KR100962252B1 - Interference suppress system - filter module - Google Patents
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Abstract
본 발명은 간섭 신호를 억제한 필터 모듈에 관한 것으로, 특히 고주파 신호의 날카로운 스커트 특성 및 높은 아이솔레이션 특성을 얻을 수 있도록, BPF 및 LNA를 직렬로 연결하며, BSF 및 방향성 필터를 이용하여 LNA의 신호 증폭으로 발생된 리플을 보상할 수 있는 보상 회로가 구비된 간섭 신호를 억제한 필터 모듈을 제공하기 위한 것이다.The present invention relates to a filter module that suppresses an interference signal, and in particular, connects BPF and LNA in series so as to obtain sharp skirt characteristics and high isolation characteristics of a high frequency signal, and amplifies the signal of the LNA using a BSF and a directional filter. It is to provide a filter module that suppresses an interference signal having a compensation circuit capable of compensating for the ripple generated by the.
그 기술적 구성은 일정 대역의 주파수 신호를 통과 또는 저지시키고, 통과된 상기 주파수 신호를 증폭시키는 간섭 신호를 억제한 필터 모듈; 상기 간섭 신호를 억제한 필터 모듈에서 발생된 리플을 보상하는 보상 회로; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The technical configuration includes a filter module for passing or blocking a frequency signal of a predetermined band and suppressing an interference signal for amplifying the passed frequency signal; A compensation circuit for compensating for the ripple generated in the filter module suppressing the interference signal; Characterized in that comprises a.
리플, 삽입 손실, 보상, 필터, ISS-FM, LNA, BPF, BSF Ripple, Insertion Loss, Compensation, Filter, ISS-FM, LNA, BPF, BSF
Description
본 발명은 통신 시스템의 중계기에서 업/다운 컨버터 회로를 이용하지 않고 동작 주파수를 그대로 처리할 수 있는 필터 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리플 및 삽입 손실을 보상함과 동시에 구성 요소의 단가를 줄일 수 있어 고출력 무선 이동 통신 중계기에 응용가능한 간섭 신호를 억제한 필터 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a filter module capable of processing an operating frequency as it is without using an up / down converter circuit in a repeater of a communication system, and more particularly, compensates for ripple and insertion loss and reduces component cost. The present invention relates to a filter module that suppresses an interference signal applicable to a high power wireless mobile communication repeater.
일반적으로, 필터(Filter)는 원하는 형태의 신호 파형만을 통과시키고, 원하지 않는 파형을 걸러내는 전자 회로의 수동 소자 중 하나로서, 인덕턴스 및 커페시턴스의 조합으로 이루어지고, 주파수가 매우 높은 초단파(VHF)대에서 레헤르선이나 동축선을 소자로 하는 필터를 사용하며, 그보다 주파수가 높은 마이크로파대에서는 도파관 필터가 사용된다.Generally, a filter is a passive element of an electronic circuit that passes only a signal waveform of a desired shape and filters out an unwanted waveform. A filter is a combination of inductance and capacitance, and has a very high frequency (VHF). In the band, a filter using a reherr or coaxial element is used, and a waveguide filter is used in a microwave band having a higher frequency.
필터의 기능상으로 분류하면, 어느 주파수 이하의 신호를 통과시키는 저역 필터(LPF), 어느 주파수 이상의 신호만 통과시키는 고역 필터(HPF), 어느 주파수 대역의 신호를 통과시키는 대역 통과 필터(Band Pass Filter: 이하, BPF 라 칭함)와 어느 주파수 대역의 신호만을 정지시키는 대역 저지 필터(Band Stop Filter: 이하, BSF 라 칭함)가 있다. The filter functions are classified into a low pass filter (LPF) for passing a signal below a certain frequency, a high pass filter (HPF) for passing a signal only above a certain frequency, and a band pass filter for passing a signal of a certain frequency band. BPF) and a band stop filter (hereinafter referred to as BSF) for stopping only signals of a certain frequency band.
여기서, 필터를 통과하는 신호는 삽입 손실(Insertion Loss) 리플(Ripple) 특성, 스커트(Skirt) 특성, 아이솔레이션(Isolation) 특성을 가지게 되는데, 이때 삽입 손실은 신호가 필터를 통과하면서 손실되는 전력을 의미하며, 리플 특성은 통과 대역을 통과하는 신호의 가장 낮은 손실과 가장 큰 손실의 차이를 뜻하며, 스커트 특성은 통과 대역과 저지 대역이 얼마나 잘 구분되는지의 척도이고, 아이솔레이션 특성은 통과 대역 밖의 스프리어스(Spurious) 신호를 억제하는 정도를 의미한다.Here, the signal passing through the filter has an insertion loss ripple characteristic, a skirt characteristic, and an isolation characteristic, wherein the insertion loss means power lost as the signal passes through the filter. The ripple characteristic is the difference between the lowest loss and the largest loss of the signal passing through the passband, the skirt characteristic is a measure of how well the passband and the stopband are distinguished, and the isolation characteristic is a spurious (out of passband) Spurious) refers to the degree of suppression of the signal.
즉, 통과 대역(Pass Band)에서 입력 포트 1에서 출력 포트 2로 출력되는 신호(S21)가 0dB 보다 작은 경우에 삽입 손실이 발생한 경우이며, 입력된 전력이 모두 출력으로 나가지 못하고 있는 것을 의미한다.That is, the insertion loss occurs when the signal S21 output from the
그리고, 스커트 특성은 통과 대역과 저지 대역을 구분하는 부분의 명확도, 즉 스커트 기울기의 절대값이 높을수록 증가하는 특성을 의미하며, 스커트 특성이 증가할수록 통과 대역 및 저지 대역의 구분에 따른 여과 특성이 높아지며, 아이솔레이션 특성이 높을수록 통과 대역 밖의 스프리어스(Spurious) 신호들을 억제하는 능력이 우수해진다.In addition, the skirt characteristic means a characteristic that increases the clarity of the portion separating the pass band and the stop band, that is, the absolute value of the skirt slope, and increases the filtration characteristic according to the separation of the pass band and the stop band as the skirt characteristic increases. The higher the isolation characteristic, the better the ability to suppress spurious signals outside the passband.
