KR100521422B1

KR100521422B1 - 스위칭 가능한 전력 분배기/결합기 및 이를 이용한 주파수할당 장치

Info

Publication number: KR100521422B1
Application number: KR10-2003-0031157A
Authority: KR
Inventors: 주락옥; 백인호
Original assignee: 주식회사 케이엠더블유
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2005-10-14
Also published as: KR20040098857A

Abstract

본 발명의 전력 분배기는 제1입력포트를 통해 일반 고주파 무선 신호를 입력받는 제1입력전송선로와, 제2입력포트를 통해 다이버시티 신호를 입력받는 제2입력전송선로와, 제1입력전송선로에서 두 갈래로 분기하는 제1, 제2전송선로와, 제1, 제2전송선로를 각각 제1, 제2출력포트와 연결하는 제3, 제4전송선로와, 제1, 제2전송선로 사이에 연결되는 아이솔레이션 저항과, 제1입력전송선로와 제1, 제2전송선로의 분기점에 형성되며, 각각 제1입력전송선로와 제1 또는 제2전송선로간의 경로를 형성 또는 차단하는 제1, 제2스위치와, 아이솔레이션 저항의 양단에서 각각 제1 또는 제2전송선로와의 연결을 온/오프하는 제3, 제4스위치와, 분기점에서 제2입력전송선로와 제2전송선로간의 연결을 형성 또는 차단하는 제5스위치와, 동작 모드에 따라 이러한 제1~제5스위치의 스위칭 동작을 제어하는 제어기를 진다. 또한 이와 같은 전력 결합기를 이용하여 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 주파수 할당 장치를 구현한다.

Description

스위칭 가능한 전력 분배기/결합기 및 이를 이용한 주파수 할당 장치{SWITCHABLE POWER DIVIDER/COMBINER AND FREQUENCY ALLOCATION SYSTEM ADOPTING THE SAME}

본 발명은 고주파 시스템(Micro wave system)에 사용되는 전력 분배기/결합기(power divider/combiner)에 관한 것으로, 특히 스위칭 가능한 전력 분배기/결합기 및 이를 이용하는 이동통신 시스템의 주파수 할당 장치에 관한 것이다.

현재 이동통신 기지국 등과 같은 고주파 시스템에서 무선 신호를 증폭하는데 사용되는 대다수의 고출력 증폭기들은 증폭 디바이스(device)들을 병렬로 합성하여 고출력을 얻고 있다. 따라서 증폭하고자 하는 무선신호를 분배하여 그러한 병렬 구성된 증폭 디바이스들을 통해 증폭하며 증폭된 신호를 다시 결합하기 위한 디바이스들이 사용되는데, 이러한 디바이스들을 고주파 전력 분배기 또는 결합기라 칭한다. 고주파 전력 분배기(또는 결합기)들의 종류로는 T-접합(T-junction) 전력 분배기, 윌킨슨 전력 분배기, 쿼드러처 하이브리드(quadrature hybrid) 등이 있다.

이러한 고주파 전력 분배기(결합기) 중 이동통신 기지국 등에서 무선 송수신기에 널리 사용되고 있는 윌킨슨 전력 분배기(결합기)를 기본적인 구조로 가지는 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기의 구조를 도 1에 도시하였다.

도 1을 참조하면, 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기는 입력포트(Pin)를 통해 고주파 신호가 입력되는 입력전송선로(10)와, 입력전송선로(10)에서 두 갈래로 분기되며 입력전송선로(10)를 통해 입력된 신호를 분기하여 각각 외부로 전송하기 위한 제1 및 제2전송선로(11, 13)와, 제1 및 제2전송선로를 각각 제1 및 제2출력포트(Pout1, Pout2)와 연결하는 제3 및 제4전송선로(12, 14)와, 제1 및 제2전송선로(11, 13) 사이에 연결된 아이솔레이션 저항(R1)을 기본적으로 구비한다.

또한 입력전송선로(10)와 제1 및 제2전송선로(11, 13)의 분기점에는 제1 및 제2스위치(S1, S2)가 구비되며, 제1, 제2 스위치(S1, S2)는 온/오프 스위칭 동작에 의해 입력전송선로(10)와 제1 또는 제2전송선로(11, 13)간의 경로를 형성 또는 차단하게 된다. 또한 아이솔레이션 저항(R1)의 양단에서 각각 제1 또는 제2전송선로(11, 13)의 연결을 온/오프하는 제3 및 제4스위치(S3, S4)가 구비된다. 이러한 제1 내지 제4스위치(S1~S4)의 스위칭 제어는 제1 및 제2출력포트(Pout1, Pout2)와 연결되는 부하의 상태 등을 점검하여 마이크로컨트롤러와 같은 제어기(미도시)에 의해 적절히 수행된다.

상기 제1, 제2출력포트(Pout1, Pout2)에는 고주파 신호를 증폭하는 고주파 전력 증폭기 또는 고주파 신호를 송수신하는 송수신기 등이 부하로 연결될 수 있다.

