송수 전환기

송수 전환기 또는 듀플렉서(duplexer)는 단일 경로를 통해 양방향(이중통신) 통신을 허용하는 전자 장치이다. 레이더 및 무선 통신 시스템에서, 이는 수신기를 송신기로부터 분리하면서 공통 안테나를 공유하도록 허용한다. 대부분의 무선 중계기 시스템에는 송수 전환기가 포함된다. 송수 전환기는 주파수(종종 도파관 필터), 편파(예: 직교모드편파분리기), 또는 타이밍(레이더에서 일반적)을 기반으로 할 수 있다.^[1]

유형

송수신 스위치

TR 이중 스위칭

레이더에서, 송수신(TR) 스위치는 송신기와 수신기를 공유 안테나에 번갈아 연결한다. 가장 간단한 배열에서, 스위치는 수신기 입력 단자 전체에 걸쳐 기체 방전관으로 구성된다. 송신기가 활성화되면, 결과적으로 발생하는 고전압은 튜브가 전도하게 하여 수신기 단자를 단락시켜 보호하며, 그 보완적인 안티-송수신(ATR) 스위치는 송신기가 작동하지 않을 때 안테나로부터 분리하여 수신된 에너지를 낭비하지 않도록 하는 유사한 방전관이다.

서큘레이터

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하이브리드

매직 T와 같은 하이브리드는 네 번째 포트를 정합 부하로 종단함으로써 송수 전환기로 사용될 수 있다.^[2] 이 배열은 송신기 전력의 절반이 정합 부하에서 손실되고, 부하의 열 잡음이 수신기로 전달되는 단점을 가진다.

직교모드편파분리기

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주파수 영역

무선 통신에서(레이더와 달리), 송신 및 수신 신호는 다른 주파수 대역을 차지할 수 있으므로 주파수 선택 필터에 의해 분리될 수 있다. 이들은 사실상 다이플렉서의 고성능 버전으로, 관련된 두 주파수 사이에 좁은 간격(상업용 양방향 무선 시스템의 경우 일반적으로 2%-5% 정도)을 가진다.

송수 전환기를 사용하면 고주파 및 저주파 신호가 송수 전환기의 공유 포트에서 반대 방향으로 이동한다.

현대의 송수 전환기는 종종 인접한 주파수 대역을 사용하므로 두 포트 사이의 주파수 분리도 훨씬 적다. 예를 들어, GSM 주파수 대역의 업링크와 다운링크 대역 사이의 전환은 약 1퍼센트(915MHz ~ 925MHz)일 수 있다. 송신기의 출력이 수신기의 입력을 과부하 시키는 것을 방지하기 위해 상당한 감쇠(격리)가 필요하므로 이러한 송수 전환기는 다중 극 필터를 사용한다. 송수 전환기는 일반적으로 30-50MHz("저대역"), 136-174MHz("고대역"), 380-520MHz("UHF"), 그리고 790-862MHz("800"), 896-960MHz("900"), 1215-1300MHz("1200") 대역에서 사용하도록 제작된다.

사용 중인 송수 전환기에는 두 가지 주요 유형이 있다 - "노치 송수 전환기"는 "원치 않는" 주파수에서 날카로운 노치를 나타내고 원하는 주파수의 좁은 대역만 통과시키며, "대역통과 송수 전환기"는 넓은 통과 주파수 범위를 가지고 높은 대역 외 감쇠를 가진다.

공유 안테나 사이트에서는 대역통과 송수 전환기 유형이 훨씬 선호된다. 이는 대역 외 송신 방출을 제거하고 수신기의 선택성을 상당히 향상시켜 송신기와 수신기 간의 간섭을 거의 제거하기 때문이다. 대부분의 전문적으로 설계된 사이트에서는 이러한 이유로 노치 송수 전환기의 사용을 금지하고 대역통과 송수 전환기를 고집한다.

상업용 19인치 랙 마운트 안테나 필터
격리 일반 >75dB
삽입 손실 일반 < 1.0dB

참고 1: 송수 전환기는 수신기와 송신기가 사용하는 진동수대역에서 작동하도록 설계되어야 하며, 송신기의 출력 일률을 처리할 수 있어야 한다.

참고 2: 송수 전환기는 수신 진동수에서 발생하는 송신기 잡음에 대한 충분한 제거를 제공해야 하며, 송신기와 수신기 사이의 진동수 분리에서 작동하거나 그 이하로 작동하도록 설계되어야 한다.

참고 3: 송수 전환기는 수신기 감도 저하를 방지하기에 충분한 격리를 제공해야 한다.

출처: 연방 표준 1037C

역사

최초의 송수 전환기는 전신에 사용하기 위해 발명되었으며, 송수 전환기라기보다는 이중 통신(duplex)으로 알려졌다. 이들은 하이브리드 코일의 초기 형태였다. 전신 회사들은 양방향 동시 통신 능력이 수천 마일의 전신선 비용을 절약할 수 있는 잠재력을 가지고 있었기 때문에 그러한 장치에 열심이었다. 이 장치 중 첫 번째는 1853년 오스트리아 국영 전신의 율리우스 빌헬름 긴틀에 의해 설계되었다. 긴틀의 디자인은 그리 성공적이지 못했다. 하노버의 카를 프리셴은 실제 선로의 균형을 맞추기 위한 인공 선로와 함께 추가적인 시도를 했으며, 프리셴의 디자인을 구매하고 수정한 지멘스 앤 할스케도 시도했다. 최초의 진정으로 성공적인 이중 통신은 1872년 보스턴의 조셉 바커 스턴스에 의해 설계되었다. 이것은 토머스 에디슨에 의해 4중 전신으로 더욱 발전되었다. 이 장치는 웨스턴 유니온이 새로운 전신선 건설 비용으로 연간 50만 달러를 절약했다고 추정된다.^[3][4]

레이더용 최초의 송수 전환기는 때때로 송수신 스위치로 불리며, 1936년 7월 미국 해군 연구소의 로버트 모리스 페이지와 레오 C. 영에 의해 발명되었다.^[5]