KR20010084409A

KR20010084409A - 이동통신 시스템의 기지국 전력증폭부 보호를 위한입력신호 제한회로

Info

Publication number: KR20010084409A
Application number: KR1020000009437A
Authority: KR
Inventors: 이양원
Original assignee: 한흥섭; 단암전자통신주식회사
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2001-09-06
Also published as: KR100354548B1

Abstract

본 발명은 디지털 셀룰러 이동전화나 개인휴대통신시스템(PCS)의 기지국에 관련된 것으로서, 셀 내에서 갑작스런 사용자 증가와 전력증폭기(power amplifier) 설치시에 부주의로 인해 증폭기에 과도한 입력신호가 인가될 때 초래되는 전력증폭기의 파손을 막는 보호회로에 관한 것이다. 본 발명은 이동통신의 기지국에서 전력증폭기(power amplifier)의 입력회로로서, 신호선로를 따라 전력증폭기에 입력되는 신호의 레벨이 미리 설정된 입력레벨을 초과하면 입력신호의 일부를 검출하는 신호검출 수단, 검출된 신호를 이용하여, 전력증폭기에 입력되는 신호레벨을 미리 설정된 입력레벨로 일정하게 조절하는 자동이득조절 수단, 전력증폭기 입력단 주위의 온도를 측정하여 온도에 따른 입력레벨의 변화를 방지하는 온도보상 수단을 포함하여 구성된다.

Description

이동통신 시스템의 기지국 전력증폭부 보호를 위한 입력신호 제한회로{Input protector for power amplifier in base station of mobile communication system}

본 발명은 디지털 셀룰러 이동전화나 개인휴대통신시스템(PCS)의 기지국에관련된 것으로서, 셀 내에서 갑작스런 사용자 증가와 전력증폭기(power amplifier) 설치시에 부주의로 인해 증폭기에 과도한 입력신호가 인가될 때 초래되는 전력증폭기의 파손을 막는 보호회로에 관한 것이다.

이동전화의 기지국은 도1과 같이 구성된다.

제어부(control frame, 1)에는 CPU가 내장되어 있으며 기지국의 기본신호주파수를 발생시키는 RFG(radio frequency generator)를 포함하고 있으며, 데이터선이 ECP(executive cellular processor)와 연결되어 있어서 ECP에 지시를 받아 모든 일을 수행하고 ECP로 단말기가 보고를 하며, 단말기가 통화중일 때에는 전계강도를 계속 측정하여 신호가 미약해지면 인접 기지국으로 전환(handoff)시켜 준다. 단말기가 기지국 내에 있을 때에는 단발기의 식별번호를 보내라고 명령하며 단말기의 ID를 ECP로 보내서 최초 등록하였을 때에 HLR(home location register) 또는 타지역으로 방문하였을 때 VLR(visitor location register)을 관리하도록 보고하는 역할을 한다.

트랜시버(transceiver, 2)는 유선과 무선을 결합시키는 역할을 하는데, 고유한 채널을 발생하여 음성을 실어 송신안테나(6)로 보내며, 또한 단말기로부터 수신한 전파를 국선교환망(PSTN)을 통하여 이동전화 교환기로 보낸다.

트랜시버(2)에서 발생된 고유채널의 약한 전력은 전력증폭기(PA: power amplifier, 3)에서 강한 공중선 전력으로 증폭된 다음에 CAB(4)에서 여파되어 컴바이너(combiner, 5)에서 16개의 채널이 합성된 후 송신안테나(6)로 전달되어 방사된다.

한편, 수신전파는 수신안테나(7)를 통하여 수신되어 신호분배기(8)를 거쳐 트랜시버(2)에 입력된다.

이렇게 구성되는 이동통신의 기지국에서, 전력증폭기(3)은 매우 고가의 장비로서, 통화품질과 이동통신 시스템의 출력품질을 좌우하는 중요한 부분이다. 그런데, 셀(cell) 내에서 사용자가 갑자기 폭주할 때에는 전력증폭기에 과도한 입력신호가 인가된다. 또한, 전력증폭기를 설치할 때에 부주의한 취급으로 인해 전력증폭기의 입력에 정격 이상의 과도한 신호가 인가될 수 있다. 이렇게, 종래에는 정격을 넘는 과도한 입력신호에 의해 전력증폭기가 파손되는 문제가 있다.