그런데, 삽입 손실과 리플 특성 그리고 스커트 특성과 아이솔레이션 특성은 필터의 차수(Order)에 의존한 트레이드 오프(Trade - Off) 관계를 가지기 때문에, 어느 한쪽이 좋아지면 나머지 특성은 반대로 나빠지게 된다.However, since the insertion loss, the ripple characteristic, the skirt characteristic, and the isolation characteristic have a trade-off relationship depending on the order of the filter, the other characteristic becomes inversely worse when one is improved.
즉, BPF가 직렬로 연결된 경우, 통과 및 저지 대역의 신호는 필터의 특성이 직렬로 중복되어 작용함으로써, 두 대역 모두 더욱 억압하게 되므로 삽입 손실이 나빠지는 반면, 스커트 및 아이솔레이션 특성은 높아지게 되고, 리플(Ripple)도 BPF들이 직렬로 결합되면, 결합되는 각각의 BPF의 리플이 모두 합쳐지므로 여러단으로 결합된 필터 모듈의 총 리플 특성이 나빠진다.In other words, when the BPFs are connected in series, the pass and stop bands have the characteristics of the filters overlapping in series, thereby further suppressing both bands, resulting in poor insertion loss while increasing skirt and isolation characteristics. (Ripple) When the BPFs are combined in series, the ripples of the combined BPFs all add up, and thus, the total ripple characteristic of the combined filter module becomes worse.
종합하면 스커트와 아이솔레이션 특성은 절대값이 클수록 우수한 특성이고, 삽입 손실과 리플 특성은 절대값이 “ZERO"에 가까울수록 우수한 특성이다. 따라서 위에 상술한 바와 같이, 한 개 이상의 같은 특성의 BPF를 직렬로 결합하면, 스커트와 아이솔레이션 특성은 결합하는 BPF 개수만큼 향상되나 삽입 손실과 리플 특성은 반대로 개수만큼 더 나빠진다. Taken together, the skirt and isolation characteristics are better at higher absolute values, and the insertion loss and ripple characteristics are better at absolute values closer to “ZERO.” As described above, one or more BPFs of the same characteristic are serialized. When combined with, the skirt and isolation characteristics are improved by the number of BPFs that combine, but the insertion loss and ripple characteristics are conversely worse by the number.
이동 통신에서는 높은 채널 분리가 요구되고, 또한 기존의 BPF로는 높은 캐리어 주파수(Operating Frequency)에서 채널 분리에 충분한 스커트 특성을 얻을 수 없기 때문에 다운 컨버터(Down Converter)로 높은 동작(Operating) 주파수를 낮은 중간 주파수(Intermediate Frequency=IF)로 변환하고, 이 IF에서 스커트 특성이 우수한 SAW 필터를 사용하여 채널 분리도를 높이는 방법을 쓰고 있다.In mobile communication, high channel separation is required, and conventional BPF cannot obtain sufficient skirt characteristics for channel separation at high carrier frequency, so the down converter has a low operating frequency. It converts to frequency (Intermediate Frequency = IF), and uses the SAW filter with excellent skirt characteristics in this IF to improve channel separation.
통신용 장비의 출력을 높이기 위해서는 이득을 증가시켜야 하는데, 증폭기를 통과시킨 신호는 원하는 대역 내의 신호만을 증폭시키는 것이 아니라 원하는 대역 외의 노이즈(Noise)도 같이 증폭하게 되고, 주파수 신호의 출력이 높아지면 출력단의 증폭기에서 원치 않는 발진(Oscillation)이 발생할 우려가 있는 등의 문제점이 있었다.In order to increase the output of communication equipment, the gain must be increased. The signal passing through the amplifier not only amplifies the signal in the desired band but also amplifies the noise out of the desired band. There were problems such as unwanted oscillation in the amplifier.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 삽입 손실, 리플, 스커트, 아이솔레이션 특성이 충분히 향상된 필터 또는 필터 모듈인 간섭 신호를 억제한 필터 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a filter module that suppresses an interference signal, which is a filter or a filter module having sufficiently improved insertion loss, ripple, skirt, and isolation characteristics.
본 발명의 다른 목적은 BPF 및 LNA를 직렬로 연결하여 우수한 스커트 특성 및 아이솔레이션 특성을 확보하여 간섭 신호(Interferece Signal)를 억제하고, 원치않는 발진(Oscillation)을 보상하여 충분한 이득을 얻음으로써 삽입 손실을 보완할 수 있는 간섭 신호를 억제한 필터 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to connect the BPF and LNA in series to ensure excellent skirt characteristics and isolation characteristics to suppress the interference signal (Interferece Signal), to compensate for the unwanted oscillation (Oscillation) to obtain a sufficient gain insertion loss It is an object of the present invention to provide a filter module that suppresses an interference signal that can be compensated for.
본 발명의 다른 목적은 BSF 및 방향성 필터가 구비된 보상 회로를 BPF 및 LNA와 직렬로 연결시켜, 동일한 특성의 필터가 직렬로 연결됨으로써 발생되는 리플을 보상할 수 있는 간섭 신호를 억제한 필터 모듈을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to connect a compensation circuit equipped with a BSF and a directional filter in series with the BPF and LNA, a filter module that suppresses the interference signal that can compensate for the ripple caused by the series of filters having the same characteristics in series To provide.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일정 대역의 주파수 신호를 통과 또는 저지시키고, 통과된 상기 주파수 신호를 증폭시키는 간섭 신호를 억제한 필터 모듈(Interference Suppress System - Filter Module); 상기 간섭 신호를 억제한 필터 모듈에서 발생된 리플을 보상하는 보상 회로; 를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a filter module for suppressing an interference signal that passes or blocks a frequency signal of a predetermined band, and amplifies the frequency signal passed therein; A compensation circuit for compensating for the ripple generated in the filter module suppressing the interference signal; It includes.
