KR20030018662A

KR20030018662A - 60㎓ 대역을 이용한 무선 마이크

Info

Publication number: KR20030018662A
Application number: KR1020010052896A
Authority: KR
Inventors: 이진구; 채연식
Original assignee: 이진구; 채연식
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2003-03-06

Abstract

본 발명은 공기 중에 흡수율이 좋은 60㎓ 대역의 주파수를 이용한 무선 마이크에 관한것으로, 그 구성이 송신부(100)가 음선 신호 입력부(2), 신호 변조부(3) 및 RF 신호 증폭부(4)로 이뤄지며, 수신부(150)가 안테나(6), 신호 증폭기(7) 및 스피커(8)로 이뤄지는 통상의 무선 마이크 시스템에 있어서, 60㎓ 주파수 대역에서의 신호 송수신을 위하여 송신부(200)에는 상기 RF 신호 증폭부(4) 다음에 혼합기(11), 전압 제어 발진기(12) 및 증폭기(13)로 이뤄진 60㎓ 상향 전환기(10)가 추가 구비되고, 수신부(250)에는 상기 안테나(6)와 신호 증폭기(7) 사이에 혼합기(11), 전압 제어 발진기(12) 및 저잡음 증폭기(14)로 구성된 60㎓ 하향 전환기가 추가 구비되며, 상기 60㎓ 상향 및 하향 전환기(10)에 주파수 발진 반도체 소자 (15)가 드레인(15-1)과 소스(15-2) 사이의 갭이 수 마이크로미터(㎛) 수준으로 좁고, 게이트(15-3)와 기판(15-4) 상면과의 접촉 폭은 상기 갭보다 훨씬 작도록 하며, 게이트(15-3)의 핑거수가 2내지 3개로 구성된 PHEMT 소자로 되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 60㎓ 대역을 이용한 무선 마이크 시스템은 종래의 무선 마이크보다 같은 대역의 같은 채널을 가진 무선 마이크를 여러개 사용하더라도 서로 혼선이 적은 우수한 확장성을 가지고, 밀리미터파를 사용하므로써 여타의 저주파수 대역의 전파와 간섭되지 않으므로 고음질의 음성을 그대로 전송할 수 있는 장점을 갖는다.

Description

60㎓ 대역을 이용한 무선 마이크{wireless microphone utilizing 60GHz frequency band}

본 발명은 60㎓ 대역을 이용한 무선 마이크에 관한것으로, 종래의 무선 마이크에 비해 더욱 깨끗한 음질의 음성을 전달하 수 있도록 창안된 60㎓대역을 이용한 무선 마이크에 대한 것이다.

30㎓ 이상의 주파수 대역인 밀리미터파 대역 중에서 특히 60㎓의 주파수 대역은 대기 중에 산소에 의한 흡수율이 높아 주파수 재활용 측면에서 매우 유용한데, 이는 같은 주파수를 가진 서로 다른 전파간의 교신 시에도 서로에 대한 간섭이 적고, 또한 이 대역으로 교신이 이뤄지는 마이크를 사용하게 되면 한정된 공간에서 혼선 없이 깨끗한 음질의 음성을 스피커를 통해 그대로 전송해 줄 수 있게 된다.

그러나, 음성 신호 입력부, 신호 변조부 및 RF 신호 증폭부로 구성된 종래의 무선 마이크는 1㎓ 이하의 주파수 대역밖에 사용하지 못하여 실내 강연회나 회의 시에 한쪽 방에서 무선 마이크를 사용하고 옆방에서도 동일한 주파수의 마이크를 사용하게 되면 혼선을 빚게되어 무선 마이크를 통한 음성의 전달이 깨끗하지 못하였고, 여러 가지 잡음이 섞이게 되는 일이 빈번하였었다.

이러한 종래의 무선 마이크의 동작을 위한 구성은 도 1과 도 2에 도시된 바와 같으며, 도 1은 종래의 무선 마이크의 구성도로써, 무선 마이크(100) 몸체와 스피커(150)로 이뤄져 있음을 나타낸 것이다.

종래의 무선 마이크(100) 몸체는 다시 20~20000㎐의 음성 신호를 입력받는 마이크(1)와 입력된 음성 신호를 전기적 신호로 변환하여 음성 신호 입력부(2), 반송파인 1㎓대역의 주파수에 상기 변환된 전기적인 음성 신호를 싣는 신호 변조부 (3), 변조된 음성 신호가 공기 중에서의 감쇄됨을 고려하여 세기를 증폭시켜주는 RF신호 증폭부(4)로 이뤄지며, 상기 회로들을 차례로 거친 음성 신호는 송신 안테나(5)를 통해 수신기(150)로 전송되어진다.

