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KR100349646B1 - 무선통신 시스템에서의 고조파 성분 억제를 위한 송신전단 장치 - Google Patents

무선통신 시스템에서의 고조파 성분 억제를 위한 송신전단 장치 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 무선통신 시스템에서의 고조파 성분 억제를 위한 송신 전단 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, IMT-2000 등에 사용되는 DR 필터의 고조파(Harmonic) 성분을 억제하기 위하여, DR 필터 전후단에 저역 통과 필터(LPF)를 사용함으로써, 2, 3차 고조파(Harmonic) 성분 및 12.75GHz 이하 대역에서의 감쇄 특성을 보완하기 위한 송신 전단 장치를 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 무선통신 시스템에서 무선 주파수(RF) 신호 송신시 발생되는 고조파(Harmonic) 성분을 제거하기 위한 장치에 있어서, 선형 증폭된 무선 주파수(RF) 신호의 고조파(Harmonic) 성분을 제거(억제)하기 위한 제1 고조파 성분 제거수단; 상기 제1 고조파 성분 제거수단에서 고조파(Harmonic) 성분이 제거(억제)된 무선 주파수(RF) 신호를 원하는 대역으로만 통과시키는 대역통과 필터링수단; 상기 대역통과 필터링수단에서 해당 대역으로 필터링된 무선 주파수(RF) 신호의 고조파(Harmonic) 성분을 제거(억제)하기 위한 제2 고조파 성분 제거수단; 및 상기 제2 고조파 성분 제거수단에서 고조파(Harmonic) 성분이 제거(억제)된 해당 대역의 무선 주파수(RF) 신호를 안테나를 통해 방사하고, 고조파(Harmonic) 성분이제거(억제)된 해당 대역의 무선 주파수(RF) 신호를 감쇄시켜 계측기 모터링 단자로 제공하는 커플링수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 IMT-2000 등에 이용됨.

Description

무선통신 시스템에서의 고조파 성분 억제를 위한 송신 전단 장치{The transmit front and unit for removing spurious ＆ harmonic components in wireless communication system}
본 발명은 무선통신 시스템의 송신단에서 고조파(Harmonic) 성분 억제를 위한 송신 전단 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 IMT-2000 시스템의 송신단에서유전체 공진기(DR : Dielectric Resonator) 필터의 고조파(Harmonic) 성분을 억제 또는 제거하기 위한 송신 전단 장치(TxFU : Tx Front end Unit)에 관한 것이다.
전단 장치(Front End Unit)는 송신 전단 장치(TxFU : Tx Front end Unit)와 수신 전단 장치(RxFU : Rx Front end Unit)로 나누어 진다.
TxFU는 DR 필터, 저역 통과 필터(LPF : Low Pass Filter), 커플러(Coupler)로 구성되며, RxFU는 에어 필터(Air Filter), 저잡음 증폭기(LNA : Low Noise Amplifier), 커플러(Coupler), 디바이더(Divider)로 구성된다.
여기서, 커플러(Coupler)는 샘플링 포트(Sampling Port)를 제공하며, 저잡음 증폭기(LNA)는 대역 필터를 거친 매우 미약한 신호를 최소 잡음을 갖도록 증폭하여 수신기 전체 시스템의 수신감도 성능을 향상시켜 준다. 그리고, 디바이더(Divider)는 상향 컨버터(UPC : UP Converter) 입력과 진단(Diagnostic)을 위한 2개의 출력 포트(Out Port)로 구성되며, 필터는 대역외 필요없는 신호를 억제시켜 준다.
일반적으로는 에어 필터(Air Filter)를 많이 사용하지만, 전위 장치(Front End Unit)에서는 고출력에서 견딜 수 있고 Q 값이 좋은 DR 필터를 사용한다. 왜냐하면, 에어 필터(Air Filter)는 Q 값이 떨어지고 고출력에 적합하지 않기 때문이다.
그런데, Q 값이 우수하고 고출력에 적합한 DR 필터의 경우에는 2, 3차 Harmonic 성분 억제시에 필터 손실만큼의 고조파(Harmonic) 성분이 생긴다. 이때, 발생되는 고조파(Harmonic) 성분은 필요한 대역외에서의 스퓨리어스(Spurious)로 작용하여 다른 시스템에 큰 문제를 야기시킬 수 있다.