이에, 본 발명자는 평소 신호레벨에서는 정상적으로 전력증폭기로 신호가 전달, 과도 입력레벨에서는 감쇠, 전력증폭기를 보호하는 회로를 발명.

본 발명의 목적은 전력증폭기에 입력되는 신호를 검출하여 자동으로 일정레벨로 이득조절을 하며, 온도변화에 따라 변하는 입력신호의 레벨을 일정하게 유지하는, 이동통신 시스템의 기지국 전력증폭부 보호를 위한 입력신호 제한회로를 제공하는 것이다.

도1은 이동통신 시스템의 기지국 개요도.

도2는 본 발명의 회로도.

도3은 신호검출부의 PCB 패턴.

도4는 검파기의 기능도.

<도면의 주요부호의 설명>

제어부(control frame, 1), 트랜시버(transceiver, 2), 전력증폭기(power amplifier, 3), CAB(4), 컴바이너(combiner, 5), 송신안테나(6), 수신안테나(7), 신호분배기(8), 신호선로(10), 신호감쇠기(12, 13), 안테나 패턴(11, 31), 신호검출부(30), 자동이득조절부(50), 온도보상부(70), 증폭기(33), 검파기(51), 증폭기(53), 입력레벨 조절기(55), 제1DC루프(57), 제2DC루프(59), 온도센서(71), 비교기(73), 제3DC루프(75), 정전압회로(90), 정전압 IC(91)

본 발명은 이동통신의 기지국에서 전력증폭기(power amplifier)의 입력회로로서, 신호선로를 따라 전력증폭기에 입력되는 신호의 레벨이 미리 설정된 입력레벨을 초과하면 입력신호의 일부를 검출하는 신호검출 수단, 검출된 신호를 이용하여, 전력증폭기에 입력되는 신호레벨을 미리 설정된 입력레벨로 일정하게 조절하는자동이득조절 수단, 전력증폭기 입력단 주위의 온도를 측정하여 온도에 따른 입력레벨의 변화를 방지하는 온도보상 수단을 포함하여 구성된다.

신호검출 수단은 전력증폭기의 입력레벨이 -1dBm 내지 +4dBm일 때에 신호를 검출하는데, 전력증폭기에 입력되는 신호가 지나는 PCB 패턴에서 방사되는 신호를 수신하기 위한 PCB 패턴인 것을 특징으로 한다.

자동이득조절 수단은 일정한 DC전압을 신호선로에 인가하는 제1DC루프와, 신호검출 수단에서 출력되는 신호를 검파하여 DC신호로 변환하는 검파수단과, 검파기에 의해 변환된 DC전압을 신호선로에 인가하는 제2DC루프로 구성된다.

온도보상 수단은 전력증폭기 입력단 주위의 온도를 감지하는 온도감지 수단과, 온도감지 수단의 출력신호를 미리 설정된 기준전압과 비교하는 비교수단과, 비교수단의 출력신호에 따라 전력증폭기의 입력신호 선로에 DC전압을 인가하는 제3DC루프로 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 이동통신 시스템 전력증폭기 입력신호 제한회로(이하, "본 회로")의 실시예를 회로도를 참조하여 구체적으로 설명한다. 본 발명은 이동통신 시스템의 기지국 내에서 전력증폭기(power amplifier)에 입력되는 RF신호가 흐르는 선로에 부가되는 회로이다.

도2에서 본 회로는, 트랜시버로부터 본 회로의 입력단자(IN)로 입력된 신호가 출력단자(OUT)를 통해 전력증폭기로 흐르는 신호선로(10)에 부가하여,

전력증폭기에 입력되는 신호레벨이 미리 설정된 입력레벨을 초과하면 입력신호의 일부를 검출하는 신호검출부(30), 검출된 신호를 이용하여 전력증폭기에 입력되는 신호레벨을 미리 설정된 입력레벨로 일정하게 조절하는 자동이득조절부(50), 전력증폭기 입력단 주위의 온도를 측정하여 온도에 따른 입력레벨의 변화를 방지하는 온도보상부(70)로 구성된다.