이때에 공기 중에 발산되는 주파수는 1㎓대역의 주파수(101)이며, 상기 무선 마이크(100)로부터 송출된 신호는 수신기(150)의 수신 안테나(6)로 수신되어 미약한 신호를 증폭시켜주는 신호 증폭기(7)를 거쳐 스피커(8)로 출력하게 된다.

본 명세서에서의 상기 신호 증폭기(7)는 통상적인 동조회로, 고주파 증폭회로, 검파회로, 저주파 증폭회로등의 역할을 겸하고 있는 것임을 밝혀둔다.

그러나, 상기와 같은 종래의 무선 마이크(100)는 1㎓ 대역의 주파수를 사용하기 때문에 실내 강연회나 회의실에서의 강연 등에 사용할 시엔 동일한 주파수대역의 무선 마이크를 옆방에서 사용하기만 하여도 혼선이 일어나고 여러 가지 잡음이 끼어 신호 전달이 제대로 이뤄지지 못하는 단점이 있었다.

본 발명은 상기의 단점을 개선하고자 한 것으로, 60㎓대역의 주파수가 공기 중에 흡수되는 비율이 상당히 높다는 것에 착안하여, 주변 환경 여건에서 안정적인 동작은 물론 같은 주파수대역을 사용하는 다른 무선 마이크와도 혼선을 일으키지 않으면서 주파수 셀의 분할이 가능한 60㎓ 대역의 무선 마이크를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이를 위해 본 발명에서는 종래의 무선 마이크에서 출력되는 1㎓ 대역의 주파수를 IF신호로 이용하여 60㎓로 상향 전환하는 회로를 추가 구비한 무선 마이크를 제공하고자 하며, 또한, 60㎓의 주파수를 상향 전환하기 위한 회로가 단일칩 집적회로인 MMIC로 가능하게 하는 기술을 제공하여 기존의 무선 마이크에 그대로 콤팩트하게 적용할 수 있도록 하고자 하는 것이다.

도 1은 종래의 무선 마이크의 구성도,

도 2는 본 발명의 무선 마이크의 구성도,

도 3은 본 발명에 적용되는 60㎓ 대역 주파수 상향 전환기의 내부 구성도,

도 4는 본 발명에 적용되는 60㎓ 대역 주파수 하향 전환기의 내부 구성도,

도 5는 상기 상·하향 전환기에 사용되는 혼합기의 일실시예의 회로도,

도 6은 상기 상·하향 전환기에 사용되는 전압 제어 발진기의 일실시예의 회로도,

도 7은 상기 상·하향 전환기에 사용되는 증폭기 혹은 저잡음 증폭기의 일실시예의 회로도,

도 8은 본 발명의 60㎓ 주파수 발진 회로에 사용되는 PHEMT 반도체 소자의 평면 구조도,

도 9는 본 발명의 60㎓ 주파수 발진 회로에 사용되는 PHEMT 반도체 소자의 'A-A'선 단면 구조도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 입력 마이크부2 : 음성 신호 입력부

3 : 신호 변조부4 : RF 신호 증폭부

5 : 송신 안테나6 : 수신 안테나

7 : 신호 증폭기8 : 출력 스피커

9 : 60㎓ 상향 전환기(up-converter)

10 : 60㎓ 하향 전환기(down-converter)

11 : 혼합기(mixer)12 : 전압제어 발진기(VCO)

13 : 증폭기(amplifier)14 : 저잡음 증폭기(LNA)

15 : 반도체 소자(PHEMT)

15-1 : 드레인(drain)15-2 : 소스(source)

15-3 : 게이트(gate)15-4 : 반도체 기판

16 : 레지스터(resistor)17 : 커패시터(capacitor)

18 : 인덕터(inductor)19 : 마이크로스트립 라인

20 : 임피던스 정합회로(impedance matching circuit)

21 : 네거티브 저항 회로(negative resistance circuit)

22 : 피드백 회로(feed back circuit)