일반적인 경우 스퓨리어스(Spurious), 2, 3차 고조파(Harmonic) 성분을 억제하기 위해서는 DR 필터와 함께 저역 통과 필터(LPF)를 사용한다.
일반적으로, DR 필터의 경우 공동 공진기(Cavity Resonator) 필터에 비교해 볼 때 상대적으로 더 낮은 주파수 대역에서 스퓨리어스(Spurious) 성분이 발생되며, 이는 IMT-2000 등에 사용될 DR 필터의 경우 2.55GHz부터 스퓨리어스(Spurious) 성분이 발생되어 통과대역(Passband)과 불과 300~400MHz 범위에 있으므로, 컷오프(Cut-off) 특성이 매우 양호하고 12.75GHz까지 스퓨리어스(Spurious) 성분을 억제시켜야 하는 LPF가 필요하다.
그런데, 기존에 설계된 LPF를 사용할 경우, Cut-off 특성 뿐만 아니라, 스퓨리어스(Spurious) 억제 특성 또한 IMT-2000 스펙을 만족시킬 수 없다.
IMT-2000 스펙을 만족시키기 위해서는, LPF의 단수를 크게 하여야 하며, LPF 공진기(Resonator)의 외경(Outer) 역시 작어져야 하지만, 현재의 가공 기술로는 불가능할 뿐만 아니라, 한 개의 LPF로 구현하여서는 12.75GHz까지의 스퓨리어스(Spurious) 성분을 억제할 수 없다.
따라서, DR 필터의 고조파(Harmonic) 성분을 억제하기 위하여, LPF를 적절히 사용함으로써, 제2, 3 고조파(Harmonic) 성분 및 12.75GHz 이하 대역에서의 감쇄특성을 보완할 수 있는 방안이 필수적으로 요구된다.
상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 본 발명은, IMT-2000 등에사용되는 DR 필터의 고조파(Harmonic) 성분을 억제하기 위하여, DR 필터 전후단에 저역 통과 필터(LPF)를 사용함으로써, 2, 3차 고조파(Harmonic) 성분 및 12.75GHz 이하 대역에서의 감쇄 특성을 보완하기 위한 송신 전단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템의 송신단 구성 예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 고조파 성분 억제를 위한 송신 전단 장치의 일실시예 구성도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
51,53 : 제1 및 제2 저역통과필터(LPF) 52 : DR 필터
54 : 커플러
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무선통신 시스템에서 무선 주파수(RF) 신호 송신시 발생되는 고조파(Harmonic) 성분을 제거하기 위한 장치에 있어서, 선형 증폭된 무선 주파수(RF) 신호의 고조파(Harmonic) 성분을 제거(억제)하기 위한 제1 고조파 성분 제거수단; 상기 제1 고조파 성분 제거수단에서 고조파(Harmonic) 성분이 제거(억제)된 무선 주파수(RF) 신호를 원하는 대역으로만 통과시키는 대역통과 필터링수단; 상기 대역통과 필터링수단에서 해당 대역으로 필터링된 무선 주파수(RF) 신호의 고조파(Harmonic) 성분을 제거(억제)하기 위한 제2 고조파 성분 제거수단; 및 상기 제2 고조파 성분 제거수단에서 고조파(Harmonic) 성분이 제거(억제)된 해당 대역의 무선 주파수(RF) 신호를 안테나를 통해 방사하고, 고조파(Harmonic) 성분이 제거(억제)된 해당 대역의 무선 주파수(RF) 신호를 감쇄시켜 계측기 모터링 단자로 제공하는 커플링수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 DR 필터의 고조파(Harmonic) 성분을 억제하기 위하여, DR 필터 전후단에 저역 통과 필터(LPF)를 사용함으로써, 2, 3차 고조파(Harmonic) 및12.75GHz 이하 대역에서의 감쇄 특성을 보완하고자 한다. 이때, DR 필터 전후단에 사용한 저역 통과 필터(LPF)는 손실(Loss)이 아주 적기 때문에 전체적인 손실에는 거의 영향을 주지 않도록 설계하였다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템의 송신단 구성 예시도로서, IMT-2000 시스템의 송신단 구조를 예로 들어 설명한다. 도면에서, "10"은 모뎀, "20"은 디지털/아날로그 변환기(D/A Converter), "30"은 주파수 상향 변환기(UPC), "40"은 증폭기(LPA : Linear Power Amplifier), "50"은 송신 전단 장치(TxFU), 그리고 "60"은 송신 안테나(ANT)를 각각 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, IMT-2000 송신단에서는, 모뎀(10)에서 출력된 디지털 I, Q 신호가 디지털/아날로그 변환기(20)에서 100MHz 대역의 중간 주파수(IF : Intermediate Frequency) 아날로그 신호로 변환되고, 아날로그 IF 신호는 중간 저주파 신호를 고주파로 변환하는 주파수 상향 변환기(UPC)(30)에서 2.1GHz 대역(IMT-2000 대역)의 무선 주파수(RF : Radio Frequency) 신호로 변환되어 증폭기(LPA)(40)로 전달된다. 이때, 증폭기(LPA)(40)는 낮은 신호의 레벨을 일정 레벨 이상으로 증폭하여 송신 전단 장치(TxFU)(50)로 전달하며, 송신 전단 장치(TxFU)(50)는 불필요한 신호를 차단하여 필요한 신호만을 송신 안테나(ANT)(60)로 흘려 보내게 된다. 이어서, 송신 안테나(ANT)(60)는 여파된 신호를 공중에 방사하여 서비스를 하게 된다.
