KR20010069635A - 무선 시스템 수신기 - Google Patents

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KR20010069635A
KR20010069635A KR1020010021978A KR20010021978A KR20010069635A KR 20010069635 A KR20010069635 A KR 20010069635A KR 1020010021978 A KR1020010021978 A KR 1020010021978A KR 20010021978 A KR20010021978 A KR 20010021978A KR 20010069635 A KR20010069635 A KR 20010069635A
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Abstract

본 발명은 무선 시스템 수신기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 RF 또는 마이크로파 무선 시스템의 수신기 잡음 지수를 저하시켜 무선 신호의 통화 가능 거리를 증가시키고 무선 시스템 수신기 내부의 대역통과 여파기의 스커트 특성을 종래보다 더욱 가파르게 구성함으로써 타 사업자의 높은 송신 출력 뿐 아니라 수신되는 타 사업자의 주파수도 감쇄시켜 기지국의 수신단의 특징을 현저하게 향상시킨 무선 시스템 수신기에 관한 것이다.

Description

무선 시스템 수신기{Active filter}
본 발명은 무선 시스템 수신기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 RF 또는 마이크로파 무선 시스템의 수신기 잡음 지수를 저하시켜 무선 신호의 통화 가능 거리를 증가시키고 무선 시스템 수신기 내부의 대역통과 여파기의 스커트 특성을 종래보다 더욱 가파르게 구성함으로써 타 사업자의 높은 송신 출력 뿐 아니라 수신되는 타 사업자의 주파수도 감쇄시켜 기지국의 수신단의 특징을 현저하게 향상시킨 무선 시스템 수신기에 관한 것이다.
종래의 RF 또는 마이크로파 무선 시스템 수신기의 구성을 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 무선 시스템 수신기(10)는 방향성 결합기(11), 대역통과 여파기(12), 저잡음 증폭기(13) 및 전력분배기(14)로 구성된다. 이러한 종래의 무선 시스템 수신기는 일반적으로 대역통과 여파기(12)를 저잡음 증폭기(13) 앞단에 위치하도록 함으로써 무선 통신 사업자 별로 배분된 주파수대역만을 선택적으로 통과시키도록 하고 있다.
점차 더 많은 수의 무선 통신 사업자가 나타남에 따라 전파 환경이 복잡해 져서, 기지국이나 중계기 등의 무선 시스템 수신기는 사용되도록 할당되어 있는 주파수 이외의 주파수 성분을 보다 강하게 감쇄시킬 필요성이 증대하고 있다. 그러나, 도 1에 나타낸 바와 같이 종래의 무선 시스템 수신기는 대역 통과 여파기(12)가 저잡음 증폭기(13) 전단에 위치하고 있으며, 감쇄 특성을 향상시키기 위해서는 대역통과 여파기(12)의 공진기의 수를 증가시키거나 너치를 구현하여 사용 주파수 이외의 주파수 성분을 감쇄시켜야 한다. 그러나, 대역통과 여파기(12)의 공진기 수를 증가시킬 경우 감쇄특성은 양호해질 수 있지만 공진기의 수가 증가된 만큼의 삽입손실이 추가로 발생하게 된다. 또한, 너치의 구현에 의하는 경우라도 너치를 무한정 구현시키는 것은 불가능하므로 삽입손실을 유지하면서 현재보다 더 급격한 감쇄특성을 만족시키는 것은 불가능하다.
