KR0133217B1

KR0133217B1 - 무선통신기기의 송수신 정합방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR0133217B1
Application number: KR1019940035286A
Authority: KR
Inventors: 곽우영
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1998-04-21
Also published as: US5768692A; KR960027413A

Abstract

본 발명은 무선통신기기에 관한 것으로, 단일의 안테나를 사용하기 위하여 송신출력부와 수신입력부를 결합하는 과정에서 발생되는 통과대역의 손실 및 주파수 특성의 열화를 방지하여 통화품위를 향상시키도록 한 것이다.

본 발명은 λ/4 전송선로를 사용할 시 발생되는 송수신부의 전력손실을 최소화하여 통화감도를 향상시키고, 고가의 듀플렉서 여파기의 사용을 배제하여 생산원가의 절감으로 제품의 가격경쟁력을 향상시킨다.

Description

무선통신기기의 송수신 정합방법 및 그 정치

제1도는 종래의 듀플렉서 여파기를 이용한 송수신장치 구성도.

제2도는 종래의 λ/4 전송선로 정합회로망을 이용한 송수신 장치 구성도.

제3도는 제2도에 도시된 λ/4 정합회로망의 구성도.

제4도는 제2도에 도시된 λ/4 정합회로망의 송신경로 등가도.

제5도는 제2도에 도시된 λ/4 정합회로망의 수신경로 등가도.

제6도는 중심주파수가 914.5MHz인 대역 여파기의 임피던스 데이타 스미스 챠트(Smith Chart).

제7도는 중심주파수가 959.5MHz인 대역 여파기의 임피던스 데이타 스미스 챠트(Smith Chart).

제8도는 본 발명에 따른 의사 역전송선로 정합망의 개략도.

제9도는 본 발명에 인덕터와 캐패시터를 이용한 의사 역전송선로 정합망의 등가도.

제10도는 본 발명에 따른 캐패시터와 단락 스터브를 이용한 의사 역전송선로 정합망의 등가도.

제11도는 본 발명에 따른 의사 역전송선로 정합망을 이용한 송수신 정합 구성의 일실시예도.

제12도는 본 발명에 따른 의사 역전송선로 정합망의 송신경로 등가도.

제13도는 본 발명에 따른 의사 역전송선로 정합망의 수신경로 등가도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 입력기저 대역신호 2,12,9 : 혼합기

3,13 : 송신국부 발진기

4,8,14,16,18,20,220,310 : 대역통과 여파기

5,15,210 : 출력 증폭기 6 : 듀플렉서 여파기

7,19,320 : 수신저잡음 증폭기 10,22 : 수신국부 발진기

17a,17b : 전송선로 C₁∼Cn : 콘덴서

S₁∼Sn : 단락 스터브 L₁∼Ln : 인덕터

본 발명은 풀 듀플렉서(Full Duplex) 방식을 사용하는 무선통신기기에 관한 것으로, 특히 단일의 안테나를 사용하기 위하여 송신출력부와 수신입력부를 결합하는 과정에서 발생하는 통과대역의 손실 특성 및 주파수 특성의 열화를 방지하여 데이터 송수신의 품위를 향상시키도록 한 무선통신기기의 송수신 정합방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래의 무선통신기기는 첨부된 도면 제1도와 같이 듀플렉서 여파기를 사용하여 송신부의 출력과 수신부의 입력을 정합하는 방식과, 제2도와 같이 λ/4 정합회로망을 사용하여 송신부의 출력과 수신부의 입력을 정합하는 방식을 사용하는데, 제1도와 같이 듀플렉서 여파기를 사용하는 경우 송신을 위한 입력기저대역신호(1)는 혼합기(1)에서 송신국부 발진기(3)의 출력과 혼합되고, 이 과정에서 발생되는 고조파 성분은 대역통과 여파기(4)에서 필터링된 후 송신 캐리어(Carrier) 주파수인 f₁만 추출되어 출력증폭기(5)를 통해 소정의 레벨로 전력증폭되어 듀플렉서 여파기(6)를 거쳐 안테나(ANT)로 출력된다.

또한, 안테나(ANT)로부터 인가되는 수신 캐리어 주파수 f₂는 듀플렉서 여파기(6)를 거쳐 수신 저잡음 증폭기(7)에서 저잡음 증폭된 후 대역통과 여파기(8)를 통해 수신대역의 신호만이 추출되어 혼합기(9)측에 인가되면, 혼합기(9)는 해당 수신대역 신호를 수신국부 발진기(10)의 발진신호와 혼합하여 제1 중간 주파수를 생성한다.

