KR20040016054A - 부성저항 회로를 이용한 무손실 필터 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 듀플렉서를 이용한 필터에 관한 것으로, 특히 필터 내부의 저항 성분을 제거하여 손실을 줄이도록 한 부성저항 회로를 이용한 무손실 필터 장치에 관한 것이다. 종래에는 필터 내부에 존재하는 저항 성분 때문에 삽입 손실 및 감쇄가 발생하고, 그로인해 수신감도와 STD가 악화되는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 송신 및 수신을 위한 안테나와; 상기 안테나 및 송수신 입출력부와 연결되어 송수신 주파수들을 분리하며 각각의 신호를 저손실로 통과시키는 듀플렉서와; 상기 듀플렉서와 직렬로 연결되고 그 출력이 상기 안테나로 피드백되며, 상기 듀플렉서의 내부 저항에 의해 손실된 전력 만큼의 전력을 생성하는 부성저항 회로부를 포함하는 무손실 필터를 통해 필터의 손실을 최소화 하여 수신 감도와 STD를 개선하는 효과가 있다.

Description

부성저항 회로를 이용한 무손실 필터 장치{NO LOSS FILTER APPARATUS USING NEGATIVE RESISTANCE CIRCUIT}

본 발명은 듀플렉서를 이용한 필터에 관한 것으로, 특히 필터 내부의 저항 성분을 제거하여 손실을 줄이도록 한 부성저항 회로를 이용한 무손실 필터 장치에 관한 것이다.

현재 사용되는 다수의 무선 송수신 기기는 하나의 안테나를 이용하여 송수신을 동시에 처리하고 있으며, 다수의 유사한 무선 송수신 기기들이 혼신 없이 통신 가능하도록 하기위해서 듀플렉서가 사용된다. 상기 듀플렉서는 송수신 시 필터로서 동작하는데, 이는 기기가 가지고 있는 고유의 주파수를 보정하고, 자신만의 주파수를 받도록 하며, 출력시 신호를 안정적으로 보내어 깨끗한 음질로 통화할 수 있게 한다.

현재 사용되는 휴대 전화기에서 듀플렉서(안테나 공용기 또는 송수신 분화기)는 주파수의 차이를 이용하여 송신주파수와 수신주파수를 분리하며, 불필요한 주파수는 제거한다. 즉 수신용, 송신용 대역통과 필터들로 구성되어 송신, 수신 각각의 신호를 저손실로 통과시키고 이 밖의 신호는 감쇄시킨다.

이러한 듀플렉서는 내부적으로 다수의 코일과 커패시터로 이루어진 공진 회로들로 구성되는데, 이러한 수동 소자들로 이루어진 듀플렉서는 수신 감도와 STD(싱글톤 둔감도)에 지대한 영향을 주게 된다.

이러한 필터 부분을 이루는 장치들 중 하나를 예로들어 도시한 것이 도 1의블록 다이어그램이다.

도시한 바와 같이, 듀플렉서(10)는 송수신 겸용 안테나(1)와 연결되고, 고주파 전력 증폭기(PAM)(2)로부터 출력 전력을 받아 이를 상기 안테나(1)를 통해 최대 전력으로 전달한다. 또한, 상기 안테나(1)를 통해 해당 기기 고유의 주파수로 수신한 신호를 저잡음 증폭기(LNA)(3)에 출력한다.

상기 듀플렉서(10)의 다수의 접지선(4)들은 접지전위와 연결되게 된다.

상기와 같은 구성을 통해 기기의 고유 주파수로 수신되는 신호만을 저손실로 수신하고, 송신 신호를 최대 전력으로 송출한다.

하지만, 상기 필터가 코일과 커패시터로 구성되어 있다고 하더라도 내부적으로 존재하는 저항 성분에 의한 손실이 발생하기 때문에 삽입 손실(insertion loss)과 감쇄로 인한 특성 저하를 유발하며, 결과적으로 수신 감도와 STD를 악화 시키게 된다.

따라서, 현재 개발되는 듀플렉서는 내부 저항을 억제하여 송수신 손실을 업계 기준값 이하로 유지하기 위해 노력하고 있다.

상기한 바와 같이 종래에는 필터 내부에 존재하는 저항 성분 때문에 삽입 손실 및 감쇄가 발생하고, 그로인해 수신감도와 STD가 악화되는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 필터 외부에 부성저항 회로를 부가하여 필터 내부에 존재하는 저항 성분을 상쇄하도록 함으로써 필터의 손실을 최소화하는 부성저항 회로를 이용한 무손실 필터 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 필터 장치를 나타낸 간략한 다이어그램이다.

도 2는 부성 저항을 설명하기위한 저항이다.

도 3은 본 발명의 필터 장치를 나타낸 간략한 다이어그램이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

100: 듀플렉서101: 안테나

102: 고주파 전력 증폭기103: 저잡음 증폭기

104: 접지선105: 부성저항 회로부

상기와 같은 목적을 달성하기위한 본 발명은 송신 및 수신을 위한 안테나와; 상기 안테나 및 송수신 입출력부와 연결되어 송수신 주파수들을 분리하며 각각의 신호를 저손실로 통과시키는 듀플렉서와; 상기 듀플렉서와 직렬로 연결되고 그 출력이 상기 안테나로 피드백되며, 상기 듀플렉서의 내부 저항에 의해 손실된 전력 만큼의 전력을 생성하는 부성저항 회로부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 필터에 존재하는 내부 저항에 대응하는 부성 저항(negative resistance) 회로부를 추가로 구성하는 것으로 내부 저항에 의한 손실을 상쇄시킬 수 있다.