100 : 종래의 무선 마이크 몸체

150 : 종래의 무선 마이크 수신부

200 : 본 발명의 무선 마이크 몸체

250 : 본 발명의 무선 마이크 수신부

본 발명의 무선 마이크는 상기 목적을 달성하기 위하여, 송신부(100)가 음선 신호 입력부(2), 신호 변조부(3) 및 RF 신호 증폭부(4)로 이뤄지며, 수신부 (150)가 안테나(6), 신호 증폭기(7) 및 스피커(8)로 이뤄지는 통상의 무선 마이크 시스템에 있어서, 60㎓ 주파수 대역에서의 신호 송수신을 위하여 송신부(200)에는 상기 RF 신호 증폭부(4) 다음에 혼합기(11), 전압 제어 발진기(12) 및 증폭기(13)로 이뤄진 60㎓ 상향 전환기(10)가 추가 구비되고; 수신부(250)에는 상기 안테나 (6)와 신호 증폭기(7) 사이에 혼합기(11), 전압 제어 발진기(12) 및 저잡음 증폭기 (14)로 구성된 60㎓ 하향 전환기가 추가 구비되며; 상기 60㎓ 상향 및 하향 전환기(10)에 주파수 발진 반도체 소자(15)가 드레인(15-1)과 소스(15-2) 사이의 갭이 수 마이크로미터(㎛) 수준으로 좁고, 게이트(15-3)와 기판(15-4) 상면과의 접촉 폭은 상기 갭보다 훨씬 작도록 하며, 게이트(15-3)의 핑거수가 2내지 3개인 PHEMT 소자로 구성된다.

이에 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명하고자 첨부된 도면 2내지 9를 참조한다.

도 2는 본 발명의 무선 마이크의 몸체(200)와 수신부(250) 각각의 구성을 나타낸 구성도이고, 도 3와 도 6은 각각 본 발명에 적용되는 60㎓ 대역 주파수를 사용하기 위한 상향전환기와 하향 전환기 각각의 구성을 나타낸 구성도이다.

도 5내지 도7은 상기 상·하향 전환기에 공통적으로 사용되는 혼합기, 전압제어 발진기, 증폭기 혹은 저잡음 증폭기의 회로도이며, 상기 도 7의 경우 좌측 RF 단자가 입력단으로 사용될 경우 증폭기로 사용될 수 있고 우측 RF 단자가 입력단으로 사용될 경우에는 저잡음 증폭기로 동작한다.

도 8 및 도 9는 각기 상기 상·하향 전환기의 각 회로에 사용되는 PHEMT 반도체 소자(15)의 평면 구조도 및 단면 구조를 나타낸 것이다.

도 2에서와 같이 본 발명에 따른 60㎓ 무선 마이크는 송신부(200)가 입력 마이크부(1)와 음성 신호 입력부(2)와 신호 변조부(3)와 RF 신호 증폭부(4), 그리고 60㎓ 상향 전환기(9) 및 송신 안테나(5)로 이뤄지며, 수신부(250)는 수신 안테나 (6), 60㎓ 하향 전환기(10), 신호 증폭기(7) 및 출력 스피커(8)가 차례로 연결되어 구성되어진다.

본 발명에 있어서 도 1의 종래의 무선 마이크와 그 구성을 달리하는 송신부 (200)의 60㎓ 상향 전환기(9)부는 도 3에서와 같이 혼합기(11), 전압 제어 발진기(12), 증폭기(13)로 구성되며, 수신부의 60㎓ 하향 전환기(10)부는 도 4에서와 같이 혼합기(11), 전압 제어 발진기(12), 저잡음 증폭기(14)로 구성된다.

본 발명의 무선 마이크의 송신부(200)의 동작은 입력 마이크부(1)로부터 20~20000㎐에 달하는 음성 신호를 입력받아 음성 신호 입력부(2)에서 전기적 신호로 전환한 후 신호 변조부(3)에서 1㎓ 대역의 주파수에 상기 변환된 음성신호의 전기적 신호가 싣고, RF 신호 증폭부(4)에서 변조된 고주파의 세기를 증폭시키는 과정까지는 종래의 무선 마이크(100)와 별다른 점이 없으나, 상기 RF 신호 증폭부(4)를 거친 1㎓ 대역의 합성 신호가 60㎓ 상향 전환기(9)로부터 발진된 60㎓ 대역 주파수와 합성되어 송신 안테나(5)를 통해 송출되는 과정에 차이점이 있다.

상기의 60㎓ 주파수에 1㎓ 신호를 싣기 위한 60㎓ 상향 전환기(9)의 구성은 도 3에 나타낸 바와 같으며, 상기 RF 신호 증폭부(4)로부터 증폭된 1㎓ 신호가 60㎓ 상향 전환기(9)의 혼합기(11)에 IF 신호로 입력되고, 상기 60㎓ 상향 전환기(9)의 전압 제어 발진기(12)로부터 생성된 60㎓의 주파수 신호가 LO 신호로 혼합기 (11)에 입력되어지면, 혼합기(11)에서 이를 혼합하여 61㎓ 대역의 변조하여 혼합기 (11)의 증폭기(13)으로 신호의 세기를 다시 증폭한 후 송신 안테나(5)를 통해 공기 중으로 전파하게 된다.

