KR100191431B1 - 제3차 고조파항의 영향을 줄인 스펙트럼 분석 장치및방법 - Google Patents

제3차 고조파항의 영향을 줄인 스펙트럼 분석 장치및방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스펙트럼 분석기에 관한 것으로써, 스펙트럼 분석기를 이용한 분석에서 흔히 발생하는 제3차 고조파항로 인해 야기되는 측정치의 비정확성을 해결하기 위해서 고조파항을 감쇄시켜 측정기의 정확성을 유지시키는 장치로, 스펙트럼 분석기내에서 혼합기의 포화로 인한 제3차 고조파항이 발생하며 불필요한 신호를 감소시키는 것으로 전자 측정기술의 분야에 적용될 수 있고 종래 기기의 국부 발진기에서 제3차 고조파와 그 이상의 고조파항의 영향을 줄이기 위한 고조파 제거부를 부여하여 종래에 국부발진기에서 발생되던 ω2의 고조파항을 제거하여 신호를 충실하게 수신할 수 있도록 하였고, 일반적인 DUT의 측정시 불필요한 고조파항의 신호를 억제하여 사용하므로 신호의 신뢰도가 높고 정밀한 수치를 사용자에게 제공할 수 있는 이점이 있다.

Description

제3차 고조파항의 영향을 줄인 스펙트럼 분석 장치 및 방법
제1도는 종래의 스펙트럼 분석장치의 구성도.
제2도는 고조파항의 영향을 줄인 스펙트럼 분석장치의 구성도.
제3도는 제2도의 선로상에 ①, ②, ③, ④지점에서 나타나는 신호의 파형도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 라디오 주파수(RF)수신기 2 : 감쇄기
3 : 혼합기 4 : 국부 발진기
5 : 증폭기 6 : 공진 밴드패스필터(BPF)
7 : 검출기 8 : 표시부
9 : 스위프(Sweep) 10 : 고조파 제거부
11 : 라디오 신호 국부 발진기 12 : 제1지연기
13 : 제1위상 반전기 14 : 제1커플러
15 : 파워 컨바이너 16 : 제2위상 반전기
17 : 오차 증폭기 18 : 제2지연기
19 : 제2커플러
본 발명은 스펙트럼 분석기에 관한 것으로써, 스펙트럼 분석기를 이용한 분석에서 흔히 발생하는 제3차 고조파항으로 인해 야기되는 측정치의 비정확성을 해결하기 위해, 고조파항을 감쇄시켜 측정기의 정확성을 유지시키는 장치로 전자 측정 기술의 분야와 같은 정밀 측정분야에 적용될 수 있다.
종래에 사용되는 스펙트럼 분석기의 경우 그 입력이 상당히 큰 경우에는 스펙트럼 분석기내에 존재하는 혼합기를 포화 상태로 이끌게 되므로 혼합기 내부의 제3차 고조파항을 발생시켜서 스퓨리어스(Spurious)측정을 할 때에 검출되는 파형이 실험할 장치(Device Under Test : 이하 DUT라 칭한다.)내부에서 발생한 스퓨리어스(Spurious)신호가 아니라 혼합기에서 생성된 신호이므로, 스펙트럼 분석기장치에서 측정된 결과는 정확성이 결여되어 있고, 라디오-주파수(이하 RF라 칭한다.)수신단에서 RF의 신호 전력이 높아 혼합기를 통해 신호를 처리하는 과정에서 혼합기에 무리를 주지 않기 위해 진폭을 낮추어 측정하기 때문에, 혼합기를 통해 RF의 진폭이 낮아진 결과로 RF에서 고조파항이 발생하고, 국부 발진기에서 발생시킨 주파수의 고조파항이 발생되어 혼합기를 통해 혼합되면서 국부 발진기에서 발생된 신호가 원파형(RF신호)에 더해져서 잡음으로 작용하게 되므로 신호의 왜곡이 발생한다.
이하 도면을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.
제1도는 종래의 스펙트럼 분석기장치의 구성도로써 RF 수신기(1)에서 수신된 신호는 감쇄기(2)에서 진폭 감쇄되어 혼합기(3)에 연결된 국부발진기(4)에서 발생된 주파수와 혼합되어 증폭기(5)에서 증폭한 뒤에 밴드패스필터(6;Band Pass Filter : 이하 BPF라 칭한다.)에서 필요한 대역폭의 주파수만을 통과시킨 후 신호 검출기(7)에서 신호를 분석하여 표시부(8)로 보내고, 국부발진기(4)에서 발생된 신호를 바탕으로 스위프(9)에서 동작 책무하도록 하여 표시부(8)와 동기화시킨다.
그러나, 상기와 같은 종래의 스펙트럼 분석기장치는 국부발진기(4)에서 발생한 파형의 고조파항에 대한 처리가 없이 RF신호의 고조파항과 국부발진기의 고조파항이 혼재되어(ω1을 RF수신부로 입력된 주파수라하고 ω2를 국부발진기에서 입력되는 신호라할 때) ..., 2ω1-ω2, ω1-ω2, ω1-2ω2, ... 등의 형태로 고조파항이 많이 발생되어 전송되므로 신호의 정확도가 떨어져 정밀측정을 위한 장치에 사용할 경우 신호의 왜곡으로 인한 오차가 크게 생성된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결코저 종래 기기에 제3차 고조파와 이 이상의 고조파로 생성될 수 있는 고조파항의 영향을 줄이기 위한 고조파 제거부를 부여하여 일반적인 DUT의 측정시 불필요한 고조파항의 신호를 억제하여 사용하므로 신호의 신뢰도가 높고 정밀한 수치를 사용자에게 제공할 수 있다.