본 발명을 설명하기 위해서 물리적 단일 소자로 존재하지 않는 이론적인 개념인 부성 저항을 살펴보기로 한다.

일반적으로 저항의 의미는 에너지 소모(Energy dissipation)의 뜻을 가지고 있다. 즉, 전류가 저항을 통과하면서 전력을 소비한다는 것은 당연한 것이며 재론의 여지가 없는 것처럼 보인다. 하지만, 고주파 신호 및 발진 회로에 있어서는 부성 저항이라는 새로운 개념이 도입된다. 이는 일반적인 저항의 반대를 의미하며, " 에너지를 소모하지 않고 생성하는 것" 즉, 에너지 원(Energy source)이라는 뜻을 함축하고 있다. 부성 저항을 가지고 있는 능동 소자로는 예를 들어 IMPATT (IMPact ionization Avalnche Transit Time) 다이오드가 있는데, 그 원리는 높은 전압을 동작 전압으로 가지고 역바이어스 전압을 이용하여 브레이크다운(breakdown) 전류를 유도함으로써 부성 저항 효과를 RF 주파수에 대하여 실현하는 것이다.

또한, 반사 계수가 1이상인 증폭기나 능동 혼합기(active mixer)는 직류 전원을 인가하더라도 발진이 일어나며, 이러한 발진 회로에서는 입력측의 부하가 전력을 소모하지 않거나 오히려 반사되는 전력이 더 커지는것 처럼 보이게 된다.

도 2는 부성 저항을 일반 저항에 대응시켜 설명하기 위한 저항(20)이다. 도시된 바와 같이 입력 전력(Pin)이 저항(R)(20)을 통과하면 상기 저항(20)을 흐른 전류(I)에 의해 소정의 전류 소모가 생기며, 그로인해 출력 전력(Pout)은 다음과 같다.

Pout = Pin - (I²×R)

하지만, 만일 저항 값이 -R이라면, 상기 식은 다음과 같이 된다.

Pout = Pin - (I²×-R) = Pin + (I²×R)

따라서, 상기 저항과 부성 저항을 동시에 사용한다면, 저항에 의해 소모된 전력((I²×R))을 그대로 충당할 수 있게 되므로 입력 전력(Pin)이 회로부(R을 의미함)를 거치더라도 손실없이 출력될 수 있다. 하지만, 이는 단순한 소자의 연결을 의미하는 것이 아니기 때문에, 아무 회로에나 사용할 수 있는 것은 아니다.

이러한 방식을 듀플렉서 필터에 사용한 실시예를 보면서 본 발명을 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 필터 장치를 간략히 나타낸 블록 다이어그램이다.

도시한 바와 같이, 듀플렉서(100)는 송수신 겸용 안테나(101)와 연결되고, 고주파 전력 증폭기(PAM)(102) 로부터의 출력 전력을 받아 이를 상기 안테나(101)를 통해 최대 전력 전달한다. 또한, 상기 안테나(101)를 통해 해당 기기 고유의 주파수로 수신한 신호를 저잡음 증폭기(LNA)(103)로 출력한다.

상기 듀플렉서(100)의 다수의 접지선(104)들은 부성 저항 회로부(105)와 연결되고, 상기 부성 저항 회로부(105)는 접지전위와 연결되게 된다. 즉, 듀플렉서(100)와 직렬로 연결되고 상기 부성 저항 회로부(105)의 출력은 안테나(101)로 피드백된다. 실질적으로, 상기 부성 저항 회로부(105)의 부성 저항이란 에너지의 생성을 의미하며, 이는 피드백에 의해 축적되는 에너지를 의미하는 것이다.

따라서, 상기 부성 저항 회로부(105)는 트랜지스터나 다이오드 등으로 구성되며, 안테나(100)로 궤환되는 발진기 회로를 의미하므로, 이를 통해 상기 듀플렉서(100) 내부 저항에 의해 소모되는 전력을 복구할 수 있으므로 전체적인 전력 소모가 거의 없도록 할 수 있다.

이렇게 전력의 손실이 없다는 것은 상기 듀플렉서(100)를 통한 송신은 최대 전력 전달이 되며, 수신은 잡음 없이 깨끗한 신호를 얻을 수 있게 된다는 의미이다. 이를 통해 수신 감도를 상당히 높일 수 있으며, 특성 검사 항목인 STD 역시 개선될 수 있다.

요약하면, 본 발명은 필터를 구성하는 듀플렉서의 공진 회로에 부성 저항 회로를 삽입하는 것으로 공진 회로가 가지는 저항 성분을 제거하는 것이며, 상기 부성 저항 회로는 트랜지스터 혹은 다이오드를 이용하여 발진기를 구성하는 것으로 실현된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 필터 회로에 부성 저항 회로를 삽입하는 것으로 필터 회로를 구성하는 내부 공진 회로에서 저항 성분을 제거하기 때문에, 필터의 손실을 최소화 하여 수신 감도와 STD를 개선하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 송신 및 수신을 위한 안테나와;

   상기 안테나 및 송수신 입출력부와 연결되어 송수신 주파수들을 분리하며 각각의 신호를 저손실로 통과시키는 듀플렉서와;

   상기 듀플렉서와 직렬로 연결되고 그 출력이 상기 안테나로 피드백되며, 상기 듀플렉서의 내부 저항에 의해 손실된 전력 만큼의 전력을 생성하는 부성저항 회로부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부성저항 회로를 이용한 무손실 필터 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 부성저항 회로부는 트랜지스터나 다이오드로 이루어진 발진 회로인 것을 특징으로 하는 부성저항 회로를 이용한 무손실 필터 장치.