이렇게 전파된 신호는 본 발명의 수신부(25)의 수신 안테나(6)에서 캐치 (catch)한 후 곧바로 60㎓ 하향 전환기(10)를 거치도록 하는데, 상기 60㎓ 하향 전환기(10)는 상기 61㎓의 수신된 신호를 IF 신호로 하향 전환기(10)의 혼합기(11)에 입력하고, 전압 제어 발진기(12)에서 발진된 60㎓ 신호를 LO 신호로 입력하여 음성 신호가 포함된 1㎓이하의 신호를 출력하게 되고, 상기 상향 전환기(9)의 증폭기 (13)기의 입출력 단자의 방향이 반대인 저잡음 증폭기(14)로 잡음을 걸러내어 신호 증폭기(7)를 통해 음성 신호를 증폭한 후 출력 스피커(8)를 통해 방출하게 된다.

본 발명에 특징이 있는 혼합기(11), 전압 제어 발진기(12), 증폭기(13) 혹은 저잡음 증폭기(14)를 구성 요소로하는 상향 전환기(9) 및 하향 전환기(10)는 무선마이크 통신 시스템의 송신부(200) 및 수신부(250)에 컴팩트한 구조로 내장될 수 있도록 단일칩 집적회로(MMIC)화 하는 것이 그 성능의 유지 및 외관의 크기를 감축하는데 상당히 도움이 된다.

이를 위하여 본 명세서에서는 상기 상향 전환기(9) 및 하향 전환기(10)에 들어가는 혼합기(11), 전압 제어 발진기(12), 증폭기(13) 혹은 저잡음 증폭기(14)의 일실시 회로도를 첨부된 도면 5내지 7에 제시하였으며, 상기 도 5내지 도 7의 회로에 사용되는 반도체 능동 소자는 PHEMT 소자로 도 8과 도 9에 나타낸다.

첨부된 도면 5내지 7과 도 8내지 9에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5의 혼합기(11)의 회로는 도 8내지 9에 제시된 PHEMT 반도체 소자(15)와 소자 주변에 레지스터(16), 커패시터(17), 인덕터(18)로 구성된 입출력 단자의 임피던스를 매칭시키기 위한 임피던스 정합회로(20)로 구성되어진다. 본 발명의 혼합기(11)는 IF 신호가 입력되는 IF 입력단자(IN1)와 LO 신호가 입력되는 LO 입력단자 (IN2) 및 RF 신호 출력 단자(OUT3)의 총 3단자를 갖는다.

도 6의 전압 제어 발진기(11)의 회로에는 상기 혼합기(11) 회로에서와 같은 PHEMT 반도체 소자(15)가 사용되며, 60㎓ 신호가 RF 신호를 출력하여 상기 혼합기 (11)의 IF 입력단자(IN1)과 연결되는 RF 출력단자(OUT1)가 있다.

전압 제어 발진기(11)에서는 60㎓의 RF 신호를 출력시켜되지만, 전압 제어 발진기(11) 자체에는 전력을 가지는 RF 신호의 입력이 없기 때문에 회로 내에서 자체적으로 출력 전력을 발생시키기 위하여 레지스터(16), 커패시터(17), 인덕터(18)로 구성된 네거티브 저항 회로(21)를 가지며, 능동소자(15)의 게이트 출력의 일부를 게이트로 피드백하는 능동소자(15) 게이트단에 피드백 회로(22)가 구비된다.

또한, RF 신호의 출력단에는 임피던스 매칭을 위한 임피던스 정합회로(20)가 연결된다.

도 7의 증폭기(13) 혹은 저잡음 증폭기(14)의 회로에 있어서는, PHEMT 소자 2개가 사용되며, 소자와 소자 사이 그리고 RF 입력출력단자 (IN3)과 (OUT3-1)의 사이에는 임피던스 매칭을 위한 임피던스 정합회로(20)가 연결된다.

