KR20160041498A - 기준점 가변방식을 사용한 rf신호송수신장치의 온도보상장치 및 그 온도보상방법 - Google Patents

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세원텔레텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 전력증폭기 등의 RF신호송수신장치에 사용되는 RF신호검출기의 온도에 변화에 따른 비선형적 특성을 보상하기 위하여 사용되는 기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상장치 및 그 온도보상방법을 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는 컴퓨터(PC, 200)를 통하여 계측기(300)와 RF신호송수신장치(100) 간의 전력값을 실시간으로 확인하고, 상기 확인된 값을 RF신호송수신장치(100)의 정격출력전력값과 비교하여 기준오차값(예; 0.5Db) 초과시 해당 RF신호검출기에 온도보상값을 적용하여 비선형 구간에서 발생될 수 있는 측정오차를 줄여주는 과정을 포함하는 기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상장치 및 그 온도보상방법을 개시한다.

Description

기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상장치 및 그 온도보상방법{Temperature compensation method of rf signal detector using a variable standard point}
본 발명은 기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상장치 및 그 온도보상방법에 관한 것으로, 특히 전력증폭기 등의 RF신호송수신장치에 사용되는 RF신호검출기의 온도별 특성을 보상하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
전력증폭기로서의 기능을 하는 RF신호송수신장치는 입력된 신호를 증폭, 필터링 등의 신호처리를 거쳐 출력시켜주는 장치로서 이동통신 기지국 또는 중계기 등에 사용되는 핵심 모듈이다. 이와 같은 RF신호송수신장치는 지속적인 고품질의 서비스를 제공하기 위하여 실시간으로 장치의 상태를 감시하여 상위 보고 및 경고 처리 등을 수행하는데, 일반적으로 입·출력신호의 크기, 내부온도, 입력전압의 크기 등의 상태를 감시하게 된다.
상기와 같은 RF신호송수신장치 중 전력증폭기 기능을 하는 RF신호송수신장치의 경우는 입력신호와 출력신호 및 반사된 신호의 크기를 검출하는데 각각의 검출된 신호는 RF신호송수신장치의 상태를 감시하고 제어하는데 중요한 기준이 된다. 만일 RF신호송수신장치의 출력신호가 시스템에서 요구하는 정격출력전력값(신호)의 크기보다 현저하게 큰 경우 RF신호송수신장치 또는 연결된 다른 모듈이 파손될 수 있다.
또한, 반사된 신호의 크기가 큰 경우에도 RF신호송수신장치가 파손될 수 있으며, 입력신호와 출력신호의 차이가 정해진 규격 이상으로 큰 경우에는 이미 파손된 RF신호송수신장치임을 나타낸다. 이와 같은 문제가 발생할 경우 사전에 RF신호송수신장치의 동작을 정지시키거나 적절하게 교환함으로써 끊김 없는 RF통신서비스가 지속될 수 있도록 해야 한다. 따라서 각 항목에 대한 신호 검출이 필수적이며 검출된 신호의 정확도 역시 오차범위 내에 있어야 한다.
또한, 상기와 같은 전력 증폭기 기능 외의 RF신호송수신장치 역시 적절한 입·출력신호의 검출이 필요하며 일반적으로 입·출력신호가 정해진 규격 이상으로 낮거나 높은 경우를 검출하여 실제 통신서비스에 문제가 발생하지 않도록 해야 한다.
상술된 바와 같은 RF신호의 검출은 RF신호검출기라는 소자를 통해서 이루어진다. RF신호검출기는 입력된 RF신호를 3.3V 또는 5V 이하의 전압신호로 변형해주는 소자이며, 변형된 신호는 다시 디지털신호로 변환되어 마이크로컨트롤러에 입력된다. 일반적으로 마이크로컨트롤러에는 해당 장치를 정지시키거나 RF신호 감쇄장치를 동작시키고 상위 장치와 통신하는 기능 등을 가지고 있는데, RF신호검출기로부터 입력된 신호에 이상이 발생한 경우 이 기능을 수행하게 된다.
일반적으로 RF소자는 온도에 따른 특성 변화를 가지는데, RF신호검출기 역시 동일한 특성을 갖는다. 이때, RF신호검출기의 온도에 따른 특성 변화는 작게는 3dB에서 크게 7dB 이상까지 변화할 수 있는데, 일반적으로 시스템이 요구하는 RF신호검출기 오차는 0.5dB 이내이다. 따라서 마이크로컨트롤러는 RF신호검출기의 온도별 특성을 파악하여 보상하도록 하는 과정을 수행하게 된다.
상술된 바와 같은 RF신호검출기의 온도보상방법은 기준점 고정방식이다. 즉, 보상하고자 하는 기준온도(온도기준점)를 사전에 정해 놓고 RF신호송수신장치가 그 온도에 도달할 때마다 온도보상값을 입력하는 방식으로 각 기준온도 사이의 온도보상값은 마이크로컨트롤러에 의해 계산되어 적절한 값이 보상되도록 구현된다.
