RF 수신기의 채널선택 특성에 관한 실무이론

S. W. Joo 2006/01

 근래에 들어 Onechip RF Transmitter와 Receiver가 출시되고 있습니다. 가격과 생산성 면에서 경제적이긴 합니다만 RF의 필수 성능면에서는 많은 문제점들이 있습니다.

송신기의 경우 위상잡음과 인접채널 누설도를 만족하기 어려운 점이 있으며, 수신기의 경우 블록킹 현상과(강전계에서 LNA가 포화되어 수신감도가 극히 저하되는 현상) 채널선택도가 저하되는 문제를 해결하기 어렵습니다. 수신기의 이러한 현상을 개선할 수 있는 방법은 Super heterodyne 방식의 RF를 구성하는 것입니다. Super heterodyne 방식의 이점은 다음과 같습니다.

 첫째로, 수신감도의 개선입니다. 주파수를 여러번 바꾸어 필터링을 하면 할 수록 감도의 개선효과가 있기 때문입니다.

 둘째로, 선택도의 개선입니다. 주파수를 바꾸어 필터링하는 과정에서 자기주파수와 인접하는 주파수가 점점 줄어드는 효과가 있기 때문에 자기채널의 선택도가 개선됩니다.

[ 채널선택도(Channel Selectivity)란 무었인가 ]

 선택도란 원하는 주파수대역만 정확하게 골라낸다는 의미를 말하는 것이고, 이렇게 주파수를 선택하는 필터(공진)회로의 Q와 직접적으로 관련이 있습니다.  또한 Q는 주파수가 낮을수록 지수를 높일 수 있는 특징이 있습니다.

IF가 사용되는 큰 이유는 바로 선택도(selectivity) 때문입니다.  자기가 원하는 주파수 채널만 정확하게 골라내는 능력이 바로 선택도입니다.즉, IF 주파수를 낮게하는 이유가 바로 Q를 높게 유지할 수 있기 때문입니다. 선택도를 향상시키기 위해 낮은 주파수로 필터(Filter)를 제작합니다. 더블컨버젼방식의 경우 제1 IF 주파수는 국제적으로 표준으로 인식되는 21.4MHz 나 10.7MHz를 사용하고 제2 IF는 455kHz를 사용합니다. 이 중에서 채널선택도에 직접적인 영향을 주는 필터는 제2 IF 필터입니다.

이런 IF 필터는 자기주파수를 통과시키고 인접한 다른주파수는 걸러내는 특성을 가지고 있지만, 이상적인 필터는 없으므로 자기주파수가 통과하는데도 손실이 있으며(Insertion Loss라 통칭함) 인접한 다른주파수도 걸러내는(Attenuation이라 통칭함)데 기술적인 한계를 갖고 있습니다.

일반적으로 사용하는 제2 IF 필터의 Insertion Loss와 Attenuation은 다음과 같습니다.

  

 위의 표와 그림에서 보는 바와 같이 Selectivity는 약40dB를 만족한다고 명시되어있습니다.

[ 선택도에 따른 인접채널간 영향 ]

 그럼, 이 선택도를 가진 수신기는 어느정도 영향을 받는가를 예를 들어 설명합니다.
위 필터만으로 구현할 수 있는 선택도 40dB입니다. 그러므로 인접채널을 걸러내는 능력 또한 40dB가 되는 것입니다.
이 이유로 자기가 원하는 채널주파수보다 40dB 이상 높은 전계강도가 수신된다면 자기채널을 수신하는데 방해를 받을 수 밖게 없습니다.
이 현상은 위에서 언급한 블록킹현상과는 뚜렷한 차별성을 보입니다.
실제 제품으로 채널이 인접하게 다른 두 대의 송신기와 두 대의 수신기로 시험해볼 수 있습니다.
인접한 채널을 사용하는 송신기가 자기채널의 수신기와 근접하여 지속적인 송신을하고 있고, 자기채널의 송신기는 상대적으로 먼 거리(안테나손실과 자유공간 손실의 합이 40dB 이상되는 지점)에 있다면, 자기 채널을 선택할 수 있는 범위를 초과하게되어 정상적인 수신을 못하게 됩니다.

[ 채널간 간섭을 효과적으로 피하는 방법 ]

 아쉽게도 인접채널의 영향을 전혀 받지 않는 수신기는 존재하지 않습니다. 다만 그 정도를 줄일 수 있을 뿐입니다. 다수의 필터를 종속결합하여  차수를 증가시키고 스커트 특성을 개선할 수 있습니다. 이 경우엔 제품의 부피가 커지고 원가 상승의 단점이 있습니다.

 또 다른 방법으로, 사용하는 제품이 Super heterodyne 방식의 수신기라면 제품을 사용하는데 있어서 자기채널 수신기와 상대채널 송신기간 최소이격거리를 유지함으로서 선택도 저하 현상을 제거할 수 있습니다.
제품의 수신감도의 따라서 미미한 차이가 있지만, 상대채널의 송신기가 자기채널의 수신기와 지나치게 근접하지만 않는다면 선택도가 극심하게 저하되는 현상은 막을 수 있습니다.
참고로, 위 필터 특성의 제품으로 필드시험을 한 결과 가시거리 기준으로 최대통신거리의 약 1/250 지점 이내로 아주 근접할 때에만 선택도가 저하되는 현상을 확인하였습니다.
예를들어 가시거리 기준 최대통신거리가 250m 인 통신시스템에서 선택도를 저하시키는 권장 최소 이격거리는 1m 이며, 최대통신거리가 2.5km 인 통신시스템에서는 권장 최소 이격거리가 10m가 됩니다.