신호를 검출하는 방법은 여러가지가 있을 수 있으나, 본 실시예에서는 PCB 패턴을 이용하였다. 도3을 참조하면, 신호선로(10)를 지나는 입력신호는 매우 높은 주파수이기 때문에 PCB 패턴(11)이 방사안테나 역할을 하고, 신호검출부(30)에서는 이 신호를 수신할 수 있도록 수신안테나 역할을 하는 PCB 패턴(31)을 형성하여 검출하는 방법을 사용하였다. 수신안테나 패턴(31)은 λ/4 (λ= 파장) 다이폴 원리에 의해 선로를 지나는 주파수의 λ/4가 되도록 길이를 맞출 필요가 있다.

위에서 검출하는 신호의 레벨은, 신호선로(10)의 입력단자(IN)에 입력된 신호의 과도치가 -1dBm 이하일 때에는 신호가 검출되지 않고, -1dBm 내지 +4dBm일 때에 신호가 검출되도록 구성되어 있다. 따라서, 방사안테나 패턴(11)과 수신안테나 패턴(31)의 간격(d)을 이에 맞게 유지하여야 한다. 위의 경우에 d는 약 0.3~0.5mm이 된다.

다시 도2로 돌아가면, 신호검출부(30)에는 검출된 신호를 증폭하는 증폭기(33)가 추가로 포함되는 것을 볼 수 있다. 증폭기(33)는 형번이 ERA-4SM인 MMIC AMP로서, 검출된 신호가 매우 미약하기 때문에 이를 증폭하기 위한 것이다.

이 증폭기(33)에 바이어스 전압을 공급하기 위하여 저항 R5, R6, R7, R8을 통해 +12VDC를 인가한다. 저항 R5, R6, R7, R8을 4개 병렬로 사용한 것은 흐르는전류가 많아 저항 하나로는 전력스펙에 미치지 못하기 때문으로서, 와트수에 맞는 저항을 하나만 써도 당연히 가능하다. 본 실시예에서는 회로의 모든 저항을 같은 규격으로 사용하다 보니까 위와 같이 저항 4개를 써서 전력스펙을 맞춘 것이다.

도2에서, 자동이득조절부(50)는 신호검출부(30)에서 출력되는 신호를 검파하여 DC신호로 변환하는 검파기(51)와, 검파기(51)의 DC출력을 증폭하는 증폭기(53)와, 변환된 DC값을 이용하여 전력증폭기의 입력신호 경로에 중첩하여 DC루프를 형성하여 전력증폭기의 입력레벨을 조절하는 입력레벨 조절기(55)로 구성된다.

검파기(51)는 제너다이오드 D4와 커패시터 C6을 이용하여 입력 고주파신호를 DC신호로 변환하는 역할을 한다. 즉, 도4의 (a)에서와 같이, 고주파신호가 D4의 정류작용에 의해 (+)주기만 D4를 통과하면, (b)에서와 같이 D4를 통과한 파형이 C6의 충방전 작용에 의해 DC신호로 변환되는 것이다. 검파기(51)에서 출력되는 DC 레벨은 입력되는 고주파신호의 레벨에 따른다. 즉, 신호검출부(30)에 의해 검출된 과도입력의 크기에 비례하여, 검파기(51)의 출력인 DC레벨의 크기가 변한다. 증폭기(53)는 검파기(51)의 출력레벨이 낮기 때문에 이를 증폭하기 위한 것으로, 2904 OP앰프를 사용하였다.

