KR20040100056A

KR20040100056A - 주파수 도약 방식에 적합한 무선 수신 장치의 초단 증폭기

Info

Publication number: KR20040100056A
Application number: KR1020030032257A
Authority: KR
Inventors: 김재영
Original assignee: 삼성탈레스 주식회사
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2004-12-02

Abstract

본 발명은 RF 수신 장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 주파수 도약 방식에 적합한 RF 수신 장치의 초단 증폭기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 주파수 도약 방식에 적합한 RF 수신 장치의 초단 증폭기는 각기 소정의 주파수 대역들을 가지는 복수의 주파수 채널들을 통하여 주파수 도약 방식에 의해 전송되는 신호를 수신하는 수신 장치에 있어서, 수신된 신호를 유입하고, 상기 주파수 도약 패턴에 따라 상기 신호를 디멀티플렉싱하여 출력하는 제1스위치; 상기 제1스위치에 접속되며, 상기 복수의 주파수 채널들 각각에 적합한 대역 특성들을 가지는 복수의 필터들; 상기 복수의 필터들에 각각 접속되는 복수의 LNA들; 및 상기 복수의 LNA들의 출력들을 유입하고, 상기 주파수 도약 패턴에 따라 멀티플렉싱하여 출력하는 제2스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 주파수 도약 방식에 적합한 무선 수신 장치의 초단 증폭기는 필터 뱅크를 구성하는 각각의 필터마다 전용의 LNA를 구비하게 함으로써 초단 증폭기의 잡음 지수를 개선하고, 나아가 수신 장치의 잡음 지수를 개선하는 효과를 가진다.

Description

주파수 도약 방식에 적합한 무선 수신 장치의 초단 증폭기{Front end amplifier of a wireless receiver adapted for frequency hopping}

본 발명은 무선 수신 장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 주파수 도약 방식에 적합한 무선 수신 장치의 초단 증폭기에 관한 것이다.

주파수 도약(frequency hopping)은 전송을 위한 많은 가능한 주파수 채널을 가지고 있으면서 유사 랜덤(pseudo random)한 방법으로 그중 하나의 채널을 선택하여 극히 짧은 시간동안만 이 채널 주파수로 통신하고 즉시 다른 주파수로 도약하는방법으로서, CDMA(Code Division Multiple Access:코드분할다중접속), Buletooth, IEEE802.11, 군사용 송수신 장치 등에 사용된다.

주파수 도약에 의한 송수신은 약속된 주파수 도약 패턴이 아니면 추정할 수 없기 때문에 의도적인 잼머(Jammer)나 간섭파를 피할 수 있는 장점이 있다.

주파수 도약을 위한 송·수신기는 모두 유사랜덤하게 사전 조정된 주파수 도약 패턴에 의하여 선택되는 주파수 채널을 사용하게된다.

1GHz 이하의 주파수에서 주파수 도약 방식에 의한 송수신을 하는 무선 전송 장비는 통상 공진을 이용한 필터를 이용해서 원하는 주파수 채널을 선택하게 된다.

그렇지만 1GHz 이상의 주파수에서는 공진을 이용한 필터를 구현하기가 어렵기 때문에 소정의 일정한 통과 대역폭을 가지는 복수의 필터를 모은 필터 뱅크(filter bank)를 이용한다.

한편, 주파수 도약 방식에 적합한 무선 수신 장치에 있어서 초단 증폭기(혹은 RF front end 수신단)의 잡음지수(Noise Figure)가 전체 시스템의 잡음지수를 결정한다. 따라서, 주파수 도약 방식에 적합한 무선 수신 장치의 잡음지수를 개선하기 위해서는 초단 증폭기의 잡음지수를 낮추어야 할 것이 요구된다.

본 발명은 상기의 요구에 부응하기 위하여 고안된 것으로서 주파수 도약 방식에 적합한 무선 수신 장치의 개선된 초단 증폭기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 통신기기에서 많이 사용되는 필터의 기본 회로도이다.

도 2는 핀 다이오드 스위치 공진회로의 예를 보이는 것이다.

도 3은 도 2에 도시된 핀 다이오드 공진 필터를 사용한 디지털 호핑 필터의 구조를 보이는 것이다.