그리고 일반적으로 상기 입력전송선로(10) 및 제3, 제4전송선로(12, 14)의 임피던스(Zo)는 50Ω으로 설정되며, 제1, 제2전송선로(11, 13)의 임피던스(Zn)는 70.7Ω( Zo)로 설정된다. 또한 아이솔레이션 저항(R1)은 100Ω으로 설정될 수 있다. 또한 제1, 제2전송선로의 길이는 lambda /4( lambda : 파장)이며, 아이솔레이션 저항(R1) 경로의 길이는 lambda (또는 lambda /2)로 설정된다.

도 1에 도시된 바와 같은 윌킨슨 형태의 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기는 입력신호를 균등한 2개의 신호로 분배하여 출력하게 된다. 즉, 입력포트(Pin)를 통해 고주파 신호가 입력되면, 이는 동일한 위상 및 진폭을 갖는 2개의 신호로 분배되어 제1, 제3전송선로(11, 12)를 거쳐 제1출력포트(Pout1)로, 또한 제2, 제4전송선로(13, 14)를 거쳐 제2출력포트(Pout2)로 각각 출력된다. 이때 이상적으로 입력신호가 동일한 위상 및 진폭을 갖는 신호로 분배되어 출력되면, 상기 아이솔레이션 저항(R1)으로는 전력 손실이 발생되지 않는다.

또한 상기 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기는 제1 또는 제2출력포트(Pout1, Pout2)에 연결된 부하에 고장이 발생할 경우에, 스위치들의 온/오프 스위칭을 적절히 제어하여 해당 고장이 발생한 불필요한 전송선로의 경로를 차단하게 된다.

상기 도 1에 도시된 바와 같은 2-웨이 전력 분배기의 입력과 출력을 반대로 하게 되면, 고주파 신호의 전력을 결합하는 전력 결합기를 구성할 수 있다. 즉, 그러한 전력 결합기는 상기 도 1에 도시된 제1, 제2출력포트(Pout1, Pout2)가 두 입력포트가 되며, 상기 도 1에 도시된 입력포트(Pin)가 하나의 출력포트가 된다. 이하의 설명에서는 전력 분배기를 구성 특징을 예로 들어 설명할 것이나, 이에 대한 설명으로 전력 결합기의 구성 및 동작을 쉽게 유추할 수 있을 것이다.

도 1에 도시된 바와 같은 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기는 본 출원인에 의해 선출원된 특허 제2000-33587호(명칭: 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기/합성기, 발명자: 김덕용, 출원일: 2000. 6. 19)에 개시된 바를 예로 들 수 있다.

한편, 최근들어 이동통신 기지국 등에서는 고주파 무선신호 송수신 성능을 향상시키기 위해 다이버시티(diversity) 기능을 채용하고 있다. 이러한 다이버시티 기능을 채용하기 위하여 부가적인 안테나와 무선신호의 적절한 처리를 위해 부가적인 전송 경로의 형성이 요구된다.

도 2a, 2b는 다이버시티 기능을 위한 전송선로가 추가된 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기 구조의 일 예상도로서, 도 2a는 일반적인 2-웨이 방식으로 동작시의 전력 분배기의 경로 형성 상태를 나타내며, 도 2b는 다이버시티 방식으로 동작시 전력 분배기의 경로 형성 상태를 나타낸다. 도 2a, 2b에 도시된 바와 같은 다이버시티 기능을 위한 전송선로가 추가된 전력 분배기는 도 1에 도시된 전력 분배기와 비교하여 볼때 다이버시티 기능을 위한 입력포트(제2입력포트 Pin2) 및 전송선로(제5전송선로 15)가 더 구비되며, 이러한 전송선로를 제2출력포트(Pout2)로 스위칭하여 연결하기 위한 SPDT(Single-Pole Double-Throw) 스위치(20)가 구비될 수 있다. 이때 상기 제5전송선로의 임피던스(Zo)는 50Ω으로 설정될 수 있다.

상기 SPDT 스위치(20)는 제1입력포트(Pin1)로부터 입력되어 제2전송선로(13)를 거쳐 분배된 입력 고주파 신호를 제공받는 제4전송선로(14)와 상기 제2입력포트(Pin2)로부터 다이버시티 기능용 고주파 신호를 입력받는 제5전송선로(15)를 선택적으로 스위칭하여 제2출력포트(Pout2)와 연결한다. SPDT 스위치(20)의 스위칭 제어는 현재 동작 모드(2-웨이 방식 또는 다이버시티 방식)에 따라 제어기(미도시)에 따라 이루어진다. 즉, SPDT 스위치(20)는 현재 동작 모드가 2-웨이 방식일 경우에 상기 제4전송선로(14)를 제2출력포트(Pout2)와 연결하며, 현재 동작 모드가 다이버시티 방식일 경우에는 제5전송선로(15)를 제2출력포트(Pout2)와 연결한다.