진술한 바와 같이, 듀플렉서 여파기(6)를 사용하여 송신부와 수신부를 결합하는 방식이 대표적으로 이용되고 있으나, 듀플렉서 여파기(6)의 가격이 상당히 고가이므로 생산원가를 증가시켜 제품의 가격상승에 주요 요인으로 작용하는 문제점이 있었다.

또한, 제2도와 같이 λ/4 정합회로망을 사용하여 송신부의 출력과 수신부의 입력을 정합하는 경우에는, 송신출력단에 대역통과 여파기(16)를 사용하고 수신입력단에도 대역통과 여파기(18)를 사용하여 송신부 출력단과 수신부 입력단을 λ/4 정합회로망(17)을 통해 결합한다. 이때 λ/4 정합회로망(17)은 제3도와 같이 소정의 길이를 갖는 두개의 전송선로(17a)(17b)로 이루어지는데, 송신주파수를 f₁, 그 파장을 λ₁이라하고, 수신주파수를 f₂, 그 파장을 λ₂라 하면 송신을 수행하는 전송선로(17a)의 전기적 길이 L₁은 λ2/4로 주어지고 수신을 수행하는 전송선로(17b)의 전기적 길이 L₂는 λ1/4로 주어진다. 이와 같이 λ/4 정합회로망을 사용하여 송신부와 수신부를 결합하는 방식을 사용하는 경우, 송신경로 등가도인 제4도에서 알 수 있는 바와같이 송신 캐리어 수파수가 f₁인 경우 출력 증폭기(15)와 대역통과 여파기(16) 및 전송선로(17a)를 거쳐 안테나(ANT)로 연결되는 송신경로상에 수신경로에 대한 송신주파수 f₁에서의 등가 입력 임피던스인 Z₁이 불필요한 부하로 접속되어 있어 이 Z₁의 임피던스가 송신경로의 공칭 임피던스인 Z₀보다 매우 크지 않은 경우에는 송신신호가 Z₁에 의해 감쇄되는 문제점이 있다.

또한, 제5도와 같이 수신경로에서 수신 캐리어 수파수가 f₂인 경우 안테나(ANT), 전송선로(17b), 대역통과 여파기(18) 및 수신 저잡음 증폭기(19)로 연결되는 수신경로상에 송신경로에 대한 수신주파수 f2에서의 등가출력 임피던스인 Z₃가 불필요한 부하로 접속되어 있어 이 Z₃의 임피던스가 수신경로의 공칭 임피던스인 Z₀보다 매우 크지 않은 경우에는 수신신호가 Z₃에 의해 감쇄되는 문제점이 있었다.

전술한 바와같이 송신신호가 감쇄되는 일예를 제6도 및 제7도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제6도는 송신중심 주파수가 914.5MHz인 대역통과 여파기의 임피던스 데이타 스미스챠트인데, 마크2(M2)의 임피던스는 제4도의 Z₂에 해당되며 이 값은 0.08-j0.5가 되며 제4도의 전송선로(17b)를 거쳐서 본 임피던스 Z₁의 값은 0.312+j1.95이므로 50오음(ohm)계로 비정규화하면 15.6+j97.5 ohm이 된다. 이러한 복소 임피던스인 Z₁이 전송선로(17a)에 불필요한 부하로 접속된 경우 전송선로(17a)의 입력에서 안테나 단자간의 송신경로 손실은 914.5MHz에서 1.85dB가 되므로 송신전력이 불필요하게 감쇄되어 장비의 성능을 저하시키게 된다.

또한, 제7도는 수신중심 주파수가 959.5MHz인 대역통과 여파기의 임피던스 스미스챠트(Smith Chart)인데, 마크1(M1)의 임피던스는 제5도에 Z₄에 해당되고 이값은 0.15-j1.1이 되며 제5도의 전송선로(17a)를 거쳐서 본 임피던스 Z₃의 값은 0.1217+j0.8925이므로 500hm계로 비정규화하면 6.085+j44.625ohm이 된다. 이러한 복소 임피던스인 Z₃가 전송선로(17b)에 불필요한 부하로 접속된 경우 안테나(ANT)에서 전송선로(17b)간의 수신경로 손실은 959.5MHz에서 0.72dB가 되므로 수신전력이 불필요하게 감쇄되어 수신감도를 저하시킨다.

