KR200201334Y1 - 광대역 고주파신호의 분리결합회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 광대역 고주파신호의 분리결합회로를 개시한다.

본 고안에 의한 복수의 송수신기와 병렬로 접속되며, 상기 송수신기에 신호를 송신하거나 수신하기 위한 안테나에 접속되는 분리결합회로는, 상기 복수의 송수신기 중 어느한 송수신기의 입출력단자와 제1코일의 일단이 접속되고, 상기 제1코일의 일단과 접지사이에 임피던스매칭용 제1저항이 접지와 접속되며, 상기 제1코일의 타단은 제1, 제3코일의 일단과 제4코일의 타단과 접속되고, 제2코일의 타단은 상기 제3코일의 타단과 임피던스매칭용 제3저항과 접속되며, 제4코일의 일단은 접지와 접속된 임피던스매칭용 제4저항과 다른 송수신기의 입출력단자와 접속됨을 특징으로 한다.

Description

광대역 고주파신호의 분리결합회로

본 고안은 광대역 고주파신호의 분리결합회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주파수대역이 다른 고주파신호를 상호 간섭없이 동시에 양방향으로 신호 전송을 할 수 있는 광대역 고주파신호 분리결합회로에 관한 것이다.

현대 사회에서 각종 정보의 상호교류는 고주파(radio frequency)신호를 통한 무선신호로 이루어지고, 고주파신호가 전송 도중에 다른 신호에 간섭을 덜 받아야만 잡음성신호가 최소가 되어 최적의 정보를 산출해 낼 수 있게 된다.

한편, 각 정보의 송수신이 이루어지는 고정국 또는 이동국에서는 신호의 송수신을 수행하기 위한 송신공중선 및 수신공중선을 복수로 구비하여 신호의 송수신을 수행하게 된다.

따라서, 신호의 송수신을 수행하기 위한 송수신 공중선이 인접한 경우 대출력 송수신 신호가 수신 공중선에 유도되어 수신기에 기계적인 문제를 야기할 수 있고, 또한 수신신호에 비하여 상대적으로 큰 송신신호가 수신장애를 유발시키게 되는 문제가 발생되었다.

따라서, 송수신을 수행하기 위한 송수신 공중선을 소정의 거리를 두고 별도 설치해야 하는데, 해당 통신 및 우주 무선통신에서와 같이 신호의 송수신 또는 중계를 수행하기 위한 공중선의 설치가 제한을 받는 곳에서 통신을 수행하기 위한 공중선을 별도로 다수개 설치하는 것은 경제적으로 비용 부담이 컸다.

본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 고안의 목적은 주파수대역이 다른 고주파신호를 상호 간섭없이 동시에 송수신할 수 있는 광대역 고주파신호 분리결합회로를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 광대역 고주파신호의 분리결합회로를 설명하기 위한 송수신단 회로도이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안에 의한, 복수의 송수신기와 병렬로 접속되며, 상기 송수신기에 신호를 송신하거나 수신하기 위한 안테나에 접속되는 분리결합회로는, 상기 복수의 송수신기 중 어느한 송수신기의 입출력단자와 제1코일의 일단이 접속되고, 상기 제1코일의 일단과 접지사이에 임피던스매칭용 제1저항이 접지와 접속되며, 상기 제1코일의 타단은 제1, 제3코일의 일단과 제4코일의 타단과 접속되고, 제2코일의 타단은 상기 제3코일의 타단과 임피던스매칭용 제3저항과 접속되며, 제4코일의 일단은 접지와 접속된 임피던스매칭용 제4저항과 다른 송수신기의 입출력단자와 접속됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1, 제2코일은 상호 유도결합된 제1트랜스(T₁)로 구성되며, 상기 제3, 제4코일은 상호 유도결합된 제2트랜스(T₂)로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2, 제3 코일의 타단과 상기 안테나 사이에는 임피던스매칭용 바룬(balun)을 더 구비함을 특징으로 한다.

상기 제1코일의 타단에 접속되며 일단이 접지와 접속된 정재파저하용 제2저항을 더 구비함을 특징으로 한다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안에 따른 복수의 송수신기와 안테나에 접속된 광대역 고주파신호 분리결합회로를 설명하기 위한 송수신단 회로도이다.