따라서, 삽입손실이 증가할 경우 시스템 전체의 잡음지수(Noise Figure,NF)가 증가하게 되고 기지국의 커버리지가 좁아져서 무선 신호의 통달거리 및 통화가능 거리가 감소되게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, RF 또는 마이크로파 무선 시스템의 수신기 잡음 지수를 저하시켜 무선 신호의 통화 가능 거리를 증가시킬 수 있는 무선 시스템 수신기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 무선 시스템 수신기 내부의 대역통과 여파기의 스커트 특성을 종래보다 더욱 가파르게 구성함으로써 타 사업자의 높은 송신 출력 뿐 아니라 수신되는 타 사업자의 주파수도 감쇄시켜 기지국의 수신단의 특징을 현저하게 향상시킬 수 있는 무선 시스템 수신기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래의 무선 시스템 수신기의 구성도,
도 2는 본 발명에 의한 일실시예에 따른 무선 시스템 수신기의 구성도,
도 3은 본 발명에 의한 다른 실시예에 따른 무선 시스템 수신기의 구성도,
도 4는 도 1의 종래의 무선 시스템 수신기와 도 2 및 도 3의 본 발명에 의한 무선 시스템 수신기의 시뮬레이션 결과도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 시스템 수신기의 구성도,
도 6은 도 5의 무선 시스템 수신기의 시뮬레이션 결과도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 시스템 수신기에 사용되는 능동 필터(active filter)의 구성도,
도 8은 도 7의 능동 필터의 출력 파형도,
도 9는 도 7의 능동 필터에 사용되는 대역통과 여파기의 구성도,
도 10은 상기 대역 통과 여파기의 출력 파형도,
도 11은 능동 필터를 사용하여 구현한 무선 시스템 수신기의 구성도,
도 12는 대역통과 여파기의 출력 파형도,
도 13은 도 11의 수신기의 시뮬레이션 결과도,
도 14 및 도 15는 도 11의 무선 시스템 수신기의 최종 출력 파형도.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
20...무선 시스템 수신기, 21... 방향성 결합기,
22...제1 대역통과 여파기, 23... 저잡음 증폭기,
24...제2 대역통과 여파기, 25...증폭기,
26...전력분배기, 36...제3 대역통과 여파기,
54...아이솔레이터, 70...능동필터.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 의한 무선 시스템 수신기는 입력 신호로부터 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기; 상기 제1 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기; 상기 저잡음 증폭기 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기; 및 상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 시스템 수신기는 입력 신호로부터 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기; 상기 제1 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기; 상기 저잡음 증폭기 후단에 연결되어 대역통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지하는 아이솔레이터; 상기 아이솔레이터 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기; 및 상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 시스템 수신기는 입력 신호로부터 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기; 상기 제1 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기; 상기 저잡음 증폭기 후단에 연결되어 대역통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지하기 위한 드롭인 타입 아이솔레이터가 내장된, 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기; 및 상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 다른 실시예에 따른 무선 시스템 수신기는 입력 신호로부터 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기와, 상기 제1 대역통과 여파기로부터 입력되는 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기를 일체 구성한 능동필터; 상기 능동필터 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기; 및 상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 다른 실시예에 따른 무선 시스템 수신기는 입력 신호로부터 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기와, 상기 제1 대역통과 여파기로부터 입력되는 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기를 일체 구성한 능동필터; 상기 능동필터 후단에 연결되어 대역 통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지하는 아이솔레이터; 및 상기 아이솔레이터 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기; 상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 다른 실시예에 따른 무선 시스템 수신기는 입력 신호로부터 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기와, 상기 제1 대역통과 여파기로부터 입력되는 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기를 일체 구성한 능동필터; 상기 능동필터 후단에 연결되어 대역통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지하기 위한 드롭인 타입 아이솔레이터가 내장된, 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기; 및 상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 다른 실시예에 따른 무선 시스템 수신기는 입력 신호로부터 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기와, 드롭인 타입 아이솔레이터가 그 후단에 내장되어 대역통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지하기 위는 동시에 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기를 일체 구성한 능동필터; 상기 능동필터 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기; 및 상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 일실시예에 따른 무선 시스템 수신기(20)의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 무선 시스템 수신기(20)는 방향성 결합기(21), 상기 방향성 결합기(21) 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기(22), 상기 제1 대역통과 여파기(22) 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기(23), 상기 저잡음 증폭기(23) 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기(24), 상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기(25) 및 상기 증폭기(25) 후단에 연결되어 전력을 분배하는 전력 분배기(26)로 구성된다.
