KR20020095569A - 이동통신 시스템의 위상을 가변할 수 있는 밸런스 증폭장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안테나의 배열 소자에 인가되는 신호의 위상을 전기적으로 변화 시켜 안테나의 주빔의 방향을 제어 할 수 있도록 한 위상을 가변할 수 있는 밸런스 증폭장치에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 입력되는 신호의 위상을 바꾸어 분배하거나 조합하는 제1하이브리드 커플러와, 상기 제1하이브리드 커플러의 일단에서 출력되는 신호를 증폭하는 제1증폭부와, 상기 제1하이브리드 커플러의 타단에서 출력되는 신호를 증폭하는 제2증폭부와, 상기 제2증폭부에서 출력되는 신호를 90도 위상 천이시키는 90도위상천이기와, 상기 제1증폭부에서 출력되는 신호와 상기 90도위상천이기에서 출력되는 신호의 위상을 바꾸어 분배하거나 조합하는 제2하이브리드 커플러와, 상기 제2하이브리드 커플러의 일단에서 출력되는 신호를 180도 위상 천이시키는 180도위상천이기와, 상기 180도위상천이기에서 출력되는 신호를 증폭하는 제3증폭부와, 상기 제2하이브리드 커플러의 타단에서 출력되는 신호를 증폭하는 제4증폭부와, 상기 제3증폭부에서 출력되는 신호와 상기 제4증폭부에서 출력되는 신호를 합성하여 출력시키는 합성기를 포함하여 구성된다.

Description

이동통신 시스템의 위상을 가변할 수 있는 밸런스 증폭장치{Balance amplifying apparatus varying the phase of mobile communication system}

본 발명은 이동통신 시스템의 기지국의 위상 배열 안테나에 관한 것으로서,보다 상세하게는 안테나의 배열 소자에 인가되는 신호의 위상을 전기적으로 변화 시켜 안테나의 주빔의 방향을 제어 할 수 있도록 한 위상을 가변할 수 있는 밸런스 증폭장치에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신 시스템은 사람, 자동차, 선박, 열차, 항공기등 이동체를 대상으로 하는 통신 시스템으로, 이에는 이동전화(휴대전화, 차량전화), 항만전화, 항공기전화, 이동공중전화(열차, 유람선, 고속버스 등에 설치), 무선호출, 무선전화, 위성이동통신, 아마추어무선, 어업무선등이 포함된다.

이러한 이동통신에는 아날로그 방식을 사용하는 AMPS(Advanced Mobile Phone Service)시스템, 디지털 방식을 사용하는 CDMA 및 TDMA(Time Division Multiple Access, 시분할 다원 접속)시스템, FDMA(Frequency Division Multiple Access, 주파수 분할 다원접속)시스템 등이 있고, PCS(Personal Communication System, 개인 휴대통신)와 IMT-2000(International Mobile Telecommunication in the year 2000, 범세계 이동통신)등의 시스템이 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 이동통신 시스템의 블록 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이동국(MS)(10)은 기지국(BTS)(20)과 무선으로 통신을 수행하며, 특히 이동중 통화가 가능하다. 기지국(20)은 제어국(BSC)(30)의 제어에 따라 상기 이동국(10)과 무선으로 통신을 수행하며, 제어국(30)은 상기 기지국(20)을 제어한다. 교환국(MSC)(40)은 상기 이동국(10)에서 송신된 신호는 타국 또는 다른 통신망으로 스위칭 해주고, 타국 또는 다른 통신망에서 송신된 신호는 스위칭 하여 상기 이동국(10)측에 연결해준다.

그리고, 상기 기지국(BTS)(20)에는 주빔의 방향을 변화 시키는 위상 배열 안테나(미도시)가 형성되어 있다.

여기서, 상기 위상 배열 안테나를 구현하기 위해서는 위상을 가변시킬 수 있는 위상 천이기가 필요하며, 주로 페라이트(Ferrite) 물질에 바이어스(Bias)를 변화시켜 구현하거나 핀 다이오드(PIN Diode)를 이용하여 구현한다.

그러나, 상기와 같은 위상 배열 안테나는 고집적이 어렵고 증폭기를 별도로 구현함으로써 면적을 많이 차지하고 소자에 따른 비용도 많이 필요한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 본 발명의 목적은, 안테나의 배열 소자에 인가되는 신호의 위상을 전기적으로 변화 시켜 안테나의 주빔의 방향을 제어 할 수 있도록 한 이동통신 시스템의 위상을 가변할 수 있는 밸런스 증폭장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 위상을 가변할 수 있는 밸런스 증폭장치의 특징은,

이동통신 시스템의 위상을 가변할 수 있는 밸런스 증폭장치에 있어서,

입력되는 신호의 위상을 바꾸어 분배하거나 조합하는 제1하이브리드 커플러와;

상기 제1하이브리드 커플러의 일단에서 출력되는 신호를 증폭하는 제1증폭부와;

상기 제1하이브리드 커플러의 타단에서 출력되는 신호를 증폭하는 제2증폭부와;

상기 제2증폭부에서 출력되는 신호를 90도 위상 천이시키는 90도위상천이기와;

상기 제1증폭부에서 출력되는 신호와 상기 90도위상천이기에서 출력되는 신호의 위상을 바꾸어 분배하거나 조합하는 제2하이브리드 커플러와;

상기 제2하이브리드 커플러의 일단에서 출력되는 신호를 180도 위상 천이시키는 180도위상천이기와;

상기 180도위상천이기에서 출력되는 신호를 증폭하는 제3증폭부와,

상기 제2하이브리드 커플러의 타단에서 출력되는 신호를 증폭하는 제4증폭부와;

상기 제3증폭부에서 출력되는 신호와 상기 제4증폭부에서 출력되는 신호를 합성하여 출력시키는 합성기를 포함하여 구성된다.