도 1의 구성을 살펴보면, 제1송신기(10)와 제1수신기(12)가 각각 제1분리결합회로(18)의 일단에 접속되며 제1분리결합회로(18)의 타단에는 2개의 단자를 구비한 평형-불평형변성기(이하 2T-바룬(balun)이라함)(44)와 4개의 단자를 구비한 4T-바룬(48)과 송수신안테나(52)가 직렬로 접속된다. 또한 동일한 접속형태로 제2송신기(14)와 제2수신기(16)는 각각 제2분리결합회로(40)의 일단에 접속되며, 제2분리결합회로(40)의 타단에는 2T-바룬(46), 4T-바룬(50), 송수신안테나(52)에 직렬로 접속된다. 여기서, 4T-바룬은 2T-바룬을 병렬로 연결하여 사용될 수 도 있다.

분리결합회로(18)는 제1송신기(10)의 단자와 제1코일(L₁)의 일단(20)이 접속되며 제1코일(L₁)의 일단(20)과 접지간에는 임피던스매칭저항(R3)에 접속되고, 제1코일(L₁)의 타단(22)은 제2코일(L₂)과 제3코일(L₃)의 일단(24, 28)과 각각 접속되며, 또한 정재파 특성을 개선하기 위한 저항(R₁)을 통하여 접지에 접속된다. 제2코일(L₂)의 타단(26)은 제3코일(L₃)의 타단(30)에 접속되고, 임피던스매칭저항(R₂)을 통하여 접지에 접속된다. 여기서, 제1, 제2코일(L₁, L₂)과 제3, 제4코일(L₃, L₄)은 각각 유도결합되어 제1트랜스(T₁)와 제2트랜스(T₂)를 이루며, 참조번호 10 내지 16의 제1, 제2송신기와 제1, 제2수신기는 각각 송수신기로 대체될 수 도 있다.

상기와 같은 구성에서 입력된 하나 이상의 고주파신호의 흐름으로서 안테나측의 2T-바룬(44)을 통하여 유입된 전력을 제1송수신기(10, 12)로 출력하기 위한 전력분배를 설명하기로 한다.

제1트랜스(T₁)의 제1코일(L₂)의 타단(26)과 제2트랜스(T2)의 제3코일(L₃)의 타단(30)으로 전력이 입력되면, 제1, 제2코일(L₁, L₂)과 제3, 제4코일(L₃, L₄)은 서로 유도적으로 결합하여 각각 하나의 트랜스를 이룬 상태이므로 상기 코일에는 유도 전류가 흐르게 된다. 즉, 제1, 제3코일(L₁, L₃)에는 제2, 제4코일(L₂, L₄)에 흐르는 전류에 의해 유도전류가 형성되고, 제2, 제4코일(L₂, L₄)에는 제1, 제3코일(L₁, L₃)에 흐르는 전류에 의해 유도전류가 형성된다.

각 제1 내지 제4코일(L₁내지 L₄)에 상호 유도전류가 형성된 상태에서 제2, 제3코일(L₂, L₃)을 통해 인가되는 전력이 제1, 제4코일(L₁, L₄)로 전송됨과 동시에 정재파저하용 저항(R₁)을 통하여 서로 유도성 결합코일로 교차하여 전송된다. 이때, 정재파저하용 저항(R₁)에서는 등전위가 되어 전력손실이 발생되지 않는다. ?

상기와 같은 신호의 흐름에 의해서 제1, 제4코일(L₁, L₄)에서는 상호간에 형성된 유도전류와 저항(R₁)의 노드를 통하여 전송된 전류 및 직렬 접속된 코일을 통해 입력된 전류가 흐르게 되고, 제1, 제4코일(L₁, L₄)에 흐르는 전류는 제1송수신기(10, 12)의 단자로 출력된다. 즉, 제1송수신기(10, 12)의 단자에서는 유도전류가 저항(R₁)의 노드를 통해 인가된 동상의 전류와 같은 방향이므로 합성되어 결국 입력된 전력은 2분배된다.

따라서, N개의 트랜스를 병렬접속하여도 출력전력은 입력전력의 1/N배되어 각 송수신기의 단자로 출력되며, 상기 출력전력을 더 높여서 사용하고자 할 때는 출력단자에 소정의 배수로 증폭이 가능한 증폭기를 접속하여 사용하면 출력전력을 높일 수 있다.

