KR200263146Y1 - 고주파 직접 증폭방식을 이용한 양방향선로중계기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 갱내고정기와 휴대용무전기간 통신시 송수신 신호간 상호간섭없이 고주파신호를 직접 증폭방식으로 보상하여 송신함으로써 양방향의 장거리 통신이 가능할 수 있도록 하는 고주파 직접증폭방식의 양방향선로중계기에 관한 것이다.

본 고안은 고정기측 고주파컨넥터에는 고정기의 송신신호나 전단 양방향선로중계기의 순방향신호만 통과시키는 제1 순방향 대역통과필터, 역방향주파수를 차단하는 제1 역방향주파수 노치필터, 순방향신호만 통과시키는 제2 순방향 대역통과필터, 순방향신호를 감쇄시켜 순방향증폭동작을 안정화시키는 순방향 감쇄기, 누설동축케이블에서 감쇠된 신호를 증폭하는 순방향 증폭기, 순방향신호만 통과시키고 그 외의 신호는 감쇄시키는 제3 순방향 대역통과필터, 역방향 주파수를 소거시키는 제2 역방향 주파수 노치필터, 순방향신호만 통과시키는 제4 순방향 대역통과필터를 차례로 통해 종단측 고주파컨넥터가 연결되는 한편, 상기 종단측 고주파컨넥터에는 휴대용무전기의 송신신호나 후단 양방향선로중계기의 역방향신호만 통과시키는 제1 역방향 대역통과필터, 순방향주파수를 차단하는 제1 순방향주파수 노치필터, 역방향신호만 통과시키는 제2 역방향 대역통과필터, 역방향신호를 감쇄시켜 역방향증폭동작을 안정화시키는 역방향 감쇄기, 누설동축케이블에서 감쇠된 신호를 증폭하는 역방향 증폭기, 역방향신호만 통과시키고 그 외의 신호는 감쇄시키는 제3 역방향 대역통과필터, 순방향 주파수를 소거시키는 제2 순방향 주파수 노치필터, 역방향신호만 통과시키는 제4 역방향 대역통과필터를 차례로 통해 고정기측 고주파컨넥터가연결되어 이루어진 고안임.

Description

고주파 직접 증폭방식을 이용한 양방향선로중계기{bi-directional repeater by direct high frequency amplification}

본 고안은 주로 갱내에서 갱내고정기의 통신신호를 휴대용무전기로 전송함과 아울러 휴대용무전기의 통신신호를 갱내고정기로 전송할 수 있도록 각 갱내고정기와 휴대용무전기의 통신신호를 중계하는 양방향선로중계기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 갱내고정기에서 휴대용무전기로 전송하는 주파수와 휴대용무전기에서 갱내고정기로 전송하는 주파수를 상호 다르게 고주파 변환하여 송수신 신호간 상호간섭없이 고주파신호를 직접 증폭방식으로 보상하여 송신함으로써 양방향의 장거리 통신이 가능할 수 있도록 하는 고주파 직접증폭방식의 양방향선로중계기에 관한 것이다.

지리적으로 멀리 떨어져 있는 두 지점 간에 정보를 신속하고 정확하게 전달하여 생활의 편의를 도모할 수 있도록 하기 위해 통신목적에 따라 각종 통신수단이 개발되어 사용되고 있다.

최근 무선통신 기술이 발전되고 있으나, 석탄 등의 광물을 채광하는 갱에서는 갱도의 길이가 수백 m ∼ 수 ㎞에 이르고 있어 전파가 도달될 수 있는 송달거리가 제한된다. 따라서, 갱내에서는 전파가 미약해지는 지점마다 중계장치를 릴레이식으로 설치하여 갱내고정기 혹은 사용자의 휴대용무전기에서 송신되는 전파를 수신한 후 수신된 전파를 증폭한 후 중계하면 다음 중계장치에서 수신하여 다시 전송하는 중계방식을 채택함으로서 갱내의 휴대용무전기와 갱내고정기간 원활하게 통신을 주고받을 수 있도록 되어 있다.