이하 도면을 참조로 상세히 설명하면 다음과 같다.
제2도는 고조파항의 영향을 줄인 스펙트럼 분석기장치의 구성도로써 제1도의 구성부분의 증폭기(5)와 BPF(6)의 연결부분에 고조파 제거부(10)를 부여한 장치이며, 상기 BPF(6)의 기능은 제1도와 같지만 역할에 있어서 고조파 제거부(10)의 영향을 받으므로 공진 BPF(6)라 칭한다.
상기의 고조파 제거부(10)는 라디오 국부 발진기(11)에서 발생된 신호를 제1지연기(12)에서 지연을 하고 제1위상 반전기(13)를 통해 주파수의 위상을 180°반전시켜서 제1커플러(Coupler)(14)에서 셈플링(Sampling)된 신호와 함께 파워 컨바이너(15)로 보내어 제2위상 반전기(16)를 통해 180°로 위상을 반전하여 오차 증폭기(17)로 보내어 진폭을 맞추어 주고, 제1커플러(14)에서 보낸 신호가 제2지연기(18)를 지나면서 출력 지연을 수행하도록 하여 제2커플러(19)에서 출력을 조합하여 스위치(20)을 통해 접속되고, 스위치(20)는 오프 됐을 경우에서는 초기 상태로 상태변이를 하고 온 됐을 경우(a)에는 온(on)의 형태가 되어 표시부(8)에는 스펙트럼 분석된 파형을 표시부(8)에 도시한다.
상기의 공진 BPF(6)에 통과시키기전에 고조파 제거부(10)에서, 라디오 신호 국부 발진기(11)에서 출력된 신호(ω3)는 ω1-ω2=ω3의 형태로 혼합기(3)에서 내보내는 중간 주파수(Intermediate Frequency : 이하 IF라 칭한다.)와 같게 생성하도록 하여 제1지연기(12)로 보내면 제1지연기(12)에서는 입력되는 신호를 지연하여 제1위상 반전기(13)으로 전송하여주며, 이 전송된 신호는 -180°위상이 반전이 되어 셈플링하는 제1커플러(14)를 통해 파워 컨바이너(15)로 들어오는 신호와 혼합하여 주파수의 위상이 -180°차이나는 신호의 진폭은 서로 상쇄되도록 하며, 파워 컨바이너(15)에서 상쇄되고 난후에 잔류 신호(국부 발진기에서 생성된 ω2의 고조파가 RF신호 ω1에 부가되어 생긴 오차 성분: 이하 오차 성분이라한다.)가 제2위상 반전기(16)으로 진행하여 잔류 주파수를 재차 180°위상 반전을 시켜 오차증폭기(17)에서 증폭하여 스위치를 통해 제2지연기(18)를 진행하던 IF신호와 제2커플러(19)에서 혼합상쇄되어 -180°위상차가 발생하는 주파수에 대한 오차폭만큼 진폭상쇄를 하여줌으로 고조파항을 없앤 후에 전송하여 공진 BPF(6)에서 필터링하여 표시부(8)로 전송하여 스펙트럼을 보인다.
고조파 제거부(10)는 혼합기(3)에서 발생한 제3차 고조파항을 감소시키기 위해 캐리어(반송파 : Carrier)성분을 제외한 주파수 성분의 위상을 반전시켜서 원래의 주파수 성분과 합하여 그 값들을 줄이는 방법으로 혼합기(3)의 포화상태에서도 제2차 및 그 이상차수의 주파수 성분을 삭제시키는 장치이다.
제3도는 제2도의 선로상에 ①, ②, ③, ④지점에서 나타내지는 신호의 파형도로써 ①지점의 신호는 측정하고자 하는 RF주파수와 스펙트럼 분석기의 국부 발진기(11)에 의해 IF(ω1-ω2)로 변환된 주파수 성분과 함께 혼합기(3)의 포화상태에 의한 고조파항들이 증폭기(5)에 의해 증폭된 신호이며, 이 신호는 스위치가 오프(off)되어 있을 때 초기화 상태가 되어 스펙트럼 분석기에 의해 RF주파수 성분을 읽게 된다.
상기의 RF주파수를 이용해 스위치는 온 상태로 변하고 RF국부발진기에 의해 ω3의 주파수 성분을 형성하며, 이 신호는 다시 제1지연기(12)를 거쳐 위상은 -180°차를 갖는 신호를 생성한다. 따라서 ③번에는 ①번 신호의 고조파항과 진폭이 같고 위상만 반전된 오차 성분들만을 뽑아낼 수가 있다.
스위치를 지나는 신호가 출력단의 파워 컨바이너에 의해 두 신호가 합쳐지므로 발생된 오차에 대해 재차 상쇄되어 출력되는 신호는 충실한 신호만을 재생하여 표시부에 재생시킨다.
상기의 발명은 국부발진기에 고조파 제거부를 부여하여 종래에 국부발진기에서 발생되던 ω2의 고조파항을 제거하여 신호를 충실하게 수신할 수 있도록 하였다.