즉, 2개의 대역통과 여파기(22,24)와 1개의 저잡음 증폭기(23) 및 1개의 증폭기(25)를 사용하여, 이들을 교대로 배치한 것을 특징으로 한다. 상기 무선 시스템 수신기(30)에 있어서, 출력 감쇄 특성은 대역 통과 여파기의 감쇄 특성과 동일하므로 도 1에서와 같은 종래 무선 시스템 수신기에 사용하는 대역통과 여파기의 감쇄 특성을 만족시키는 대역통과 여파기(22,24)를 사용한다.
한편, 상기 무선 시스템 수신기(20)에 있어서는 방향성 결합기(21)가 포함되어 있는 것으로 설명하였으나, 방향성 결합기는 입출력 신호를 추출(sampling)하여 통과 대역에서의 신호가 정상적으로 동작하는가를 확인하는 기능을 가지는 것으로서, 시스템 구성상 별도의 검출 기능이 필요없는 경우에는 방향성 결합기를 사용하지 않을 수도 있다. 이 점은 이하의 실시예들에 있어서도 동일하다.
또한, 상기 무선 시스템 수신기(20)에 있어서는 전력 분배기(26)가 포함되어 있는 것으로 설명하였으나, 전력 분배기(26)는 단지 출력 신호를 분배해 주는 것에 불과하므로 경우에 따라 생략할 수도 있다. 또한, 도면에서는 2-way 분배기를 나타내었으나 이에 한정되는 것이 아님은 물론이며 3-way 또는 그 이상의 분배기를 사용할 수도 있다. 이 점도 이하의 실시예에 있어서 동일하게 적용된다.
도 3은 본 발명에 의한 다른 실시예에 따른 무선 시스템 수신기의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 3의 무선 시스템 수신기(30)는 방향성 결합기(31), 상기 방향성 결합기(31) 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기(32), 상기 제1 대역통과 여파기(32) 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기(33), 상기 저잡음 증폭기(33) 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기(34), 상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기(35), 상기 증폭기(35) 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제3 대역통과 여파기(36) 및 상기 제3 대역통과 여파기(36) 후단에 연결되어 전력을 분배하는 전력 분배기(37)로 구성된다.
즉, 도 3의 실시예는 도 2의 실시예와 비교해 볼 때, 도 2의 증폭기(25)와 전력분배기(26) 사이에 제3 대역통과 여파기(36)를 삽입한 것을 특징으로 한다.
도 4는 상기 도 1의 종래의 무선 시스템 수신기와 도 2 및 도 3의 본 발명에 의한 무선 시스템 수신기의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
도 4a는 종래의 무선 시스템 수신기의 시뮬레이션 결과로서, 저잡음 증폭기 전단에 금속형 공진기 6단을 사용한 대역통과 여파기를 이용하여 시스템의 감쇄특성을 만족하였으며, 이득은 35dB, 잡음지수는 1.2dB인 저잡음 증폭기를 사용하였다. 이 경우 이득은 31.3dB이며 잡음지수는 1.90dB가 출력된다.
도 4b는 도 2의 실시예에 의한 무선 시스템 수신기의 시뮬레이션 결과로서, 시스템 전체의 잡음지수를 향상시키기 위해 저잡음 증폭기(23) 전단에 0.2dB 손실의 제1 대역통과 여파기(22)를 위치시키고 나머지 손실만큼의 제2 대역통과 여파기(24)를 저잡음 증폭기(23)와 증폭기(25) 사이에 위치시켰다. 이 경우, 이득은 31.1dB이며 잡음지수는 0.89dB이다.
도 4c는 도 3의 실시예에 의한 무선 시스템 수신기의 시뮬레이션 결과로서,증폭기(35) 전후단에 각각 0.2dB 손실의 대역통과 여파기를 위치시키고 측정한 것으로서, 이득은 31.1dB, 잡음지수는 0.88dB이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 시스템 수신기의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 5의 무선 시스템 수신기(50)는 방향성 결합기(51), 상기 방향성 결합기(51) 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기(52), 상기 제1 대역통과 여파기(52) 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기(53), 상기 저잡음 증폭기(53) 후단에 연결되어 대역통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지하는 아이솔레이터(isolator,54), 상기 아이솔레이터(54) 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기(55), 상기 제2 대역통과 여파기(55) 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기(56) 및 상기 증폭기(56) 후단에 연결되어 전력을 분배하는 전력 분배기(57)로 구성된다.