이를 위해 종래 갱내에서 사용되던 통신방식으로는 유선통신선로를 이용한 방식과 무선중계방식이 있다.

그러나 유선통신선로를 이용한 방식은 도 1에 도시된 바와 같이, 휴대용무전기(100)로부터 송신된 고주파를 누설동축케이블(50)을 통해 처음 수신한 중계기(102a)에서 수신된 고주파를 음성으로 변환한 후 유선통신선로(104)(전화선 또는 광케이블)를 통해 다음 중계기(102b)로 보내어 다시 변조하여 도시되지 않은 갱내고정기로 전송하되 갱내 거리에 따라 수 개의 중계기를 거쳐 갱내고정기로 전송하도록 하거나 이와 역순으로 갱내고정기로부터 휴대용무전기(100)로 전송하도록 하는 방식으로서, 이러한 방식은 중계기에서 수신전파를 복조한 후 유선으로 다음 중계기에 음성신호로 전송 후 변조하므로 통신음질이 다소 떨어지게 되고, 중계기와 중계기간의 전파 중복지역에서 감도가 불량하며, 중계기와 중계기간 신호전송을 위한 유선통신선로, 휴대용무전기와 중계기간 통신을 하기 위한 누설동축케이블을 별도로 설치하여 관리하여야 하는 문제점이 있었다.

또한, 무선중계방식은 도 2에 도시된 바와 같이, 휴대용무전기(100)에서 송신된 고주파를 야기안테나(108)를 통해 중계기(102a)가 수신하여 음성으로 변환한 후 중계기(102a)내의 송신기에서 변조를 하여 송신하면 다음 중계기(102b)는 이 전파를 수신 후 다시 다음 중계기(102c) 혹은 갱내고정기로 송신하거나 이와 역순으로 갱내고정기에서 휴대용무전기(100)로 송신하는 등 복조-변조를 계속 반복하는 방식으로서, 이러한 방식에서는 변조, 복조를 반복하므로 통신음질이 불량하게 되고, 중계기와 중계기간의 전파 중복지역에서 감도가 불량할 뿐만 아니라 특히 무선전파의 전송상 지형적 영향을 많이 받게 되며, 시설면에서는 별도의 통신 케이블 없이 안테나만 설치하면 통신할 수 있어 설비가 간단하나 채광시 발생되는 분진이 안테나에 쌓여 관리에 상당한 어려움이 있었다.

본 고안은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 광산 지하갱도나 터널 등에서 미약해진 전파를 증폭한 후 누설동축케이블(Leaky Coaxial Cable)을 이용하여 송신함으로써 무선통신이 가능하도록 하는 양방향 선로중계기에 있어서, 송신주파수와 수신주파수를 달리하는 방식을 이용하여 수신된 고주파신호를 직접 증폭한 후 송신할 수 있도록 함으로써 설비구조를 단순화 시킬 수 있으면서도 양질의 통화감도를 실현시킬 수 있도록 된 고주파 직접증폭방식의 양방향선로중계기를 제공하고자 함에 목적이 있다.

도 1은 종래 유선통신 선로를 이용한 갱내 통신망,

도 2는 종래 무선 중계방식 갱내 통신망,

도 3은 본 고안의 구성도,

도 4는 도 3의 양방향선로중계기의 전시도,

도 5는 본 고안에 따른 양방향선로중계기의 사용일례에 따른 갱내 통신망 계통도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10,28 -- 고주파컨넥터, 12,16,22,26 -- 순방향 대역통과필터,

14,24 -- 역방향 노치필터, 18 -- 순방향 감쇄기,

20 -- 순방향 증폭기, 30,34,40,44 -- 역방향 대역통과필터,

32,42 -- 순방향 노치필터, 36 -- 역방향 감쇄기,

38 -- 역방향 증폭기.