Claims (2)

  1. RF신호를 국부발진 후 공진 BPF시켜 주파수를 검출 및 디스플레이시키는 스펙트럼 분석기에 있어서, 스펙트럼 분석기내의 혼합기(3)와 공진 BPF(6)간에 고조파를 제거하는 고조파 제거부(10)를 부가하고, 상기 고조파 제거부(10)는 혼합기(3) 출력을 샘플링하는 제1커플러(14) 및 위상지연시키는 제2지연부(18)와, 라디오 신호 국부 발진기(11)의 RF주파수에서 국부발진 주파수를 뺀 주파수를 지연시키는 제1지연기(12), 상기 제1지연기(12) 출력을 -180°위상 반전시키는 제1위상반전기(13), 상기 제1위상반전기(13) 출력과 제1커플러(14) 샘플 주파수를 결합시키는 파워 컴바이너(15), 상기 파워컴바이너(15)의 출력을 -180°위상 반전시키는 제2위상 반전기(16), 상기 제2위상 반전기(16) 출력을 증폭기(5)에서 증폭시켜 스위칭하는 스위치(20), 상기 스위치(20) 온(on)시 제공하는 제2위상반전기(16)의 출력주파수와 제1커플러(14) 통과하여 위상지연 주파수를 결합시켜 공진 BPF(6)로 출력케하는 제2커플러(19)로 구성됨을 특징으로 하는 제3차 고조파항의 영향을 줄인 스펙트럼 분석 장치.
  2. 국부 발진기의 파형(ω2)과 RF수신단의 신호(ω1)를 혼합기에서 혼합하여 전송한 IF(ω1-ω2)와, 별도의 파형(ω1-ω2)을 -180°위상 반전시켜 전송한 IF를, 혼합하여 고조파항을 상쇄한 후에 남은 잔류 신호(오차 성분)를 재차 -180°위상 반전시켜, 이 반전된 신호와 기존의 IF신호를 혼합기에서 혼합상쇄하여 RF에 신호 왜곡 성분으로 작용하는 국부 발진기에서 생성되는 고조파를 억제하므로써 정확한 측정치로 RF신호를 분석해 주는 것을 특징으로 하는 제3차 고조파항의 영향을 줄인 스펙트럼 분석 방법.
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