이러한 방법은 RF신호검출기의 온도에 따른 변화가 선형적일 때 매우 효과적이다. 하지만 일반적인 RF신호검출기는 온도에 따른 비선형적 특성을 가지며 때로는 특정 구간에서만 급격한 변화가 이루어지기도 한다. 이런 경우 기준점 고정방식의 온도보상을 사용할 경우 온도기준점과 온도기준점이 되는 사이의 비선형적인 구간의 보상이 어려워지며 결과적으로 RF신호송수신장치의 품질 및 신뢰성이 저하될 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2001-0079293호(2001.08.22.) 대한민국 등록특허공보 제10-1150886호(2012.05.22.) 대한민국 공개특허공보 제10-2000-0039213호(2000.07.05.) 대한민국 공개특허공보 제10-2002-0036344호(2002.05.16.)
박원우 외 3명, 전력증폭기의 혼변조 규격 만족을 위한 온도보상회로 설계, 한국해양정보통신학회논문지 제14권 제12호(2010년12월) pp. 2609-2614. 서태환, Predistorter 바이어스 조절을 이용한 상온특성이 유지될 수 있는 전력증폭기의 설계방법, 금오공과대학교(2008년) 전자통신공학 학위논문.
본 발명은 전술한 바와 같은 기준점 고정방식에 의한 온도보상방식이 갖는 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 RF신호송수신장치에 사용되는 RF신호검출기가 온도에 따른 비선형적 특성을 갖는 구간에서도 정해진 규격에서 정의한 오차 범위를 만족하도록 하기 위한 기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상장치 및 그 온도보상방법을 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상장치는, 입력된 신호를 증폭, 필터링 등의 신호처리를 거쳐 출력시켜주는 RF신호송수신장치와, 상기 RF신호송수신장치와 통신기능이 가능하도록 연결되며 상기 RF신호송수신장치의 출력신호를 검출 측정하는 계측기와, 통신기능이 가능하도록 상기 RF신호송수신장치와 계측기에 연결되며 상기 RF신호송수신장치 및 계측기의 상태를 실시간으로 확인하고 상기 계측기로부터 받은 정보를 상기 RF신호송수신장치에 실시간으로 전송하여 RF신호송수신장치의 동작을 제어하는 컴퓨터(PC)와, 상기 컴퓨터(PC)를 통하여 계측기의 측정전력값과 RF신호송수신장치의 출력전력값을 실시간으로 확인하고 상기 확인된 값을 RF신호송수신장치의 정격출력전력값과 비교하여 기준오차값(0.5dB) 초과 시 상기 RF신호송수신장치를 구성하는 신호감쇄장치에 새로운 온도보상값을 온도기준점으로 적용하여 비선형 구간에서 발생될 수 있는 RF신호송수신장치의 출력오차를 줄여주는 온도보상프로그램을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상장치를 구성하는 RF신호송수신장치는, 일정한 증폭률을 갖는 증폭단과, 상기 증폭단의 입력측에 설치되며 상기 증폭단의 출력신호 변화량을 최소한으로 유지하도록 상기 증폭단으로 입력되는 신호를 감쇄하는 신호감쇄장치와, RF신호송수신장치의 입력단에 설치되어 입력신호를 검출하는 제1 RF신호검출기와, 상기 증폭단의 출력단에 설치되어 증폭단의 출력신호를 검출하는 제2 RF신호검출기와, RF신호송수신장치의 출력측 반사신호입력단에 설치되어 출력단으로 유입되는 반사신호를 검출하는 제3 RF신호검출기와, 아날로그디지털변환기(ADC)를 통해 연결되는 상기 제1, 제2, 제3 RF신호검출기로부터 제공되는 신호를 입력받아 각 신호의 크기를 검출하여 RF신호송수신장치의 동작을 제어하고 상위통신인 컴퓨터(PC)로부터 전달되는 제어신호와 온도센서를 통해 입력되는 온도정보를 받아 현재온도에 적합한 RF신호검출기의 온도보상이 실시되도록 하여 상기 신호감쇄장치의 신호감쇄량을 실시간 제어하는 마이크로콘트롤러(MCU)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상장치는, 컴퓨터(PC)와 RF신호송수신장치 및 계측기를 통한 온도를 보상하는 모든 과정이 자동으로 수행되도록 컴퓨터(PC)와 계측기를 계측기인터페이스장치를 통해 연결함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상방법은, 계측기의 측정전력값과 RF신호송수신장치의 정격출력전력값을 비교하여 기준오차값(0.5dB)를 초과하는 경우 신호감쇄장치에 새로운 온도기준점 및 온도보상값을 적용하여 정격출력전력값과 동일한 전력값을 유지하도록 하는 신호감쇄조절과정과, 상기 신호감쇄조절과정에 따라 실시간으로 변화되는 온도보상값을 마이크로컨트롤로(MCU)에서 처리하여 현재온도에서의 보상값을 적용하는 온도보상과정과, 상기 온도보상과정에 따라 생성된 온도보상값 및 온도보상 정보를 마이크로컨트롤러(MCU)를 통하여 저장장치에 저장하는 정보저장과정과, 상기 정보저장과정 완료 후, 실시간으로 온도 변화에 따른 온도보상값이 적용되도록 컴퓨터(PC)에서 제어신호를 명령하여 마이크로컨트롤러(MCU)의 온도보상 프로그램을 동작시키는 프로그램제어과정을 포함하며, 비선형 구간에서 발생될 