도 4는 종래의 필터 뱅크를 이용한 초단 증폭기의 구성을 보이는 블록도이다.

도 5는 본 발명에 따른 초단 증폭기의 구성을 보이는 블록도이다.

상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 주파수 도약 방식에 적합한 무선 수신 장치의 초단 증폭기는

각기 소정의 주파수 대역들을 가지는 복수의 주파수 채널들을 통하여 주파수 도약 방식에 의해 전송되는 신호를 수신하는 수신 장치에 있어서,

수신된 신호를 유입하고, 상기 주파수 도약 패턴에 따라 상기 신호를 디멀티플렉싱하여 출력하는 제1스위치;

상기 제1스위치에 접속되며, 상기 복수의 주파수 채널들 각각에 적합한 대역 특성들을 가지는 복수의 필터들;

상기 복수의 필터들에 각각 접속되는 복수의 LNA들; 및

상기 복수의 LNA들의 출력들을 유입하고, 상기 주파수 도약 패턴에 따라 멀티플렉싱하여 출력하는 제2스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 통신기기에서 많이 사용되는 필터의 기본 회로도이다. 도 1을 참조하면 통신 기기에서 가장 많이 사용되고 있는 필터는 두 개의 공진회로(110, 120), 이들 공진 회로들을 연결하는 결합 회로(130), 그리고 입출력 임피이던스를 낮추기 위한 두 개의 정합 회로(140, 150)로 구성되는 복동조 회로로 구성된다.

그러나, 실제에 있어서는 넓은 대역의 주파수에서 사용되므로 공진회로의 소자값을 변경하는 것은 불가피하므로 가변 인덕터 공진회로, 가변 커패시터 공진회로, 전압가변용량 공진회로, 핀 다이오드 스위치(pin diode switch) 공진 회로 등을 사용하게 된다.

도 2는 핀 다이오드 스위치 공진 회로로서 다수의 핀 다이오드 스위치(SW31, SW32, SW33)를 사용하여 전자적으로 공진회로의 소자값을 변경하여 필터의 중심 주파수를 이동시키는 예를 보이는 것이다. 여기서, 통상의 주파수 도약 방식이 1Khz 이상의 도약 주파수를 가지는 것을 감안하여 핀 다이오드와 같은 고속 스위칭 동작에 적합한 다이오드가 사용된다.

도 3은 도 2에 도시된 핀 다이오드 공진 필터를 사용한 디지털 호핑 필터의 구조를 보이는 것이다. 도 3에 도시된 장치는 동일한 구조를 가지는 두 개의 동조 회로(310, 320), 두 개의 동조 회로를 결합시키는 결합 회로(330)를 구비한다.

예를 들어, 제1공진회로(310)는 다수개의 공진 커패시터들과 다수개의 핀 다이오드 스위치(SW1, SW2,,,, SW10)로 이루어지며, 공진 커패시터를 핀 다이오드 스위치에 의해 온/오프 시켜 공진 계수를 변경시킨다.

제1핀 다이오드 스위치(SW1)는 제1공진 커패시터(C1)와 직렬로 연결된 핀 다이오드(D1, D2)에 기준전압 Vbb보다 충분히 낮은 전압이 인가되면 순방향으로 바이어스되어 "온"되고, 반대로 기준 전압 Vbb보다 높은 전압이 인가되면 역방향으로 바이어스되어 "오프"된다.

결합 회로(330)는 두 개의 공진회로(310, 320)를 연결시킨다. 도시되지는 않았지만 핀 다이오드 드라이버는 유사랜덤하게 사전 조정된 코드에 의하여 선택되는 채널을 사용할 수 있도록 상기 디지털 호핑 필터의 공진 주파수를 제어하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같은 공진 회로를 사용하는 필터는 1GHz 이하의 주파수대역에서는 유효할 수 있지만 1GHz 이상의 주파수 대역에서는 사용할 수 없다. 그 이유는 1GHz 이상의 주파수 대역에서 충분한 공진 특성을 확보할 수 있을 정도로 적은 용량(예를 들어 0.001pF)의 커패시터를 구현하기 어렵기 때문이다.