도 1은 일반적인 이동통신 시스템의 블록 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 위상을 가변할 수 있는 밸런스 증폭장치를 나타낸 블록 구성도,

도 3은 도 2의 증폭부의 상세 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 500 : 하이브리드 커플러

200, 300, 700, 800 : 증폭부

400 : 90도위상천이기

600 : 180도위상천이기

이하, 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 위상을 가변할 수 있는 밸런스 증폭장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 위상을 가변할 수 있는 밸런스 증폭장치를 나타낸 블록 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 참조부호 100은 입력되는신호의 위상을 바꾸어 분배하거나 조합하는 제1하이브리드 커플러를 나타내며, 참조부호 200은 상기 제1하이브리드 커플러(100)의 일단에서 출력되는 신호를 증폭하는 제1증폭부를 나타낸다.

참조부호 300은 상기 제1하이브리드 커플러(100)의 타단에서 출력되는 신호를 증폭하는 제2증폭부를 나타내며, 참조부호 400은 상기 제2증폭부(300)에서 출력되는 신호를 90도 위상 천이시키는 90도위상천이기를 나타낸다.

참조부호 500은 상기 제1증폭부(200)에서 출력되는 신호와 상기 90도위상천이기(400)에서 출력되는 신호의 위상을 바꾸어 분배하거나 조합하는 제2하이브리드 커플러를 나타내고, 참조부호 600은 상기 제2하이브리드 커플러(500)의 일단에서 출력되는 신호를 180도 위상 천이시키는 180도위상천이기를 나타낸다.

참조부호 700은 상기 180도위상천이기(600)에서 출력되는 신호를 증폭하는 제3증폭부를 나타내고, 참조부호 800은 상기 제2하이브리드 커플러(500)의 타단에서 출력되는 신호를 증폭하는 제4증폭부를 나타내며, 참조부호 900은 상기 제3증폭부(700)에서 출력되는 신호와 상기 제4증폭부(800)에서 출력되는 신호를 합성하여 출력시키는 합성기를 나타낸다.

상기 제1,2,3,4증폭부(200)(300)(700)(800)는 출력되는 제어신호를 감쇄시키는 감쇄모듈(1000)과, 상기 감쇄모듈(1000)로부터 출력되는 신호를 일정 레벨로 증폭하는 증폭기(1010)로 구성된다.

또한, 상기 감쇄모듈(1000)은 온/오프를 제어하는 두 개의 RF 스위치(1000-1)(1000-3)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 위상을 가변할 수 있는 밸런스 증폭장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1하이브리드 커플러(100)는의 크기를 갖는 신호가 입력되면, 그 신호의 위상을 바꾸어 (a)단자로신호를 출력함과 아울러 (b)단자로신호를 출력시킨다.

특히, 제1,2,3,4증폭부(200)(300)(700)(800)의 이득을 a, b, A, B라고 가정한다.

그리고, 제1증폭부(200)는 상기 (a)단자에서 출력되는신호를 인가받아 그 신호를으로 증폭하여 제2하이브리드 커플러(500)로 출력시킨다.

또한, 제2증폭부(300)는 상기 (b)단자에서 출력되는신호를 인가받아 그 신호를으로 증폭하여 90도위상천이기(400)로 출력시킨다.

상기 90도위상천이기(400)는 제2증폭부(300)에서 증폭되어 출력되는신호를 90도 위상 천이시킨으로 제2하이브리드 커플러(500)로 출력시킨다.

상기 제2하이브리드 커플러(500)는 제1증폭부(200)로부터 출력되는신호와 90도위상천이기(400)로부터 출력되는신호를 인가받아 위상을 바꾸어 분배한후 조합하여 (f)단자로신호를 출력함과 아울러 (g)단자로신호를 출력시킨다.

그리고, 180도위상천이기(600)는 상기 (f)단자에서 출력되는신호를 인가받아 그 신호를으로 180도 위상 천이시킨후 제3증폭부(700)로 출력시킨다.

또한, 제4증폭부(800)는 상기 (g)단자에서 출력되는신호를 인가받아 그 신호를으로 증폭하여 합성기(900)로 출력시킨다.

그리고, 상기 제3증폭부(700)는 180도위상천이기(600)에서 출력되는신호를 인가받아 그 신호를으로 증폭하여 합성기(900)로 출력시킨다.

이때, 상기 합성기(900)는 상기 제3증폭부(700)로부터 출력되는신호와 제4증폭부(800)로부터 출력되는신호를 합성하고, 합성된신호를 출력시킨다.

