KR20140088250A

KR20140088250A - 송수신 안테나를 위한 격리도 개선 장치

Info

Publication number: KR20140088250A
Application number: KR1020120146606A
Authority: KR
Inventors: 권헌국; 강병수; 오정훈; 정재호; 이광천
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-07-10

Abstract

본 발명의 송수신 안테나를 위한 격리도 개선 장치는, 송신 신호를 180^o의 위상차를 갖는 2개의 출력으로 나누어 빔 성형기 내 각 써큘레이터로 전달하고, 상기 빔 성형기로부터 전달되는 2개의 수신 신호를 수신 포트로 전달하는 180^o하이브리드 커플러와, 상기 180^o하이브리드 커플러로부터 전달되는 0^o위상을 가진 송신 신호와 180^o위상으로 반전된 송신 신호를 각 위상 천이기를 통해 각 안테나로 방사하고, 상기 각 안테나를 통해 수신되는 동위상의 2개의 수신 신호를 상기 180^o하이브리드 커플러로부터 전달하는 상기 빔 성형기를 포함할 수 있다.

Description

송수신 안테나를 위한 격리도 개선 장치{APPARATUS FOR IMPROVING ISOLATION TRANSMITTER AND RECEIVER}

본 발명은 송수신 안테나를 위한 격리도 개선 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송신과 수신을 겸용 안테나로 사용하는 주파수 분할 방식(FDD : Frequency Division Duplex)의 무선통신 시스템에서 송신과 수신의 격리도 확보를 통해 송/수신 여파기의 특성을 완화시키는데 적합한 송수신 안테나를 위한 격리도 개선 장치에 관한 것이다.

현재 사용되고 있는 주파수 분할 방식(FDD)의 무선통신 시스템은 송신과 수신 각각의 주파수 대역만을 통과하는 여파기(필터)를 통해 송/수신을 구분 및 격리시키고 있다.

도 1은 종래의 FDD 무선통신 시스템의 전치단 구조를 보여주는 구조도로서, 3개의 여파기 또는 듀플렉서(102, 104)를 포함한다.

도 1을 참조하면, FDD 방식으로 송/수신을 구분하기 위해서 2개의 여파기 또는 듀플렉서(102, 104)를 이용하는데, 이것은 서로 다른 반송 주파수의 송/수신 신호를 여파기를 이용하여 구분 및 결합하고, 시간적으로는 동시에 안테나에 연결시켜 사용하도록 하기 위해서이다.

이때, 고전력의 송신기를 사용하는 경우, 송신과 수신의 격리도를 충분히 확보해야만 송신 신호의 수신 경로로의 영향을 최소화하여 수신기의 성능을 최대한 확보할 수 있다.

종래의 장치에서는 도 1에 도시된 바와 같이 송신과 수신을 구분하기 위해 필요한 송/수신간 격리도를 전적으로 여파기에 의해서만 얻을 수 있는데, 송신과 수신간의 격리도를 크게 확보하기 위해서는 여파기의 공진기를 좀 더 많이 사용해야 하므로, 여파기의 크기가 점차 커지게 되는 문제가 있다.

그리고, 송수신간 격리도를 확보하기 위한 종래의 장치에서는 전치단을 구성할 때 송신과 수신 안테나를 별도로 구성하여 확보하는 방안으로써, 송신과 수신 안테나를 공용으로는 사용하지 못하게 되는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 제2011-0071838호(공개일 : 2011. 06. 29.)

본 발명은 송수신간 격리도를 180^o하이브리드 커플러와 간단한 수동소자를 이용하여 추가적으로 확보함으로써 여파기의 송수신간 격리도를 완화시켜 여파기의 크기를 최소화하고, 송수신을 공용으로 사용할 수 있는 복수개의 안테나를 통해 안테나 이득을 확보할 수 있는 전치단의 구성을 제시한다.

또한, 본 발명은 복수 개의 송/수신 안테나를 위상 천이기를 통해 조절함으로써 안테나의 이득을 추가적으로 확보할 수 있는 전치단의 구성을 제시한다.

본 발명은, 일 관점에 따라, 송신 신호를 180^o의 위상차를 갖는 2개의 출력으로 나누어 빔 성형기 내 각 써큘레이터로 전달하고, 상기 빔 성형기로부터 전달되는 2개의 수신 신호를 수신 포트로 전달하는 180^o하이브리드 커플러와, 상기 180^o하이브리드 커플러로부터 전달되는 0^o위상을 가진 송신 신호와 180^o위상으로 반전된 송신 신호를 각 위상 천이기를 통해 각 안테나로 방사하고, 상기 각 안테나를 통해 수신되는 동위상의 2개의 수신 신호를 상기 180^o하이브리드 커플러로부터 전달하는 상기 빔 성형기를 포함하는 송수신 안테나를 위한 격리도 개선 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 주파수 분할 방식의 무선 통신 시스템에서 송/수신 안테나를 공용으로 이용하면서, 여파기에 의한 송수신 격리도 외에 추가적으로 격리도를 확보함으로써, 여파기의 격리도 요건을 완화시키고, 이를 통해 여파기의 공진기 수를 줄임으로써 여파기의 크기를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 복수개의 안테나의 빔 성형을 가능하게 함으로써 안테나의 이득을 향상시킬 수 있다.