이와같이 λ/4 정합회로망을 사용한 송수신부 결합은 송,수신부단에 위치한 대역통과 여파기의 임피던스 특성에 따라 송,수신부단에 적은 값의 불필요한 부하 임피던스를 발생시켜 송신출력을 감소시키고 수심감도를 저하시키는 문제점이 있으며, 적은값의 불필요한 부하 임피던스를 크게하기 위하여 λ/4보다 큰 길이의 전송선로를 사용하는 경우도 있으나 이는 전송선로 길이의 증대로 인하여 통신장비가 비대하여지며 실질적인 제작에 문제점이 발생된다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 의사 역전송 선로를 이용한 정합망으로 송수신부를 결합하여 송수신 결합이 발생되는 경로의 불요 손실을 최소화하여 송수신 성능을 향상시키고, 듀플렉서 필터와 같은 고가격의 소자를 사용함이 없이 저가격의 소자를 사용하여 생산원가를 절감시켜 가격 경쟁력을 향상시키도록 함에 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 무선통신기기의 송수신 정합방법에 있어서, 안테나에 연결된 송신수단의 출력단 송신전송경로와 상기 안테나에 연결된 수신수단의 입력단 수신전송경로를 의사 역 전송선로 정합망을 이용한 송수신 신호 정합으로 상기 송수신되는 신호의 손실을 최소화하는데 있다.

본 발명의 다른 특징은, 무선통신기기의 송수신 정합장치에 있어서, 안테나에 연결된 송신수단의 출력단 송신전송경로에 제1 캐패시터와 제2 캐패시터를 직렬로 접속하고, 제1 캐패시터와 제2 캐패시터 사이의 접속점에 제1 인덕터를 병렬로 연결하여 구성되는 제1 정합회로와; 상기 안테나에 연결된 수신수단의 입력단 수신전송경로에 제3 캐패시터와 제4 캐패시터를 직렬로 접속하고, 상기 제3 캐패시터와 제4 캐패시터 사이의 접속점에 제2 인덕터를 병렬로 연결하여 구성되는 제2 정합회로를 구비하는데 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제8도는 본 발명에 따른 의사 역 전송선로 정합망의 개략도이고, 제9도는 본 발명에 따른 인턱턱스와 캐패시터를 이용한 의사 역 전송선로 정합망의 등가도이며, 제10도는 본 발명에 따른 캐패시터와 단락 스터브를 이용한 의사 역 전송선로 정합망의 등가도이다.

또한 제11도는 본 발명에 따른 의사 역 전송선로 정합망을 이용한 송수신 정합구성의 일실시예이고, 제12도는 본 발명에 따른 의사 역 전송선로 정합망의 송신경로 등가도이며, 제13도는 본 발명에 따른 의사 역 전송선로 수신경로 등가도이다.

제8도에서 알 수 있는 바와같이, 스미스 챠트상에서 반시계 방향으로 의사 역전송선로의 전기적 길이만큼 회전하는 송신경로에 존재하는 전송선로의 임피던스를 〔Z₀〕*로 표기하고, 수신경로에 존재하는 전송선로의 임피던스를 〔Z₀´〕*로 표기한다.

이는 제9도에서 알 수 있는 바와같이, 송신경로의 임피던스〔Z₀〕*는 캐패시터(C₁,C₂--- Cn)와 인덕터(L₁,L₂∼Ln_-1)로 구성되며, 수신경로의 임피던스 〔Z_O′〕*는 캐패시터(C^M′,---C₂′, C₁′)와 인덕터(L_M-1′ --- L₂′, L₁′)로 구성된다. 이때 캐패시터와 인덕터는 병렬로 접속되고, 송신경로〔Z₀〕*와 수신경로〔Z₀´〕*는 서로 역상으로 구성된다.

또한, 제10도에서 알 수 있는 바와같이, 제9도의 인덕터(L) 대신에 단락스터브(S)를 사용하여도 상관없으며 인덕터(L)와 단락스터브(S)를 혼합 사용하여도 무방하다.

이와같은 의사 역 전송선로를 사용하는 송수신 정합을 제11도를 참조하여 설명한다.