본 고안은 고정기측 고주파컨넥터에는 고정기의 송신신호나 전단 양방향선로중계기의 순방향신호만 통과시키는 제1 순방향 대역통과필터, 역방향주파수를 차단하는 제1 역방향주파수 노치필터, 순방향신호만 통과시키는 제2 순방향 대역통과필터, 순방향신호를 감쇄시켜 순방향증폭동작을 안정화시키는 순방향 감쇄기, 누설동축케이블에서 감쇠된 신호를 증폭하는 순방향 증폭기, 순방향신호만 통과시키고 그 외의 신호는 감쇄시키는 제3 순방향 대역통과필터, 역방향 주파수를 소거시키는 제2 역방향 주파수 노치필터, 순방향신호만 통과시키는 제4 순방향 대역통과필터를 차례로 통해 종단측 고주파컨넥터가 연결되는 한편, 상기 종단측 고주파컨넥터에는 휴대용무전기의 송신신호나 후단 양방향선로중계기의 역방향신호만 통과시키는 제1 역방향 대역통과필터, 순방향주파수를 차단하는 제1 순방향주파수 노치필터, 역방향신호만 통과시키는 제2 역방향 대역통과필터, 역방향신호를 감쇄시켜 역방향증폭동작을 안정화시키는 역방향 감쇄기, 누설동축케이블에서 감쇠된 신호를 증폭하는 역방향 증폭기, 역방향신호만 통과시키고 그 외의 신호는 감쇄시키는 제3 역방향 대역통과필터, 순방향 주파수를 소거시키는 제2 순방향 주파수 노치필터, 역방향신호만 통과시키는 제4 역방향 대역통과필터를 차례로 통해 고정기측 고주파컨넥터가 연결된 구조로 되어 있다.

이하 본 고안의 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 고안의 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 양방향선로중계기의 전시도를 나타낸다.

본 고안에서 사용되는 반송파주파수는 갱내고정기에서 휴대용무전기로 송신되는 주파수(이하 "순방향 주파수"라 함)와 휴대용무전기로부터 갱내고정기로 송신되는 주파수(이하 "역방향 주파수"라 함)를 다르게 설정하여, 양방향선로중계기에서 출력되는 신호가 다시 자신의 수신부로 입력되는 것을 차단함으로써 송수신신호간 상호간섭없이 양방향 중계작용을 수행할 수 있도록 이루어진 것이다.

갱내 고정기 혹은 갱내 고정기로부터의 송신신호를 증폭하여 중계하는 전단 양방향선로중계기(이하 "전단 중계기"라 함)로부터 수신되는 신호를 증폭하여 휴대용무전기 혹은 후단의 양방향선로중계기(이하 "후단 중계기"라 함)로 중계송신하는 회로구성 및 작용은 다음과 같다.

고정기측 고주파컨넥터(10)의 외측으로는 전단 중계기가 연결되어, 상기 전단 중계기에서 송신되는 순방향신호를 수신하여 후술되는 내부회로를 통해 후단 중계기측으로 전송할 수 있도록 함과 아울러, 후단 중계기로부터 송신되어온 신호를 전단 중계기로 전송할 수 있도록 외측으로 누설동축케이블(50)이 연결된다.

누설동축케이블(50)에 의해 상기 중계기들의 연결관계는 도 5에 도시되어 있으며, 누설동축케이블은 동축 케이블의 외부 도체에 일정한 간격으로 홈을 만들어 미약한 전파를 발생시키게 한 케이블로서, 열차 전화, 터널 내의 자동차 전화 서포트 등 서비스 영역이 선형으로 되어 있는 이동 통신의 안테나로 주로 이용되는 것이다.

한편, 전단 중계기측 고주파컨넥터(10)에서 내측 방향으로는 제1 순방향 대역통과필터(12)가 연결되어 전단 중계기측의 순방향신호만 통과시킨다. 이는 후술되는 바와 같이 고주파컨넥터(28)로 입력되어 고주파컨넥터(10)측으로 증폭송신되는 역방향주파수가 제1 순방향 대역통과필터(12)로 인입되는 것을 방지하기 위함이다.

제1 순방향 대역통과필터(12) 후단에는 제1 역방향주파수 노치필터(14)가 연결되어 역방향주파수 즉, 휴대용무전기에서 고정기측으로 송신되는 신호의 주파수를 소거시켜 역방향신호가 통과되지 않도록 하는 작용을 한다. 노치필터 (notch filter)는 통상 특정 주파수 주위의 아주 좁은 주파수 대역의 성분만을 제거시키기 위하여 설계된 필터이다.