바람직하게는, 상기 간섭 신호를 억제한 필터 모듈은 일정 대역의 주파수 신호를 통과 및 저지시키도록 두 개 이상 직렬 연결되고, 동일한 특성을 가지는 다수 의 필터; 상기 필터에서 저지 대역에 따라 발생된 삽입 손실을 보상하기 위하여 구비되는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the filter module for suppressing the interference signal includes two or more filters connected in series to pass and stop a frequency signal of a predetermined band, the plurality of filters having the same characteristics; A low noise amplifier provided to compensate for insertion loss generated according to a stop band in the filter; Characterized in that it comprises a.
바람직하게는, 상기 다수개의 필터는 유전체 또는 여러 형태의 금속 공동(Metal Cavity) 또는 DR-금속 공동 또는 스트립라인 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the plurality of filters are formed of any one of a dielectric or various types of metal cavities or DR-metal cavities or striplines.
바람직하게는, 상기 다수개의 필터는 유전체 또는 여러 형태의 금속 공동(Metal Cavity) 또는 유전체 공진-금속 공동 또는 스트립라인의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the plurality of filters are made of a dielectric or a combination of various types of metal cavities or dielectric resonant-metal cavities or striplines.
바람직하게는, 상기 저잡음 증폭기는 상기 필터에서 발생한 삽입 손실을 보상하도록, 삽입 손실에 따른 이득을 가지고, 상기 필터와 직렬 연결되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the low noise amplifier has a gain according to insertion loss and is connected in series with the filter to compensate for insertion loss generated in the filter.
바람직하게는, 상기 저잡음 증폭기는 저지 대역에서 발생된 간섭 잡음을 억제하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the low noise amplifier is characterized in that it is provided to suppress the interference noise generated in the stop band.
바람직하게는, 상기 보상 회로는 상기 간섭 신호를 억제한 필터 모듈에서 발생한 리플을 보상하도록, 상기 리플이 발생된 주파수 대역에서 상기 리플 크기 만큼의 진폭을 저지하는 필터로 이루어진 것을 특징으로 한다.Preferably, the compensation circuit is characterized by consisting of a filter for suppressing the amplitude of the ripple magnitude in the frequency band where the ripple is generated, to compensate for the ripple generated in the filter module suppressing the interference signal.
바람직하게는, 상기 보상 회로는 상기 리플이 발생된 주파수 대역 및 리플의 크기 만큼의 진폭을 저지하는 BSF(Band Stop Filter)인 것을 특징으로 한다.Preferably, the compensation circuit is characterized in that the BSF (Band Stop Filter) to block the amplitude as much as the size of the ripple generated frequency band and the ripple.
바람직하게는, 상기 보상 회로는 상기 리플이 발생된 주파수 대역 및 리플의 크기 만큼의 진폭을 저지하는 방향성 필터(Directional Filter)인 것을 특징으로 한다.Preferably, the compensation circuit is a directional filter for blocking the amplitude of the ripple is generated by the frequency band and the magnitude of the ripple.
바람직하게는, 상기 보상 회로의 필터는 상기 간섭 신호를 억제한 필터 모듈에서 발생된 리플을 2dB 까지 보상하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the filter of the compensation circuit is characterized in that made to compensate for the ripple generated by the filter module suppressing the interference signal up to 2dB.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 중계기에서 이용할 수 있도록 BPF를 직렬로 연결하여 날카로운 스커트 특성과 매우 큰 아이솔레이션 특성을 가질 수 있으며, LNA를 연결하여 통과 대역 내의 신호의 크기를 증폭시킬 수 있고, 여러 개의 BPF를 연결함으로서 나빠진 리플을 보상하도록 보상 회로를 구비하여 신호(Signal)의 질(Quality)을 높이고, 이에 따라 고가의 부품을 이용하지 않고도 높은 출력의 중계기에 적용되는 필터를 구성할 수 있어 부품 비용의 절감을 가져올 수 있으며, 제품 단가 및 구성의 복잡도를 낮출 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.As described above, the present invention having the configuration as described above may have a sharp skirt characteristic and very large isolation characteristics by connecting BPFs in series so as to be used in a repeater, and amplifying the magnitude of a signal in a pass band by connecting LNAs. It is possible to improve the quality of the signal by compensating the circuit to compensate for the bad ripple by connecting several BPFs, so that the filter applied to the high output repeater without using expensive components It can be configured, resulting in a reduction of component cost, and lowering the unit cost and complexity of the configuration.
본 발명은 BPF를 직렬로 연결하여 중간 주파수 대역을 보장하고, 날카로운 스커트 특성 및 신호 분리도인 아이솔레이션 특성을 가질 수 있음과 동시에, 직렬로 연결된 BPF 사이에 LNA를 삽입함으로써 노이즈를 최소화하면서 신호를 증폭시킬 수 있으며, 다수의 BPF를 직렬 결합함으로써 나빠진 리플을 보상 회로로 보상할 수 있도록 이루어진다.The present invention guarantees an intermediate frequency band by connecting BPFs in series, and can have isolation characteristics such as sharp skirt characteristics and signal separation, and at the same time, by inserting LNAs between BPFs connected in series, amplifying a signal while minimizing noise By combining multiple BPFs in series, it is possible to compensate for the bad ripple with a compensation circuit.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 간섭 신호를 억제한 필터 모듈을 개략적으로 도시한 도이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 간섭 신호가 억제된 필터 모듈(Interference Suppress System Filter Module, 10)은 필터 및 증폭기를 포함한다.1 is a view schematically showing a filter module suppressing an interference signal according to the present invention. As shown in the figure, an interference signal suppressed filter module (Interference Suppress System Filter Module) 10 includes a filter and an amplifier.
본 발명에 따라, 두 개 이상의 필터를 직렬로 연결하는 경우, 두 개 이상의 필터 조합에 따른 스커트 및 아이솔레이션 특성은 한 개의 특성과 비교하였을 때 두 배 이상 향상되나, 필터 조합의 또 다른 중요한 특성인 삽입 손실 및 리플 특성이 두 배 이상 증가하게 된다.According to the present invention, when two or more filters are connected in series, the skirt and isolation characteristics according to two or more filter combinations are more than doubled when compared to one characteristic, but another important characteristic of the filter combination is insertion. Loss and ripple characteristics will more than double.
