KR100541963B1 - 무선 주파수용 고 전력 결합기의 운영 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수개의 전력 증폭기를 연결하여 사용하는 경우에도 입력단의 전압 가변 감쇄기를 조정하여 높은 입력 신호에 대해 고 전력 증폭기를 보호할 수 있는 무선 주파수용 고 전력 결합기의 운영방법에 관한 것으로, 고전력 결합기에 구비된 입력 검출기 및 출력 검출기에 연결하여 사용하는 전력 증폭기의 수량에 따르는 최대 출력 검출 전압값을 결합기 제어기에 제어 기준값으로 셋팅하는 단계와, 입력신호에 대한 출력신호를 검출하여 검출된 출력신호의 전압과 설정된 기준값을 초과하는 지를 판단하는 단계와, 그 판단결과에 따라 고전력 결합기의 입력단의 입력 분배기의 RF 스위치를 제어하는 단계와, 스위치 제어에 따른 출력신호와 설정된 기준값을 초과하는 지를 비교하는 단계와, 판단결과 설정된 기준값을 초과하는 경우 입력신호의 전압변화를 감지하는 단계와, 입력신호의 전압변화에 따라 감쇄기를 제어하는 단계로 이루어진다.

본 발명에 따르면, 기지국에서 고가인 LPA UNITS과 고전력 결합기의 불량률을 낮출 수 있는 효과를 제공한다.

Description

무선 주파수용 고 전력 결합기의 운영 방법{Operating Method of RF High Power Combiner}

도 1 및 도 2 는 종래의 고 전력 결합기의 블록 구성도,

도 3 은 본 발명에 따른 무선 주파수용 고 전력 결합기,

도 4 는 본 발명에 따른 무선 주파수용 고 전력 결합기의 운영 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

304 : 입력 검출기 306 : 전압 가변 감쇄기

310~316, 326~332 : RF 스위치 318~324 : LPA

338 : 결합기 제어기 334 : 출력 검출기

본 발명은 무선 주파수용 고전력 결합기에 관한 것으로서, 특히 코드 분할 다중 분할 방식의 시스템의 멀티 FA용 기지국에 적합한 무선 주파수용 고전력 결합기의 운영방법에 관한 것이다.

현재 서비스되고 있는 800 MHz 및 피시에스(PCS) 통신 시스템의 경우, 많은 가입자를 유치하고, 넓은 범위(COVERAGE)를 유지하기 위해 기지국(Base Station) 최종 단의 RF 출력 신호를 증가시키고 있다. 현재 사용하고 있는 단순 고전력 증폭기는 출력이 부족하여, 우리가 원하는 기지국의 출력을 얻을 수 없기 때문이다. 그러므로, 필요시 여러 개의 고전력 증폭기를 결합하여 사용하여야 한다.

종래 기술은 크게 두 가지의 결합기로 구분할 수 있다.

첫째는 도 1과 같이 결합기 내부의 입력 분배기(150)의 구조가 윌킨슨 분배기(WILKINSON DIVIDER)와 같이 수동 소자로 구성된 경우이다.

이 경우에는 내부 LPA UNITS를 4개 모두 사용한 경우에는 문제가 되지 않지만, 4개 이하의 LPA UNITS를 사용할 경우에는 결합기의 전체 이득이 떨어지는 문제가 발생한다. 즉, 도1에 보인 결합기는 결합기의 이득이 변하는 구조이다. 하지만 높은 입력 신호가 인가되는 경우에는 안정적인 특징을 갖는다. 이하 도 1의 결합기를 수동형 결합기라 칭한다.

둘째는 도 2와 같이 결합기 내부의 입력 분배기(250)에 출력 결합기(260)처럼 RF 스위치를 추가하는 경우이다.

이 경우는 4개 이하의 LPA를 사용할 경우에도 입력 분배기(250)부분의 RF 스위치를 이용하여 온/오프를 조정한다. 즉, LPA UNIT 개수에 관계없이 결합기 전체의 이득은 일정하다는 큰 장점이 있다. 하지만 입력 신호가 높게 인가될 경우에는 결합기 및 LPA UNIT의 보호 차원에서는 여러 가지 문제를 갖고 있는 구조이다. 이하 이 경우의 기술을 능동형 결합기라 칭한다.

이하에서, 이상에서 간단히 언급한 두 가지 경우의 결합기의 동작을 설명한다.

