, 안테나를 조정하는 단계, 및 그리고 나서 코스 지연 및 안테나를 모두 조정하는 단계를 포함하는 3 단계를 사용할 수 있다. 동조의 제2 형태는 미세 지연을 조정하는 단계 및 그리고 나서, 안테나를 조정하는 단계, 및 그후의 미세 지연 및 안테나 모두를 조정하는 단계를 포함하는 3 단계를 포함할 수 있다. 동조의 제3 방법은 코스 지연 및 미세 지연을 최초로 조정하는 단계 및 그리고 나서 안테나를 조정하는 단계, 및 안테나 및 코스 지연 및 미세 지연을 최종 조정하는 3단계를 포함할 수 있다. 미세 시간 지연 또는 미세 지연은 위상 지연으로서 고려될 수 있다. 또한, 조정기에 의한 조정은 한번에 한 증분씩 이루어진다. 미세 조정기에 의한 각 증분은 12 나노초의 오더(order)인 반면에, 코스 조정기에 의한 각 증분은 96 나노초이다.
도 6의 벡터 다이어그램은 두 개의 수평성분(H1및 H2)을 도시한다. 이 예에서 수직 반사 성분은 도시되어 있지 않다. 정규 수평성분이 성분(H1)이라면, 그때에는 반사 수평성분은 H2로 고려될 수 있다. 이 경우에, 지연 조정기(52,54,78, 및 80)는 성분(H1및 H2)을 이동시키기 위하여 작동자에 의하여 조작된다. 여기에 설명된 실시예는 디지털 텔레비젼에의 사용을 위하여 의도되었다.
지연 조정의 목적은 하이브리드 제거 부하에서의 상쇄를 위하여 반사 성분을 위치시키는 것이다. 실제적으로는, 단지 부분적인 상쇄만이, 동작 상태에 수신기 적응성 등화를 조정하기 위하여 요구된다.
도 7은 수신 안테나에 의하여 수신되는 신호에 앞서서 방송된 신호의 다수의 반사파를 수정할 때 유용한 본 실시예를 도시한다. 이 실시예는 도 1 및 5의 것과 유사하고 유사한 특성 참조번호가 도 7에서 유사한 구성요소를 설명할 때에 사용된다.
이 실시예에서, 수직 안테나 요소(12 및 14)는 발룬(50)에 접속되고, 수평 안테나 요소(16 및 18)는 발룬(70)에 접속된다. 그러나, 도 5의 실시예와는 다르게, 도 7의 발룬(50 및 70)은 각각 신호 스플리터(100 및 102)에 접속된다. 이들 스플리터는, 수신된 신호를, 수정이 이루어질 두개의 반사파를 나타내는 두 개의 경로내로 각각 분배한다. 스플리터(100)로부터 얻어진 두 개의 경로는, 코스 지연 조정기(106)와 직렬로 접속된 미세 지연 조정기(104)를 구비하고 합계 장치(108)의 하나의 입력으로 연결된 제1 경로를 포함한다. 유사하게, 제2 경로는, 코스 지연 조정기(112)와 직렬로 연결된 미세 지연 조정기(110)를 포함하고 합계(summation) 장치(108)로 연결된다. 합계 장치(108)의 출력은 미세 동조 그리고 나서(114)에 인가되고, 그 출력은 그리고 나서(56)의 그리고 나서(A)에 공급된다.
그리고 나서(102)는 그 출력 신호를 두 개의 경로로 공급하는데, 제1 경로는 코스 지연 그리고 나서(122)그리고 나서 직렬로 접속된 미세 지연 조정기(120)를 포함하고 합계 장치(124)의 하나의 입력으로 연결된다. 스플리터로부터의 제2 경로는, 코스 지연 조정기(128)와 직렬로 연결된 미세 지연 조정기(126)를 포함하고 합계 장치(124)의 제2 입력으로 연결된다. 합계 장치(124)의 출력은 미세 동조 위상 조정기(130)에 인가되고, 그 출력은 하이브리드(56)의 포트(B)에 공급된다.
도 7의 실시예는 안테나 요소(12 및 14)에 공급되는 신호의 경로(또는 반사)의 각각에 대하여 독립적인 조정 지연을 제공한다. 유사한 방식으로, 지연의 독립적인 조정이 수평 안테나 요소(16 및 18)에 인가되는 신호의 경로(또는 반사)의 각각에 대하여 제공된다. 추가적인 동조가 미세 동조 지연 조정기(114 및 130)으로 달성될 수 있다.
도 9는, 축(A-A' 또는 B-B')을 중심으로 회전시키기 위한 안테나(10)의 이동을 달성하거나, 허브(200)를 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 종이에 수직인 축을 중심으로 안테나를 회전시키기 위한 수단을 도시한다. 상기 허브는 비전도성 물질을 사용하여, 안테나 요소에 접속되어 있다. 상기 허브는 모터(202)에 의하여 구동될 수 있고, 수직 안테나 요소(12 및 14)는 적당한 모터(204)에 의하여 축(A-A')을 중심으로 구동될 수 있다. 유사하게, 수평 안테나 요소(16 및 18)은 모터(206)를 사용하여 축(B-B')을 중심으로 구동될 수 있다. 이들 모터는 적절한 모터 제어(208)를 사용하여 개별적으로 제어될 수 있다는 점이 고려된다.
안테나 시스템은 전송된 RF신호의 수평 및 수직성분을 수신하고, TV수신기와 같은 RF 이용수단에 인가하기 전에 상기 성분 중의 하나의 크기를 최소화하기 위하여 제공된다. 이 시스템은, RF신호의 수직성분을 주로 수신하는 수직 안테나를 포함한다. 수평 안테나는 RF신호의 수평성분을 주로 수신하는 역할을 한다. 조정가능한 시간 지연은, 수직 및 수평성분 간의 시간 지연을 조정하는 역할을 한다. 합성기는 RF 이용수단에 인가를 위한 합성 RF신호을 얻기 위하여 상기 성분들을 합성한다.