즉, 도 5의 무선 시스템 수신기(50)는 대역통과 여파기 간의 임피던스 정합을 유지하기 위한 아이솔레이터가 저잡음 증폭기와 대역통과 여파기 간에 삽입되어 구성되는 것을 특징으로 한다. 아이솔레이터라 함은 방향성을 가지고 있는 마이크로웨이브 수동 소자로서 한 쪽 방향으로는 적은 손실로 신호를 통과하게 하고 반대 방향으로는 신호를 차단하는 특성을 갖는다. 일반적으로 마이크로웨이브 소자간의 결합에는 임피던스 정합을 위해 별도의 튜닝과정을 거치게 된다. 따라서, 본 실시예에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 아이솔레이터를 삽입하였다. 이러한 구성에 의해, 도 2 및 도 3의 실시예의 수신기에 비해 대역 통과 여파기의 단수를 분리하여 결합함으로써 대역통과 여파기 하나로 구현했을 경우보다 감쇄특성과 손실면에서 발생하는 불리한 점과 임피던스 정합이 어려웠던 점을 해결할 수 있다.
한편, 도 5의 실시예에서, 상기 제2 대역통과 여파기(55)에 아이솔레이터를 일체화하여 구성할 수도 있다. 이러한 경우, 상기 제2 대역통과 여파기(55)와 그 전단의 아이솔레이터(54)를 일체화하게 된다. 이 때의 아이솔레이터는 드롭인 타입(Drop-in type)의 아이솔레이터를 사용할 수 있으며, 이 경우 대역 통과 여파기에 일체화하여 구성할 수 있다. 따라서, 동축 컨넥터 타입의 아이솔레이터에 비해 시스템의 내부 공간을 훨씬 더 적게 차지하게 되므로 시스템의 전체 크기를 소형화시킬 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 도 5의 수신기(50)를 시뮬레이션한 결과로서 보다 향상된 감쇄특성을 위해 대역통과 여파기의 공진기 단수를 8단(삽입손실 2.0dB)으로 한 것이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 이득은 31.35dB이며 잡음지수는 0.99dB이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 시스템 수신기에 사용하는 능동 필터(active filter)의 구성을 나타낸 구성도이다. 도 7의 능동필터는 방향성 결합기(71), 대역통과 여파기(72), 저잡음 증폭기(73)를 하나의 기구로 구현한 것을 말하며, 각 컨넥터간의 삽입손실을 감소시켜 잡음지수를 감소시키는 동시에 별개 구현의 경우에 비하여 적은 공간을 차지하므로 수신기의 소형화를 가능하게 한다.
이러한 능동 필터의 구성에 있어서 중요한 점은 저잡음 증폭기(73)의 안정적인 동작과 잡음지수의 최소화이다. 저잡음 증폭기의 안정적인 동작을 위해서는 능동 필터 내부의 저잡음 증폭기(73)로 유입되는 전력의 크기가 저잡음 증폭기 규격 이하이어야 한다. 즉, 저잡음 증폭기의 1dB 억제점 이하로 전력이 입력되어야만 저잡음 증폭기가 포화되지 않고 안정적으로 동작할 수 있다. 일반적으로, 기지국의 수신단에 비해 송신단의 전력이 저잡음 증폭기의 동작에 영향을 미치게 된다. 송신단의 전력을 차단하기 위해서는 능동 필터 내부의 대역 통과 여파기를 다음과 같은 점을 중심으로 적절하게 설계하여야 한다.
우선, 저잡음 증폭기의 안정적인 동작을 위해서는 송신단의 전력을 저잡음 증폭기가 동작할 수 있는 범위로 감쇄시켜야 한다. 송신단의 출력을 100W급이라 하고, 저잡음 증폭기의 1dB 억제점을 0dBm(입력기준)이라고 할 때, 저잡음 증폭기가 동작하기 위한 대역통과 여파기의 감쇄는,
50dBm(=10log(100W ×103))+0dBm = 50dBm 이다.
