KR20020036921A - 무선 시스템에서 송수신 신호 분리 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양방향 무선 시스템의 RF 회로에 관한 것으로, 특히 서큘레이터를 이용한 RF 송수신 신호를 분리하는 회로에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 양방향 무선 시스템의 RF 회로에 있어서 듀플렉스와 분리기를 대신하여 방향성을 가지는 서큘레이터를 사용한다. 따라서, 본 발명은 양방향 무선 시스템의 RF 회로에서 듀플렉스와 분리기를 대신하여 서큘레이터를 사용하므로써 송신단의 전력 손실이 듀플렉스와 분리기의 전력손실보다 작기 때문에 전력증폭기의 소비전류가 작아지는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 동작 주파수 대역이 높아질수록 서큘레이터의 크기를 줄일 수 있으므로 듀플렉스와 분리기를 이용하는 경우에 비해 회로의 크기를 줄일 수 있는 이점이 있다.

Description

무선 시스템에서 송수신 신호 분리 회로{TRANSMITTED/RECEIVED SIGNAL SEPRATION CIRCUIT IN WIRELESS SYSTEM}

본 발명은 송수신을 동시에 수행하는 양방향 무선 시스템의 RF 회로에 관한 것으로, 특히 양방향 무선 시스템에서 서큘레이터(Circulator)를 이용하여 RF 송수신 신호를 분리하는 회로에 관한 것이다.

통상적으로 무선 시스템은 사용되는 용도에 따라 송신 또는 수신만을 하는 시스템도 있지만 현재 사용되는 대부분 시스템은 송수신을 모두 필요로 하는 양방향 무선 시스템이다.

일반적인 양방향 무선 시스템의 RF 회로는 도 1에 도시된 것과 같이 무선 신호를 송수신하는 안테나(1)와 무선 신호를 수신하는 수신부(2~4)와 무선 신호를 송신부(5~9)와 송수신 신호를 분리해 주는 듀플렉스(10)로 구성된다.

도 1을 참조하면, 수신부는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier:2)와 수신단 필터(3)와 하향 혼합기(Down-Converter:4)로 이루어진다. 그리고, 송신부는 중간 주파수(IF)를 고주파(RF)로 바꾸어주는 상향 혼합기(Up-Converter:5)와 신호를 증폭시키는 구동 증폭기(Drive Amplifer:6)와 불요파를 억제하고 송신 주파수 대역의 신호만을 통과시키는 송신단 RF 필터(7)와 큰 출력 신호를 만들어주는 전력증폭기(Power Amplifier:8)와 전력증폭기를 보호해주기 위한 분리기(isolator:9)로 이루어진다. 그리고, 신호의 방사 및 수신에 필요한 안테나(1)와 송수신 신호를 분리하기 위한 필터인 듀플렉스(Duplexer:10)로 구성된다. 이러한 양방향 송수신 시스템에서 수신 신호의 흐름은 안테나(1)에서 수신된 신호는 수신단에서 저잡음 증폭기(2)와 수신단 필터(3)와 하향 혼합기(4)를 거치게 된다. 그리고, 양방향 송수신 시스템에서 송신 신호의 흐름은 상향 혼합기(5)와 구동 증폭기(6)와 RF 필터(7)와 전력증폭기(8)와 분리기(9)를 거쳐 안테나(1)를 통해 방사된다.

하지만, 송수신 무선 시스템에서는 듀플렉스(10)가 없는 경우 송수신 회로가 안테나와 바로 연결되면, 송신단의 큰 파워 중 일부가 수신단으로 입력되어 시스템의 성능을 저하시키는 문제점이 야기된다.

그래서, 무선 시스템에서 송수신 신호를 분리하기 위한 방법으로는 송신단과 수신단에 각각 다른 안테나를 사용하거나 시간을 분할하여 송신과 수신을 각기 다른 시간 간격에 순차적으로 처리하거나, 송신과 수신을 서로 다른 주파수 대역에서 함으로써 같은 시간에 송수신을 동시에 처리하는 방법이 있다. 이중에서 듀플렉스를 이용하여 주파수를 서로 분할하여 사용하는 방법이 가장 일반적이다.

이러한 듀플렉스(10)는 일종의 필터로서 도 1에 도시된 것과 같이 단자 1에서 단자 2사이에서는 수신 신호만을 통과시키고, 송신 신호를 억제한다. 즉, 안테나(1)에 수신된 수신 신호는 듀플렉스(10)의 단자 1로 들어가 단자 2로 나와 저잡음증폭기(2)로 보내어진다. 그리고, 듀플렉스(10)는 단자 1과 단자 2 사이에서 송신 신호만을 통과시키고, 수신 신호를 억제한다. 즉, 송신단에서 출력된 송신신호는 듀플렉스(10)의 단자 3에서 단자 2로 나가 안테나(1)에서 방사된다.