따라서, 1GHz 이상의 주파수에서는 공진을 이용한 필터를 구현하기가 어렵기 때문에 소정의 일정한 통과 대역폭을 가지는 복수의 필터를 모은 필터 뱅크를 이용한다.

도 4는 종래의 필터 뱅크를 이용한 초단 증폭기의 구성을 보이는 블록도이다. 도 4에 도시된 장치는 두 개의 필터 뱅크(410, 420), LNA(430), 핀 다이오드 드라이버(440)를 구비하며, 주파수 도약 방식의 수신 장치에 적용된 예이다. 예를 들어, 필터 뱅크(410, 420)는 87MHz의 대역폭을 가지는 10개의 필터들로 구성되며, 4400MHz ∼ 5000MHz의 주파수 대역에서의 주파수 도약 방식의 수신 장치에 적합한 것이다.

안테나(450)로부터 수신된 신호는 2단(2 stage)의 핀 다이오드 스위치(460)들을 통하여 제1필터뱅크(410)에서 해당 신호가 속하는 필터에 의해 원하지 않는 주파수가 제거된 후에 LNA(430)를 거쳐 증폭되고, 다시 2단의 핀 다이오드 스위치(480)를 통하여 제2필터뱅크(420)에서 해당 신호가 속하는 필터에 의해 처리된 후 다운컨버터 변조기(Down Converter Modulator; DCM)로 출력되게 된다. LNA(430)에 붙어있는 다이오드는 리미터(limiter)로서 입력 신호의 레벨을 제한하여 LNA를 보호하는 역할을 한다.

필터뱅크(410, 420)의 필터들은 고주파에 적합한 웨이브가이드(waveguide)형필터이며, 인접 채널간의 상호격리도를 충분히 확보하기 위해 주파수 채널 순서대로 배열되지 않고, 적어도 하나의 주파수 채널만큼 떨어뜨려서 배치한다.

여기서, 핀 다이오드 드라이버(440)는 유사랜덤하게 사전 조정된 주파수 도약 패턴에 의하여 선택되는 주파수 채널에 적합한 필터가 선택될 수 있도록 핀 다이오드 스위치들(460, 480)을 제어한다.

안테나(450)에 의해 수신된 신호는 감쇠 및 잡음의 영향으로 인해 매우 낮은 전력레벨을 갖고 있다. 그렇기 때문에 증폭이 필요한데, 이미 외부에서 많은 잡음을 포함해서 날아온 신호이기 때문에 무엇보다도 잡음을 최소화하는 증폭기능이 필요하다. LNA(Low Noise Amplifier)는 RF Amp중 가장 기본적인 증폭기로서, 무선시스템의 잡음지수(Noise Figure)에 가장 큰 영향을 미치는 증폭기이다.

잡음지수는 증폭 회로에서 잡음지수란 입력 측의 신호 대 잡음비(S/N ratio)에 대한 출력측의 신호 대 잡음비의 비율을 말한다. 또한, 증폭기의 이득(Gain) 과 잡음 지수간에는 서로 trade off 관계가 있으며, 광대역 특성을 달성하기 위해서는 이득을 희생하면서 설계하고자 하는 대역 특성을 얻게 되기 때문에 증폭기의 대역이 넓을수록 잡음 지수가 악화된다.

도 4에 도시된 장치에 있어서, LNA(430)는 필터뱅크(410, 420)를 구성하는 모든 필터들에 의해 공유된다. 다시 말해서 LNA(430)는 수신 주파수 대역을 커버하는 광대역 특성을 가져야 하므로 잡음 지수가 매우 나쁘게 된다.

한편, 수신 장치에 있어서 초단 증폭기의 잡음 지수가 전체적인 잡음 지수를 결정하게 되는 것을 감안할 때 LNA(430)에 의해 수신 장치의 잡음 지수가 저하된다는 문제점이 있다.

도 5에 도시된 장치는 두 개의 필터 뱅크들(510, 520), LNA부(530), 그리고 핀 다이오드 드라이버(540)를 구비한다. 도 4에 도시된 장치와 비교할 때 본 발명에 따른 초단 증폭기는 각각의 필터에 대하여 전용의 LNA들이 구비되는 것 즉, 채널별로 LNA 및 리미터들이 배치되는 것을 특징으로 한다.