즉, 송신단 주파수 범위에서 50dBc 이상의 감쇄를 일으켜야 한다.
또한, 능동 필터의 잡음 지수를 최소화하기 위해서는 내부의 저잡음 증폭기 전단의 대역통과 여파기의 손실이 최소화되어야 한다. 이를 위해서는 송신단 감쇄특성을 만족하는 범위 내에서 공진기의 단수를 최소화하고 통과 대역을 최대한 늘려야 한다. 다음은 대역 통과 여파기의 설계 결과이다.
송신단 출력 전력을 1000W급이라 하고, 저잡음 증폭기의 입력 1dB 억제점을 0dBm이라고 하면, 대역통과 여파기의 감쇄는,
60dBm(= 10log(1000W ×103))+0dBm = 60dBm 이다.
즉, 60dBc 이상으로 감쇄시켜야 한다.
또한, 삽입손실을 0.3dB 이내로 설계하기 위해서는 대역통과 여파기의 공진기 수를 4개로 하고, 통과 대역폭을 25MHz 이상으로 하고, 너치를 구현하여 송신단 전력을 가능한 한 크게 차단하도록 한다.
또한, 능동 필터의 저잡음 증폭기의 설계에 있어서 가장 중요한 것은 잡음 지수의 최소화이다. 일반적으로 종래의 무선 시스템 수신기에서는 이득이 높은 저잡음 증폭기를 사용하므로 저잡음 증폭기 내부에 트랜지스터를 다단으로 구성하게 되고 이에 따라 잡음지수도 증가하게 되었다.
본 발명에서는 능동 필터 내부의 저잡음 증폭기는 잡음지수가 양호하고 비교적 이득이 낮도록 설계하였다. 다음은 본 발명의 능동 필터에 사용된 저잡음 증폭기의 규격이다.
1. 이득(Gain) : 14.0 ±1 dB
2. 반사 손실(Return loss) : 20dB 이상
3. 평탄도(Gain flatness) : ±0.1dB 이하
4. 잡음지수(Noise Figure) : 0.6 dB 이하
5. 1dB 억제점(1dB Compression point) : 14dBm 이상(출력기준)(입력기준일 경우 0dBm 이상)
6. OIP3 : 25dBm 이상
도 8은 이러한 구성에 의한 능동 필터의 출력 파형을 나타낸 것이며, 도 9는 상기와 같은 설계 기준에 의한 능동 필터에 사용되는 대역통과 여파기의 구성도이고, 도 10은 상기와 같은 대역 통과 여파기의 출력 파형을 나타낸 것이다.
한편, 상기 도 7 내지 도 10에서 설명한 바와 같은 능동 필터에 있어서, 방향성 결합기를 제외한 구성을 사용할 수도 있다. 즉, 도 2에서 설명한 바와 같이, 방향성 결합기는 능동 필터의 입출력 신호를 추출(sampling)하여 통과 대역에서의 신호가 정상적으로 동작하는가를 확인하는 기능을 가지는 것으로서, 시스템 구성상 방향성 결합기만을 별도로 분리하여 컨넥터로 결합하여 구성할 수도 있고, 별도의 검출 기능이 필요없는 경우에는 방향성 결합기를 능동 필터에서 사용하지 않을 수도 있다. 이러한 경우, 능동 필터는 대역통과 여파기와 저잡음 증폭기만으로 구현할 수 있게 된다.
한편, 상기 도 7 내지 도 10에서 설명한 바와 같은 능동 필터에 있어서, 아이솔레이터를 능동 필터에 포함시켜 일체화한 구성을 사용할 수도 있다. 상기 도 5의 실시예에서 설명한 바와 같이, 한 쪽 방향으로는 적은 손실로 신호를 통과하게 하고 반대 방향으로는 신호를 차단하는 특성을 갖는 아이솔레이터를 능동 필터의 저잡음 증폭기 후단에 일체화하여 구성함으로써, 능동 필터에서 나오는 신호가 그대로 아이솔레이터 후단의 대역 통과 여파기로 진행하도록 하고 대역 통과 여파기와 결합되면서 발생하는 반사파 성분을 아이솔레이터에서 차단하도록 함으로써 안정적인 출력 특성을 얻을 수 있다.
