KR20040048346A - 초광대역 무선송신장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력전송선로를 안테나로 대용하여, 소형화 및 저소비전력화를 도모한 초광대역 무선송신장치를 제공한다. 이를 위한 본 발명은 전력전송선로를 안테나로 대용하기 위해서, 펄스발생기와 안테나를 공통된 한 개의 전송선로로 구성하고, 펄스발생기로서, 안테나에 전하를 충전하고, 안테나의 특성임피던스와 동일한 부하저항 R로 방전함으로써, 안테나의 전기길이에 비례하는 펄스를 생성하는 펄스포밍 네크워크(PFN2)를 사용하고, 안테나로서 세라믹기재를 사용한 패치 안테나 1을 이용함을 특징으로 한다.

Description

초광대역 무선송신장치{ULTRA WIDEBAND MOBILE TRANSMITTER}

본 발명은 초광대역 무선송신장치에 관한 것으로, 특히 본 발명은 데이터를매우 넓은 주파수대로 확산하여, 반송파를 사용하지 않고 펄스에 데이터를 중첩시켜서 데이터의 송수신을 행하는 초광대역(Ultra Wide Band) 무선통신에 이용하기에 적절한, 초광대역 무선송신장치에 관한 것이다.

최근 새로운 데이터통신방식으로서, 데이터를 수GHz정도의 매우 넓은 주파수대로 확산하여, 반송파를 사용하지 않고 펄스에 직접 데이터를 중첩시켜서 송수신을 행하는 초광대역(Ultra Wide Band) 무선통신방식이 주목받고 있다.

기존의 무선통신시스템 각각의 주파수대에 방해되는 전력은 노이즈정도의 세기밖에 없으므로, 같은 주파수대를 사용하는 기존의 무선기기와 혼선되지 않고, 소비전력도 매우 작다는 이점이 있다.

상술한 UWB무선통신방식을 이용하여 데이터통신을 행하는 UWB시스템은, 매우 짧은 펄스전력을 안테나로부터 공간으로 복사하여, 통신 또는 거리측정을 행하는 시스템이다.

도4에 UWB시스템의 기본구성이 도시되어 있다. 통신은, 펄스발생기 41에서 생성된 펄스전력을 송신안테나 42에 의해 공간으로 복사하고, 수신안테나 43을 통하여 수신기 44에서 수신함으로써 이루어진다. 송신펄스폭은 충분히 짧고, 그 파워스펙트럼은 약 3GHz∼10GHz의 초광대역에 미친다. 따라서, 기존의 시스템에 대한 방해는 없고, 또한, 고속데이터전송이 가능하다

도5에 UWB시스템에 의한 데이터 변조예를 도시한다. 여기에는 펄스위치 변조예가 제시되어 있고, 데이터열은 기준타이밍보다 펄스위치가 진행되어 있는지, 지연되어 있는지에 의해, “0”, “1”이 할당된다.

도6에 펄스발생기로서 PFN(Pulse Forming Network) 61을 사용하고, 안테나로서 패치 안테나 62를 사용한 경우의 송신회로의 일예가 도시되어 있다. PFN 61의 회로구성, 동작에 관해서는, 특허문헌 1, 2, 3에 상세히 개시되어 있다.

도6에 도시한 예에서, PFN 회로 61에 의해 생성된 펄스는 급전용 전송선로 63에 의해 패치 안테나 62로 공급되고, 패치 안테나 62로부터 공간으로 복사된다. 이 때, PFN 회로 61과 급전전송선로 63과 패치 안테나 62의 특성임피던스는 정합되어 있다.

그러나, 상술한 UWB시스템의 주요 적용분야는, PAN(Personal Area Network)이다. 구체적으로는, 개인을 중심으로 하는 소위 전자·전기기기를 UWB시스템에서 통신하여, 네트워크를 형성하는 것이다.

개인이 가진 단말장치는 소형화되지 않으면 안되고, 또한, 이 경우, 단말장치는 전지구동이 필수가 되므로 저소비전력화가 요구된다. 따라서, 초광대역 송신장치에 대해서도, 소형이고, 또한 초저소비전력으로 데이터를 송신할 수 있는 사양을 가진 것이 요망된다.