따라서, 본 발명에서는 우선 삽입 손실을 보상하고 필터 모듈에서 요구되는 총 이득을 얻기 위해 도 1과 같이 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 11)를 한 개 이상의 필터와 결합시킨다.Therefore, in the present invention, first, a low noise amplifier (LNA) 11 is combined with one or more filters as shown in FIG. 1 to compensate for insertion loss and to obtain the total gain required by the filter module.
여기서, 삽입 손실(Insertion Loss)은 필터의 중요한 특성 중에 하나로서, 신호가 필터를 통과하면서 손해를 보는 전력을 의미하며, 통과 대역에서 S21이 0dB 보다 작으면 입력된 전력이 모두 출력되지 못했다는 의미이며, 이는 즉 손해를 보는 전력이 발생하였다는 것을 의미한다. 즉, 0dB 에서 멀어진 만큼의 손실을 삽입 손실이라고 한다.Here, Insertion Loss is one of the important characteristics of the filter, which means that the signal loses power as it passes through the filter.If S21 is less than 0 dB in the pass band, all input power is not output. In other words, it means that a loss of power has occurred. In other words, the loss as far as 0dB is called insertion loss.
이때, 저잡음 증폭기(11)의 수는 필터 모듈에서 요구되는 이득 특성에 의해 정해지고, 역시 중요한 특성 중에 하나인 잡음 지표(NF: Noise Figure)를 줄이기 위하여 저잡음 증폭기(11)는 필터 모듈의 첫 번째 필터 앞 단에 장착한다.At this time, the number of the
그리고, 본 실시예에서는 동일한 특성의 필터를 BPF(Band Pass Filter, 11)로 적용하였으며, 동일한 특성의 세 개의 필터(12)가 직렬로 결합되어 있고, 네 개의 저잡음 증폭기(11)가 직렬로 결합되어 있는 필터 모듈(10)을 도시한다.In this embodiment, a filter having the same characteristic is applied as a BPF (Band Pass Filter) 11, three
상술한 필터 모듈(10)은 스커트, 아이솔레이션 및 이득은 충분히 확보되어 100 와트 이상의 고출력 중계기에 사용될 수 있도록 설계가능하며, 이는 신호 대역 밖의 간섭 잡음(Interference Noise Signal)을 충분히 억제할 수 있음을 의미한다.The above-described
여기서, 필터(12)의 개수에 따라 리플이 증가하게 되는데, 이에 따라 결합하는 필터(12)의 개수의 배수만큼 리플 특성이 나빠지므로 이를 충분히 보상(Compensation)하여 필터 모듈(ISS-FM)의 총 리플 값이 2 dB 미만이 되도록 한다. Here, the ripple is increased according to the number of
본 발명에 따른 필터는 모든 종류의 필터를 이용할 수 있으며, 구현 형태에 따라 집중 소자(Lumped Element), 트랜스미션 라인(Transmission line)인 도파관(Microstrip) 또는 스트립라인(Stripline), 세라믹(Ceramic) 또는 유전체(Dielectric) 또는 도파관(Waveguide), SAW(Surface Acoustic Wave), MEMS, LTCC, FBAR 등이 이용될 수 있다.The filter according to the present invention can use all kinds of filters, and depending on the implementation type, a lumped element, a transmission line, a microstrip or a stripline, a ceramic, or a dielectric (Dielectric) or Waveguide, Surface Acoustic Wave (SAW), MEMS, LTCC, FBAR and the like can be used.
여기서, 집중소자는 납 또는 SMD의 L, C 소자를 PCB에 납땜하여 만들 수 있는 소자이며, 수 GHz 이상의 경우 커플링, 공진, 다중 임피던스 연결을 고려하여 구현할 수 있는 도파관 또는 스트립라인이 이용된다.Here, the lumped element is a device that can be made by soldering the L, C elements of lead or SMD to the PCB, a waveguide or stripline that can be implemented in consideration of coupling, resonance, multiple impedance connection in the case of several GHz or more is used.
그리고, 세라믹 또는 유전체는 파장에 따른 공진을 이용하는 구조적 필터로서, 고 유전체의 유전체 세라믹을 이용하여 신호의 전기적 파장을 줄이고, 더욱 작은 필터를 구현할 수 있도록 이루어진다.In addition, the ceramic or the dielectric is a structural filter using the resonance according to the wavelength, it is made by using a high dielectric dielectric ceramic to reduce the electrical wavelength of the signal, to implement a smaller filter.
또한, 도파관은 공진 현상을 직접적으로 이용하는 경우로서, 금속 블럭을 이용한 Cavity 방식 또는 유전체를 삽입하는 세라믹 방식이 있으며, SAW는 소형, 경량, 박형을 추구하는 이동통신 단말기와 같은 휴대용 장비의 필터에 이용된다.In addition, the waveguide is a case of directly using the resonance phenomenon, there is a Cavity method using a metal block or a ceramic method to insert a dielectric, SAW is used in the filter of portable equipment, such as mobile communication terminal pursuing small size, light weight, thin do.
도 2는 본 발명에 따른 리플 보상 회로가 구비된 간섭 신호를 억제한 필터 모듈을 개략적으로 도시한 도이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 간섭 신호를 억제한 필터 모듈(10a, 10b) 사이에 리플 보상 회로(20)가 구비된다.2 is a view schematically showing a filter module suppressing an interference signal having a ripple compensation circuit according to the present invention. As shown in the figure, a
여기서, 리플(Ripple)은 신호 통과 대역 내에서의 삽입 손실의 최고점과 최저점의 차이를 의미하며, 이는 S21을 측정함으로서 알 수 있고, dB로 주로 표시된다. Here, ripple means the difference between the highest point and the lowest point of the insertion loss in the signal pass band, which can be known by measuring S21, which is mainly expressed in dB.