도 11은 상기 설명한 바와 같은 능동 필터를 사용하여 구현한 무선 시스템 수신기(110)의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 수신기(110)는 능동필터(111), 상기능동필터(111) 후단에 연결되어 대역통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지하는 제1 아이솔레이터(112), 상기 제1 아이솔레이터(112) 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기(113), 상기 제1 대역통과 여파기(113) 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기(114), 상기 증폭기(114) 후단에 연결되어 대역통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지하는 제2 아이솔레이터(115), 상기 제2 아이솔레이터(115) 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기(116) 및 상기 제2 대역통과 여파기(116) 후단에 연결되어 전력을 분배하는 전력 분배기(117)로 구성된다.
즉, 도 11의 실시예는 상기 도 7 내지 도 10에서 설명한 바와 같은 방향성 결합기, 대역통과 여파기 및 저잡음 증폭기를 일체로 구현한 능동 필터(111)를 사용한다는 점과 2개의 아이솔레이터를 사용하여 대역통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지한다는 점을 특징으로 한다.
상기 능동필터(111)에 대해서는 상기 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명한 바와 같으며, 상기 아이솔레이터(112,115)는 각 소자간의 임피던스 정합을 유지하기 위한 것이다.
상기 대역통과 여파기(113,116)는 수신 대역폭 이외의 주파수 성분을 감쇄시키기 위한 것으로서, 종래의 무선 시스템 수신기에서는 저잡음 증폭기 후단에 별도의 대역통과 여파기를 사용하지 않고 저잡음 증폭기 전단에서 수신대역 이외의 감쇄특성을 만족하여야 했으므로 수신기 내부 공간 및 규격에 대한 제약이 있었다. 그러나, 본 실시예에서는 능동 필터를 사용함으로써, 능동 필터 후단의 삽입손실은시스템의 잡음지수에 큰 영향을 주지 않으므로 비교적 소형이면서 감쇄특성이 급격한 대역통과 여파기를 사용하여 전체 시스템에서의 감쇄특성을 양호하게 할 수 있다. 또한, 상기 대역통과 여파기(113,116)의 감쇄특성을 더욱 증가시키면 타 사업자의 수신 주파수 간섭을 억제시킬 수 있어 기지국의 RF 단에서도 그동안 IF 단에서만 구현할 수 있었던 RF SAW 필터의 특성을 구현할 수 있게 된다. 도 12는 상기 대역통과 여파기(113,116)의 출력 파형을 나타낸 것이다.
한편, 상기 도 5의 실시예에서 설명한 바와 같이, 상기 대역통과 여파기(113,116)에 아이솔레이터를 일체화하여 구성할 수도 있다. 일반적으로, 수동소자에 비해 능동소자의 수명이 더 짧기 때문에 시스템 상에서 고장이나 교체하는 비율은 수동소자에 비해 능동소자의 확률이 높다. 따라서, 능동 소자인 능동 필터내에 아이솔레이터를 구현하는 것보다 능동 필터와는 별도로 대역통과 여파기와 아이솔레이터를 구현하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우, 상기 제1 대역통과 여파기(113)와 그 전단의 제1 아이솔레이터(112)를 일체화하고, 상기 제2 대역통과 여파기(116)와 그 전단의 제2 아이솔레이터(115)를 일체화할 수 있다. 이 때, 상기 설명한 바와 마찬가지로, 드롭인 타입의 아이솔레이터를 대역 통과 여파기에 부착하게 되면 동축 컨넥터 타입의 아이솔레이터에 비해 시스템의 내부 공간을 훨씬 더 적게 차지하게 되므로 시스템의 전체 크기를 소형화시킬 수 있다.