수 있는 RF신호송수신장치의 출력오차를 줄이도록 온도 상승에 따른 RF신호검출기의 온도보상이 실시간으로 적용되도록 함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 기준점 가변 방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상방법에 있어서, 상기 온도보상프로그램의 제어과정은, 마이크로컨트롤러(MCU)를 통해 현재온도에서의 보상값 생성 후 현재 온도보상값 및 온도값을 컴퓨터(PC)로 전송하고 상온(예; 30℃)과 현재온도 사이에 저장된 보상데이터가 존재하는지를 판단하여 저장된 보상데이터가 있으면 가장 인접한 온도기준점(기준온도)의 보상값을 찾아 수학식 1에 의하여 상기 현재 온도보상값과 인접한 온도기준점의 보상값 사이의 기울기를 생성하고 생성된 기울기에 의해 RF신호송수신장치의 온도 상승에 따른 온도보상을 진행하는 제1 온도보상단계와, 상기 제1 온도보상단계에서 저장된 보상데이터가 없으면 수학식 1에 의하여 상기 현재 온도보상값과 상온의 온도보상값(0) 사이의 기울기를 생성하고 생성된 기울기에 의해 RF신호송수신장치의 온도 상승에 따른 온도보상을 진행하는 제2 온도보상단계와, 상기 제1 온도보상단계 및 제2 온도보상단계를 진행하는 과정에서 계측기의 측정전력값과 RF신호송수신장치의 정격출력전력값을 비교하여 그 차의 절대값이 기준오차값(0.5dB)을 초과하지 않는 경우, 생성된 기울기에 의해 RF신호송수신장치의 온도 상승에 따른 온도보상을 진행하는 과정을 반복하는 제3 온도보상단계와, 제3 온도보상단계에서 계측기의 측정전력값과 RF신호송수신장치의 정격출력전력값을 비교하여 그 차의 절대값이 기준오차값(0.5dB)을 초과하는 경우, 새로운 온도보상값을 생성한 후 현재온도값(새로운 온도기준점이 됨)과 현재온도에서의 새로운 온도보상값을 컴퓨터(PC)로 전송하고 이 새로운 온도기준점에서의 온도보상값을 수학식 1에 적용하여 기울기를 생성하고 새로이 생성된 기울기에 의해 RF신호송수신장치의 온도 상승에 따른 온도보상을 최고 온도(예; 80℃)에 이를 때까지 계측기의 측정전력값과 RF신호송수신장치의 정격출력전력값을 비교하고 처리하는 과정을 반복 진행하는 제4 온도보상단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 RF신호검출기의 검출 전력을 일정하게 유지하기 위하여 최저 온도에서의 온도보상값을 구하여 적용한 후 온도를 상승시키면 상온(30℃)에서의 온도보상값(0)과의 기울기 공식에 따라 온도보상값이 적용되며, 이때 RF신호송수신장치의 신호의 크기를 관찰하여 오차 규격(기준오차값)에 벗어나는 구간 발생시 새로운 온도기준점을 생성하여 온도보상값을 적용함으로써 RF신호검출기의 특성에 의하여 발생될 수 있는 오차를 최소화할 수 있다.
따라서 온도에 따라 비선형적으로 특성이 변하는 RF신호송수신장치를 구성하는 RF신호검출기의 온도별 특성을 보상할 경우 발생될 수 있는 비선형 구간의 오차를 최소한으로 줄여줌으로써 제품의 품질 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기와 같은 보상 기능으로 인하여 RF신호검출기 자체의 특성을 크게 고려하지 않아도 되므로 비교적 저렴한 제품의 소자를 사용할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 RF신호검출기가 사용된 전력증폭기 기능을 갖는 RF신호송수신장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 기본 구성도로서, 온도 변화에 따른 RF신호송수신장치의 온도보상이 자동으로 이루어지도록 하기 위한 계측기 및 컴퓨터 연결 구성도이다.
도 3은 종래 기준점 고정방식 온도보상방법과 본 발명의 기준점 가변 방식을 사용한 온도보상방법에 의해 구현되는 실제 변화그래프와 보상그래프 간의 비교 상태를 이해하기 쉽도록 분리하여 도시한 비교 그래프이다.
도 4는 도 2에서 RF신호송수신장치 측면에서의 기준점 가변방식을 사용한 온도보상의 과정을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 RF신호검출기가 사용된 전력증폭기 기능을 갖는 RF신호송수신장치 일 예시 구성을 도시한 것이다. 전력증폭기 기능의 RF신호송수신장치(100)는 입력된 신호를 강한 전력으로 증폭시켜주는 장치로서 사용하게 되는 바, 입력신호는 트랜지스터 MMIC등으로 이루어진 증폭단(160)을 통하여 신호 증폭이 이루어진다.. 이때 증폭단(160)은 정해진 증폭률에 따라 입력신호를 증폭하는데, 만일 정해진 규격보다 큰 신호가 입력되어 결과적으로 출력신호가 증폭단(160)에서 견딜 수 있는 크기 이상으로 증폭되면 증폭단(160)을 구성하는 RF소자가 파손될 수 있다. 이 경우 증폭단(160) 파손의 여부는 입력신호와 출력신호의 크기 비교를 통하여 검출할 수 있다.
또한, 출력포트가 다른 장치에 연결되어 있지 않은 경우, 출력된 신호가 모두 반사되어 RF신호송수신장치(100)의 반사신호입력단(122)으로 유입되어 출력단(121)의 RF소자가 파손될 수 있다.