따라서 본 발명의 목적은 PFN의 전송선로를 안테나로 대용하기 위해서 펄스발생기와 안테나를 하나의 전송선로로 구성함으로써 소형화 및 저소비전력화를 도모한 광대역 무선송신장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 펄스발생기와 안테나를 공통된 하나의 전송선로로 구성함으로써, 펄스발생기에 의해 생성된 펄스전력을 안테나에 공급하는 전력전송선로가 필요하지 않게 되어 부품점수의 삭감 및 전력전송선로에서의 전력손실이 없게 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 펄스발생기로 상기 안테나에 전하를 충전하고, 안테나의 특성임피던스와 같은 부하저항으로 방전함으로써, 안테나의 전기길이에 비례하는 펄스를 생성하는 펄스포밍 네크워크를 이용할 수 있도록 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 펄스발생기가 펄스포밍 네크워크를 사용하는 것으로 펄스전력과 펄스폭을 독립하여 임의로 결정할 수 있어, UWB시스템에 적합한 송신장치를 제공할 수 있도록 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 안테나로서 세라믹기재를 사용한 패치 안테나를 이용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 세라믹 패치 안테나를 사용함으로써, 소형화가 가능하게 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 부하저항의 값과 안테나 특성임피던스의 값을 같게 하고, 임피던스 정합되어 있으면 부하저항에 소비되는 전력과 공간으로 복사되는 전력은 같아지고, 또한, 펄스폭은 패치 안테나의 전기길이와 같아지므로, PFN와 패치 안테나사이에 전력전송로를 불필요하게 하고, 따라서 전력손실은 생기지 않으므로 고효율화를 실현할 수 있도록 한다.

도1은 본 발명의 실시 예에 따른 초광대역 송신장치의 외관구조를 도시한 도면.

도2는 본 발명의 실시 예에 따른 초광대역 송신장치의 회로구성을 도시한 도면.

도3은 본 발명의 실시 예에 따른 초광대역 무선송신장치의 동작타이밍챠트를 도시한 도면.

도4는 UWB시스템의 기본구성을 도시한 도면.

도5는 UWB시스템에 의한 데이터 변조예를 도시한 도면.

도6은 펄스발생기로서 PFN를 사용하고, 안테나로서 패치 안테나를 사용한 경우의 송신회로의 일예를 도시한 도면.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본원발명은 펄스발생기에 의해 생성된 펄스에 데이터를 중첩시켜서 데이터의 송신을 행하는 초광대역 무선송신장치에 있어서, 상기 펄스발생기와 안테나를 공통된 하나의 전송선로를 구비함을 특징으로 한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본원발명은 상기 전송선로가 제1, 제2 스위칭소자를 구비하고, 상기 제1 스위칭소자를 ON함으로써, 해당 스위칭소자에 접속된 인덕턴스와 상기 패치 안테나가 가진 캐패시터와의 직렬공진에 의해 충전되고, 상기 제1 스위치를 OFF한 후, 상기 제2 스위치를 ON함으로써, 상기 충전된 전하를 방전하여 상기 패치 안테나에 공급하는, 상기 패치 안테나의 특성임피던스와 같은 임피던스를 가진 부하저항으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도1은 본 발명의 초광대역 송신장치의 외관구조의 일예를 도시한 도이다.

본 발명은 펄스포밍 네크워크를 사용하는 전송선로와 안테나를 공통된 하나의 전송선로로 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한 종래 필요했던 펄스포밍 네크워크에서 발생한 전력을 안테나에 급전하기 위한 예를 들어 동축케이블과 같은 급전선도 불필요하게 된다. (a)는 세라믹 패치 안테나의 기본구조를 나타내고, (b)는 펄스포밍 네크워크에서 사용되는 전송선로, 여기에서는 마이크로 스트립라인의 기본구조를 나타내고 있다. (a)도 (b)도 기본적으로는 세라믹재료의 양면에 예를 들어 Ag전극을 태워붙인 구조이다. (c)는 상기 (a)와 (b)를 공통으로 했을 때의 구조이다. 이 때 세라믹재료와 Ag전극의 구조는 HIC(하이브리드 IC)와 동일하므로, 도중의 2와 같이 동작회로부품도 일체구조로서 조립된다.

도1중, (a)는, 패치 안테나(b)는, 마이크로 스트립라인구조(c)는 패치 안테나 1과 PFN 구성부품 2가 일체화된 본발명의 초광대역 송신장치를 나타낸다.

도2은 본 발명의 초광대역송신장치의 회로구성의 일예를 나타낸다. 본발명은 상술한 바와 같이, 전력전송선로를 안테나로 대용하기 위해서, 펄스발생기와 안테나를 공통된 하나의 전송선로로 구성한 것을 특징으로 하는 것으로, 따라서, PFN구성부품과 안테나는 직결되어, 종래 사용하고 있던 전력전송선로를 필요로 하지 않는다.

여기에서는, 안테나로서 세라믹기재를 사용한 패치 안테나 1이 사용되고, 또한, 펄스발생기로서 PFN회로 2가 사용된다. PFN회로 2는 펄스전원 E, 스위치 SW1, 직렬 인덕터 L, 다이오드 D, 스위치 SW 2, 부하저항 R로 이루어진 부품으로 구성되고, 패치 안테나 1에 전하를 충전하고, 해당 안테나의 특성임피던스와 같은 값을 가진 부하저항 R로 방전함으로써, 패치 안테나 길이의 전기길이(λg/2)에 비례하는 펄스를 생성하는 회로이다.

