KR20190090144A - 무인기 데이터링크용 통신모듈 - Google Patents

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KR20190090144A
KR20190090144A KR1020180008611A KR20180008611A KR20190090144A KR 20190090144 A KR20190090144 A KR 20190090144A KR 1020180008611 A KR1020180008611 A KR 1020180008611A KR 20180008611 A KR20180008611 A KR 20180008611A KR 20190090144 A KR20190090144 A KR 20190090144A
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이동국
방재훈
손희창
김상협
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(주)두타기술
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Abstract

본 발명은 안테나, Bi-directional amplifier, 상향/하향 변환기, 주파수 발생기, 3개의 RF-스위치, 방향성 결합기, 모뎀등으로 구비된 무인기 데이터링크용 통신 모듈에 관한 것으로, 상기 모뎀 전단에 구비된 방향성 결합기에서 커플링 되는 RF 신호를 감지하여 송수신 분리용 3개의 RF-스위치와 Bi-directional amplifier를 제어하는 TDD 방식의 통신 모듈인 것을 특징으로 한다.

Description

무인기 데이터링크용 통신모듈{A Communication Module for UAV Datalink Applications}
본 발명은 무인기 데이터링크용 통신 모듈에 관한 것으로, 특히 단일 안테나가 사용되고 TDD 방식으로 송수신 분리가 이루어지는 무인기 데이터링크용 통신 모듈에 관한 것이다.
(참고)
본 발명은 중소기업청 주관으로 수행된 '2016년 창업성장-기술개발사업'으로 지원받은 과제에 대한 결과물이다. 상기 과제에 관한 자세한 내용은 다음과 같다.
ㅇ 과제명: 무인기 데이터링크용 안테나 일체형 지상통신장치 개발
ㅇ 기술개발기간: 2016년 11월 28일 ~ 2017년 11월 27일
ㅇ 과제번호: S2433412
무인기 시스템은 조종사 없이 무선 데이터링크를 이용하여 비행체의 상태 정보 확인, 임무 전달, 운행 경로 지정 등을 수행한다. 무인기용 데이터링크는 상태 및 임무 정보를 제공하는 지상통신장치와 무인기에서 수집된 정보를 전송하고 지상으로부터의 명령을 받는 탑재통신장치로 구분된다.
무인기 시스템의 주요 구성품인 지상통신장치와 탑재통신장치를 운영하는데 있어서 TDD 방식이 적용될 경우 전체 시스템 단가를 크게 낮출 수 있다. 또한 주파수 대역폭이 넓으므로 주파수 자원 활용도 면에서 유리할 뿐만 아니라 높은 전송속도를 갖을 수 있다. TDD 방식의 통신 시스템은 앞서 설명한 장점과 달리 통신 품질이 저하되고 혼선에 취약한 단점을 가지고 있다. 이것은 동일 주파수 대역을 이용하는 송수신단에서 흔히 스위칭 소자로 동작 시간을 제어하는 과정에서 상태별 동기가 잘 맞춰지지 않은 경우에 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로써, 모뎀에서 안테나까지 수신단과 송신단이 함께 동작되는 통신 모듈에서 수신되거나 송신되는 신호를 DC 전원으로 변환하고 이를 인식하여 전체 통신 시스템의 수신 및 송신 상태를 자동적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 무인기 데이터링크용 통신모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서 제시한 무인기 데이터링크용 통신모듈은 안테나로부터 수신된 신호를 저잡음 증폭시키기 위한 Bi-directional amplifier, RF 스위치, 하향 변환기와 주파수 발생기, 송신 및 수신 상태를 검증하기 위한 방향성 결합기와 Rx/Tx 신호 검출기, 모뎀, 상향 변환기 및 고출력 증폭용 Bi-directional amplifier로 구성함으로써 저가형이며 통신 용량이 우수한 통신 모듈을 제공하였다.
본 발명에 의한 무인기 데이터링크용 통신 모듈은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 송수신 안테나 뒷단에 Bi-directional amplifier를 배치함으로써, 수신 상태의 경우 안테나로부터 입사되는 신호를 낮은 잡음 지수를 갖고 증폭할 수 있는 기능과 송신 상태에서 안테나로 방출되는 신호를 고출력으로 증폭할 수 있는 것을 특징으로 한다.
둘째, 안테나에서 송수신되는 주파수 대역과 모뎀의 송수신 주파수 대역이 다른 경우 주파수 발생기와 상향 및 하향 변환기를 이용하여 주파수를 자유롭게 변환함으로써 통신 모듈의 집적도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.
셋째, 모뎀의 앞단에 방향성 결합기를 배치하고 이로부터 커플링된 신호 단에 Rx/Tx 신호 검출기 회로와 TTL 보드를 설치하여 통신 모듈의 상태를 점검하고 이를 기반으로 전체 통신 모듈의 수신, 송신 동작 상태를 결정하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 무인기 데이터링크용 통신 모듈의 전체 구성을 나타낸 배치도
도 2는 본 발명에 의한 무인기 데이터링크용 통신 모듈의 실시 예에 있어서 RX/TX 신호 검출기의 내부 회로를 상세히 나타낸 도면