상기 전술한 바와 같은 RF소자의 파손을 방지하기 위해서는 마이크로컨트롤러(MCU, 180)는 각 신호의 상태를 검출하여 적절한 조치를 취하도록 해야 한다.
RF신호송수신장치(100)에서는 입력단(120), 출력단(121), 반사신호입력단(122)에서 신호를 추출한 후, 각 RF신호검출기(110, 111, 112) 및 아날로그디지털변환기(130, 131, 132)를 통하여 마이크로컨트롤러(MCU, 180)로 입력하며, 마이크로컨트롤러(MCU, 180)는 입력된 신호를 dBm 형태의 전력값으로 변환한다. 이렇게 변형된 각 단의 RF신호값에 따라 마이크로컨트롤러(MCU, 180)의 동작이 결정되는데, 만일 출력신호가 정해진 규격 이상으로 큰 경우 증폭단(160) 앞 단의 신호감쇄장치(150)를 통하여 출력신호를 감쇄시키거나 아예 메인ON/OFF장치(140)으로 정지신호를 보내 RF신호송수신장치(100)의 동작을 정지시켜 RF소자의 파손을 사전에 예방할 수도 있다.
또한, 반사신호입력단(122)을 통해 검출된 반사된 신호가 정해진 규격 이상으로 큰 경우에도 마찬가지로 RF신호송수신장치(100) 자체의 동작을 정시시켜 보호하며, 입력단(120)과 출력단(121)으로 검출되는 입력신호와 출력신호의 차이값이 증폭단(160)의 정해진 증폭률보다 작은 경우 증폭단(160)에 심각한 문제가 발생했음을 판단하여 상위통신(컴퓨터 등)으로 상태를 보고한다.
RF신호송수신장치(100)는 상술된 전력증폭기 기능과 유사한 방식으로 RF신호검출기를 사용하여 RF소자의 파손을 방지하거나 상태를 감시하게 된다.
상술한 바와 같이 RF신호송수신장치(100)를 구성하는 RF신호검출기(110, 111,112)는 RF신호송수신장치(100)의 파손을 사전에 예방하거나, 파손을 신속하게 알려 빠른 교체를 유도하기 위하여 필수적인 소자이다. 따라서 RF신호검출기(110, 111, 112)에서 정확한 신호의 크기를 검출하는 것이 매우 중요한데, RF소자인 RF신호검출기(110, 111, 112)는 온도에 따라 신호의 검출 특성이 변화하며, 이것을 온도보상 기능을 통하여 오차범위 내에 오도록 조절해야 한다.
RF신호송수신장치(100)를 구성하는 각 RF신호검출기(110, 111, 112)의 온도보상은 상온(예; 30℃)에서의 온도보상값(0)이 적용된 상태에서 시작하여, 최저 온도(예; -20℃)부터 최고 온도(예; 80℃)까지 변화시켜 가면서 기준온도(온도기준점)에서의 신호 검출 상태를 확인하여 상온(예; 30℃)에서의 RF신호 크기와 동일한 크기를 유지하도록 하는 과정이다. 이 과정은 도 2에 도시된 바와 같이 계측기(300)와 컴퓨터(PC, 200) 및 RF신호송수신장치(100)의 연결 구성을 통하여 이루어진다. 컴퓨터(PC, 200)와 연결된 계측기(300) 및 RF신호송수신장치(100) 내부의 마이크로컨트롤러(MCU, 180)를 통하여 온도에 따른 출력신호의 크기를 비교하여 제2 RF신호검출기(111)와의 오차를 확인한 후, 기준온도(온도기준점)에서의 RF신호검출값이 상온(예; 30℃)에서의 RF신호검출값과 동일하게 유지되도록 보상한다. 정해진 기준온도(온도기준점)에서의 온도보상이 완료되면 마이크로컨트롤러(MCU, 180)에 의하여 다음 수식에 따라 실시간으로 온도보상값(RFDC)이 적용된다.
Figure pat00001
여기서, TSH는 현재온도보다 한 단계 높은 기준온도의 온도값, TSL는 현재온도보다 한 단계 낮은 기준온도의 온도값을 나타내고, CSH는 TSH에서의 온도보상값, CSL은 TSL에서의 온도보상값, TC는 현재온도값을 나타낸다.
또한, 수학식 1에서 보상 값의 1도별 온도보상값을 추출하면 다음의 수학식 2로 표현된다.
Figure pat00002
상기 수학식 2에 의하여 계산된 온도보상값이 다음의 수학식 3에 의하여 현재 RF신호값에 적용되어 실제 RF신호값(PC)이 산출된다.
Figure pat00003
여기서, PF는 RF신호검출기에서 입력된 신호에 의해서 계산된 dBm 형태의 전력값이다.
기준점 고정방식에 의한 온도보상방법은 상시 감시 상태에서 기준온도값 도달 시 계측기를 통하여 현재 상태를 파악한 후 적절한 온도보상값을 컴퓨터의 사용자인터페이스를 통하여 RF신호송수신장치의 마이크로컨트롤러에 전송하고, 마이크로컨트롤러는 수신된 값에 따라 검출된 RF신호에 온도보상을 적용한다.