먼저 도 2a를 참조하여, 다이버시티 기능을 위한 전송선로가 추가된 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기가 도 1에 도시된 바와 같은 2-웨이 방식으로 동작하는 경우를 살펴보면, 이 경우에는 제1 내지 제4스위치(S1~S4)가 모두 온 상태이며, SPDT 스위치(20)는 제4전송선로(14)를 제2출력포트(Pout2)와 연결한 상태이다. 이때 제1입력포트(Pin1)를 통해 고주파 신호가 입력되면, 이는 동일한 위상 및 진폭을 갖는 2개의 신호로 분배되며, 분리된 한 신호는 제1, 제3전송선로(11, 12)(및 제3-1전송선로 12-1)를 거쳐 제1출력포트(Pout1)로 출력되며, 다른 신호는 제2, 제4전송선로(13, 14) 및 SPDT 스위치(20)를 거쳐 제2출력포트(Pout2)로 출력된다.

도 2b를 참조하여, 다이버시티 기능을 위한 전송선로가 추가된 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기가 다이버시티 방식으로 동작하는 경우를 살펴보면, 이 경우에는 제1스위치(S1)를 제외한 제2 내지 제4스위치(S2~S4)가 모두 오프 상태이며, SPDT 스위치(20)는 제5전송선로(15)를 제2출력포트(Pout2)와 연결한 상태이다. 이때 제1입력포트(Pin1)를 통해 고주파 신호가 입력되면, 이는 제1, 제3전송선로(11, 12)(및 제3-1전송선로 12-1)를 거쳐 제1출력포트(Pout1)로 출력된다. 제2입력포트(Pin2)를 통해 입력된 다이버시티 신호는 제5전송선로(15)와 SPDT 스위치(20)를 거쳐 제2출력포트(Pout2)로 출력된다.

이러한 도 2a, 2b에 도시된 바와 같은 다이버시티 기능을 위한 전송선로가 추가된 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기가 구성될 수도 있으나, 이러한 구성을 가질 경우에 다음의 몇 가지 문제가 있을 수 있다. 먼저 그 구현상 제2입력포트(Pin2)에서 SPDT 스위치(20)까지 마련되는 제5전송선로(15)(RF 케이블) 및 SPDT 스위치(20)의 추가로 인하여 전력 손실이 증가하게 되며, 구성 비용 및 설치 공간이 증가하게 된다. 또한 상기 SPDT 스위치(20)로 인하여 2-웨이 방식으로 동작시 두 출력포트(Pout1, Pout2) 경로의 유전율 차이(예를 들어, 제3-1전송선로의 유전율[ε=2.1] 및 SPDT 스위치의 유전율[ε=1.0] 차이)에 따른 E/L(Electrical Length)을 맞추기가 어려우며, 특히 온도변화에 따른 유전율 차이로 두 출력포트(Pout1, Pout2) 경로의 위상 변화량이 달라지게 되어 위상 불균형에 의한 전력 손실이 증가하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 전력 손실을 줄일 수 있는 다이버시티 기능을 위한 전송선로가 추가된 스위칭 가능한 전력 분배기/결합기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 구성 비용 및 설치 공간을 줄일 수 있는 다이버시티 기능을 위한 전송선로가 추가된 스위칭 가능한 전력 분배기/결합기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 출력포트간 위상 불균형을 방지할 수 있는 다이버시티 기능을 위한 전송선로가 추가된 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기/결합기를 제공함에 있다.

본 발명이 또 다른 목적은 전력 손실을 줄이며 출력 포트간 위상 불균형을 방지할 수 있는 전력 분배기를 구비한 이동통신 시스템의 주파수 할당 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 스위칭 가능한 전력 분배기는 제1입력포트를 통해 일반 고주파 신호를 입력받는 제1입력전송선로와, 제2입력포트를 통해 다이버시티 신호를 입력받는 제2입력전송선로와, 제1입력전송선로에서 두 갈래로 분기하는 제1, 제2전송선로와, 제1, 제2전송선로를 각각 제1, 제2출력포트와 연결하는 제3, 제4전송선로와, 제1, 제2전송선로 사이에 연결되는 아이솔레이션 저항과, 제1입력전송선로와 제1, 제2전송선로의 분기점에 형성되며, 각각 스위칭 온/오프 동작에 의해 상기 제1입력전송선로와 제1 또는 제2전송선로간의 경로를 형성 또는 차단하는 제1, 제2스위치와, 아이솔레이션 저항의 양단에서 각각 상기 제1 또는 제2전송선로의 연결을 온/오프하는 제3, 제4스위치와, 스위칭 온/오프 동작에 의해 상기 분기점에서 제2입력전송선로와 제2전송선로간의 연결을 형성 또는 차단하는 제5스위치와, 동작 모드에 따라 이러한 제1 내지 제5스위치의 스위칭 동작을 제어하는 제어기를 가짐을 구성함을 특징으로 한다.

또한, 상기한 본 발명에 따른 전력 결합기를 이용하여 본 발명에 따른 이동통신 장치의 주파수 할당 장치는 각 섹터당 하나씩 대응되게 전력 분배기를 구비하는 전력 분배부와, 각 섹터당 하나씩 대응되게 전력 결합기를 구비하는 전력 결합부를 구현하며, 각 전력 분배기 및 전력 결합기의 출력 및 입력당 하나씩 대응되게 전력 증폭기를 구비하는 전력 증폭부와, 동작 모드에 따라 각 전력 분배기 및 전력 결합기의 내부 스위치들의 스위칭을 제어하는 제어기를 가짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

도 3a, 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이버시티 기능을 위한 전송 선로가 추가된 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기의 구조도로서, 도 3a는 일반적인 2-웨이 방식으로 동작시의 본 발명에 따른 전력 분배기의 경로 형성 상태를 나타내며, 도 3b는 다이버시티 방식으로 동작시 본 발명에 따른 전력 분배기의 경로 형성 상태를 나타낸다.