증폭기(53)를 거쳐 증폭된 DC전압은 입력레벨 조절기(55)에 인가되어, 자동으로 신호선로(10)를 흐르는 신호의 레벨을 일정하게 유지하도록 한다(automatic gain control). 입력레벨 조절기(55)는 2개의 다이오드 D1,2와 저항 R23으로 이루어지는 제1DC루프(57)와, D3과 R23으로 이루어지는 제2DC루프(59)로 이루어진다. 제1DC루프(57)는 +12V가 항상 신호선로(10)의 "14"점에 인가되도록 하고, 제2DC루프(59)는 신호검출부(30)에 의해 검출된 신호에서 DC변환된 DC전압이 "15"점에 인가되도록 한다. 따라서, "14"점과 "15"점의 DC전압 차이에 따라 신호선로(10)를 흐르는 고주파신호는 "14"점에 인가되는 DC전압에 의해 미리 설정된 레벨을 항상 유지하게 된다.

다시 도2로 돌아가서, 온도보상부(70)는 전력증폭기 입력단 주위의 온도를 감지하는 온도센서(71)와, 온도센서(71)의 출력신호를 미리 설정된 기준전압과 비교하는 비교기(73)와, 비교기(73)의 출력신호에 따라 전력증폭기의 신호선로(10)에 DC전압을 인가하는 제3DC루프(75)로 구성된다. 온도센서(71)로는 모토롤라사의 LM335를 사용하였고, 비교기는 2904 OP앰프를 사용하였다.

비교기(73)의 기준전압은 가변저항 VR1로 설정하는데, 적절한 온도에서 기준전압을 설정해 놓고 온도센서(71)의 출력을 비교기(73)의 입력에 연결하면, 주위 온도에 따라 온도센서(71)에서 출력하는 전압값이 달라질 것이다(일반적으로 온도가 높으면 신호선로(10)에 흐르는 신호레벨이 내려간다). 따라서, 비교기(73)에서는 달라진 DC전압이 출력되어, L6, D6, R24를 통한 DC루프를 형성하여 제3신호선로(10)의 "16"점에 DC전압을 인가한다.

따라서, 제1DC루프(57)와 제3DC루프(75)의 차이에 따라, 제1DC루프(57)에 설정된 전압에 의해 미리 설정된 레벨의 고주파신호가 일정하게 신호선로(10)를 흐르도록 한다.

도2의 회로에서 설명하지 않은 주요부품에 대해 설명한다. 신호선로(10) 상에 있는 R2, R3, R4가 이루는 회로(12)와 R26, R27, R28가 이루는 회로(13)는 각각선로자체에 부가된 신호감쇠기(attenuator)이고, 선로에 삽입되어 있는 커패시터 C1, C2, C9, C12, C13, C14, C16은 고주파신호는 흐르되, DC신호는 흐르지 못하도록 하기 위하여 사용한 것이다. 고주파신호용이라서, 정전용량이 100pF으로 매우 작음을 알 수 있다.

신호검출부(30)의 L1과, 자동이득조절부(50)의 L2, L3, L4와, 온도보상부(70)의 L6과, 신호선로(10)의 L5는 쵸크코일로서, 고주파신호를 차단하고 DC신호만 흐르도록 하는 역할을 한다. 고주파를 차단하기 위하여 인덕턴스가 220nH로 매우 작음을 알 수 있다. 도2 회로의 오른쪽 아래에 있는 회로(90)는 정전압 IC인 7812(91)를 나타내는 것이다. 입력전압 +27VDC로부터 +12VDC의 정전압을 출력하고 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 기지국 전력증폭부 입력제한회로의 구체적인 실시예를 설명하였다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 앞에서 설명한 실시예에 한정되어 실시될 수 있는 것은 아니다. 당업자라면, 본 발명의 기술적 사상을 기초로 하여 여러가지로 변형실시할 수 있을 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 셀 내에서 사용자가 갑자기 폭주하여 전력증폭기에 과도한 입력신호가 인가되거나 전력증폭기를 설치할 때에 부주의한 취급으로 인해 전력증폭기의 입력에 정격 이상의 과도한 신호가 인가되더라도 이를 일정한 레벨로 유지할 수 있기 때문에 전력증폭기가 파손되는 문제를 해결할 수 있다.