제1 역방향주파수 노치필터(14)의 후단에는 제2 순방향 대역통과필터(16)가 연결되어 재차 순방향신호만 통과시키도록 되어 있다.

제2 순방향 대역통과필터(16)의 후단에는 순방향증폭동작을 안정화시키기 위해 순방향 감쇄기(18)가 연결되어 순방향신호를 감쇄시키는 작용을 한다. 이는 송신거리가 짧은 곳으로부터 순방향신호가 수신되는 경우 반송파 주파수가 강하게 들어오므로 이를 감쇄시키기 위함이다.

순방향 감쇄기(18)의 후단에는 순방향 증폭기(20)가 연결되어 순방향신호를 증폭시키는 작용을 한다. 이는 전단 중계기로부터 송신된 신호가 누설동축케이블을 통해 전송될 때 전송거리가 긴 경우 누설동축케이블에서 감쇠된 신호를 증폭하기 위함이다.

순방향 증폭기(20)의 후단에는 제3 순방향 대역통과필터(22)가 연결되어 순방향신호만 통과시키고 그 외의 신호는 감쇄시키는 작용을 하고, 제3 순방향 대역통과필터(22)의 후단에는 제2 역방향 주파수 노치필터(24)가 연결되어 역방향 주파수를 소거시키는 작용을 하며, 제2 역방향 주파수 노치필터(24)의 후단에는 제4 순방향 대역통과필터(26)가 또다시 연결되어 순방향신호만 통과시켜 종단측 고주파컨넥터(28)로 출력함으로써 전단 중계기로부터의 신호를 휴대용 무전기로 전송할 수 있게 된다.

이와 더불어, 후단 중계기로부터 수신되는 신호를 증폭하여 전단 중계기측으로 중계하는 회로구성 및 작용은 전단 중계기로부터 수신되는 신호를 증폭하여 후단 중계기측으로 중계하는 회로구성 및 작용과 중계주파수만 상이할 뿐 실질적으로 동일하게 이루어져 있다. 이를 설명하면 다음과 같다.

후단 중계기측 고주파컨넥터(28)의 외측으로는 누설동축케이블(50)을 통해 후단 중계기가 연결되어, 상기 후단 중계기에서 송신되는 역방향신호가 내부회로로 입력됨과 아울러, 전단 중계기로부터 송신되어온 신호가 내부회로에서 증폭된 후 후단 중계기로 전송될 수 있도록 이루어져 있다.

이를 좀 더 상세히 설명하면, 후단 중계기측 고주파컨넥터(28)에서 내측 방향으로는 제1 역방향 대역통과필터(30)가 연결되어, 후단 중계기측의 역방향신호만 통과시킨다. 이는 앞에서 언급된 바와 같이 고주파컨넥터(10)로 입력되어 고주파컨넥터(28)측으로 증폭송신되는 순방향주파수가 제1 역방향 대역통과필터(30)로 인입되는 것을 방지하기 위함이다.

제1 역방향 대역통과필터(30) 후단에는 제1 순방향주파수 노치필터(32)가 연결되어 순방향주파수 즉, 고정기측에서 휴대용무전기측으로 송신되는 신호의 주파수를 소거시켜 순방향신호가 통과되지 않도록 하는 작용을 한다.

제1 순방향주파수 노치필터(32)의 후단에는 제2 역방향 대역통과필터(34)가연결되어 재차 역방향신호만 통과시키도록 되어 있다.

제2 역방향 대역통과필터(34)의 후단에는 역방향증폭동작을 안정화시키기 위해 역방향 감쇄기(36)가 연결되어 역방향신호를 감쇄시키는 작용을 한다. 이는 상기 순방향감쇄기(18)와 마찬가지로 송신거리가 짧은 곳으로부터 역방향신호가 수신되는 경우 반송파 주파수가 강하게 들어오게 되므로 이를 감쇄시키기 위함이다.