Claims (9)

  1. 전송된 RF신호의 수평 및 수직성분을 수신하고, RF 이용수단에 인가하기 전에 상기 성분들 중의 하나의 크기를 최소화하는 안테나 시스템에 있어서,
    상기 RF신호의 상기 수직성분을 주로 수신하는 수직 안테나수단, 상기 RF신호의 상기 수평성분을 주로 수신하는 수평 안테나수단, 상기 수직 및 수평성분 간의 시간 지연을 조정하는 시간 지연 조정 수단, 및 상기 RF 이용수단에 인가를 위한 합성 RF신호을 얻기 위하여 상기 성분들을 합성하는 합성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 합성기는 상기 합성된 RF신호가 주로 임의의 반사된 성분을 감소시키도록 상기 수직성분의 위상 이동을 유발시키는 방식으로 상기 성분들을 합성하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 합성 수단은 90도 하이브리드 합성기이며, 상기 시간 지연 수단은 수동으로 조정가능하고, 상기 합성 수단은 하이브리드 회로인 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 합성 수단은 90°하이브리드 회로이고, 상기 시간 지연 조정 수단은 상기 수직 안테나 수단에 결합된 수직 시간 지연 조정기, 및 상기 수평 안테나 수단에 결합된 수평 시간 지연 조정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 시간 지연 조정 수단은, 상기 수직 안테나 수단에 결합된 수직 미세 시간 지연 조정기, 및 상기 수평 안테나 수단에 결합된 수평 미세 시간 지연 조정기를 포함하며, 각각의 미세 지연 증분이 주어진 증분의 시간이 되도록 각각의 상기 조정기가 증분적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 시간 지연 조정 수단은 또한, 상기 수직 안테나 수단에 결합된 수직 코스 시간 지연 조정기, 및 상기 수평 안테나 수단에 결합된 수평 코스 시간 지연 조정기를 포함하며, 각각의 코스 지연 증분이 각각의 상기 미세 지연 증분보다 실질적으로 크도록 각각의 상기 코스 지연 조정기가 증분적으로 조정되는것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 수직 미세 시간 지연 조정기 및 상기 수직 코스 시간 지연 조정기가 상기 수직 안테나 수단 및 상기 합성기 사이에 직렬로 함께 접속되고, 상기 수평 미세 시간 지연 조정기 및 상기 수평 코스 시간 지연 조정기가 상기 수평 안테나 수단 및 상기 합성기 사이에 직렬로 함께 접속되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수직 안테나 수단에 접속되고, 임의의 수신된 RF신호를 N 수정 경로로 분배하는 수직 신호 스플리터 수단, 및 상기 수평 안테나 수단에 접속되고, 임의의 수신된 RF신호를 N 수정 경로로 분배하는 수평 스플리터 수단을 포함하며, N은 수정되는 신호 반사의 수를 나타내는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 시간 지연 조정 수단은 상기 수직 스플리터에 의하여 제공되는 상기 N경로의 각각에 위치한 수직 시간 지연 조정기, 및 상기 수평 스플리터에 의하여 제공되는 상기 N경로의 각각에 위치한 수평 시간 지연 조정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
KR1020000011831A 1999-03-10 2000-03-09 무선주파수 수신 안테나 시스템 KR20000062803A (ko)

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