따라서, 상술한 보상(Compensation)을 실시하기 위해서는, 상기 리플 보상 회로(20)는 상기 리플을 보상하기 위하여, 상기 리플이 존재하는 대역만큼 BSF(Band Stop Filter)를 이용한다.Therefore, in order to perform the above-described compensation, the
다시 말하면, 상기 BSF를 이용함으로써 리플이 존재하는 주파수 대역만큼을 통과시키지 못하도록 이루어져, 리플을 보상하는 것이다.In other words, by using the BSF, the ripple is prevented from passing by the existing frequency band, thereby compensating for the ripple.
또는, 보상 회로(20)에 방향성 필터(Directional Filter)를 구비하는데, 전송 선로가 2 선식인 경우에 송신 주파수 대역과 수신 주파수 대역을 분리 및 결합 시키도록 이루어져, 상기 리플이 존재하는 대역만큼을 분리 및 보상시킨다.Alternatively, a
도 3a 및 도 3b는 1 개의 필터 출력 및 2 개의 필터 출력을 개략적으로 도시한 그래프이다. 도면에서 도시된 바와 같이, BPF(10)가 직렬로 두 개 연결된 경우의 S21 출력 그래프는 BPF(10)가 1 개 연결된 경우보다 리플이 두 배 증가한 것을 알 수 있다.3A and 3B are graphs schematically showing one filter output and two filter outputs. As shown in the figure, the S21 output graph in the case where two
여기서, BPF(10)가 1 개 구비된 경우의 S21의 그래프에는 하기와 같은 특성이 나타난다.Here, the following characteristics are shown in the graph of S21 when one
Skirt = (D)-(B)/delta F = -40dB/delta F,Skirt = (D)-(B) / delta F = -40 dB / delta F,
Ripple = (B)-(A)=-10dB+5dB=-5dB,Ripple = (B)-(A) =-10dB + 5dB = -5dB,
Insertion Loss = (A)=-5dB.Insertion Loss = (A) =-5 dB.
그리고, BPF(10)가 2 개 구비된 경우의 S21의 그래프는 하기와 같은 특성이 나타난다.And the graph of S21 when two
Skirt = (D)- (B) / delta F = -80dB /delta FSkirt = (D)-(B) / delta F = -80 dB / delta F
Ripple = (B) - (A) = -20 + 10 = - 10dBRipple = (B)-(A) = -20 + 10 =-10 dB
Insertion Loss = (A) = - 10dBInsertion Loss = (A) =-10 dB
상기 수학식 1 및 수학식 2를 비교하여 보면, 아이솔레이션, 스커트, 리플 및 삽입 손실이 BPF(10)의 개수에 비례하여 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있는데, 즉 동일한 특성의 필터를 N 개 직렬로 결합하는 경우 하기와 같은 식이 성립된다.Comparing
즉, 동일한 특성의 필터를 N 개 직렬로 결합하는 경우에는 아이솔레이션 및 스커트 특성은 N 배 커져서 향상되나, 동시에 삽입 손실 및 리플 특성을 N 배 나빠진다.That is, in the case of combining N filters of the same characteristics in series, the isolation and skirt characteristics are increased by N times, but at the same time, the insertion loss and ripple characteristics are reduced by N times.
덧붙여서, 저잡음 증폭기는 삽입 손실(Insertion Loss)를 보완하도록 구비되는데, 도 3b 를 보면 (A)로 도시된 - 10 dB를 보상하도록 증폭시키며, 중계기 회로에서 안테나를 통해 들어온 작은 입력 신호를 충분히 증폭하여 출력단의 전력 증폭 기(P.A)에 공급해주기 위하여, 언제나 필요한 기능이다.In addition, a low noise amplifier is provided to compensate for the insertion loss, which is amplified to compensate for -10 dB as shown in (A), and sufficiently amplifies a small input signal from the repeater circuit through the antenna. This function is always necessary to supply the power amplifier of the output stage.
여기서, 삽입 손실 - 10 dB를 보상해주기 위해서는, 저잡음 증폭기의 이득(Gain)이 + 10dB 를 가져야 하며, 이때의 총 손실은 - 10 dB + 10 dB = 0 dB 가 되고, 이 과정에서 저잡음 증폭기의 이득은 아이솔레이션 및 스커트 특성에는 아무런 영향을 주지 않으므로 향상된 특성을 그대로 유지한다.Here, to compensate for the insertion loss-10 dB, the gain of the low noise amplifier must have + 10 dB, and the total loss is-10 dB + 10 dB = 0 dB, and in this process the gain of the low noise amplifier Has no effect on the isolation and skirt properties, so the improved properties are retained.
왜냐하면 도 3의 (A),(B).(C), 그리고 (D), 모두 다 +10dB 만큼 증폭되어도 이들의 차이 값인 아이솔레이션과 스커트 특성은 증폭 전이나 후나 동일하기 때문이다.3 (A), (B), (C), and (D), even if they are all amplified by +10 dB, the isolation and skirt characteristics of these difference values are the same before or after amplification.
도 4은 도 2에 적용된 보상 회로의 출력을 개략적으로 도시한 그래프이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보상 회로(20)를 도 3a 및 도 3b에서 도시된 바와 같은 리플 특성을 보상(Compensation)하기 위하여 구비한다.4 is a graph schematically illustrating an output of a compensation circuit applied to FIG. 2. As shown in the figure, a
여기서, 본 발명에 따른 보상 회로(20)는 BSF 또는 방향성 필터(Directional Filter)로 이루어져, 리플이 발생된 주파수 대역에서 발생된 리플 만큼의 진폭을 가지는 주파수를 저지 대역으로 보상한다.Here, the
그리고, 직렬로 연결된 필터와 BSF 또는 방향성 필터를 직렬로 연결하여 리플을 보상하도록 한다.In addition, the ripple is compensated by connecting the series-connected filter and the BSF or directional filter in series.