다음은 송수신기의 단자로 동일한 위상의 신호가 입력되는 경우 저항(R₂)의 로드에서 출력되는 신호의 흐름을 상세히 설명한다. 제1도에서는 제2수신기(12)를 대체하여 미도시된 다른 하나의 송신기가 접속된 경우이다.

제1트랜스(T₁)의 제1코일(L₁)의 일단(20)으로 입력되는 신호와 제2트랜스(T2)의 제4코일(L₄)의 일단(32)으로 입력되는 신호는 제1, 제4코일(L₁, L₄)을 통해서 저항(R₁)의 노드에 인가된다. 이때, 상기 코일에는 전력분배시 설명한 바와 같이 유도전류가 형성된 상태이며, 따라서, 상기 저항(R₁)의 노드에는 입력신호에 유도전류가 포함되어 흐르게 된다.

한편, 저항(R₁)의 노드로 인가된 입력신호는 각각 직렬 결합한 제2, 제3코일(L₂, L₃)로 전송됨과 동시에, 저항(R₁)의 노드를 통해서 서로 교차되어 전송되어 제1트랜스(T₁)를 통하여 입력된 신호가 제2, 제4코일(L₂, L₄)로 인가되고, 제2트랜스(T₂)를 통해 입력된 신호가 제1, 3코일(L₁, L₃)로 인가된다. 따라서, 제2, 제3코일(L₂, L₃)에는 두 입력신호의 전류와 유도전류가 합성되어 흐르게 되며 합성된 전류는 저항(R₂)의 노드를 통하여 2T-바룬(44)으로 출력된다.

저항(R₁)을 통해 제1, 제4코일(L₁, L₄)에 인가된 상대편의 입력신호는 유도전류와 역방향으로 흐르게 되어 서로 상쇄됨으로써, 제1, 제4코일(L₁, L₄)로부터 인가되는 신호에 영향이 미치지 않게 된다. 따라서, N개의 송신기 단자로부터 동일 위상의 신호가 입력될 경우에는 N개의 입력신호가 결합되어 출력신호는 N배로 커지게 된다.

다음은 서로 다른 주파수 대역의 고주파신호가 분리되는 경우를 도 1을 참조하여 설명한다.

제2트랜스(T₂)의 제4코일(L₄)의 일단(32)에만 신호가 입력되면, 제4코일(L₄)을 통한 입력신호는 타단(34)과 저항(R₁)의 노드를 통해서 제1코일(L₁)의 타단(22)에 인가됨과 동시에 직렬접속된 제2코일(L₂)로 인가되며, 제2코일(L₂)로 인가된 신호는 저항(R₄)의 노드와 2T-바룬(44)과 4T-바룬(48)을 거쳐 안테나(52)로 출력된다.

한편, 상기 코일들은 서로 유도적으로 결합되어 있으므로, 각 코일에는 상대측 유도전류가 형성되어 제2코일(L₂)을 통해 흐르는 전류에는 제2트랜스(T₂)를 통해 입력된 신호뿐만 아니라 유도전류가 포함된 상태가 된다.

저항(R₁)의 노드를 통한 신호는 제1, 제3코일(L₁, L₃)로 전송되고, 제3코일(L₃)에 인가된 신호는 저항(R₂)의 노드를 통하여 안테나(52)에 출력되지만, 제1코일(L₁)에 인가된 신호는 제1코일(L₁)에 형성된 역방향의 유도전류와 서로 상돼되어 송신기(10) 단자측으로 신호가 출력되지 않게 된다. 이때, 신호의 상쇄비율은 10 log₁₀(출력신호/입력신호)로서 통상 -30dB 이하가 되면 성능이 양호한 장치로 간주한다.

그리고, 서로 다른 신호가 혼합되는 경우를 설명한다. 상호대역내에서 주파수가 서로 다른 신호를 동시에 공급되면, 저항(R₂)의 노드와 각 바룬(44, 48)을 통하여 안테나(52)에 출력된다. 이미 설명된 상호분리작용에 의하여 신호원간의 상호 간섭은 없다. 상기 신호의 흐름은 신호 합성시와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

본 고안에서 주파수 사용대역은 1MHz 내지 35MHz 대역, 30MHz 내지 80MHz 대역, 70MHz 내지 150MHz 대역, 140MHz 내지 250MHz 대역, 200MHz 내지 300MHz 대역으로 상기 대역내에서 동시에 운용할 수 있다.