도 3a, 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 전력 분배기는 일반 고주파 무선 신호를 입력받기 위한 제1입력포트(Pin1)와 다이버시티 기능을 위한 무선 신호를 입력받기 위한 제2입력포트(Pin2)를 구비한다. 또한 제1입력포트(Pin1)를 통해 고주파 신호가 입력되는 제1입력전송선로(30)와, 제1입력전송선로(30)에서 두 갈래로 분기되며 제1입력전송선로(30)를 통해 입력된 신호를 분기하여 각각 외부로 전송하기 위한 제1 및 제2전송선로(31, 33)와, 제1 및 제2전송선로를 각각 제1 및 제2출력포트(Pout1, Pout2)와 연결하는 제3 및 제4전송선로(32, 34)와, 제1 및 제2전송선로(31, 33) 사이에 연결된 아이솔레이션 저항(R1)을 기본적으로 구비한다.

또한 제1입력전송선로(30)과 제1 및 제2전송선로(31, 33)의 분기점에는 제1 및 제2스위치(S1, S2)가 구비되며, 각각의 스위치(S1, S2)는 온/오프 스위칭 동작에 의해 제1입력전송선로(30)와 제1 또는 제2전송선로(31, 33)간의 경로를 형성 또는 차단하게 된다. 또한 아이솔레이션 저항(R1)의 양단에서 각각 제1 또는 제2전송선로(31, 33)의 연결을 온/오프하는 제3 및 제4스위치(S3, S4)가 구비된다.

또한 제2입력포트(Pout2)를 통해 다이버시티 신호를 입력받는 제2입력전송선로(35)와, 온/오프 스위칭 동작에 의해 상기 분기점에서 제2입력전송선로(35)와 상기 제2전송선로(33)간의 연결을 형성 또는 차단하는 제5스위치(S5)가 구비된다.

이러한 제1 내지 제5스위치(S1~S5)의 스위칭 제어는 2-웨이 동작 모드 및 다이버시티 동작 모드에 따라서, 또는 제1 및 제2출력포트(Pout1, Pout2)와 연결되는 부하의 상태 등을 점검하여 마이크로컨트롤러와 같은 제어기(미도시)에 의해 적절히 수행된다.

상기 제1, 제2출력포트(Pout1, Pout2)에는 부하로 고주파 신호를 증폭하는 고주파 전력 증폭기 또는 고주파 신호를 송수신하는 송수신기 등이 연결될 수 있다.

그리고 상기 제1, 제2입력전송선로(30, 35) 및 제3, 제4전송선로(32, 34)의 임피던스(Zo)는 50Ω으로 설정되며, 제1, 제2전송선로(31, 33)의 임피던스(Zn)는 70.7Ω( Zo)로 설정된다. 또한 아이솔레이션 저항(R1)은 100Ω으로 설정될 수 있다. 또한 제1, 제2전송선로의 길이는 lambda /4( lambda : 파장)이며, 아이솔레이션 저항(R1) 경로의 길이는 lambda (또는 lambda /2)로 설정된다.

이러한 구성을 가지는 본 발명에 따른 전력 분배기에서 먼저 도 3a를 참조하여, 2-웨이 방식으로 동작하는 경우를 살펴보면, 이 경우에는 제1 내지 제4스위치(S1~S4)가 모두 온 상태이며, 제5스위치(S5)는 오프 상태이다. 이때 제1입력포트(Pin1)을 통해 고주파 신호가 입력되면, 이는 동일한 위상 및 진폭을 갖는 2개의 신호로 분배되어 제1, 제3전송선로(31, 32)를 거쳐 제1출력포트(Pout1)로, 또한 제2, 제4전송선로(33, 34)를 거쳐 제2출력포트(Pout2)로 각각 출력된다. 이때 이상적으로 입력신호가 동일한 위상 및 진폭을 갖는 신호로 분배되어 출력되면, 상기 아이솔레이션 저항(R1)으로는 전력 손실이 발생되지 않는다. 또한 이 경우에, 제1 또는 제2출력포트(Pout1, Pout2)에 연결된 부하에 고장이 발생할 경우에, 스위치들의 온/오프 스위칭을 적절히 제어하여 해당 고장이 발생한 불필요한 전송선로의 경로를 차단할 수 있다.