상술한 PFN회로 2는, CMOS 로직회로를 이용하여 구성되는 펄스발생기와는 달리, 펄스전력과 펄스폭을 독립하여 임의로 결정할 수 있는 특징이 있어, UWB시스템으로의 용도에 적합하다.

도3에 본발명의 초광대역 무선송신장치의 동작타이밍챠트가 도시되어 있다.

위부터 순서대로, (a) 스위칭소자 SW1출력, (b) 패치 안테나 1의 충전전압, (c) 스위칭소자 SW2 출력, (d) PFN 펄스출력의 각각을 나타낸다.

이하, 도3에 도시한 타이밍챠트를 참조하면서 도2에 도시한 초광대역 무선송신장치의 동작에 관해서 설명한다.

우선, 스위칭소자 SW1이 ON하면(a), 패치 안테나 1전극과 그랜드플레이트(grand plate)사이에, 직렬 인덕터 L과 패치 안테나 1자신이 가진 캐패시턴스 C와의 직렬공진에 의해, 약 2E의 전압의 전하가 충전된다(b). 이 때, 스위칭소자 SW2는 열려 있다. 또한 다이오드Ｄ는 직렬 공진시에 패치 안테나전압을 최대전압에서 클램프(clamp)하기 위한 클램핑다이오드이다.

이어서, 스위칭소자 SW1를 OFF하고, 스위칭소자 SW2를 ON하면 펄스가 생성출력된다. 이 때 패치 안테나 1에 충전된 전하는, 부하저항 R에 의해서 소비됨과 동시에, 전력이 공간으로 복사된다(d). 이 때, 부하저항 R과 패치 안테나 특성임피던스의 값을 같게 하고, 임피던스 정합되어 있으면, 부하저항 R로 소비되는 전력과 공간으로 방사되는 전력은 같아지고, 또한, 그 때의 펄스폭(t＝λg/2c)은, 패치 안테나의 전기길이(λg/2)에 비례한다.

여기에서는, PFN회로 2와 패치 안테나 1사이에 전력전송선로는 없고, 따라서 전력손실은 생기지 않으므로, 낮은 소비전력으로, 또한, 고효율로 전력이 전달된다.

이상 설명한 바와 같이 본발명은, 전송선로를 안테나로 대용하기 위해서, 펄스발생기와 안테나를 공통된 하나의 전송선로로 구성하고, 이에 의해 소형화, 및 저소비전력화를 도모한 것으로, 펄스발생기로서 펄스포밍 네크워크를 사용하고, 또한, 안테나로서 세라믹기재를 사용한 패치 안테나를 이용한 초광대역 무선송신장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명은 펄스발생기용 전송선로와 안테나를 공통함으로써 부품점수를 삭감할 수 있다. 또한, 펄스발생기에 의해 생성된 펄스전력을 안테나에 공급하는 전력전송선로가 불필요하게 되므로, 부품점수의 삭감 및 전력손실을 극소화할 수 있다. 또한, 펄스발생기로서 펄스포밍 네크워크를 사용하는 것으로, 펄스전력과 펄스폭을 독립하여 임의로 결정할 수 있어, UWB시스템에 적합한 송신장치를 제공할 수 있고, 또한, 안테나로서 세라믹기재를 사용한 패치 안테나를 사용함으로써 소형화가 가능하게 된다.

Claims (4)

1. 펄스발생기에 의해 생성된 펄스에 데이터를 중첩시켜서 데이터의 송신을 행하는 초광대역 무선송신장치에 있어서,

   상기 펄스발생기와 안테나를 공통된 하나의 전송선로로 구성한 것을 특징으로 하는 초광대역 무선송신장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 펄스발생기로서,

   상기 안테나에 전하를 충전하고, 상기 안테나의 특성임피던스와 같은 부하저항으로 방전함으로써, 안테나의 전기길이에 비례하는 펄스를 생성하는 펄스포밍(foaming) 네크워크를 이용하는 것을 특징으로 하는 초광대역 무선송신장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 안테나로서,

   세라믹기재를 사용한 패치 안테나를 이용하는 것을 특징으로 하는 초광대역 무선송신장치.
4. 제1 내지 제3항의 어느 한항에 있어서,

   상기 전송선로는,

   제1, 제2 스위칭소자를 구비하고,

   상기 제1 스위칭소자를 온함으로써, 해당 스위칭소자에 접속된 인덕터와 상기 패치 안테나가 가진 캐패시터와의 직렬공진에 의해 충전되고, 상기 제1 스위치를 오프한 후, 상기 제2 스위치를 온함으로써, 상기 충전된 전하를 방전하여 상기 패치 안테나에 공급하는, 상기 패치 안테나의 특성임피던스와 같은 임피던스를 가진 부하저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 무선송신장치.