특히, 상기 제1,2,3,4증폭부의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 감쇄모듈(1000)은 Vc에 따라 출력되는 신호를 감쇄하여 증폭기(1010)에 출력한다.

이때, 상기 증폭기(1010)는 Vc에 따라 M이거나 0.413*M의 값을 갖는다.

그리고, 최종 출력은 표 1과 같이, 이득 a, b, A, B에 의해 8가지 위상을 가질 수 있다.

	a	b	A	B	Vout	크기
1	ON	OFF	OFF	OFF	(M2-0.413M2)Vin+j(M2-0.413M2)Vin	0.83M2Vin	45도
2	OFF	ON	OFF	OFF	(0.413M2-M2)Vin+j(0.413M2-M2)Vin	0.83M2Vin	-135도
3	OFF	OFF	ON	OFF	(M2-0.413M2)Vin+j(0.413M2-M2)Vin	0.83M2Vin	-45도
4	OFF	OFF	OFF	ON	(0.413M2-M2)Vin+j(M2-0.413M2)Vin	0.83M2Vin	135도
5	ON	OFF	ON	OFF	(M2-0.17M2)Vin+j(0.413M2-0.413M2)Vin	0.83M2Vin	0도
6	ON	OFF	OFF	ON	(0.413M2-0.413M2)Vin+j(M2-0.17M2)Vin	0.83M2Vin	90도
7	OFF	ON	ON	OFF	(0.413M2-0.413M2)Vin+j(0.17M2-M2)Vin	0.83M2Vin	-90도
8	OFF	ON	OFF	ON	(0.17M2-M2)Vin+j(0.413M2-0.413M2)Vin	0.83M2Vin	180도

따라서, 입력을이라고 했을 때, 회로의 총 이득은이 되고, 각 증폭부의 이득이 20dB인 증폭기를 사용하면 전체회로의 이득은 29.3dB가 된다.

즉, 상기 감쇄모듈(1000)은 제어신호가 전달되면, 두 개의 RF 스위치(1000-1)(1000-3)내의 NC단자로 입력되는 수신 신호가 전송되도록 하며, 이때 π형 감쇄기(저항 R1, R2, R3)는 설정된 이득 레벨로 상기 수신 신호의 레벨을 감쇄시키게 된다.

여기서, 상기 감쇄모듈(1000)내의 두 개의 RF 스위치(1000-1)(1000-3)는 각각 NO 단자를 온 시켜, RF 스위치(1000-1)에서 출력되는 수신 신호가 감쇄없이 바로 RF 스위치(1000-3)를 통해 후단으로 연결되도록 한다. 이렇게 함으로써 신호 손실을 보상해주게 된다.

이상에서 상술한 본 발명은, 기지국 안테나에 위상 배열 안테나를 적요하여각 배열 소자에 인가되는 신호의 위상을 전기적으로 변화 시켜 주빔의 방향을 제어하고자 할 때, 각 안테나 소자에 적용하여 증폭기와 위상천이기를 대체함으로써 위상천이기의 제작 비용을 줄이고 면적을 축소할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 이동통신 시스템의 위상을 가변할 수 있는 밸런스 증폭장치에 있어서,

   입력되는 신호의 위상을 바꾸어 분배하거나 조합하는 제1하이브리드 커플러와;

   상기 제1하이브리드 커플러의 일단에서 출력되는 신호를 증폭하는 제1증폭부와;

   상기 제1하이브리드 커플러의 타단에서 출력되는 신호를 증폭하는 제2증폭부와;

   상기 제2증폭부에서 출력되는 신호를 90도 위상 천이시키는 90도위상천이기와;

   상기 제1증폭부에서 출력되는 신호와 상기 90도위상천이기에서 출력되는 신호의 위상을 바꾸어 분배하거나 조합하는 제2하이브리드 커플러와;

   상기 제2하이브리드 커플러의 일단에서 출력되는 신호를 180도 위상 천이시키는 180도위상천이기와;

   상기 180도위상천이기에서 출력되는 신호를 증폭하는 제3증폭부와,

   상기 제2하이브리드 커플러의 타단에서 출력되는 신호를 증폭하는 제4증폭부와;

   상기 제3증폭부에서 출력되는 신호와 상기 제4증폭부에서 출력되는 신호를 합성하여 출력시키는 합성기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 위상을 가변할 수 있는 밸런스 증폭장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1,2,3,4증폭부는,

   출력되는 제어신호를 감쇄시키는 감쇄모듈과;

   상기 감쇄모듈로부터 출력되는 신호를 일정 레벨로 증폭하는 증폭기로 구성된 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 위상을 가변할 수 있는 밸런스 증폭장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 감쇄모듈은 온/오프를 제어하는 두 개의 RF 스위치와;

   상기 두개의 RF 스위치의 NO단자에 각각 연결되어 상기 RF 스위치에서 출력되는 수신 신호를 설정된 이득 레벨로 감쇄시키는 π형 감쇄기(R1, R2, R3)로 구성된 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 위상을 가변할 수 있는 밸런스 증폭장치.