송신출력증폭기(210)에 인가된 송신 캐리어 주파수인 f₁은 필요전력으로 증폭되어 대역통과 여파기(220)에서 불필요한 고조파 성분을 제거한 후 의사 역 전송선로 정합망(100)에 인가되어 캐패시터(C₁,C₂,C₃)와 단락스터브(S₁,S₂)로 구성된 송신경로상이 정합망을 거쳐 안테나(ANT)로 출력되며, 안테나(ANT)로부터 인가되는 수신캐리어 주파수인 f₂는 의사 역 전송선로 정합망(100)의 캐패시터(C₂´,C₁´) 및 단락스터브(S₁´)로 구성된 수신경로상의 정합망을 거쳐 대역통과 여파기(310)에서 수신대역의 신호만이 추출된 후 수신저잡음 증폭기(320)에 의해 저잡음 증폭되어 출력된다.

제12도를 참조하여 송신경로에서의 동작을 보충설명하면 다음과 같다. 송신 캐리어 주파수가 f₁인 경우 출력증폭기(210), 대역통과 여파기(220)와 캐패시터(C₁,C₂,C₃) 및 단락스터브(S₁,S₂)로 구성된 의사 역전송선로를 거쳐 안테나(ANT)로 연결되는 송신경로상에 수신경로에 대한 송신캐리어 주파수 f₁에서의 등가입력 임피던스인 Z₁이 불필요한 부하로 접속되는데, 이 Z₁의 임피던스가 캐패시터(C₁´, C₂´) 및 단락스터브(S₁´)에 의해 송신경로의 공칭 임피던스인 Z₀보다 매우 큰 값으로 변환되게 되므로 송신신호가 Z₁에 의해 매우 적게 감쇄되어 원하는 송신전력이 안테나(ANT)를 통해 송신된다.

또한, 제13도의 수신경로에서는 수신캐리어 주파수가 f₂인 경우 캐패시터(C₂´, C₁´) 및 단락스터브(S₁´)로 구성된 의사 역전송선로를 거쳐 대역통과 여파기(310)에서 수신대역의 신호만을 추출한 후 수신저잡음 증폭기(320)를 통해 저잡음 증폭시켜 다음단으로 출력하고, 이러한 수신경로상에 송신경로에 대한 수신캐리어 주파수 f₂에서의 등가출력 임피던스인 Z₃가 불필요한 부하로 접속되는데, 이 Z₃의 임피던스는 캐패시터(C₁,C₂,C₃) 및 단락스터브 (S₁,S₂)에 의해 수신경로의 공칭 임피던스인 Z₀보다 매우 큰 값으로 변환되므로 수신신호가 Z₃에 의해 매우 적게 감쇄되어 수신기에서 원하는 수신감도를 얻게 된다.

이상에서 설명한 바와같이, 본 발명은 의사 역 전송선로를 이용하여 송수신부를 정합함으로써 송수신 결합시 발생되는 송수신부의 불필요한 전력손실을 최소화하여 원하는 신호를 송수신하므로 통신감도가 향상되고, 고가의 듀플렉서 여파기의 사용배제로 생산원가를 절감하여 제품의 가격경쟁력을 향상시킨다.

Claims

무선통신기기의 송수신 정합방법에 있어서, 안테나에 연결된 송신수단의 출력단 송신전송경로와 상기 안테나에 연결된 수신수단의 입력단 수신전송경로를 의사 역 전송선로 정합망을 이용한 송수신신호 정합으로 상기 송수신되는 신호의 손실을 최소화하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기의 송수신 정합방법.
제1항에 있어서, 상기 의사 역 전송선로 정합망의 임피던스는 자체 의사 역 전송선로의 전기적 길이만큼 스미스 챠트상에서 반시계 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기의 송수신 정합방법.
무선통신기기의 송수신 정합장치에 있어서, 안테나에 연결된 송신수단의 출력단 송신전송경로에 제1 캐패시터와 제2 캐패시터를 직렬로 접속하고, 제1 캐패시터와 제2 캐패시터 사이의 접속점에 제1 인덕터를 병렬로 연결하여 구성되는 제1 정합회로와; 상기 안테나에 연결된 수신수단의 입력단 수신전송경로에 제3 캐패시터와 제4 캐패시터를 직렬로 접속하고, 상기 제3 캐패시터와 제4 캐패시터 사이의 접속점에 제2 인덕터를 병렬로 연결하여 구성되는 제2 정합회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기의 송수신 정합장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 정합회로와 제2 정합회로를 직렬로 다수개 연결하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기의 송수신 정합장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 인덕터와 제2 인덕터 대신에 단락스터브를 사용하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기의 송수신 정합장치.
제4항에 있어서, 다수개의 정합회로를 구성하는 경우 인덕터와 단락스터브를 병행하여 사용하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기의 송수신 정합장치.