도 3b를 참조하여, 본 발명에 따른 전력 분배기가 다이버시티 방식으로 동작하는 경우를 살펴보면, 이 경우에는 제1스위치(S1)는 온 상태이며 제2 내지 제4스위치(S2~S4)는 오프 상태이다. 또한 제5스위치(S5)는 온 상태이다. 이에 따라 제1입력포트(Pin1)를 통해 입력된 고주파 신호는 제1, 제3전송선로(31, 32)를 거쳐 제1출력포트(Pout1)로 출력되며, 제2입력포트(Pin2)를 통해 입력된 다이버시티 신호는 제2입력전송선로(35), 제2전송선로(33) 및 제4전송선로(34)를 거쳐 제2출력포트(Pout2)로 출력된다.

도 3a, 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다이버시티 기능을 위한 전송선로가 추가된 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기는 도 2a, 2b에 도시된 바와 같은 전력 분배기에 비해 SPDT 스위치(20)가 필요치 않으며, 다이버시티 기능을 위해 구비되는 추가 전송선로, 즉 제2입력전송선로(35)가 제1입력전송선로(30)와 비교하여 동일하게 마련될 수 있어서, 전력 손실이나 구성 비용 및 설치 공간면에서 유리하다. 또한 도 2a, 2b에 도시된 바와 같은 SPDT 스위치(20)의 구비에 따른 두 포트(Pout1, Pout2) 경로의 위상 불균형에 의한 전력 손실을 방지할 수 있다.

상기 도 3a, 3b에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 전력 분배기의 입력과 출력을 반대로 하여, 고주파 신호의 전력을 결합하는 전력 결합기를 구성할 수 있음은 물론이다. 즉, 그러한 전력 결합기는 상기 도 3a, 3b에 도시된 제1, 제2출력포트(Pout1, Pout2)가 두 입력포트가 되며, 도 3a, 3b에 도시된 제1, 제2입력포트(Pin1, Pin2)가 두 출력포트가 된다.

도 4a, 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 가능한 전력 분배기/결합기가 적용되는 이동통신 기지국의 주파수 할당 장치의 관련 부의 구조도로서, 도 4a는 주파수 할당장치에서 일반적인 2-웨이 방식으로 동작시의 본 발명에 따른 전력 분배기의 경로 형성 상태를 나타내며, 도 4b는 주파수 할당장치에서 다이버시티 방식으로 동작시 본 발명에 따른 전력 분배기의 경로 형성 상태를 나타낸다.

도 4a, 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 스위칭 가능한 전력 분배기/결합기가 구비되는 이동통신 기지국의 주파수 할당 장치는 일 예로서 다수개의 섹터(일명, α, β섹터 등)로 구성되어 있다. 이러한 주파수 할당 장치는 전력 분배부(40) 및 전력 결합부(44) 및 전력 증폭부(42)로 구성된다. 전력 분배부(40) 및 결합부(44)는 도 3a, 3b에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 전력 분배기 또는 결합기를 섹터당 하나씩 구비한다. 즉, 도 4a, 4b에 개시된 전력 분배기(40a) 및 전력 결합기(44a)는 도 3에 도시된 바와 같은 전력 분배기(및 결합기)의 전송선로들(30~35)과 스위치들(S1~S5)을 포함하는 모든 구성을 가진다(도 4a, 4b에는 설명의 편의를 위해 이를 개략적으로 도시하였다). 전력 증폭부(42)는 상기 전력 분배기들 및 결합기들의 각 출력 및 입력당 하나씩 대응되어 전력을 증폭하는 다수개의 전력 증폭기, 예를 들어 선형 전력 증폭기(Linear Power Amplifier)(LPA1, LPA2 등)를 구비한다. 또한 상기 분배부(40) 및 결합부(44)의 각 전력 분배기들 또는 결합기들의 내부 각각의 스위치들(S1~S5)의 스위칭을 제어하기 위한 제어기(46)가 구비된다.

상기 전력 분배부(40)에는 각 섹터별로 일반 고주파 신호 입력단자 및 다이버시티 신호 입력단자가 구비된다. 또한 전력 결합부(44)에는 각 섹터별로 일반 고주파 신호 출력단자 및 다이버시티 신호 출력단자가 구비된다. 전력 분배부(40)의 각 섹터별로 마련된 두 개의 입력단자들은 전력 분배부(40)내의 각 섹터별로 마련된 상기 도 3a, 도 3b에 도시된 바와 같은 전력 분배기의 두 입력포트와 연결된다. 각 전력 분배기마다의 두 출력 포트는 각각 전력 증폭부(42)의 전력 증폭기들 중 하나와 연결되며, 전력 증폭기의 각 출력은 전력 결합부(44)에 섹터별로 마련된 전력 결합기(44a)의 두 개의 입력포트로 입력된다. 각 전력 결합기의 두 개의 출력은 각각 전력 결합부(44)에 각 섹터별로 마련된 두 개의 출력단자와 연결된다.