첫째, 만약 4개의 LPA UNITS와 결합기가 정상적으로 모두 동작하는 경우, 도 1의 수동 결합기(170)는 입력 신호의 레벨을 결합기의 이득만큼 신호를 증가 시켜 출력할 것이다. 수동 결합기가 견딜 수 있는 입력 범위의 신호가 인가될 경우는 문제가 되지 않지만, 만약 과도한 입력 신호가 입력될 경우는 LPA UNIT 또는 결합기 내부의 약한 소자 부분이 먼저 파손될 것이다. 이 경우는 도 2에 보인 능동 결합기에도 마찬가지로 적용된다.

둘째, 4개 이하의 LPA UNIT이 사용되는 경우이다.

도 1의 경우는 어쩔 수 없이 결합기 손실을 생각해야 하며, Po/Pi=(N-(M/N)^2)의 이득 변화를 감수해야 한다. 그러나, 도 2의 능동 결합기의 경우에는 빠져있는 LPA UNIT을 알아내어 입력 부분의 RF 스위치(250)를 오프시킨다. 그러면 수동 결합기에서 잃은 손실은 다시 보장받을 수 있게 된다. 하지만 능동 결합기는 정격 이상의 높은 입력 신호에 약한 특성이 있다.

만약, 수동 결합기 및 능동 결합기에서 두 개의 LPA UNIT 만 동작한다고 가정하고(122, 124, 222, 224만 동작), LPA UNIT은 각 50W RF 출력을 낼 경우(LPA UNIT의 최대 정격 출력은 50W이고, 이득은 예를 들어 50dB로 설정한다. 그리고, 분배기(150,250), 결합기 (160, 260)에서 전달 경로에 의한 손실은 없는 경우로 가정하면 LPA UNIT 자체의 이득이 4개 LPA UNIT을 완전히 실장한 경우의 이득과 일치한다. 본 발명에서는 설명을 간략화하기 위해 LPA UNIT 자체에 구현된 과 전력에 의한 경고 및 차단 기능은 제외한다.

도 1에서는 108에서 100W의 출력이 나오고, LPA(122,124)는 각각 50W 출력을 발생하고 있다. 또한, 106에서는 6dB 입력 신호가 전달되고 있다. 106에서 6dB보다 높은 입력 신호가 인가되면, LPA 자체에 손상을 입히게 된다. 비록, LPA(118, 120)이 탈장되어 있는 경우에도 106에는 6dB의 신호가 전달되어야 108에서 100W의 출력이 나온다.

그러나, 도 2의 경우는 RF 스위치(210,212,226,228)가 오프 상태를 유지하므로, 실제 입력단(206)에서는 0dB의 신호만 입력되어도 출력단(208)에서는 100W의 신호가 발생한다.

그러므로 도 1의 경우보다 6dB 결합기 효율이 좋은 장점이 있다. 그러나, 높은 입력 신호에 대해서는 역시 마찬가지로 손상을 입을 가능성이 많다. 오히려 도 1보다 더 높은 손상을 입을 가능성을 갖게 된다.

그러나, 이상에서 설명한 바와 같이, 도 1에 보인 결합기는 효율 면에서 뒤지며 또한 높은 입력 신호에 의한 결합기 및 LPA UNIT의 파손은 불가피한 단점이 있으며, 도 2에 보인 결합기는 높은 입력 신호에 대한 보호 기능이 역시 없는 단점을 지니고 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안한 것으로서, 다수개의 전력 증폭기를 연결하여 사용하는 경우에도 입력단의 전 압 가변 감쇄기를 조정하여 높은 입력 신호에 대해 고 전력 결합기를 보호할 수 있는 무선 주파수용 고 전력 결합기의 운영방법을 제공하기 위한 것이다.

이상과 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 무선 주파수용 고 전력 결합기의 운영방법은 고전력 결합기에 구비된 입력 검출기 및 출력 검출기에 연결하여 사용하는 전력 증폭기의 수량에 따르는 최대 출력 검출 전압값을 결합기 제어기에 제어 기준값으로 셋팅하는 단계와, 입력신호에 대한 출력신호를 검출하여 검출된 출력신호의 전압과 설정된 기준값을 초과하는 지를 판단하는 단계와, 그 판단결과에 따라 고전력 결합기의 입력단의 입력 분배기의 RF 스위치를 제어하는 단계와, 스위치 제어에 따른 출력신호와 설정된 기준값을 초과하는 지를 비교하는 단계와, 판단결과 설정된 기준값을 초과하는 경우 입력신호의 전압변화를 감지하는 단계와, 입력신호의 전압변화에 따라 감쇄기를 제어하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명에 따른 무선 주파수용 고 전력 결합기이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 무선 주파수용 고 전력 결합기(370)는 입력되는 신호를 검출하는 입력 검출기(304)와; 결합기 최종 단에서 출력되는 신호의 세기를 측정하는 출력 검출기(334)와; 입력 검출기(304)에서 출력되는 전압을 제공되는 제어신호에 따라 가변하는 전압 가변 감쇄기(306)와; 전압 가변 감쇄기(306)에 연결되며, RF 스위치(310~316)를 구비한 입력 결합기(350)와; 입력 결합기(350)의 출력신호를 소정의 증폭비로 증폭하여 출력하는 LPA UNIT(318~324)와; LPA UNIT(318~324)와 연결되며, RF 스위치(326~332)를 구비한 출력 결합기(360)와; 입력 검출기(304) 및 출력 검출기(334)에서 검출된 신호의 세기에 따라 입력 결합기(350) 내부의 RF 스위치(310~316)와 출력 결합기(360) 내부의 RF 스위치(326~332)의 온/오프를 제어하는 결합기 제어기(338)로 구성된다.