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 무인기 데이터링크용 통신 모듈에 대해 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위해 도시된 각 구성품의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다. 또한 문장의 간결성을 위해, 앞 뒤의 문맥으로 볼 때, 지칭하는 구성품이 무엇인지 쉽게 이해할 수 있는 경우에는, 구성품 명칭 다음에 붙이는 괄호와 구성품 번호를 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 무인기 데이터링크용 통신모듈의 전체 구성을 상세히 도시한 배치도이다. 본 발명의 실시 예에 따른 무인기 데이터링크용 통신 모듈의 수신부는, 도 1의 구체적인 도면을 바탕으로 설명하면, 송수신 겸용 안테나(100), 상기 안테나를 통해 수신된 신호를 저잡음 증폭시키기 위해 구비된 Bi-directional amplifier(110), 상기 Bi-directional amplifier를 통해 증폭된 신호를 수신단으로 향하게 하기 위한 제 1 RF-스위치(120), 상기 RF-스위치를 통과한 신호를 모뎀 주파수와 동기 시키기 위해 구비된 하향 변환기(130), 상기 하향 변환기를 통해 주파수 대역인 낮아진 신호를 송수신 분리하기 위한 제 2 RF-스위치(140), 상기 제 2 RF 스위치를 통과한 신호의 일부 크기를 커플링하기 위해 구비된 방향성 결합기(150), 상기 방향성 결합기에서 출력된 신호가 들어가는 모뎀(160)으로 구성된다.
이와 동일한 방법으로, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 모듈의 송신부는, 상기 모뎀(160)으로부터 출력되는 신호를 커플링 하기 위해 구비된 방향성 결합기(150), 상기 방향성 결합기를 통과한 신호가 송신단으로 들어가도록 구비된 제 2 RF-스위치(140), 상기 제 2 RF-스위치를 거쳐 송신단으로 들어온 신호를 송수신 겸용 안테나의 주파수 범위와 동일하게 높이기 위해 구비된 상향 변환기(180), 상기 상향 변환기를 거쳐 송수신 분리를 위한 제 1 RF-스위치(120), 상기 제 1 RF-스위치에서 연결된 신호를 최종 고출력 증폭하기 위해 구비된 Bi-directional amplifier(110), 상기 고출력으로 증폭된 신호의 전력를 공간으로 송출시키기 위한 송수신 겸용 안테나(100)으로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 하향 변환기(130)와 상향 변환기(190)는 제 3 RF-스위치(180)을 포함한 전압제어발진기(170)을 통해 발생되는 RF 전력을 LO 전력으로 이용하는 것을 특징으로 한다.
도 1에 제시된 무인기 데이터링크용 통신 모듈의 전체 구성에 있어서, 상기 제 1 RF-스위치(110), 제 2 RF-스위치(140), 제 3 RF-스위치(180)과 송수신 신호의 증폭을 위해 구비된 상기 Bi-directional amplifier(110)의 신호 경로는 전체 통신 모듈의 효율을 증대시키고 우수한 송수신 분리를 얻기 위해 동시에 제어되는 것이 바람직하다. 이와 같은 목적을 바탕으로 본 발명에서는 상기 모뎀(160)의 전단에 방향성 결합기(150)을 배치하고 들어오는 신호의 크기를 체크하여 송신 상태인지 수신 상태인지를 확인하였다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 모뎀(160)에서 출력된 신호는 매우 큰 전력을 갖으므로 상기 방향성 결합기(160)에 위해 커플링되는 포트에는 정합 부하를 연결하여 인식되지 않도록 하고, 상기 RF 수신단에서 들어오는 신호는 방향성 결합기의 커플링 단자(210)에서 인식하여 상기 RX/TX 신호 검출기(200)의 입력으로 들어가고, 상기 RX/TX 신호 검출기에 입력된 RF 전력은 전력 검출기를 통해 DC 전압 VDEC 로 변환되고, 상기 검출된 DC 전압 VDEC의 상태에 따라 전체 모듈이 송신 상태인지 수신 상태인지를 상기 MCU TTL 보드(240)에서 인지하여, 상기 제 1 RF-스위치(110), 제 2 RF-스위치(140), 제 3 RF-스위치(180)과 Bi-directional amplifier(110)의 신호 경로를 결정해 주는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 실시 예에 있어서, 무인기 데이터링크용 통신 모듈의 동작 과정에서 송신 상태 및 수신 상태를 확인하기 위해 구비된 RX/TX 신호 검출기를 자세히 설명하기 위해 도 2를 제시하였다.
도 2를 기준으로 본 발명에서 구비된 RX/TX 신호 검출기 회로를 자세히 살펴보면, 상기 무인기용 데이터링크의 통신 모듈에서 기저대역신호를 처리하고 가공하는 모뎀(160), 상기 모뎀과 직접 연결하여 송수신 신호의 RF 전력을 커플링 하기 위해 구비된 방향성 결합기(150), 상기 방향성 결합기와 직접 연결되고 송수신 분리에 사용되는 RF-스위치(140)로 구성된 부분에 있어서, 앞서 설명한 데이터링크용 통신 모듈이 송신 상태로 동작되는 경우 상기 모뎀으로부터 출력되는 전력이 커플링 되는 포트(201)에는 50W 정합 부하를 연결하고, 상기 데이터링크용 통신 모듈이 수신 상태로 동작하는 경우에는 상기 RF-스위치(140)을 통해 수신된 신호를 커플링 되는 포트(201), 상기 포트로 수신되는 신호의 크기가 매우 작으므로 1차 증폭시키는 제 1 증폭기, 상기 제 1 증폭기를 통해 나오는 신호를 원하는 주파수 대역에서만 통과시켜주도록 구비된 대역통과필터(204), 상기 대역통과 필터를 통과한 신호를 다시 한번 증폭시켜 주기 위해 구비된 제 2 증폭기(205), 상기 제 2 증폭기를 통과한 신호를 대역 필터링 하기 위해 구비된 제 2 대역통과필터(206), 상기 제 2 대역통과필터를 통과한 RF 전력으로부터 전압을 검출하기 위해 구비된 RF 검출기(207), 상기 RF 검출기를 통해 검출된 DC 전압을 기반으로 3개의 RF-스위치와 Bi-directional amplifier를 제어하기 위해 구비된 MUC-TTL 보드(208)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
100 : 송수신 겸용 안테나
110 : Bi-directional amplifier
120 : 제 1 RF-스위치 130 : 하향 변환기
140 : 제 2 RF-스위치 150 : 방향성 결합기
160 : 모뎀 170 : 주파수 발생기
180 : 제 3 RF-스위치 190 : 상향 변환기
200 : RX/TX 신호 검출기

