This paper introduces front-end isolation methods; components to isolate between transmitter and receiver of the mono-static structure which use the single antenna have been influenced on their terminal matching condition, which is usually antenna. Commercial antenna which used in the mobile communication has the reflection characteristic of the -15 dB in the quantitative respect. In the case of a circulator where a patch antenna is used as a termination, the isolation characteristic is as mostly same as the reflection coefficient of the patch antenna. The proposed balanced circuits provide isolation between Tx and Rx independent on antenna reflection coefficient. In antennas used in balanced circuits, the coupling effect between the two ports causes degradation of isolation performances between Tx and Rx. The 4-port antenna structure proposed in this paper is a structure which can cancel the coupling among antennas.
In a bi-static front end architecture including 2 antennas, Tx leakage comes from the coupling of fields between two antennas. Field coupling can be minimized by reducing the distance between antennas. However, this method cannot be applicable in the case where spatial limitation exists. On the other hands, since the connection cables become relatively long to ensure spatial distance, transmission and reception performance may be degraded. In this paper, a method for acquiring of Tx/Rx isolation with Tx and Rx in a very short distance to each other is proposed. The antenna structure which has zero propagation characteristic between the Tx and Rx antennas is derived by mathematical approach and verified by physical implementation.
The proposed two ideas are realized in several ways with different form. As an extension of the research, the idea about the isolation characteristics in the general N-port front-end structure is verified. Beyond the scope of simple enlargement of the research, the N-port front-end structure is proven to have some merits in performance in proportion to the number of ports. A theoretical method to realize high gain and high isolation features simultaneously is presented, approached from the different point of view from conventional array antennas.
The proposed method can be applied to diverse circuits to guarantee the isolation characteristics between Tx and Rx.
본 논문은 전치단의 격리도 방법을 소개한다; 일반적으로 종단 정합 조건에 영향을 받는 단일 안테나를 사용하는 Mono-static 구조의 송신단과 수신단을 격리시키는 소자는 서큘레이터이다. 이동 환경에서 사용되는 상용 안테나는 약 -15dB의 반사 특성을 가진다. 종단에 패치 안테나를 사용하는 서큘레이터의 경우 격리도 특성은 패치 안테나의 반사 계수와 일치하는 결과를 보인다. 제안하는 대칭 구조는 안테나의 반사 계수에 형향을 받지 않는 송신단과 수신단 사이의 격리도를 제공한다. 대칭 구조에 사용되는 안테나에서 두 개의 포트 간의 상호 결합은 송신단과 수신단의 격리도 성능을 감퇴시킨다. 따라서 본 논문에서는 안테나들 간의 상호 결합 효과를 상쇄시키기 위하여 4-포트 안테나 구조를 제안한다.
두 개의 안테나를 사용하는 bi-static 전치단 구조에서는 Tx 누설이 두 안테나 간의 상호 결합으로부터 야기된다. 전자장 결합은 두 안테나 간의 거리를 증가시킴으로서 감쇄시킬 수 있지만 이러한 방법은 공간적이 제약이 있을 경우에는 제한될 수 밖에 없다. 또한, 충분히 안테나 간의 거리가 먼 경우 연결 케이블이 상대적으로 길어지기 때문에 송신 수신 성능이 감퇴된다. 본 논문에서는 매우 짧은 거리에서 송신단과 수신단의 격리도를 얻을 수 있는 방법을 제시한다. 송신단과 수신단 간의 전달 특성을 0으로 만들 수 있는 안테나 구조가 수학적 접근을 통해서 유도되고, 물리적 구현을 통해서 증명되었다.
제안한 두 방법을 서로 다른 형태의 여러가지 방법으로 실현하였다. 연구의 범위를 넓히고자 일반화된 N-포트 전치단 구조에서의 격리도 특성에 대한 방법이 증명되었다. N-포트의 전치단 구조는 포트의 수에 비례하여 특성이 개선되는 장점을 가지고 있음이 증명되었다. 높은 이득과 높은 격리도 특성을 동시에 가질 수 있는 이론적인 방법이 제안되었으며, 통상적인 배열 안테나들을 통하여 다른 관점에서 접근하여 결과를 얻었다.
제안하는 방법은 송신단과 수신단 사이의 격리도 특성을 보장하기 위한 다양한 회로와 분야에 적용 가능하다.