따라서, 도 1의 분리결합회로(18)를 N개 결합하여 신호의 분배시 각 출력단자의 출력은 10 log 1/N이 되고, 동일 위상의 고주파신호 합성시 출력단자의 출력은 10 log N이 되며, 이때, 특정 채널의 작동에 에러가 발생되더라도 각 단자간의 분리작용에 의하여 다른 채널은 아무런 영향없이 동작되어 출력이 소정의 값만큼 줄어들 뿐 신호의 결합에는 영향이 없다.

상기에서 설명된 바와 같이, 고주파신호의 상호간에 간섭없이 양방향 전송이 가능하므로, 하나의 고주파신호 분리결합장치에 송수신 안테나를 결합하여 동시에 고주파신호의 송수신을 할 수 있다. 여기에, 출력임피던스의 매칭을 위해 2T-바룬(44)과 4T-바룬(48)을 접속할 수 있다.

상기 바룬은 임피던스변환기로 송수신 장치의 임피던스를 매칭시켜주기 위한 장치이며, 동상전류를 방지하여, 불용복사파 제한과 정재파 특성의 저하도 방지할 수 있다.

상기 바룬이 도시된 도 1을 살펴보면, 안테나(52)를 통하여 수신되는 수신신호는 4T-바룬(48)에서 일정량만큼 임피던스가 조절되어 출력된다. 4T-바룬(48)의 출력신호는 2T-바룬(44)에서 제1수신기(12)의 임피던스와 강제로 매칭되어 출력된다. 상기 임피던스가 조절되어 출력되는 수신신호는 신호의 분리가 이루어지는 트랜스(T₁, T₂)를 통하여 제2수신기(12)로 전송된다. 또한 제1송신장치(10)에서 인가되는 송신신호는 트랜스(T₁, T₂)를 통해서 2T-바룬(44)과 4T-바룬(48)을 통해 안테나(52)로 송출된다. 즉, 본 고안에 의한 고주파신호 분리결합회로로 동시에 송신신호 및 수신신호가 입력되더라도 신호의 분리가 이루어지는 트랜스(T₁, T₂)에 의해 양 신호 상호간에 간섭은 억제된다.

상술한 바와 같이 본 고안은 신호의 송수신시 신호의 상호분리가 이루어지는 신호분리결합회로에 의해 상용 주파수대역에서 상호간섭없이 신호의 전송함으로써, 상대방의 신호원에 영향을 받지 않고 방향이 다른 두 무선국과 송신기와 수신기를 자유로이 연결하여 동시에 운용하 수 있어서 공중선 설치 장소가 한정된 곳에서 사용하기에 편리한 잇점이 있다.

또한, 본 고안의 원리에 의하여 신호 분리결합회로를 복수로 결합하여, 하나의 입력전력을 다수개의 출력전력으로 분배할 수 있는 전력분배회로 및 다수개의 입력을 하나의 출력으로 결합할 수 있는 전력결합회로서도 사용할 수 있다.

Claims (4)

1. 복수의 송수신기와 병렬로 접속되며, 상기 송수신기에 신호를 송신하거나 수신하기 위한 안테나에 접속되는 분리결합회로에 있어서,

   상기 복수의 송수신기 중 어느한 송수신기의 입출력단자와 제1코일의 일단이 접속되고, 상기 제1코일의 일단과 접지사이에 임피던스매칭용 제1저항이 접지와 접속되며, 상기 제1코일의 타단은 제1, 제3코일의 일단과 제4코일의 타단과 접속되고, 제2코일의 타단은 상기 제3코일의 타단과 임피던스매칭용 제3저항과 접속되며, 제4코일의 일단은 접지와 접속된 임피던스매칭용 제4저항과 다른 송수신기의 입출력단자와 접속됨을 특징으로 하는 하는 광대역 고주파신호의 분리결합회로.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1, 제2코일은 상호 유도결합된 제1트랜스(T₁)로 구성되며, 상기 제3, 제4코일은 상호 유도결합된 제2트랜스(T₂)로 구성됨을 특징으로 하는 광대역 고주파신호의 분리결합회로.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제2, 제3 코일의 타단과 상기 안테나 사이에는 임피던스매칭용 바룬(balun)을 더 구비함을 특징으로 하는 광대역 고주파신호의 분리결합회로.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1코일의 타단에 접속되며 일단이 접지와 접속된 정재파저하용 제2저항을 더 구비함을 특징으로 하는 광대역 고주파신호의 분리결합회로.