상술된 과정을 모든 온도구간에서 수행한 후 컴퓨터의 사용자인터페이스를 통하여 RF시호송수신장치에 온도보상값 적용 명령을 전달하면 이후부터 실시간으로 온도에 따른 보상값이 적용된다.
이러한 온도보상방법은 기준이 되는 온도를 정해 놓고 그 온도값에서의 상태에 따라 온도보상값을 적용하는 방식이다. 이 방식은 기준온도 간 RF소자의 특성이 일정한 경우, 즉 선형적인 특성을 갖는 경우 효과적인 방법인데, 실제 RF소자는 도 3에 도시된 실제 변화그래프와 같이 온도에 따라 비선형적인 특성을 갖게 되므로 일부 구간에서 그 효율이 떨어질 수도 있다.
도 3의 기준점 고정방식의 보상그래프를 보면 일부 구간에서 실제 변화그래프와 차이가 많이 발생되는 부분이 존재한다. 이것은 각 온도기준점 사이에서 RF소자의 비선형적 특성으로 인하여 발생된 것으로, 상기 비선형 특성 발생시점을 온도기준점으로 선택한다면 실제 변화그래프와의 값의 차이를 현저하게 줄일 수 있다. 하지만 RF소자의 비선형 구간을 사전에 파악하는 것은 불가능하므로 사용자 또는 컴퓨터(PC; 200)가 계측기(300) 및 RF신호송수신장치(100)의 상태 감시를 통하여 확인 후, 차이가 많이 발생되는 부분을 새로운 온도기준점으로 선택하는 기준점 가변방식을 사용하는 것이 효과적이다.
상술된 본 발명에 따른 기준점 가변방식을 사용한 온도보상방법으로 보상과정을 수행 시 도 3에 비교 도시한 바와 같이 기준점 가변방식의 보상그래프와 같이 실제 변화그래프와 거의 유사하게 나타난다.
본 발명에 따른 기준점 가변방식을 사용한 온도보상방법은 정격출력전력값과 동일한 전력값을 유지하도록 하는 신호감쇄조절과정과 현재온도에서의 보상값을 적용하는 온도보상과정과 새로운 정보를 저장장치에 저장하는 정보저장과정과 마이크로컨트롤러(MCU, 180)에서 온도보상프로그램을 동작시키는 프로그램제어과정을 통해 구현되며, 특히 본 발명의 온도보상방법은 비선형 구간에서 발생될 수 있는 RF신호송수신장치(100)의 출력오차를 줄이도록 온도상승에 따른 RF신호검출기의 온도보상이 실시간으로 적용된다.
상기 신호감쇄조절과정에서는 계측기(300)의 측정전력값과 RF신호송수신장치의 정격출력전력값을 비교하여 기준오차값(0.5Db)를 초과하는 경우 신호감쇄장치(150)에 새로운 온도기준점 및 온도보상값을 적용한다.
상기 온도보상과정에서는 실시간으로 변화되는 온도보상값을 마이크로컨트롤러(MCU, 180)에서 처리하여 현재온도에서의 보상값을 적용한다.
상기 정보저장과정에서는 상기 온도보상과정에 따라 생성된 온도보상값 및 온도보상 정보를 마이크로컨트롤러(MCU, 180)를 통하여 별도의 저장 장치에 저장한다.
상기 프로그램제어과정에서는 온도변화에 따른 온도보상값이 실시간으로 적용되도록 컴퓨터(PC, 200)에서 제어신호를 명령하여 마이크로컨트롤러(MCU, 180)의 온도보상프로그램을 동작시킨다.
도 2의 구성에서 컴퓨터(PC, 200)와 RF신호송수신장치(100) 및 계측기(300)를 통한 온도를 보상하는 모든 과정이 자동으로 수행되도록 컴퓨터(PC, 200)와 계측기(300)를 계측기인터페이스장치(400)를 통해 연결한다.
도 4는 상술된 본 발명에 따른 기준점 가변방식을 사용한 온도보상방법의 제어흐름 순서를 구체적으로 표현한 것으로, RF신호송수신장치(100) 내부의 마이크로컨트롤러(MCU, 180)의 프로그램 동작을 정의한 것이다.
도 4에 도시된 온도보상과정은 최저 온도(예; -20℃)에서 시작하여 최고 온도(예; 80℃)에서 종료하도록 프로그램된다. 따라서 RF신호송수신장치(100) 내부의 마이크로컨트롤러(MCU, 180)는 최저 온도(예; -20℃)에서의 온도보상값을 생성하며 이때 최저 온도(예; -20℃)에서의 온도보상값과 상온(예; 30℃)에서의 온도보상값 사이에 기울기가 생성된다. 만일 최저 온도와 상온 사이에 다른 온도보상값이 존재할 경우 그 값과 최저 온도(예; -20℃) 사이에서 기울기가 생성된다. 상기 과정 이후 온도가 상승하는 동안 상기 기울기에 따른 온도보상값이 적용되는데, 이 과정에서 RF신호송수신장치(100)의 정격출력전력값과 계측기(300)에서 검출한 측정전력값의 차이가 기준오차값(0.5dB)을 초과하는 경우 새로운 온도보상값을 적용하고, 상기 온도보상값과 상온에서의 온도보상값 사이의 새로운 기울기가 생성된다. 이 때 생성된 새로운 온도보상값 및 해당 온도보상값이 적용된 온도 정보를 컴퓨상위통신인 컴퓨터(PC, 200)로 전송하여 기록한다. 상기 과정을 반복하여 최고 온도(예; 80℃)도달 시 본 발명에 의한 기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상방법이 완료된다.