상기 PHEMT 소자(15)의 게이트단, 즉 RF 입출력단자 (IN3)으로 60㎓ 대역의 주파수가 입력되어지면 60㎓ 대역의 주파수가 증폭되어지므로 본 발명의 송신부 (200)에 사용되어 질 수 있으며 이런 경우 증폭기(13)라고 하고, 반대로 RF 입출력단자(OUT3-1)로 60㎓ 대역의 주파수가 입력되면 1㎓ 대역의 주파수가 소자(15)의 게이트로 증폭되어 출력되어짐으로 본 발명의 수신부(250)에 사용되어질 수 있으며 이러할 경우를 저잡음 증폭기(14)라고 통상적으로 칭한다.

상기 본 발명을 PHEMT 소자(15)는 도 8내지 도 9에 나타낸 바와 같이 GaAs계 분자들이 증착되어 이루어지는 중앙의 드레인(15-1)과 드레인(15-1) 양쪽의 소스 (15-2)들과 그리고 드레인(15-1)과 소스(15-2) 사이의 틈으로 폭이 좁은 게이트 (15-3)가 놓여 있는 형태로 구성된 통상의 PHEMT 소자 구조로 되어 있으며, 상기 도 8의 "A-A'"선단면도를 나타낸 도 9에서와 같이 반도체 기판(15-4)상에 설치되는 상기 드레인(15-1)과 소스(15-2) 사이에 놓이는 게이트(15-3)는 그 상부 폭 길이 (L2)가 2㎛의 간격으로 형성되고 하부 폭의 길이(L1)가 상부 폭 길이(L2)보다 상당히 좁은 0.1㎛의 간격을 가지도록 증착되어진다.

또한, 본 발명에서의 게이트(15-3)의 핑거수는 2개로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 60㎓ 대역 주파수의 발진 및 사용을 위한 회로에 있어서, 상기와 같이 게이트의 상하부 폭 (L1)과 (L2)를 줄이는 것과 기판(15-4)에 증착되는 게이트의 핑거 수를 2개내지 3개로 그 수를 최소화하는 것은 60㎓ 대역의 주파수를 발진 및 사용하기 위해 최적의 성능을 나타내는데 필수적인 요건이 된다.

그러나, 구체적으로 명기된 게이트 상하부 폭 (L1)과 (L2) 및 게이트의 핑거수는 꼭 상기와 같은 일실시예에 한정하지 않으며, 약간의 변형이 있을 수 있음을 밝혀둔다.

이상 살펴본 바와 같은 60㎓ 대역을 사용할 수 있는 무선 마이크는 통상적으로 알려진 바와 같이 60㎓ 대역의 주파수가 공기중에 흡수가 빠르기 때문에 밀폐된 공간에서 사용한다면 바로 옆방에서 같은 주파수를 이용하는 마이크를 사용한다고 하더라도 간섭 및 혼선이 거의 없어 통신 품질이 우수한 무선 마이크 사용이 가능해 질 수 있다.

본 발명의 60㎓ 대역을 이용한 무선 마이크 시스템은 종래의 무선 마이크보다 같은 대역의 같은 채널을 가진 무선 마이크를 여러개 사용하더라도 서로 혼선이 적은 우수한 확장성을 가지고, 밀리미터파를 사용하므로써 여타의 저주파수 대역의 전파와 간섭되지 않으므로 고음질의 음성을 그대로 전송할 수 있는 장점이 있다.

Claims

송신부(100)가 음선 신호 입력부(2), 신호 변조부(3) 및 RF 신호 증폭부(4)로 이뤄지며, 수신부(150)가 안테나(6), 신호 증폭기(7) 및 스피커(8)로 이뤄지는 통상의 무선 마이크 시스템에 있어서,

60㎓ 주파수 대역에서의 신호 송수신을 위하여 송신부(200)에는 상기 RF 신호 증폭부(4) 다음에 혼합기(11), 전압 제어 발진기(12) 및 증폭기(13)로 이뤄진 60㎓ 상향 전환기(10)가 추가 구비되고;

수신부(250)에는 상기 안테나(6)와 신호 증폭기(7) 사이에 혼합기(11), 전압 제어 발진기(12) 및 저잡음 증폭기(14)로 구성된 60㎓ 하향 전환기가 추가 구비되며;

상기 60㎓ 상향 및 하향 전환기(10)에 주파수 발진 반도체 소자(15)가 드레인(15-1)과 소스(15-2) 사이의 갭이 수 마이크로미터(㎛) 수준으로 좁고, 게이트 (15-3)와 기판(15-4) 상면과의 접촉 폭은 상기 갭보다 훨씬 작도록 하며, 게이트 (15-3)의 핑거수가 2내지 3개로 구성된 PHEMT 소자임을 특징으로 하는 60㎓ 대역을 이용한 무선 마이크.