그런데, 주파수 상향 변환기(UPC)(30)에서의 주파수 변환시 내부의 로컬 성분과 혼합기(Mixer)를 이용하여 2.1GHz으로 변환될 때, 낮은 레벨 수준으로 고조파(Harmonic) 성분이 발생된다. 이때는 물론 미비한 수준이다.
그러나, 주파수 상향 변환기(UPC)(30)에서 주파수 변환시 발생되는 낮은 레벨 수준의 고조파(Harmonic) 성분은, 증폭기(LPA)(40)에서 이득을 54dB로 선형 증폭함으로 인해 그 성분이 커진다. 이러한 고조파(Harmonic) 성분은 필요한 대역외에서의 스퓨리어스(Spurious)로 작용하여 다른 시스템에 큰 문제를 야기시킨다. 이를 해결하기 위한 방안을 도 2를 통해 보다 상세히 설명한다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 DR 필터(52)의 고조파(Harmonic) 성분을 억제하기 위하여, DR 필터(52) 전후단에 저역 통과 필터(LPF)(51,53)를 사용함으로써, 2, 3차 고조파(Harmonic) 및 12.75GHz 이하 대역에서의 감쇄 특성을 보완할 수 있다. 이때, DR 필터(52) 전후단에 사용한 저역 통과 필터(LPF)(52,54)는 컷오프(Cut-off) 특성이 서로 다르며, 손실(Loss)이 아주 적기 때문에 전체적인 손실에는 거의 영향을 주지 않는다.
송신 전단 장치(TxFU)(50)는 컷오프(Cut-off) 특성이 서로 다른 두 저역 통과 필터(LPF)(51,53)를 직렬로 연결하여, 2.55GHz에서 양호화 Cut-off 특성 뿐만 아니라, 저역 통과 필터(LPF)(51,53) 각각이 송신 안테나(60)를 통해 송신하기 위한 주파수 대역별로 결합된 최종 채널 신호의 스퓨리어스(Spurious) 성분을 상쇄시키는 기능을 하여 12.75GHz까지의 Spurious 성분을 억제하는 기능을 갖는다.