본 발명에 따른 온도보상프로그램의 제어과정을 보다 구체적으로 설명하면,마이크로컨트롤러(MCU, 180)에서는 현재온도에서의 보상값 생성 후, 현재 온도보상값 및 온도값을 컴퓨터(PC, 200)로 전송하고, 상온(예; 30℃)과 현재온도 사이에 저장된 보상데이터가 존재하는지를 판단하여, 저장된 보상데이터가 있으면 가장 인접한 온도기준점의 보상값을 찾아 수학식 1에 의하여 상기 현재 온도보상값과 인접한 온도기준점의 보상값 사이의 기울기를 생성하고, 생성된 기울기에 의해 RF신호송수신장치(100)의 온도 상승에 따른 온도보상을 진행하는 제1 온도보상단계를 수행한다.
이때, 상기 제1 온도보상단계에서 저장된 보상데이터가 없으면 수학식 1에 의하여 상기 현재 온도보상값과 상온(예; 30℃)의 온도보상값(0) 사이의 기울기를 생성하고, 새롭게 생성된 기울기에 의해 RF신호송수신장치(100)의 온도 상승에 따른 온도보상을 진행하는 제2 온도보상단계를 수행한다.
다음으로 상기 제1 온도보상단계 및 제2 온도보상단계를 진행하는 과정에서 계측기(300)의 측정전력값과 RF신호송수신장치(100)의 정격출력전력값을 비교하여 그 차의 절대값이 기준오차값(예; 0.5dB)을 초과하지 않는 경우는 생성된 기울기에 의해 RF신호송수신장치(100)의 온도 상승에 따른 온도보상을 진행하는 과정을 반복하는 제3 온도보상단계를 수행하고, 계측기(300)의 측정전력값과 RF신호송수신장치(100)의 정격출력전력값을 비교하여 그 차의 절대값이 기준오차값(예; 0.5dB)을 초과하는 경우는 새로운 온도보상값을 생성한 후 현재온도값을 새로운 온도기준점으로 하여 이 현재온도값과 온도보상값을 컴퓨터(PC, 200)로 전송하고, 이 새로운 온도기준점에서의 온도보상값을 수학식 1에 적용하여 기울기를 생성하고 새로이 생성된 기울기에 의해 RF신호송수신장치(100)의 온도 상승에 따른 온도보상을 최고 온도(예; 80℃)에 이를 때까지 계측기(300)의 측정전력값과 RF신호송수신장치(100)의 정격출력전력값을 비교하고 처리하는 과정을 반복 진행하는 제4 온도보상단계를 수행한다.
상술된 도 4에 의한 과정에서 RF신호송수신장치(100) 내부의 마이크로컨트롤러(MCU, 180)는 지속적으로 컴퓨터(PC,, 200)의 사용자 인터페이스와 통신하여 정보를 주고 받는다.
본 발명에 따른 기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상방법은 온도보상의 기준이 되는 온도를 가변함으로써 고정된 온도에서 보상 시 발생될 수 있는 RF신호검출기의 비선형 특성에 의한 RF신호 검출 오차를 줄일 수 있으므로, 종래 기준점 고정방식의 온도보상방법을 사용한 경우와 비교하여 RF신호송수신장치(100)의 품질 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
[실시예]
온도에 의한 증폭률 변화가 없도록 구현된 전력증폭기 기능을 갖는 RF신호송수신장치(100)의 정격출력전력값이 40dBm이며 제1 내지 제3 RF신호검출기(110, 111, 112)의 허용 오차가 0.5dB인 경우를 가정한다.
상기 환경에 따라 RF신호송수신장치(100) 내부의 증폭단(160)으로 출력되는 RF신호가 제2 RF신호검출기(111)로 검출 입력되었으며, 이때 제2 RF신호검출기(111)의 출력전압이 1.6V라 가정하면, 이 전압값이 10bit의 아날로그디지털변환기(131)를 통하여 500이란 값이 마이크로컨트롤러(MCU, 180)로 입력될 것이다. 따라서 마이크로컨트롤러(MCU, 180)는 입력되는 값이 500인 경우 40dBm으로 표시되도록 하며, 이때의 온도보상값은 “0”으로 본다.
이후, RF신호송수신장치의 온도를 -20℃까지 낮추면 제2 RF신호검출기(111) 및 아날로그디지털변환기(131)를 통해서 입력되는 값이 500에서 600으로 상승한다. 이때, 마이크로컨트롤러(MCU, 180)에 의한 변환 결과 45dBm으로 표시된다.
여기서, 100의 변화로 5dB가 변하였으므로 1이 변할 때마다 0.05dB가 변한다는 것을 판단할 수 있다.
또한, 이것은 기준오차값 0.5dB를 초과하므로 온도보상이 이루어져야 하며, 마이크로컨트롤러(MCU, 180)가 이때의 RF신호를 40dBm으로 판단하도록 하기 위해서는 -100의 온도보상이 필요하다. 따라서 -20℃의 온도보상값은 -100이 되며 이후 온도가 상승함에 따른 온도별 온도보상값은 수학식 2에 의하여 계산된다.