도 5은 도 2의 보상 회로가 구비된 간섭 신호를 억제한 필터 모듈의 출력을 개략적으로 도시한 그래프이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 도 3a 및 도 3b에서 도시된 바와 같은 리플 특성을 보상하기 위하여 도 4의 BSF 또는 방향성 필터를 삽입하였고, 이를 간섭 신호를 억제한 필터 모듈(10)에 적용하였다.FIG. 5 is a graph schematically illustrating an output of a filter module suppressing an interference signal having the compensation circuit of FIG. 2. As shown in the figure, in order to compensate for the ripple characteristics as shown in FIGS. 3A and 3B, the BSF or the directional filter of FIG. 4 was inserted and applied to the
즉, 보상 회로(20)를 직렬로 연결하여 리플을 보상하는 경우에는 하기와 같은 수학식 4가 성립된다.That is, in the case of compensating ripple by connecting the
B' = B + b = - 20dB - 0dB = - 20dBB '= B + b =-20dB-0dB =-20dB
C' = C + c = - 100dB - 0dB = - 100dBC '= C + c =-100dB-0dB =-100dB
D' = D + d = - 100dB - 0dB = - 100dBD '= D + d =-100dB-0dB =-100dB
다시 말하면, 도 4과 같은 보상 회로(20)를 리플이 발생된 주파수 대역 및 주파수 진폭에 맞도록 튜닝(Tuning)하면 직렬로 연결된 필터에서 발생된 리플(Ripple)은 모두 보상가능하다.In other words, when the
도 6는 도 2의 보상 회로에 적용되는 스트립라인 BSF를 개략적으로 도시한 도이다. 도 7은 도 2에 따른 보상 회로에 적용되는 도파관(Wave Guide) BSF를 개략적으로 도시한 도이다.FIG. 6 schematically illustrates a stripline BSF applied to the compensation circuit of FIG. 2. FIG. 7 schematically illustrates a wave guide BSF applied to the compensation circuit of FIG. 2.
도면에서 도시된 바와 같이, BSF(Band Stop Filter)가 스트립라인 및 도파관 으로 설계되어 있는 것을 볼 수 있다.As shown in the figure, it can be seen that the BSF (Band Stop Filter) is designed as a stripline and a waveguide.
여기서, 스트립라인은 두 개의 금속을 이용하여 + 또는 - 의 밸런스 신호를 전송하기 위한 것으로, 구조 자체를 변경하거나 또는 조합함으로써 각종 수동 회로를 구현할 수 있고, 본 발명에서 이용되는 BSF를 스트립라인 및 도파관(Wave Guide)으로 설계한 것이다.Here, the stripline is used to transmit a balance signal of + or-by using two metals, and various passive circuits may be implemented by changing or combining the structure itself, and the BSF used in the present invention may be implemented using the stripline and waveguide. Designed as a Wave Guide.
그리고, 도파관은 하부면에만 GND를 깔기 때문에, 완전한 TEM 모드로는 전송되지 못하고, 공기 중으로 신호가 휘면서 누설(Fringing)되기 때문에 불필요한 손실 문제가 발생할 수도 있다.In addition, since the waveguide spreads only the lower surface of the waveguide, it is not transmitted in the full TEM mode, and because the signal is bent and leaked into the air, unnecessary loss may occur.
따라서, 상, 하부면에 동일한 GND 판이 형성된 스트립라인을 이용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 필드(Field)가 상, 하부면으로 수직으로 분포하기 때문에, 휘면서 누설되는 신호가 최소화될 수 있어 완벽한 TEM 모드로 전송이 가능해진다.Therefore, it is preferable to use a stripline in which the same GND plate is formed on the upper and lower surfaces, because the field is vertically distributed on the upper and lower surfaces, so that the signal leaking while bending can be minimized, so that the perfect TEM Transmission in the mode is possible.
여기서, 실제로 구현할 경우에는 도파관은 윗면의 회로 패턴만을 신경쓰면 되지만, 스트립라인은 신호 패턴이 GND 판 사이에 있기 때문에 패턴을 따로 만들고 조립해야 하므로, 도파관보다는 스트립라인이 불리하며, 이에 따라 상기 필터의 용도에 따라 다양한 재료가 이용될 수도 있다.Here, in actual implementation, the waveguide only needs to care about the circuit pattern on the upper surface, but since the stripline has to make and assemble the pattern separately because the signal pattern is between the GND plates, the stripline is disadvantageous rather than the waveguide. Various materials may be used depending on the use.
도 8은 도 6 및 도 7에 따른 BSF의 출력을 개략적으로 도시한 그래프이다. 도면에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 보상 회로(20)에 스트립라인 또는 도파관을 이용하여 BSF의 리플 특성을 보상하기 위한 출력을 도시한다.8 is a graph schematically showing the output of the BSF according to FIGS. 6 and 7. As shown in the figure, an output for compensating the ripple characteristics of a BSF using a stripline or waveguide in the
여기서, 본 발명에 따른 보상 회로(20)에 스트립라인 또는 도파관을 이용하 여 BSF는 리플이 발생된 주파수 대역에서 발생된 리플 만큼의 진폭을 가지는 주파수를 저지 대역으로 보상한다.Here, by using a stripline or a waveguide in the
즉, BSF의 주파수 진폭 및 주파수 대역을 리플이 발생한 대역과 동일하도록 튜닝(Tuning)하면, 이에 따라 리플이 발생된 주파수 대역이 저지 대역(STOP BAND WIDTH)에서 걸려지기 때문에 리플이 보상될 수 있다.That is, if the frequency amplitude and the frequency band of the BSF are tuned to be the same as the band where the ripple occurs, the ripple may be compensated because the frequency band where the ripple occurs is caught in the stop band WIDTH.
도 9는 도 2의 보상 회로에 적용되는 방향성 필터를 개략적으로 도시한 도이고, 도 10는 도 2의 보상 회로에 적용되는 방향성 필터를 개략적으로 도시한 도이며, 도 11는 도 2의 보상 회로에 적용되는 방향성 필터를 개략적으로 도시한 도이다.9 is a diagram schematically illustrating a directional filter applied to the compensation circuit of FIG. 2, FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a directional filter applied to the compensation circuit of FIG. 2, and FIG. 11 is a diagram illustrating a compensation circuit of FIG. 2. Figure schematically shows a directional filter applied to.