한편, 분리기(9)는 송신단에서 전력 증폭기(8)과 듀플렉스(10) 사이에 위치하여 전력 증폭기(8)를 보호하는 역할을 수행한다. 일반적으로 전력 증폭기는 그 출력이 매우 크므로 이러한 전력이 안테나를 통해 방사된다면 아무런 문제가 없겠지만 안테나의 입력 저항은 주변 환경에 매우 민감하게 변하기 때문에 환경의 변화에 따라 전력 증폭기의 출력 임피던스(Load Impedance)가 크게 변하게 된다. 이러한 상황이 발생하게 되면, 최악의 경우에 전력 증폭기로 나간 출력 파워중 많은 양이 다시 전력 증폭기의 출력단으로 되돌아 오게 되어 결국 전력 증폭기의 손상을 초래할 수 있다. 그러므로, 전력 증폭기의 손상을 미연에 방지하기 위해서 분리기를 사용하게 된다.

하지만, 종래 무선 단말기는 분리기를 사용하는 경우 다른 부품에 비해 크기가 커서 최근 소형화 추세의 무선 단말기 설계시 분리기를 대부분 빼고 설계하게된다. 즉, 종래 무선 단말기의 크기는 부품의 크기에 의해 좌우되는데 듀플렉스와 분리기는 단말기의 부품 중 가장 크기가 큰 부품중의 하나로서 이들 부품이 소형화가 이루어지지 않고서 단말기의 소형화를 이루기 어려운 문제점이 있다. 또한, 종래 무선 단말기에서는 듀플렉스중 크기가 비교적 작은 SAW(Surface Acoustic wave) 필터를 사용하는 경우가 있으나 이는 열특성이 약한 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 양방향 무선 시스템에서 송수신 회로의 크기를 줄일 수 있는 송수신 신호 분리 회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 양방향 무선 시스템에서 송신단의 전력 손실을 줄일 수 있는 송수신 신호 분리 회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 양방향 무선 시스템에서 수신단의 성능을 향상시킬 수 있는 송수신 신호 분리 회로를 제공함에 있다.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 양방향 무선 시스템에서 듀플렉스와 송신단의 분리기를 서큘레이터로 대체하여 무선 송수신 신호를 분리하는 회로를 제공한다. 즉, 본 발명은 무선 단말기에서 RF신호를 송수신하는 안테나와, 상기 안테나와 연결되는 제1단자로부터 입력되는 신호를 수신단자인 제2단자로 출력하고, 송신단자인 제3단자로부터 입력되는 송신 신호를 상기 제1단자로 출력하고, 상기 제2단자로부터 입력되는 신호를 상기 제3단자로 출력하는 서큘레이터와, 상기 서큘레이터로부터 출력되는 수신신호를 입력받아 저잡음을 증폭하는 저잡음 증폭기와, 상기 저잡음 증폭기로부터 출력되는 신호를 필터링하는 수신단 필터와, 상기 수신단 필터로부터 출력되는 RF신호를 IF신호로 변환하는 하향 혼합기와, 송신할 IF신호를 RF신호로 변환하는 상향 혼합기와, 상기 상향 혼합기로부터 출력되는 신호를 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기로부터 출력되는 신호를 필터링하는 송신단 필터와, 상기 송신단 필터로부터 출력되는 신호를 증폭하는 전력 증폭기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 양방향 무선 시스템의 RF 회로의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 양방향 무선 시스템에서 송수신 신호 분리 회로의 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 양방향 무선 시스템의 수신단에 RF 필터를 추가한 회로의 구성도.

이하 본 발명을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 무선 단말기에서 송수신 신호 분리 회로도로서, 듀플렉스와 분리기를 대신하여 서큘레이터(20)를 구비한다.