Claims (3)

  1. 안테나 초단에 연결되어 수신 상태에서는 안테나로부터 수신되는 신호를 저잡음 증폭시키고, 송신 상태에서는 안테나로 송출되기 전의 RF 신호를 고출력 증폭시키기 위해 구비된 Bi-directional amplifier,
    상기 Bi-directional amplifier의 뒷단에 연결되어 송수신 분리를 위해 적용되는 제 1 RF-스위치,
    수신 상태에서 RF 스위치의 뒷단에 연결되어 모뎀 주파수 대역으로 주파수를 하향 변환시켜 주는 하향 변환기,
    상기 하향 변환기에 LO 주파수를 공급하고 송수신 분리를 위해 적용되는 주파수 발생기와 제 3 RF-스위치,
    상기 하향 변환기와 연결되며 송수신 분리를 위해 적용되는 제 2 RF-스위치,
    상기 제 2 RF-스위치와 연결되며 수신 신호의 크기를 검출하기 위해 구비된 방향성 결합기,
    상기 방향성 결합기의 출력단에 직접 연결되는 모뎀과
    상기 방향성 결합기의 커플링 포트를 통해 연결되는 RX/TX 신호 검출기로 전체 수신단이 구성되는 것을 특징으로 하는 무인기 데이터링크용 통신 모듈
  2. 기저대역 신호가 처리된 모뎀으로부터 출력되는 신호가 처음으로 통과하는 방향성 결합기와 송수신 분리를 위한 제 2 RF 스위치,
    상기 제 2 RF-스위치에 연결되며 안테나로 방사시키기 위한 주파수로 높여주는 상향 변환기,
    상기 상향 변환기에 LO 주파수를 공급하기 위해 구비된 주파수 발생기와 제 3 RF-스위치,
    상기 상향 변환기와 연결되며 송수신 분리를 위해 적용된 제 1 RF-스위치,
    상기 제 1 RF-스위치와 연결되어 송신 되는 신호를 고출력으로 증폭시키기 위해 구비된 Bi-directional amplifier를 포함하여 전체 송신단이 구성되는 것을 특징으로 하는 무인기 데이터링크용 통신모듈
  3. 제 1항과 제 2항에 있어서, 모뎀 전단에 방향성 결합기를 배치하고, 상기 방향성 결합기의 커플링 포트를 통해 유입되는 RF 신호를 DC 전압으로 변환하여 인식하고, 상기 인식된 DC 전압을 기반으로 통신 모듈이 수신 상태인지 송신 상태 인지를 판단하여 제 1 RF-스위치, 제 2 RF-스위치, 제 3 RF-스위치 및 Bi-directional amplifier의 경로를 결정하게 하는 것을 특징으로 하는 무인기 데이터링크용 통신모듈




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CN115021775A (zh) * 2022-05-30 2022-09-06 中国电信股份有限公司 耦合装置、信号均衡方法及室内分布系统

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