도시된 바와 같이, 방향성 필터(Directional Filter)는 전송 선로가 2 선식인 경우, 송신 주파수 대역과 수신 주파수 대역을 분리 및 결합시키는 필터이다.As shown, a directional filter is a filter that separates and combines a transmission frequency band and a reception frequency band when the transmission line is two-wire.
즉, 선로 간의 커플링, 선로 상의 공진(Resonate) 및 다중 임피던스의 연결 등의 원리를 이용하여 방향성 필터를 구현하게 되며, 인덕턴스(L) 및 커페시턴스(C)의 관계로 등가 회로 분석이 가능하다.That is, the directional filter is implemented using the principle of coupling between lines, resonance on the line, and connection of multiple impedances, and an equivalent circuit analysis is possible due to the relationship between inductance (L) and capacitance (C). Do.
상기 BSF 및 방향성 필터에 대한 상세한 설명은 참고 문헌『Microwave Filters, Impedance-Matching Networks, And Coupling Structures』, Authors by George L, MATTHAEI, Leo YOUNG, and E.M.T. JONES, Published by ARTECH HOUSE, INC, 1980.의 Chapter 12 에 {1} Band Stop Filter 및 Chapter 14에 {2} Directional Filter 에 기재되어 있으므로, 자세한 서술은 생략한다.For a detailed description of the BSF and the directional filter, see Reference Microwave Filters, Impedance-Matching Networks, And Coupling Structures, Authors by George L, MATTHAEI, Leo YOUNG, and E.M.T. {12} Band Stop Filter in
도 12는 도 9 내지 도 11에 따른 방향성 필터의 출력을 개략적으로 도시한 그래프이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보상 회로(20)에 방향성 필터를 이용하여 리플 특성을 보상하기 위한 출력을 도시한다.12 is a graph schematically showing the output of the directional filter according to FIGS. 9 to 11. As shown in the figure, an output for compensating ripple characteristics using a directional filter in the
여기서, 본 발명에 따른 보상 회로(20)에 스트립라인 또는 도파관을 이용하여 BSF는 리플이 발생된 주파수 대역에서 발생된 리플 만큼의 진폭을 가지는 주파수를 저지 대역으로 보상한다.Here, by using a stripline or a waveguide in the
즉, 방향성 필터의 주파수 진폭 및 주파수 대역을 리플이 발생한 대역과 동일하도록 튜닝(Tuning)하면, 이에 따라 리플이 발생된 주파수 대역이 저지 대역(STOP BAND WIDTH)에서 걸려지기 때문에 리플이 보상될 수 있다.That is, if the frequency amplitude and the frequency band of the directional filter are tuned to be the same as the band where the ripple occurs, the ripple can be compensated because the frequency band where the ripple occurs is caught in the stop band WIDTH. .
도 13은 도 1의 보상 회로가 적용되기 전의 간섭 신호를 억제한 필터 모듈의 출력을 도시한 도이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 간섭 신호를 억제한 필터 모듈 에 따른 필터 조합에 따른 출력이 S21에 도시된다.FIG. 13 is a diagram illustrating an output of a filter module which suppresses an interference signal before the compensation circuit of FIG. 1 is applied. As shown in the figure, the output according to the filter combination according to the filter module suppressing the interference signal according to the present invention is shown in S21.
여기서, 간섭 신호를 억제한 필터 모듈 필터는 900MHz 주파수 대역을 가지며 25MHz 의 통과 대역을 가지는 유전체 필터를 이용하고, 저잡음 증폭기는 NF(Noise Figure)가 낮고 이득(Gain)이 10 내지 20dB 정도 되는 가격이 저렴한 소자를 이용했다.Here, the filter module filter that suppresses the interference signal uses a dielectric filter having a 900 MHz frequency band and a pass band of 25 MHz, and a low noise amplifier has a low noise figure (NF) and a gain of about 10 to 20 dB. Inexpensive devices were used.
이때, 포트 1 에서 입력된 신호가 다시 포트 1 로 출력되는 반사 손실(S11) 및 포트 1 에서 입력된 신호가 포트 2 로 출력되는 출력 신호(S21)를 도시한다.In this case, the reflection loss S11 in which the signal input from the
도면을 보면, 스커트 특성, 아이솔레이션, 이득 및 반사 손실은 모두 고출력 중계기에 적합한 특성을 보였으나, 중심 주파수 881 MHz에서 진폭을 보면 29.295dB이고, 894 MHz에서의 진폭은 23.739 dB로 약 6 dB 이상의 리플이 발생한 것을 알 수 있고, 리플을 보상할 보상 회로가 요구된다.In the figure, the skirt characteristics, isolation, gain, and return loss are all suitable for high power repeaters, but the amplitude at center frequency 881 MHz is 29.295 dB and the amplitude at 894 MHz is 23.739 dB, which is about 6 dB more than ripple. It can be seen that this has occurred, and a compensation circuit is required to compensate for the ripple.
도 14은 도 2에 적용된 보상 회로의 출력을 나타낸 도이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 간섭 신호를 억제한 필터 모듈과 보상 회로의 출력이 S21에 도시된다.14 is a diagram illustrating an output of a compensation circuit applied to FIG. 2. As shown in the figure, the output of the filter module and compensation circuit which suppressed the interference signal according to the present invention is shown in S21.
여기서, 보상 회로의 포트 1에서 입력된 신호가 다시 포트 1로 출력되는 반사 손실(S11) 및 포트 1에서 입력된 신호가 포트 2로 출력되는 출력 신호(S21)를 도시한다.Here, the reflection loss S11 in which the signal input from
그리고, 저지 대역(Stop Band)는 중심 주파수 881.50MHz 를 가지며, 저지를 시작하는 주파수는 831.50MHz 에서 저지를 끝내는 주파수를 931.50MHz 로 약 100MHz의 대역폭을 가지도록 설계한다.In addition, the stop band has a center frequency of 881.50 MHz, and the start frequency of the stop is designed to have a bandwidth of about 100 MHz with the end frequency of the stop at 931.50 MHz at 831.50 MHz.