Figure pat00004
여기서, 수학식 1에 따라 현재온도가 -15℃인 경우의 온도보상값(RFDC)을 계산하면 -90이란 결과가 도출된다.
Figure pat00005
즉, 이때 마이크로컨트롤러(MCU, 180)로 입력되는 제2 RF신호검출기(111)의 값이 590에 가까운 값으로 예상할 수 있다.
상기 방법에 의하여 온도보상이 적용되는 동안 컴퓨터(PC, 200)의 사용자 인터페이스 프로그램은 지속적으로 계측기(300)에서 현재의 전력이 정격임을 확인하고, 그 상태를 RF신호송수신장치(100) 내부의 마이크로컨트롤러(MCU, 180)로 전송한다.
여기서, RF신호검출기의 보상은 정격신호값과 RF신호검출기를 통한 값의 차이를 보상하는 것이기 때문에 계측기(300)의 측정전력값을 마이크로컨트롤러(MCU, 180)에 보낼 필요는 없으나 간혹 정격신호값이 아닌 다른 값을 기준으로 하는 경우 계측기(300)의 상태를 전송할 필요가 있다.
상술된 바와 같이 -20℃에서 온도가 상승하는 동안 dBm 형태로 변환된 값들의 비교를 통하여 정격신호값과 제2 RF신호검출기(111)의 값이 0.5dB를 초과하는 경우 발생 시 추가 보상값을 생성하게 되는데, 만일 -5℃지점에서 측정된 값이 40.6dBm이 된다면, 정해진 규격을 초과하게 되므로 새로운 온도보상값이 적용되고 이때의 온도 및 온도보상값을 사용자 인터페이스 프로그램에 전송한다.
상기 상황에서의 적용되는 값을 상세히 설명하면 -5℃에서의 온도보상값은 수학식 1에 의하여 -70이다.
Figure pat00006
이는 -70을 보상한 상태에서 500(40dBm)이 아닌 512(40.6dBm)가 나타난 것이다. 따라서 0.6dB를 추가 보상하기 위하여 -12를 기준온도보상값에 추가해야 한다.
즉, -5℃에서의 실제 온도보상값은 -82가 되며, 수학식 2에 따라 1도 변화 시 온도보상값이 -2.34로 변경된다.
Figure pat00007
이후, 온도가 상승되는 동안 수학식 1에 따라 계산된 값이 적용되는데, 만일 현재 온도가 5℃인 경우 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00008
상기 과정의 반복을 통하여 최고 온도(예; 80℃)까지 도달하면 온도보상과정이 완료되며, 사용자 인터페이스 프로그램에 저장된 온도보상값 및 보상 온도정보는 다시 마이크로컨트롤러(MCU, 180)로 전송되며, 상기 일련의 값들은 마이크로컨트롤러(MCU, 180)의 내부 또는 외부의 저장 소자(장치)에 저장된다.
상기 과정이 완료되면 사용자 인터페이스 프로그램은 RF신호송수신장치(100)를 리셋하거나 온도보상 적용 명령을 전달하여 이후부터 실시간으로 온도보상이 적용될 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.
100 : RF신호송수신장치 200 : 컴퓨터(PC)
300 : 계측기 400 : 계측기인터페이스장치
110 : 제1 RF신호검출기 111 : 제2 RF신호검출기
112 : 제3 RF신호검출기 140 : 메인ON/OFF장치
120 : 입력단 121 : 출력단
122 : 반사신호입력단 150 : 신호감쇄장치
130, 131, 132 : 아날로그디지털변환기(ADC) 160 : 증폭단
170 : 온도센서 180 : 마이크로컨트롤러(MCU)

Claims (5)

  1. 입력된 신호를 증폭, 필터링 등의 신호처리를 거쳐 출력시켜주는 RF신호송수신장치;
    상기 RF신호송수신장치와 통신기능이 가능하도록 연결되며, 상기 RF신호송수신장치의 출력신호를 검출 측정하는 계측기;
    통신기능이 가능하도록 상기 RF신호송수신장치와 계측기에 연결되며, 상기 RF신호송수신장치 및 계측기의 상태를 실시간으로 확인하고, 상기 계측기로부터 받은 정보를 상기 RF신호송수신장치에 실시간으로 전송하여 RF신호송수신장치의 동작을 제어하는 컴퓨터(PC);
    상기 컴퓨터를 통하여 계측기의 측정전력값과 RF신호송수신장치의 출력전력값을 실시간으로 확인하고, 상기 확인된 값을 RF신호송수신장치의 정격출력전력값과 비교하여 기준오차값(0.5dB) 초과시 상기 RF신호송수신장치를 구성하는 신호감쇄장치에 새로운 온도보상값을 온도기준점으로 적용하여 비선형 구간에서 발생될 수 있는 RF신호송수신장치의 출력오차를 줄여주는 온도보상프로그램;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 RF신호송수신장치는,
    일정한 증폭률을 갖는 증폭단;
    상기 증폭단의 입력측에 설치되며, 상기 증폭단의 출력신호 변화량을 최소한으로 유지하도록 상기 증폭단으로 입력되는 신호를 감쇄하는 신호감쇄장치;
    RF신호송수신장치의 입력단에 설치되어 입력신호를 검출하는 제1 RF신호검출기;
    상기 증폭단의 출력단에 설치되어 증폭단의 출력신호를 검출하는 제2 RF신호검출기;
    RF신호송수신장치의 출력측 반사신호입력단에 설치되어 출력단으로 유입되는 반사신호를 검출하는 제3 RF신호검출기;
    아날로그디지털변환기(ADC)를 통해 연결되는 상기 제1, 제2, 제3 RF신호검출기로부터 제공되는 신호를 입력받아 각 신호의 크기를 검출하여 RF신호송수신장치의 동작을 제어하고, 상위통신인 컴퓨터(PC)로부터 전달되는 제어신호와 온도센서를 통해 입력되는 온도정보를 받아 현재온도에 적합한 RF신호검출기의 온도보상이 실시되도록 하여 상기 신호감쇄장치의 신호감쇄량을 실시간 제어하는 마이크로콘트롤러(MCU);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상장치.