그 구성을 살펴보면, 무선 주파수(RF) 신호 송신시 발생되는 고조파(Harmonic) 성분을 제거하기 위한 송신 전단 장치(TxFU)(50)는, 증폭기(LPA)(40)에서 선형 증폭된 무선 주파수(RF) 신호의 고조파(Harmonic) 성분을 제거(억제)하기 위한 제1 저역 통과 필터(LPF)(51)와, 제1 저역 통과 필터(LPF)(51)에서 고조파(Harmonic) 성분이 제거(억제)된 무선 주파수(RF) 신호를 원하는 대역으로만 통과시키는 DR 필터(Bandpass Filter)(52)와, DR 필터(52)에서 해당 대역으로 필터링된 무선 주파수(RF) 신호의 고조파(Harmonic) 성분을 제거(억제)하기 위한 제2 저역 통과 필터(LPF)(53)와, 제2 저역 통과 필터(LPF)(53)에서 고조파(Harmonic) 성분이 제거(억제)된 해당 대역의 무선 주파수(RF) 신호를 송신 안테나(ANT)(60)를 통해 방사하고, 송신 안테나(ANT)(60)로 나가는 출력 레벨을 원하는 레벨로 제어하기 위하여 고조파(Harmonic) 성분이 제거(억제)된 해당 대역의 무선 주파수(RF) 신호를 감쇄(바람직하게는 40dB 감쇄)시켜 계측기 모터링 단자로 제공하는 커플러(Directional Coupler)(54)를 포함한다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 송신 전단 장치(TxFU)의 동작을 살펴보면, 증폭기(LPA)(40)에서 선형 증폭된 무선 주파수(RF) 신호는 제1 저역 통과 필터(LPF)(10)로 전달되어, 제1 저역 통과 필터(LPF)(10)에서 입력 성분에 있던 고조파(Harmonic) 성분이 제거되어 DR 필터(52)로 전달된다. 이를 DR 필터(52)에서 -20MHz 대역으로 필터링하는데, 이때 2.55GHz~12.75GHz 대역에서 스퓨리어스(Spurious) 성분이 다시 나오므로, 제2 저역 통과 필터(LPF)(53)에서 DR 필터(52)의 스퓨리어스(Spurious) 성분을 제거한다. 이후에, 커플러(54)는 원하는대역의 신호를 송신 안테나(ANT)(60)를 통해 보내고, 이때 이 신호를 40dB 감쇄시켜 계측기 모니터링 단자로 전달한다. 여기서, 계측기 모니터링 단자로 피드백(Feedback)시키는 이유는 계측기에서 송신 출력 레벨을 검출하여 송신기의 이득을 조절할 수 있도록 하기 위함이다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 컷오프(Cut-off) 특성이 서로 다른 LPF를 직렬로 연결하여, 2.55GHz에서 양호한 Cut-off 특성 뿐만 아니라, LPF 각각의 스퓨리어스(Spurious) 성분을 상쇄시키는 기능을 하여 12.75GHz까지의 Spurious 성분을 억제하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 무선통신 시스템에서 무선 주파수(RF) 신호 송신시 발생되는 고조파(Harmonic) 성분을 제거하기 위한 장치에 있어서,
    선형 증폭된 무선 주파수(RF) 신호의 고조파(Harmonic) 성분을 제거(억제)하기 위한 제1 고조파 성분 제거수단;
    상기 제1 고조파 성분 제거수단에서 고조파(Harmonic) 성분이 제거(억제)된 무선 주파수(RF) 신호를 원하는 대역으로만 통과시키는 대역통과 필터링수단;
    상기 대역통과 필터링수단에서 해당 대역으로 필터링된 무선 주파수(RF) 신호의 고조파(Harmonic) 성분을 제거(억제)하기 위한 제2 고조파 성분 제거수단; 및
    상기 제2 고조파 성분 제거수단에서 고조파(Harmonic) 성분이 제거(억제)된 해당 대역의 무선 주파수(RF) 신호를 안테나를 통해 방사하고, 상기 안테나로 나가는 출력 레벨을 원하는 레벨로 제어하기 위하여 고조파(Harmonic) 성분이 제거(억제)된 해당 대역의 무선 주파수(RF) 신호를 감쇄시켜 계측기 모터링 단자로 제공하는 커플링수단
    을 포함하는 무선통신 시스템에서의 고조파 성분 억제를 위한 송신 전단 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 대역통과 필터링수단은,
    실질적으로, 원하는 대역으로만 통과시키는 유전체 공진기(DR : Dielectric Resonator) 필터이되, -20MHz 대역으로 필터링하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서의 고조파 성분 억제를 위한 송신 전단 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 고조파 성분 제거수단은,
    실질적으로, 컷오프(Cut-off) 특성이 서로 다르며, 손실(Loss)이 아주 적어 전체 시스템에 영향을 주지 않도록 설계되는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서의 고조파 성분 억제를 위한 송신 전단 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 커플링수단은,
    원하는 대역의 무선 주파수(RF) 신호를 상기 안테나로 보내고, 이때의 신호를 40dB 감쇄시켜 계측기 모니터링 단자로 제공하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서의 고조파 성분 억제를 위한 송신 전단 장치.
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