도 4a, 4b에 도시된 바와 같이, α-섹터를 예로 들어 설명하면, α-섹터의 일반 고주파 신호 입력단자(Ain)와 다이버시티 신호 입력단자(A'in)는 각각 전력 분배부(40) 내부의 α-섹터 분배기(40a)의 두 입력 포트, 즉, 상기 도 3a, 3b에 도시된 바와 같은 제1, 제2입력포트(Pin1, Pin2)와 연결된다. 또한 상기 α-섹터 분배기(40a)의 제1, 제2출력포트(Pout1, Pout2)는 각각 전력 증폭부(42)의 제1, 제2 증폭기(LPA1, LPA2)와 연결되며, 제1, 제2증폭기(LPA1, LPA2)의 출력은 각각 전력 결합부(44)의 α-섹터 결합기(44a)의 두 입력포트로 입력된다. α-섹터 결합기(44a)의 두 출력포트는 각각 α-섹터의 일반 고주파 신호 출력단자(Aout)와 다이버시티 신호 출력단자(A'out)과 연결된다.

이러한 구성을 가지는 본 발명에 따른 전력 분배기가 적용되는 이동통신 기지국의 주파수 할당 장치는 2-웨이 모드 또는 다이버시티 모드로 동작하는데, 도 4a에 도시된 바와 같이 2-웨이 모드로 동작할 때에는 제어기(46)는 분배부(40)의 각 분배기들 및 결합부(44)의 각 결합기들의 제1 내지 제4스위치(S1~S4)(도 3참조)를 온 상태로 스위칭 제어하며 제5스위치(S5)를 오프 상태로 스위칭 제어한다. 이에 따라 각 섹터의 일반 고주파 신호는 분배기(40)의 각 섹터별 분배기들에서 균등한 2개의 신호로 분배되어 출력되며, 이는 증폭부(42)를 거쳐 각각 증폭된 다음 결합부(44)의 각 섹터별 결합기들에서 다시 각 섹터별로 결합되어 출력된다.

또한 본 발명에 따른 전력 분배기가 적용되는 이동통신 기지국의 주파수 할당 장치가 도 4b에 도시된 바와 같이 다이버시티 모드로 동작할 때에는 제어기(46)는 분배부(40)의 각 분배기들 및 결합부(44)의 각 결합기들의 제1 및 제3 내지 제5스위치(S1, S3~S5)를 온 상태로 스위칭 제어하며 제2스위치(S2)를 오프 상태로 스위칭 제어한다. 이에 따라 분배부(40)의 일반 고주파 신호 입력 단자(Ain 등)으로 각각 입력되는 각 섹터의 일반 고주파 신호와 분배부(40)의 다이버시티 신호 입력단자(A'in 등)로 입력되는 다이버시티 신호는 분배부(40)의 각 섹터별 분배기들을 거쳐 출력되며, 이는 증폭부(42)를 거쳐 각각 증폭된 다음 결합부(44)의 각 섹터별 결합기들을 거쳐 각각 결합부(44)의 일반 고주파 신호 출력 단자(Aout 등) 및 다이버시티 신호 출력 단자(A'out 등)로 출력된다.

이러한 도 4a, 4b에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 전력 분배기가 적용되는 이동통신 기지국의 주파수 할당 장치가 구성될 수 있으며, 이러한 구성에서 전력 분배부(40)의 각 전력 분배기들의 제1출력포트(Pout1)에 연결된 부하, 즉 전력 증폭기(LPA1 등)에 고장이 발생할 경우를 대비하여 예비 전력 증폭기를 추가로 더 구비하여 운용하도록 구성할 수 있다. 이를 도 5를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 가능한 전력 분배기/결합기가 적용되는 이동통신 기지국의 주파수 할당 장치의 관련 부의 구조도이다. 도 5에 도시된 주파수 할당 장치는 상기 도 4a, 4b에 도시된 주파수 할당 장치와 동일한 구조의 전력 분배부(40) 및 전력 결합부(50)를 가지며, 또한 유사한 구조의 전력 증폭부(52)를 구비한다. 다만 상기 도 5에 도시된 전력 증폭부(52)는 도 4에 도시된 전력 증폭부(42)와 달리 예비 전력 증폭기(LPA0)을 추가로 더 구비한다.

도 5를 참조하면, 도 4a, 4b와 마찬가지로 전력 분배부(40)의 각 전력 분배기들마다의 두 출력 포트는 각각 전력 증폭부(52)의 전력 증폭기들 중 하나와 연결되며, 전력 증폭기의 각 출력은 전력 결합부(44)에 섹터별로 마련된 전력 결합기들의 두 개의 입력포트로 입력되도록 구성된다.

또한, 도 5에 도시된 주파수 할당 장치는 또한 스위칭 제어신호에 의해 각 전력 분배기들의 각각의 제1출력포트(Pout1)의 출력 경로가 상기 전력 증폭부(52)의 예비 전력 증폭기(LPA0)와 연결되도록 경로를 전환하는 제1예비 스위치(50)와, 스위칭 제어신호에 의해 상기 각 전력 결합기들의 제1입력포트의 입력 경로가 상기 예비 전력 증폭기(LPAO)의 출력 경로와 연결되도록 경로를 전환하는 제2예비 스위치(54)를 구비한다. 상기 제1, 제2예비 스위치(50, 54)의 스위칭 제어신호는 상기 분배부(40) 및 결합부(44)의 각 전력 분배기들 또는 결합기들의 내부 각각의 스위치들(S1~S5)의 스위칭을 제어하기 위한 제어기(46)를 통해 이루어진다.