한편, 상기 증폭기(114)는 상기 능동 필터에 삽입되는 저잡음 증폭기와는 다른 규격이며, 본 증폭기(114)의 잡음지수는 전체 시스템의 잡음지수에는 큰 영향이 없으므로 시스템의 OIP3 규격에 중점을 두고 설계한다. 다음은 증폭기(114)의 규격이다.
1. 이득(Gain) : 30 ±1dB
2. 반사 손실(Return loss) : 20dB 이상
3. 평탄도(Gain flatness) : ±0.1dB 이하
4. 잡음지수(Noise Figure) : 2.0 dB 이하
5. 1dB 억제점(1dB Compression point) : 27dBm 이상(출력기준)(입력기준일 경우 -3.0dBm 이상)
6. OIP3 : 40dBm 이상
도 13은 도 11의 수신기(110)를 시뮬레이션한 결과로서, 이득은 34.30dB이며, 잡음지수는 1.12dB이며, 도 14 및 도 15는 본 수신기(110)의 최종 출력 파형을 나타낸 것이다.
한편, 상기 실시예들에 있어서, 대역통과 여파기에 사용되는 공진기는 금속형 공진기 또는 유전체 공진기를 사용한다. 금속형 공진기는 저렴하다는 장점이 있고, 유전체 공진기는 가격은 비싸지만 대역통과 여파기의 삽입손실을 현저하게 줄일 수 있다는 장점이 있다.
한편, 일반적으로 무선 시스템 수신기의 잡음지수를 감소시키기 위해서 철탑 등의 지대가 높은 곳에 TTLNA(Tower Top LNA) 구조를 사용하며, TTLNA에서 받은 수신 신호를 지상으로 전송하기 위해서는 고가의 피더 케이블(Feeder cable)을 사용하였으며, TTLNA에 전원을 공급하기 위해서는 별도의 전원 전송선로를 필요로 하였다. 그러나, 본 발명에 의한 무선 시스템 수신기는 상기 설명한 바와 같이 종래의수신기에 비하여 훨씬 더 잡음 지수를 감소시킬 수 있다. 또한 고가의 피더 케이블 대신 일반 RF 케이블을 사용할 수 있으므로 경제성이 있고 설치 및 유지 보수가 용이하며 별도의 전원 전송 선로 없이 일반 RF 케이블을 이용하여 TTLNA에 전원을 공급할 수 있게 된다.
이상에서, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 구성을 설명하였으나, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것이 아님은 물론이며 여러 가지 형태의 변형 및 수정과 상기 실시예들간의 여러 가지 형태의 결합이 가능하다는 점은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게는 명백할 것이다.
본 발명에 의하면, RF 또는 마이크로파 무선 시스템의 수신기 잡음 지수를 저하시켜 무선 신호의 통화 가능 거리를 증가시킬 수 있다. 또한, 무선 시스템 수신기 내부의 대역통과 여파기의 스커트 특성을 종래보다 더욱 가파르게 구성함으로써 타 사업자의 높은 송신 출력 뿐 아니라 수신되는 타 사업자의 주파수도 감쇄시켜 기지국의 수신단의 특징을 현저하게 향상시킨 무선 시스템 수신기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 능동 필터를 사용함으로써 보다 잡음지수 특성이 향상되고 소형화된 무선 시스템 수신기를 제공할 수 있다.