더욱이, 본 발명은 주파수 분할 방식의 무선 통신 시스템에서 송/수신 안테나를 공용으로 이용하면서 여파기의 송수신간 격리도를 완화시키고, 각각의 안테나를 위한 위상 천이가 가능한 전치단을 구성함으로써, 여파기의 크기를 줄임과 동시에 안테나 이득을 추가적으로 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 FDD 무선통신 시스템의 전치단 구조를 보여주는 구조도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 송수신 안테나를 위한 격리도 개선 장치의 구조도,
도 3은 본 발명에 적용되는 180^o하이브리드 커플러의 입/출력 위상 변화를 설명하기 위한 예시도.

먼저, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 여기에서, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 범주를 명확하게 이해할 수 있도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것이므로, 본 발명의 기술적 범위는 청구항들에 의해 정의되어야 할 것이다.

아울러, 아래의 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성 등에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들인 것으로, 이는 사용자, 운용자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 그 정의는 본 명세서의 전반에 걸쳐 기술되는 기술사상을 토대로 이루어져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 송수신 안테나를 위한 격리도 개선 장치의 구조도로서, 2개의 여파기(202, 210), 180^o하이브리드 커플러(204), 빔 성형기(206) 및 2개의 안테나(208a, 208b) 등을 포함할 수 있으며, 빔 성형기(206)는 4개의 써큘레이터(2061a, 2061b, 2065a, 2065b)와 다수의 위상 천이기(2063) 등을 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 여파기(202)를 통해 여파된 송신 신호는 180^o하이브리드 커플러(204)로 전달되는데, 180^o하이브리드 커플러(204)에서는 송신 신호를 180^o의 위상차를 갖는 2개의 출력으로 나누어 각각의 써큘레이터(2061a, 2061b)로 전달한다. 이때, 180^o하이브리드 커플러(204)의 격리 포트를 수신 포트로 사용하게 되면, 송신과 수신간의 격리도를 확보할 수 있게 된다.

이후, 2개로 나누어진 송신 신호는 빔 성형기(206) 내 써큘레이터(2061a, 2061b)의 방향성에 의해 위상 천이기(2063)로 각각 전달된다.

여기에서, 180^o하이브리드 커플러(204)로부터 출력되는 상부의 0^o위상을 가진 송신 신호는 Df 위상천이기로 전달되고, 180^o위상으로 반전된 송신 신호는 p + Df 위상 천이기로 전달되어 각각의 안테나(208a, 208b)를 통해 방사된다. 이때, 안테나의 배열을 빔 성형이 가능한 간격으로 구성하여 Df 위상 천이기를 조절함으로써 안테나 이득을 추가적으로 확보할 수 있다.

그리고, 2개의 안테나를 통해 수신되는 동위상의 2개의 수신 신호는 써큘레이터(2065a, 2065b)를 통해 각각 Df 위상 천이기로 전달되며, 전달된 2개의 수신 신호는 180^o하이브리드 커플러(204)를 통해 수신 포트로 전달된다.

이때, 전달된 2개의 수신 신호는 180^o하이브리드 커플러(204)의 송신 포트에서 동일 위상의 2개의 수신 신호에 의해 상쇄되어 격리되고, 수신 포트로는 동위상의 2개 수신 신호에 의해 보합되어 안테나를 통해 수신된 수신 신호가 여파기(210)를 경유하여 그대로 전달된다.

도 3은 본 발명에 적용되는 180^o하이브리드 커플러의 입/출력 위상 변화를 설명하기 위한 예시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 적용되는 180^o하이브리드 커플러(204)는 입력과 출력에 대한 위상의 변화를 가져오는 고주파 수동 소자이다.

먼저, 1번 단자로 입력된 신호는 180^o하이브리드 커플러(204)를 통해 신호가 인가되어 3번 단자와 4번 단자에 전력의 1/2로 나누어져 각각 ??180^o, 0^o의 위상을 갖는 2개의 신호로 분배되어 출력된다. 이때, 2번 단자에는 서로 180^o위상차를 갖는 신호로 분배되어 신호가 서로 상쇄된다.

또한, 2번 단자로 입력된 신호는 3번 단자와 4번 단자에 전력의 1/2로 나누어져 동 위상을 갖는 2개의 신호로 분배되어 출력되는데, 이때 1번 단자에는 서로 180^o위상차를 갖는 신호로 분배되어 신호가 서로 상쇄된다.

다시 말해, 각각의 입출력이 바뀌어도 상술한 동작은 동일한 관계의 위상차가 발생하는 것이다. 즉, 3번 단자로 신호가 입력될 때, 2번 단자에는 0^o, 1번 단자에는 -180^o의 위상차를 갖는 신호가 출력되고, 4번 단자로 신호가 입력될 때, 1번 단자와 2번 단자에는 0^o의 동 위상을 갖는 신호가 각각 출력된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 등이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술되는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

202, 210 : 여파기
204 : 180^o하이브리드 커플러
206 : 빔 성형기
208a, 208b : 안테나
2061a, 2061b, 2065a, 2065b : 써큘레이터
2063 : 위상 천이기

Claims

송신 신호를 180^o의 위상차를 갖는 2개의 출력으로 나누어 빔 성형기 내 각 써큘레이터로 전달하고, 상기 빔 성형기로부터 전달되는 2개의 수신 신호를 수신 포트로 전달하는 180^o하이브리드 커플러와,
상기 180^o하이브리드 커플러로부터 전달되는 0^o위상을 가진 송신 신호와 180^o위상으로 반전된 송신 신호를 각 위상 천이기를 통해 각 안테나로 방사하고, 상기 각 안테나를 통해 수신되는 동위상의 2개의 수신 신호를 상기 180^o하이브리드 커플러로부터 전달하는 상기 빔 성형기
를 포함하는 송수신 안테나를 위한 격리도 개선 장치.