Claims

이동통신의 기지국에서 전력증폭기(power amplifier)의 입력회로로서,

신호선로를 따라 전력증폭기에 입력되는 신호의 레벨이 미리 설정된 입력레벨을 초과하면 입력신호의 일부를 검출하는 신호검출 수단,

검출된 신호를 이용하여, 전력증폭기에 입력되는 신호레벨을 미리 설정된 입력레벨로 일정하게 조절하는 자동이득조절 수단,

전력증폭기 입력단 주위의 온도를 측정하여 온도에 따른 입력레벨의 변화를 방지하는 온도보상 수단을 포함하여 구성되는, 이동통신 시스템의 기지국 전력증폭부 보호를 위한 입력신호 제한회로.
청구항 1에서, 신호검출 수단은 전력증폭기의 입력레벨이 -1dBm 내지 +4dBm일 때에 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는, 이동통신 시스템의 기지국 전력증폭부 보호를 위한 입력신호 제한회로.
청구항 1 또는 2에서, 신호검출 수단은 전력증폭기에 입력되는 신호가 지나는 PCB 패턴에서 방사되는 신호를 수신하기 위한 PCB 패턴인 것을 특징으로 하는, 이동통신 시스템의 기지국 전력증폭부 보호를 위한 입력신호 제한회로.
청구항 1에서, 신호검출 수단은 검출된 신호를 증폭하는 증폭수단을 추가로포함하는, 이동통신 시스템의 기지국 전력증폭부 보호를 위한 입력신호 제한회로.
청구항 1 또는 4에서, 자동이득조절 수단은

일정한 DC전압을 신호선로에 인가하는 제1DC루프와,

신호검출 수단에서 출력되는 신호를 검파하여 DC신호로 변환하는 검파수단과,

검파기에 의해 변환된 DC전압을 신호선로에 인가하는 제2DC루프로 구성되는, 이동통신 시스템의 기지국 전력증폭부 보호를 위한 입력신호 제한회로.
청구항 5에서,

검파수단은 제너다이오드 D4를 이용한 검파회로이고,

제1DC루프(57)는 신호선로에 DC전압을 인가하는 지점(14)에 애노드가 연결된 다이오드 D1과, D1의 캐소드에 연결된 저항 R22와, R22의 반대단에 애노드가 연결되고 캐소드는 신호선로에 연결된 다이오드 D2와, D2의 캐소드와 공통접지 단자에 연결된 저항 R23으로 구성되고,

제2DC루프(59)는 검파기에 의해 변환된 DC전압이 신호선로에 인가되는 지점(15)에 다이오드 D3의 애노드가 연결되도록 D3이 신호선로에 삽입되고, D3의 캐소드와 공통접지 단자에 저항 R23이 연결되고,

제1DC루프와 제2DC루프 사이의 신호선로에는 직류차단용 커패시터 C9가 삽입되는 것을 특징으로 하는, 이동통신 시스템의 기지국 전력증폭부 보호를 위한 입력신호 제한회로.
청구항 6에서, 검파수단의 DC출력을 증폭하는 증폭기가 추가로 포함되는, 이동통신 시스템의 기지국 전력증폭부 보호를 위한 입력신호 제한회로.
청구항 1에서,

온도보상 수단은 전력증폭기 입력단 주위의 온도를 감지하는 온도감지 수단과, 온도감지 수단의 출력신호를 미리 설정된 기준전압과 비교하는 비교수단과, 비교수단의 출력신호에 따라 전력증폭기의 입력신호 선로에 DC전압을 인가하는 제3DC루프로 구성되는 것을 특징으로 하는, 이동통신 시스템의 기지국 전력증폭부 보호를 위한 입력신호 제한회로.
청구항 8에서, 제3DC루프(75)는 신호선로에 비교기(73)의 출력 DC전압을 인가하는 지점(16)에 다이오드 D6의 애노드가 연결되도록 D6이 신호선로에 삽입되고, D6의 캐소드와 공통접지 단자에 저항 R24가 연결되고,

제2DC루프와 제3DC루프 사이의 신호선로에는 직류차단용 커패시터 C12가 삽입되는 것을 특징으로 하는, 이동통신 시스템의 기지국 전력증폭부 보호를 위한 입력신호 제한회로.