도 2를 참조하면, 서큘레이터(20)는 안테나(1)로부터 수신되는 신호를 단자 1로 입력받아 수신 단자인 단자 2로 출력하고, 단자 2로 입력된 신호를 송신 단자 3으로 출력하고, 단자 3으로부터 입력받은 신호를 단자 1로 출력한다. 즉, 서큘레이터(20)는 안테나(1)에서 수신된 수신 신호를 단자 1에서 단자 2로 출력시켜 수신단인 저잡음 증폭기(2)로 전달하고, 전력 증폭기(8)로부터 단자 3으로 인가되는 송신 신호를 단자 1로 출력시켜 안테나(1)로 방사시킨다. 그리고, 서큘레이터(20)는 단자 1로 입력되는 신호를 단자 3으로 출력하지 않고, 단자 2로 입력되는 신호를 단자 1로 출력하지 않는다. 이와 같이, 서큘레이터(20)는 방향성을 가지므로써 안테나로부터 수신되는 신호와 안테나로 송신되는 신호를 분리시킬 수 있다. 서큘레이터(20)는 신호 방향이 반시계 방향일 수도 있고, 시계 방향일 수도 있다. 본 발명에 따른 서큘레이터(20)는 이상적인 경우 하기 수학식 1과 같은 S-parameter를가진다.

여기서, b₁, b₂, b₃:단자 1,2,3에서의 출력 전력

a₁, a₂, a₃:단자 1,2,3에서의 입력 전력

또한, 본 발명에 따른 서큘레이터(20)는 듀플렉스와 같이 협대역 소자일 필요가 없으며, 동작 주파수 영역으로 송수신 주파수를 모두 포함시킨다. 그리고, 본 발명에 따른 서큘레이터(20)는 크기가 동작 주파수에 의존하므로 주파수가 높아질 수록 그 크기를 줄일 수 있으므로 GHz 이상의 대역에서 사용하는 무선 단말기의 크기를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 서큘레이터(20)는 송신단 전력 손실이 듀플렉스와 분리기의 전력 손실보다 작기 때문에 전력 증폭기의 소비 전력이 작아져서 무선 단말기의 경우 사용시간을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 무선 단말기에서 수신단의 성능을 향상시킨 송수신 신호 분리 회로도로서, 수신단에 RF 필터(30)를 추가하여 수신단의 성능을 향상시킨다.

도 3을 참조하면, RF 필터(30)는 서큘레이터(20)를 거쳐 단자 2로부터 입력되는 수신 신호를 필터링하여 저잡음 증폭기(2)로 출력한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 양방향 무선 시스템에서 듀플렉스와 분리기를 대신하여 서큘레이터를 이용하여 송수신 신호를 분리시킨다. 따라서, 본 발명은 동작 주파수가 높아질수록 서큘레이터의 크기를 줄일 수 있으므로 GHz 이상의 대역을 사용하는 무선 단말기에서 듀플렉스와 분리기를 이용하는 경우에 비해 회로의 크기를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명은 무선 단말기에서 서큘레이터를 이용하면 송신단 전력 손실이 듀플렉스와 분리기의 전력 손실보다 작기 때문에 전력 증폭기의 소비 전력이 작아져서 배터리의 사용시간을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 무선 시스템에서 송수신 신호 분리 회로에 있어서,

   고주파(RF) 신호를 송수신하는 안테나와,

   상기 안테나와 연결되는 제1단자로부터 입력되는 수신 신호를 수신단자인 제2단자로 출력하고, 송신단자인 제3단자로부터 입력되는 송신 신호를 상기 제1단자로 출력하고, 상기 제2단자로부터 입력되는 신호를 상기 제3단자로 출력하는 서큘레이터와,

   상기 서큘레이터로부터 출력되는 수신 신호를 입력받아 저잡음을 증폭하는 저잡음 증폭기와,

   상기 저잡음 증폭기로부터 출력되는 신호를 필터링하는 수신단 필터와,

   상기 수신단 필터로부터 출력되는 고주파 신호를 중간 주파수(IF) 신호로 변환하는 하향 혼합기와,

   송신할 중간 주파수 신호를 고주파 신호로 변환하는 상향 혼합기와,

   상기 상향 혼합기로부터 출력되는 신호를 증폭하는 증폭기와,

   상기 증폭기로부터 출력되는 신호를 필터링하는 송신단 필터와,

   상기 송신단 필터로부터 출력되는 신호를 증폭하는 전력 증폭기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 송수신 신호 분리 회로.
2. 제1항에 있어서,

   상기 서큘레이터와 상기 저잡음 증폭기 사이에 수신단의 고주파 신호를 필터링하는 고주파 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 송수신 신호 분리 회로.
3. 제1항에 있어서, 상기 서큘레이터는,

   하기 수학식 2와 같은 에스-파라미터를 가지는 것을 특징으로 하는 송수신 신호 분리 회로.

   여기서, b₁, b₂, b₃:단자 1,2,3에서의 출력 전력

   a₁, a₂, a₃:단자 1,2,3에서의 입력 전력