여기서, 상기 입력 검출기(304) 및 출력 검출기(334)에는 LPA UNIT 1개인 경우, 2개인 경우, 3개인 경우 그리고 4개인 경우의 최대 출력에서 검출 값을 결합기 제어기(338)에 미리 셋팅해 놓는다.

도 4 는 본 발명에 따른 무선 주파수용 고 전력 결합기의 운영 흐름도로서, 그 흐름을 보면 다음과 같다.

우선, 고전력 결합기에 구비된 입력 검출기 및 출력 검출기에 연결하여 사용하는 전력 증폭기의 수량에 따르는 최대 출력 검출 전압값을 결합기 제어기에 제어 기준값으로 셋팅한다(S1).

입력신호에 따른 출력신호를 검출하여(S2) 이 검출된 출력신호의 전압과 미리 설정된 기준값을 서로 비교하여 출력신호 전압이 기준값을 초과하는지의 여부를 판단한다(S3). 그 비교결과에 따라 고전력 결합기의 입력단에 연결된 입력 분배기의 RF 스위치를 제어한다(S4).

그 다음, 그 스위치 제어에 따른 출력신호와 설정된 기준값을 비교하여 출력신호가 기준값을 초과하는 지의 여부를 판단하게 된다(S5). 만일 그 판단결과 출력 신호가 설정된 기준값을 초과하는 경우 입력신호의 전압변화를 검출한다(S6). 입력신호의 전압변화에 따라 감쇄기를 제어하는 처리를 수행한다(S7).

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 무선 주파수용 고 전력 결합기의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명은 도 1에 도시된 수동 결합기의 장점과 도 2에 도시된 능동 결합기의 장점을 유지하며, 단점을 보강하는 기능을 갖고 있다.

만약, 4개의 고전력 증폭기를 모두 결합하여 사용할 경우에는, 입력 부분의 RF 스위치(310~316)를 조정할 여유가 없기 때문에 결합기 입력 단에 위치한 전압 가변 감쇄기(VOLTAGE VARIABLE ATTENUATOR : VVA)(306)를 이용한다.

즉, 결합기에서 견딜 수 있는 RF 입력 전력보다 높은 신호가 입력될 경우, 결합기 제어기(338)에서는 미리 설정된 최대 출력에서의 입력 검출 값과 출력 검출 값을 기준 값으로 차이 값만큼 전압 가변 감쇄기(VOLTAGE VARIABLE ATTENUATOR : VVA)(306)에 전압을 인가한다. 그리하여 결합기 내부의 소자 및 LPA UNITS가 파손되기 전에 입력 신호를 낮춘다.

또한, 가입자가 적거나 범위(COVERAGE)를 적게 사용할 경우에는 4개의 모든 LPA UNITS를 사용할 필요가 없으므로 1~3개의 LPA UNITS를 결합기와 함께 사용하여 기지국 신호 출력을 낮춘다.

일예로서 본 발명에 따른 결합기(이하, 하이브리드 전력 결합기라 칭함)와 2개의 LPA UNITS(322,324만 동작)를 적용할 경우의 동작을 설명하도록 한다.

먼저, 2개의 LPA 결합기 한 용량(100W)보다 낮은 신호가 입력될 경우에는 종 전의 입력 분배기에 RF 스위치를 사용하여 일정한 이득을 유지하는 능동 결합기 기능과는 다른 점이 없다. 즉, 입력 신호의 값이 높을 필요가 없으며, 결합기의 전체 이득과 일치한 LPA unit 이득 값을 얻을 수 있다. 그러나, 입력 분배기(350)에 윌킨슨(WILKINSON) 분배기와 같이 수동 분배기를 사용하여 가변 이득 기능을 가지고 있는 수동 결합기를 사용할 경우에 비해서는 결합기 효율이 매우 높은 장점이 있다.