도면을 보면, 반사 손실(S11)은 약 1 내지 2 dB 미만으로 적게 나타났고, 리플은 상기 도 13에서 도시된 6 dB의 리플을 보상할 수 있는 진폭을 가지는 것을 알 수 있다.Referring to the figure, it can be seen that the reflection loss S11 is less than about 1 to 2 dB, and the ripple has an amplitude capable of compensating the ripple of 6 dB shown in FIG.
도 15은 도 2의 보상 회로가 구비된 간섭 신호를 억제한 필터 모듈의 출력을 도시한 도이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보상 회로가 적용된 간섭 신호를 억제한 필터 모듈의 측정값인 S21 및 S11이 도시된다.FIG. 15 is a diagram illustrating an output of a filter module that suppresses an interference signal provided with the compensation circuit of FIG. 2. As shown in the figure, the measured values S21 and S11 of the filter module suppressing the interference signal to which the compensation circuit according to the present invention is applied are shown.
여기서, 보상 회로의 포트 1 에서 입력된 신호가 다시 포트 1 로 출력되는 반사 손실(S11) 및 포트 1 에서 입력된 신호가 포트 2 로 출력되는 출력 신호(S21)를 도시한다.Here, the reflection loss S11 in which the signal input from
중심 주파수 881.5MHz에서 33.752dB이 출력되고, 894MHz에서 30.621dB가 출력되어 약 3 dB의 리플이 발생되었고, 보상 회로를 통하여 리플이 대략 3dB 정도 보상된 것을 알 수 있다. 리플 특성을 좀더 향상하기 위해서는 보상회로의 특성을 다시 조정하거나 또는 다수의 보상 회로를 응용할 수도 있다.33.752dB is output at the center frequency 881.5MHz, 30.621dB is output at 894MHz, and about 3dB of ripple is generated, and the ripple is compensated by about 3dB through the compensation circuit. To further improve the ripple characteristic, the characteristics of the compensation circuit may be readjusted or a plurality of compensation circuits may be applied.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허 청구 범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.In the above described exemplary embodiments of the present invention by way of example, the scope of the present invention is not limited to this specific embodiment, and those skilled in the art within the scope described in the claims of the present invention Changes may be made as appropriate.
도 1은 본 발명에 따른 간섭 신호를 억제한 필터 모듈을 개략적으로 도시한 도.1 shows schematically a filter module suppressing an interference signal according to the invention.
도 2는 본 발명에 따른 보상 회로가 구비된 간섭 신호를 억제한 필터 모듈을 개략적으로 도시한 도.Figure 2 schematically shows a filter module for suppressing an interference signal with a compensation circuit according to the present invention.
도 3는 도 2의 보상 회로가 구비된 간섭 신호를 억제한 필터 모듈이 구비된 중계기를 개략적으로 도시한 도.3 is a schematic illustration of a repeater with a filter module that suppresses an interference signal with the compensation circuit of FIG.
도 3a 및 도 3b는 1 개의 필터 출력 및 2 개의 필터 출력을 개략적으로 도시한 그래프이다. 3A and 3B are graphs schematically showing one filter output and two filter outputs.
도 4은 도 2에 적용된 보상 회로의 출력을 개략적으로 도시한 그래프.4 is a graph schematically showing the output of the compensation circuit applied to FIG.
도 5은 도 2의 보상 회로가 구비된 간섭 신호를 억제한 필터 모듈의 출력을 개략적으로 도시한 그래프.FIG. 5 is a graph schematically showing an output of a filter module suppressing an interference signal having the compensation circuit of FIG. 2. FIG.
도 6는 도 2의 보상 회로에 적용되는 스트립라인 BSF를 개략적으로 도시한 도.6 schematically illustrates a stripline BSF applied to the compensation circuit of FIG.
도 7은 도 2에 따른 보상 회로에 적용되는 도파관 BSF를 개략적으로 도시한 도.FIG. 7 shows schematically a waveguide BSF applied to a compensation circuit according to FIG. 2; FIG.
도 8은 도 6 및 도 7에 따른 BSF의 출력을 개략적으로 도시한 그래프.8 is a graph schematically showing the output of the BSF according to FIGS. 6 and 7.
도 9는 도 2의 보상 회로에 적용되는 방향성 필터를 개략적으로 도시한 도.9 schematically illustrates a directional filter applied to the compensation circuit of FIG.
도 10은 도 2의 보상 회로에 적용되는 방향성 필터를 개략적으로 도시한 도.10 is a schematic illustration of a directional filter applied to the compensation circuit of FIG.
도 11은 도 2의 보상 회로에 적용되는 방향성 필터를 개략적으로 도시한 도.FIG. 11 is a schematic illustration of a directional filter applied to the compensation circuit of FIG.
도 12는 도 9 내지 도 11에 따른 방향성 필터의 출력을 개략적으로 도시한 그래프.12 is a graph schematically showing the output of the directional filter according to FIGS. 9 to 11.
도 13은 도 1의 보상 회로가 적용되기 전의 간섭 신호를 억제한 필터 모듈의 출력을 도시한 도.FIG. 13 illustrates an output of a filter module that suppresses an interference signal before the compensation circuit of FIG. 1 is applied. FIG.
도 14는 도 2에 적용된 보상 회로의 출력을 도시한 도.14 shows the output of the compensation circuit applied in FIG.
도 15는 도 2의 보상 회로가 구비된 간섭 신호를 억제한 필터 모듈의 출력을 도시한 도.FIG. 15 illustrates the output of a filter module that suppresses an interference signal with the compensation circuit of FIG. 2. FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명><Brief description of reference numerals for the main parts of the drawings>
10: 간섭 신호를 억제한 필터 모듈 10: filter module suppresses the interference signal
11: LNA 12: 필터11: LNA 12: filter
20: 보상 회로 32, 42: 전력 증폭기20: compensation circuit 32, 42: power amplifier
51, 53: 듀플렉서51, 53: duplexer
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