Claims (24)

  1. 입력 신호로부터 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기;
    상기 제1 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기;
    상기 저잡음 증폭기 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기; 및
    상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  2. 입력 신호로부터 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기;
    상기 제1 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기;
    상기 저잡음 증폭기 후단에 연결되어 대역통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지하는 아이솔레이터;
    상기 아이솔레이터 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기; 및
    상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  3. 입력 신호로부터 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기;
    상기 제1 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기;
    상기 저잡음 증폭기 후단에 연결되어 대역통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지하기 위한 드롭인 타입 아이솔레이터가 내장된, 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기; 및
    상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증폭기 후단에 연결되어 전력을 분배하는 전력 분배기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 증폭기와 전력분배기 사이에 삽입되어, 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제3 대역통과 여파기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 대역통과 여파기 전단에 삽입되어, 입출력 신호를 추출하여 통과 대역에서의 신호가 정상적으로 동작하는가를 확인하는 방향성 결합기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 대역통과 여파기 전단에 삽입되어, 입출력 신호를 추출하여 통과 대역에서의 신호가 정상적으로 동작하는가를 확인하는 방향성 결합기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 대역통과 여파기 전단에 삽입되어, 입출력 신호를 추출하여 통과 대역에서의 신호가 정상적으로 동작하는가를 확인하는 방향성 결합기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  9. 입력 신호로부터 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기와, 상기 제1 대역통과 여파기로부터 입력되는 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기를 일체 구성한 능동필터;
    상기 능동필터 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기; 및
    상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  10. 입력 신호로부터 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기와, 상기 제1 대역통과 여파기로부터 입력되는 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기를 일체 구성한 능동필터;
    상기 능동필터 후단에 연결되어 대역 통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지하는 아이솔레이터; 및
    상기 아이솔레이터 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기
    상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  11. 입력 신호로부터 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기와, 상기 제1 대역통과 여파기로부터 입력되는 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기를 일체 구성한 능동필터;
    상기 능동필터 후단에 연결되어 대역통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지하기 위한 드롭인 타입 아이솔레이터가 결합된, 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기; 및
    상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  12. 제9항 내지 제11항에 있어서,
    상기 증폭기 후단에 연결되어 대역통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지하는 제2 아이솔레이터; 및
    상기 제2 아이솔레이터 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제3 대역통과 여파기
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3 대역통과 여파기 후단에 연결되어 전력을 분배하는 전력 분배기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  14. 제9항 내지 제11항에 있어서,
    상기 능동필터는 상기 능동필터의 상기 제1 대역통과 여파기 전단에 삽입되어, 입출력 신호를 추출하여 통과 대역에서의 신호가 정상적으로 동작하는가를 확인하는 방향성 결합기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 능동필터는 상기 능동필터의 상기 제1 대역통과 여파기 전단에 삽입되어, 입출력 신호를 추출하여 통과 대역에서의 신호가 정상적으로 동작하는가를 확인하는 방향성 결합기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 능동필터는 상기 능동필터의 상기 제1 대역통과 여파기 전단에 삽입되어, 입출력 신호를 추출하여 통과 대역에서의 신호가 정상적으로 동작하는가를 확인하는 방향성 결합기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  17. 입력 신호로부터 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제1 대역통과 여파기와, 드롭인 타입 아이솔레이터가 그 후단에 내장되어 대역통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지하기 위는 동시에 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기를 일체 구성한 능동필터;
    상기 능동필터 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제2 대역통과 여파기; 및
    상기 제2 대역통과 여파기 후단에 연결되어 신호를 증폭시키는 증폭기
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 증폭기 후단에 연결되어 대역통과 여파기간의 임피던스 정합을 유지하는 제2 아이솔레이터; 및
    상기 제2 아이솔레이터 후단에 연결되어 소정 주파수 대역만을 통과시키는 제3 대역통과 여파기
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제3 대역통과 여파기 후단에 연결되어 전력을 분배하는 전력 분배기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  20. 제17항 내지 제19항에 있어서,
    상기 능동필터는 상기 능동필터의 상기 제1 대역통과 여파기 전단에 삽입되어, 입출력 신호를 추출하여 통과 대역에서의 신호가 정상적으로 동작하는가를 확인하는 방향성 결합기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 능동필터의 상기 제1 대역통과 여파기의 공진기는 금속 공진기 또는 유전체 공진기인 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 능동필터의 상기 제1 대역통과 여파기의 공진기는 금속 공진기 또는 유전체 공진기인 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  23. 제17항 내지 제19항에 있어서,
    상기 무선 시스템 수신기는 RF 케이블에 의해 외부로 신호를 전송하는 것을특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 무선 시스템 수신기는 RF 케이블에 의해 외부로 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 시스템 수신기.
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