이러한 구성을 통하여 전력 분배부(40)의 각 전력 분배기들의 제1출력포트(Pout1)에 연결된 즉 전력 증폭기(LPA1 등)에 고장이 발생할 경우에, 제어기(46)는 상기 제1, 제2예비 스위치(50, 54)에 적절한 스위칭 제어 신호를 출력하여, 해당 전력 분배기의 제1출력포트(Pout1)의 출력 경로를 예비 전력 증폭기(LPA0)와 연결되도록 전환하며, 예비 전력 증폭기(LPA0)의 출력 경로가 해당 전력 결합기의 제1입력포트와 연결되도록 한다. 도 5에서는 α-섹터 분배기(40a)의 제1출력포트(Pout1)의 출력 경로와 연결되는 전력 증폭부(52)의 전력 증폭기(LPA1)에 고장이 발생한 경우를 예로 보이고 있다.

상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 가능한 전력 분배기/결합기 및 이를 이용한 주파수 할당 장치의 구성 및 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 다이버시티 기능을 위한 전송선로가 추가된 전력 분배기/결합기는 다이버시티 기능을 위한 SPDT 스위치 및 추가 전송선로 등의 불필요하게 구비하지 않으므로 구성 비용 및 설치 공간을 줄일 수 있으며, 또한 출력포트간 위상 불균형을 방지할 수 있는 등 전력 손실을 줄일 수 있다. 또한 이러한 본 발명에 따른 전력 분배기/결합기를 이용함으로 종래와 비교하여 전력 손실을 줄이며 출력 포트간 위상 불균형을 방지할 수 있는 이동통신 시스템의 주파수 할당 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기의 일 예시 구조도

도 2a, 2b는 다이버시티 기능을 위한 전송선로가 추가된 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기 구조의 일 예상도

도 3a, 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이버시티 기능을 위한 전송 선로가 추가된 스위칭 가능한 2-웨이 전력 분배기의 구조도

도 4a, 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 가능한 전력 분배기/결합기가 적용되는 이동통신 기지국의 주파수 할당 장치의 관련 부의 구조도

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 가능한 전력 분배기/결합기가 적용되는 이동통신 기지국의 주파수 할당 장치의 관련 부의 구조도

Claims

스위칭 가능한 전력 분배기에 있어서,

제1입력포트를 통해 제1신호를 입력받는 제1입력전송선로와,

제2입력포트를 통해 제2신호를 입력받는 제2입력전송선로와,

상기 제1입력전송선로에서 두 갈래로 분기하는 제1, 제2전송선로와,

상기 제1, 제2전송선로를 각각 제1, 제2출력포트와 연결하는 제3, 제4전송선로와,

상기 제1, 제2전송선로 사이에 연결되는 아이솔레이션 저항과,

상기 제1입력전송선로와 제1, 제2전송선로의 분기점에 형성되며, 각각 스위칭 온/오프 동작에 의해 상기 제1입력전송선로와 제1 또는 제2전송선로간의 경로를 형성 또는 차단하는 제1, 제2스위치와,

상기 아이솔레이션 저항의 양단에서 각각 상기 제1 또는 제2전송선로의 연결을 온/오프하는 제3, 제4스위치와,

스위칭 온/오프 동작에 의해 상기 분기점에서 상기 제2입력전송선로와 상기 제2전송선로간의 연결을 형성 또는 차단하는 제5스위치와,

동작 모드에 따라 상기 제1 내지 제5스위치의 스위칭 동작을 제어하는 제어기를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 전력 분배기.
제1항에 있어서, 상기 제어기는 미리 설정된 제1동작 모드시에는 상기 제1 내지 제4스위치가 온 상태가 되며 상기 제5스위치가 오프 상태가 되도록 스위칭 제어 동작을 수행하며, 미리 설정된 제2동작 모드시에는 상기 제1 및 제5스위치가 온 상태가 되며 상기 제2 내지 제4스위치는 오프 상태가 되도록 스위칭 동작을 수행함을 특징으로 하는 전력 분배기.
스위칭 가능한 전력 결합기에 있어서,

제1입력포트를 통해 제1신호를 입력받는 제3전송선로와,

제2입력포트를 통해 제2신호를 입력받는 제4전송선로와,

상기 제3, 제4전송선로와 각각 일단이 연결되며, 타단이 서로 결합하는 제1, 제2전송선로와,

상기 제1, 제2전송선로의 결합단을 제1출력포트와 연결하는 제1출력전송선로와,

상기 제2전송선로를 제2출력포트와 연결하는 제2출력전송선로와,

상기 제3, 제4전송선로 사이에 연결되는 아이솔레이션 저항과,

상기 제1, 제2전송선로의 결합단에 형성되며, 각각 스위칭 온/오프 동작에 의해 상기 제1출력전송선로와 제1 또는 제2전송선로간의 경로를 형성 또는 차단하는 제1, 제2스위치와,