  3. 제1항에 있어서, 컴퓨터(PC)와 RF신호송수신장치 및 계측기를 통한 온도를 보상하는 모든 과정이 자동으로 수행되도록 컴퓨터(PC)와 계측기를 계측기인터페이스장치를 통해 연결함을 특징으로 하는 기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상장치.
  4. 계측기의 측정전력값과 RF신호송수신장치의 정격출력전력값을 비교하여 기준오차값(0.5dB)를 초과하는 경우 신호감쇄장치에 새로운 온도기준점 및 온도보상값을 적용하여 정격출력전력값과 동일한 전력값을 유지하도록 하는 신호감쇄조절과정;
    상기 신호감쇄조절과정에 따라 실시간으로 변화되는 온도보상값을 마이크로컨트롤로(MCU)에서 처리하여 현재온도에서의 보상값을 적용하는 온도보상과정;
    상기 온도보상과정에 따라 생성된 온도보상값 및 온도보상 정보를 마이크로컨트롤러(MCU)를 통하여 저장장치에 저장하는 정보저장과정;
    상기 정보저장과정 완료 후, 실시간으로 온도 변화에 따른 온도보상값이 적용되도록 컴퓨터(PC)에서 제어신호를 명령하여 마이크로컨트롤러(MCU)의 온도보상 프로그램을 동작시키는 프로그램제어과정;
    을 포함하며, 비선형 구간에서 발생될 수 있는 RF신호송수신장치의 출력오차를 줄이도록 온도 상승에 따른 RF신호검출기의 온도보상이 실시간으로 적용되도록 함을 특징으로 하는 기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 온도보상프로그램의 제어과정은,
    마이크로컨트롤러(MCU)를 통해 현재온도에서의 보상값 생성 후, 현재 온도보상값 및 온도값을 컴퓨터(PC)로 전송하고, 상온(예; 30℃)과 현재온도 사이에 저장된 보상데이터가 존재하는지를 판단하여, 저장된 보상데이터가 있으면 가장 인접한 온도기준점의 보상값을 찾아 수학식 1에 의하여 상기 현재 온도보상값과 인접한 온도기준점의 보상값 사이의 기울기를 생성하고, 생성된 기울기에 의해 RF신호송수신장치의 온도 상승에 따른 온도보상을 진행하는 제1 온도보상단계;
    상기 제1 온도보상단계에서 저장된 보상데이터가 없으면 수학식 1에 의하여 상기 현재 온도보상값과 상온의 온도보상값(0) 사이의 기울기를 생성하고, 생성된 기울기에 의해 RF신호송수신장치의 온도 상승에 따른 온도보상을 진행하는 제2 온도보상단계;
    상기 제1 온도보상단계 및 제2 온도보상단계를 진행하는 과정에서 계측기의 측정전력값과 RF신호송수신장치의 정격출력전력값을 비교하여 그 차의 절대값이 기준오차값(0.5dB)을 초과하지 않는 경우, 생성된 기울기에 의해 RF신호송수신장치의 온도 상승에 따른 온도보상을 진행하는 과정을 반복하는 제3 온도보상단계;
    제3 온도보상단계에서 계측기의 측정전력값과 RF신호송수신장치의 정격출력전력값을 비교하여 그 차의 절대값이 기준오차값(0.5dB)을 초과하는 경우, 새로운 온도보상값을 생성한 후 현재온도값(새로운 온도기준점이 됨)과 현재온도에서의 새로운 온도보상값을 컴퓨터(PC)로 전송하고, 이 새로운 온도기준점에서의 온도보상값을 수학식 1에 적용하여 기울기를 생성하고 새로이 생성된 기울기에 의해 RF신호송수신장치의 온도 상승에 따른 온도보상을 최고 온도(80℃)에 이를 때까지 계측기의 측정전력값과 RF신호송수신장치의 정격출력전력값을 비교하고 처리하는 과정을 반복 진행하는 제4 온도보상단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기준점 가변방식을 사용한 RF신호송수신장치의 온도보상방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00009

    여기서, TSH는 현재온도보다 한 단계 높은 기준온도의 온도값, TSL는 현재온도보다 한 단계 낮은 기준온도의 온도값을 나타내고, CSH는 TSH에서의 온도보상값, CSL은 TSL에서의 온도보상값, TC는 현재온도값을 나타낸다.
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