역방향 감쇄기(36)의 후단에는 역방향 증폭기(38)가 연결되어 역방향신호를 증폭시키는 작용을 한다. 이는 후단 중계기로부터 송신된 신호가 누설동축케이블을 통해 전송될 때 전송거리가 긴 경우 누설동축케이블에서 감쇠된 신호를 증폭하기 위함이다.

역방향 증폭기(38)의 후단에는 제3 역방향 대역통과필터(40)가 연결되어 역방향신호만 통과시키고 그 외의 신호는 감쇄시키는 작용을 하고, 제3 역방향 대역통과필터(40)의 후단에는 제2 순방향 주파수 노치필터(42)가 연결되어 순방향 주파수를 소거시키는 작용을 하며, 제2 순방향 주파수 노치필터(42)의 후단에는 제4 역방향 대역통과필터(44)가 또다시 연결되어 역방향신호만 통과시켜 고정기측 고주파컨넥터(10)를 통해 전단 중계기로 출력함으로써 후단 중계기로부터의 신호를 고정기로 전송할 수 있게 된다.

도 5는 본 고안에 따른 양방향선로중계기를 이용한 갱내통신망계통도를 도시한 것으로, 참조부호 100은 양방향선로중계기, 120은 갱내고정기, 130은 더미로드, 140은 휴대용무전기, 150은 원격조정기를 각각 나타내는 것이다.

휴대용무전기(100)에서 송신된 신호는 가장 인접된 누설동축케이블(50)에서 수신되어 해당 누설동축케이블(50)이 연결되어 있는 갱내고정기(120) 혹은 양방향선로중계기(100)로 전송되어 앞서 설명된 바와 같은 증폭작용을 거친후 갱내고정기(120) 혹은 갱내고정기(120)측 전단 중계기로 전송되고, 이와 유사한 방법으로, 외부에서 국선을 통해 전송되는 신호는 갱내고정기(120)에서 수신된 후 누설동축케이블(50)을 통해 후단 중계기로 전송되어, 갱내외간 통신이 이루어지게 된다.

상기한 바와 같이 본 고안은 중계기와 중계기를 누설동축케이블로 직접 연결하여 통신하더라도 송수신신호간 상호간섭이 발생되지 않고 고주파신호를 직접 증폭하여 송신하므로 통신감도가 양호하게 되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 고정기측 고주파컨넥터에는 고정기의 송신신호나 전단 양방향선로중계기의 순방향신호만 통과시키는 제1 순방향 대역통과필터, 역방향주파수를 차단하는 제1 역방향주파수 노치필터, 순방향신호만 통과시키는 제2 순방향 대역통과필터, 순방향신호를 감쇄시켜 순방향증폭동작을 안정화시키는 순방향 감쇄기, 누설동축케이블에서 감쇠된 신호를 증폭하는 순방향 증폭기, 순방향신호만 통과시키고 그 외의 신호는 감쇄시키는 제3 순방향 대역통과필터, 역방향 주파수를 소거시키는 제2 역방향 주파수 노치필터, 순방향신호만 통과시키는 제4 순방향 대역통과필터를 차례로 통해 종단측 고주파컨넥터가 연결되는 한편, 상기 종단측 고주파컨넥터에는 휴대용무전기의 송신신호나 후단 양방향선로중계기의 역방향신호만 통과시키는 제1 역방향 대역통과필터, 순방향주파수를 차단하는 제1 순방향주파수 노치필터, 역방향신호만 통과시키는 제2 역방향 대역통과필터, 역방향신호를 감쇄시켜 역방향증폭동작을 안정화시키는 역방향 감쇄기, 누설동축케이블에서 감쇠된 신호를 증폭하는 역방향 증폭기, 역방향신호만 통과시키고 그 외의 신호는 감쇄시키는 제3 역방향 대역통과필터, 순방향 주파수를 소거시키는 제2 순방향 주파수 노치필터, 역방향신호만 통과시키는 제4 역방향 대역통과필터를 차례로 통해 고정기측 고주파컨넥터가 연결되어 이루어진 고주파 직접 증폭방식을 이용한 양방향선로중계기.