안테나(550)로부터 수신된 신호는 2단(2 stage)의 핀 다이오드 스위치들(560a ∼ 560c, 본 발명의 요약에 있어서의 제1스위치)을 통하여 디멀티플렉싱되어 제1필터 뱅크(510)의 각 필터에 선택적으로 제공된다. 제1필터뱅크(510)에서 해당 신호가 속하는 필터에 의해 원하지 않는 주파수가 제거된 후에 해당 LNA를 거쳐 증폭되고, 제2필터뱅크(520)에서 해당 신호가 속하는 필터(520n)에 의해 처리된 후, 다시 2단의 핀 다이오드 스위치들(580a ∼ 580c, 본 발명의 요약에 있어서의 제2스위치)을 통하여 멀티플렉싱되어 다운컨버터 변조기로 출력되게 된다.

여기서, 핀 다이오드 드라이버(540)는 유사랜덤하게 사전 조정된 주파수 도약 패턴에 의하여 선택되는 주파수 채널에 적합한 필터가 선택될 수 있도록 핀 다이오드 스위치들(560, 580)을 제어한다.

도 5에 도시된 장치에 있어서, 각각의 LNA는 그에 상응하는 필터에 적합한 대역 특성을 가지면 된다. 필터 뱅크(510, 520)가 87MHz의 대역폭을 가지는 필터들로 구성된다면, 각각의 LNA도 87MHz의 대역 특성을 만족하면 된다.

도 4에 도시된 장치에서는 LNA(430) 600MHz의 대역 특성을 가져야 하기 때문에 잡음지수가 낮았던 것에 비해 도 5에 도시된 장치에서는 LNA(530n, n은 임의의 정수로서 분할된 대역폭들의 번호를 나타낸다)가 83MHz의 대역 특성만을 가지면 되므로 잡음지수가 대폭적으로 향상될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 초단 증폭기에서의 잡음지수가 개선됨에 따라 수신기 전체의 잡음지수도 향상되게 된다.

필터 뱅크(510, 520)는 87MHz의 대역폭을 가지는 10개의 필터들로 구성되며, 4400MHz ∼ 5000MHz의 주파수 대역에서의 주파수 도약 방식의 수신 장치에 적용한 경우, 도 5에 도시된 장치는 도 4에 도시된 장치에 비해 필터 후단의 핀 다이오드 스위치들이 필요 없기 때문에 3∼4dB 정도의 잡음지수 향상이 이루어진다.

3dB∼4dB 정도의 잡음지수 향상은 통달 거리로 볼 때 2배 이상의 거리에 해당하기 때문에 수신 장치의 성능도 크게 개선됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 주파수 도약 방식에 적합한 무선 수신 장치의 초단 증폭기는 필터 뱅크를 구성하는 각각의 필터마다 전용의 LNA를 구비하게 함으로써 초단 증폭기의 잡음 지수를 개선하고, 나아가 수신 장치의 잡음 지수를 개선하는 효과를 가진다.

Claims

각기 소정의 주파수 대역들을 가지는 복수의 주파수 채널들을 통하여 주파수 도약 방식에 의해 전송되는 신호를 수신하는 수신 장치에 있어서,

수신된 신호를 유입하고, 상기 주파수 도약 패턴에 따라 상기 신호를 디멀티플렉싱하여 출력하는 제1스위치;

상기 제1스위치에 접속되며, 상기 복수의 주파수 채널들 각각에 적합한 대역 특성들을 가지는 복수의 필터들;

상기 복수의 필터들에 각각 접속되는 복수의 LNA들; 및

상기 복수의 LNA들의 출력들을 유입하고, 상기 주파수 도약 패턴에 따라 멀티플렉싱하여 출력하는 제2스위치를 포함하는 초단 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 LNA와 상기 제2스위치 사이에 개제되며 상기 각각의 주파수 채널에 적합한 대역 특성들을 가지는 복수의 필터들을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초단 증폭기.