한편, 2개의 LPA 가 견딜 수 있는 용량(100W)보다 큰 신호가 입력될 경우에는 결합기 제어기(338)에서는 미리 설정된 기준 전압(LPA UNIT 두 개가 낼 수 있는 최대 출력일 경우, 저장된 입력 및 출력 검출 값)과 입력 검출기(304) 및 출력 검출기(334)로부터 검출되는 전압 값을 비교하여, 만약 기준 전압보다 높은 전압 신호가 입력 검출기(304) 및 출력 검출기(334)로부터 입력받으면 결합기 제어기(338)에서는 off되어 있던 입력 분배기(350)의 RF 스위치(312)를 온 한다.

그러면, 현재 2 방향 결합기로 운영되던 것이 3 방향 결합기로 동작하게 되어 입력 신호의 레벨을 낮출 수 있다. 만약 3방향 결합기로 견딜 수 있는 입력 신호보다 높은 신호가 계속 입력되면, 다시 결합기 제어기(338)에서는 RF 스위치(310)를 온 하여 4 방향 결합기로 동작하여, 다시 입력 신호를 낮춘다.

한편, 4 방향 분배기를 사용할 경우(3dB 보상)보다 더 높은 입력 신호가 입력되면 입력 검출기(304)에서 발생되는 높은 전압 검출로 전압 가변 감쇄기(VOLTAGE VARIABLE ATTENUATOR : VVA)(306)를 동작하게 되어 높은 신호 입력으로 인한 결합기 및 LPA UNIT의 파손을 막을 수 있다.

즉, 본 발명을 이용할 경우, 결합기 및 LPA UNIT의 개수에 따른 결합기 전체 효율을 최대한 높게 유지할 수 있으며, 높은 입력 신호에 대해서도 자체적으로 보호할 수 있는 기능이 있으므로, 결합기 및 LPA UNIT의 파손을 막을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 결합기 내부 4개 LPA UNITS에 대하여 높은 입력 신호에 의한 LPA 및 결합기의 파손을 최소로 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 4개의 LPA UNITS 중에 1,2 또는 3개의 LPA UNITS가 탈장되어 사용할 경우에는 특별한 결합기 전체 효율 증가와 동시에 마찬가지로 높은 입력 신호에 대한 보호 기능이 있다. 따라서, LPA UNIT의 일부가 탈장되는 경우에도 손실 없이 결합기의 최대 출력을 낼 수 있다.

아울러, 본 발명은 무선 주파수용 고전력 결합기의 분배기 부분과 결합기 부분의 무선 주파수용 스위치(RF switch)를 조정하여 4개 이하의 LPA UNITS가 실장되는 경우에는 입력 분배기 부분의 무선 주파수용 스위치를 온/오프하여 높은 입력 신호에 대한 보호를 하며, 4개의 LPA UNITS가 완전히 결합기에 실장되어 사용할 경우에는 입력단의 전압 가변 감쇄기(VOLTAGE VARIABLE ATTENUATOR : VVA)를 조정하여 높은 입력 신호에 대해 결합기를 보호할 수 있게 한다.

위와 같은 장점을 갖는 무선 주파수용 고전력 결합기를 이용하여 800MHz 및 PCS 시스템에 적용할 경우 기지국에서 고가인 LPA UNITS과 고전력 결합기의 불량률 을 충분히 낮출 수 있다.

Claims (2)

1. 고전력 결합기에 구비된 입력 검출기 및 출력 검출기 사이에 연결된 전력 증폭기의 사용중인 개수에 따른 최대 출력 검출 전압값을 결합기 제어기에 제어 기준 전압으로 셋팅하는 제 1 단계;

   입력신호에 대한 출력신호를 검출하여, 상기 입력신호 및 출력신호가 사용중인 전력 증폭기의 개수에 해당하는 한계용량을 초과하는지 판단하는 제 2 단계;

   상기 제 2 단계 판단결과, 한계용량을 초과하였다고 판단되면 상기 고전력 결합기의 입력단의 입력 분배기의 RF 스위치를 제어하는 제 3 단계;

   상기 스위치 제어에 따른 출력신호가 모든 전력 증폭기를 사용할 경우의 최대 출력 검출 전압값인 기준 전압을 초과하는지 판단하는 제 4 단계; 및

   상기 제 4 단계 판단결과, 상기 기준 전압을 초과하는 경우 감쇄기를 제어하는 제 5 단계

   로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 주파수용 고전력 결합기의 운영방법.
2. 삭제

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