상기 아이솔레이션 저항의 양단에서 각각 상기 제3 또는 제4전송선로의 연결을 온/오프하는 제3, 제4스위치와,

스위칭 온/오프 동작에 의해 상기 제2출력전송선로와 상기 제2전송선로간의 연결을 형성 또는 차단하는 제5스위치와,

동작 모드에 따라 상기 제1 내지 제5스위치의 스위칭 동작을 제어하는 제어기를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 전력 결합기.
이동통신 장치에서 스위칭 가능한 전력 분배기/결합기를 이용한 주파수 할당 장치에 있어서,

각 섹터당 하나씩 대응되게 전력 분배기를 구비하는 전력 분배부와,

각 섹터당 하나씩 대응되게 전력 결합기를 구비하는 전력 결합부와,

상기 각 전력 분배기 및 전력 결합기의 출력 및 입력당 하나씩 대응되게 전력 증폭기를 구비하는 전력 증폭부와,

동작 모드에 따라 상기 각 전력 분배기 및 전력 결합기의 상기 내부 스위치들의 스위칭을 제어하는 제어기를 포함하며,

상기 각 전력 분배기는 제1입력포트를 통해 해당 섹터의 일반 고주파 신호를 입력받는 제1입력전송선로와,

제2입력포트를 통해 해당 섹터의 다이버시티 신호를 입력받는 제2입력전송선로와,

상기 제1입력전송선로에서 두 갈래로 분기하는 제1, 제2전송선로와,

상기 제1, 제2전송선로를 각각 제1, 제2출력포트와 연결하는 제3, 제4전송선로와,

상기 제1, 제2전송선로 사이에 연결되는 아이솔레이션 저항과,

상기 제1입력전송선로와 제1, 제2전송선로의 분기점에는 형성되며, 각각 스위칭 온/오프 동작에 의해 상기 제1입력전송선로와 제1 또는 제2전송선로간의 경로를 형성 또는 차단하는 제1, 제2스위치와,

상기 아이솔레이션 저항의 양단에서 각각 상기 제1 또는 제2전송선로의 연결을 온/오프하는 제3, 제4스위치와,

스위칭 온/오프 동작에 의해 상기 분기점에서 상기 제2입력전송선로와 상기 제2전송선로간의 연결을 형성 또는 차단하는 제5스위치를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 주파수 할당 장치.
제4항에 있어서, 상기 각 전력 결합기는

상기 전력 분배부의 해당 섹터의 전력 분배기의 제1출력포트로 출력되어 상기 전력 증폭부를 거친 신호를 제1입력포트를 통해 입력받는 제3전송선로와,

상기 전력 분배부의 해당 섹터의 전력 분배기의 제2출력포트로 출력되어 상기 전력 증폭부를 거친 신호를 제2입력포트를 통해 입력받는 제4전송선로와,

상기 제3, 제4전송선로와 각각 일단이 연결되며, 타단이 서로 결합하는 제1, 제2전송선로와,

상기 제1, 제2전송선로의 결합단을 제1출력포트와 연결하는 제1출력전송선로와,

상기 제2전송선로를 제2출력포트와 연결하는 제2출력전송선로와,

상기 제3, 제4전송선로 사이에 연결되는 아이솔레이션 저항과,

상기 제1, 제2전송선로의 결합단에 형성되며, 각각 스위칭 온/오프 동작에 의해 상기 제1출력전송선로와 제1 또는 제2전송선로간의 경로를 형성 또는 차단하는 제1, 제2스위치와,

상기 아이솔레이션 저항의 양단에서 각각 상기 제3 또는 제4전송선로의 연결을 온/오프하는 제3, 제4스위치와,

스위칭 온/오프 동작에 의해 상기 제2출력전송선로와 상기 제2전송선로간의 연결을 형성 또는 차단하는 제5스위치를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 주파수 할당 장치.
제5항에 있어서, 상기 제어기는 미리 설정된 제1동작 모드시에는 상기 각 전력 분배기 및 전력 결합기의 제1 내지 제4스위치가 온 상태가 되며 상기 제5스위치가 오프 상태가 되도록 스위칭 제어 동작을 수행하며, 미리 설정된 제2동작 모드시에는 상기 각 전력 분배기 및 전력 결합기의 제1 및 제5스위치가 온 상태가 되며 상기 제2 내지 제4스위치는 오프 상태가 되도록 스위칭 동작을 수행함을 특징으로 하는 주파수 할당 장치.
제5항에 있어서, 상기 전력 증폭부는 상기 내부 증폭기들의 고장시에 운용하기 위한 예비 증폭기를 더 구비함을 특징으로 하는 주파수 할당 장치.
제7항에 있어서, 스위칭 제어에 의해 상기 전력 분배부의 각 전력 분배기의 제1출력포트의 출력 경로가 상기 예비 전력 증폭기와 연결되도록 경로를 전환하는 제1예비 스위치와,

스위칭 제어에 의해 상기 전력 결합부의 각 전력 결합기의 제1입력포트의 입력 경로가 상기 예비 전력 증폭기의 출력 경로와 연결되도록 경로를 전환하는 제2예비 스위치를 더 구비하며,

상기 제어기는 상기 전력 증폭부의 각 전력 증폭기의 상태를 점검하여 상기 제1, 제2예비 스위치의 스위칭 동작을 제어함을 특징으로 하는 주파수 할당 장치.