KR100214454B1 - 고주파 상쇄회로 - Google Patents

Abstract

고주파 회로에 관한 것으로, 특히 두 개의 단자로 입력되는 고주파신호의 동위상을 상쇄하여 출력하는 고주파 신호 상쇄회로를 제공하고자 한다. 상기 고주파 상쇄회로는 임의의 제1주파수와 상기 제1주파수를 포함하여 가지는 제2주파수를 각각 입력하기 위한 제1, 제2스트립선로와, 상기 제1 및 제2 스트립 선로들의 각각에 형성된 제1스터브들의 일측에 각각 접속된 제1, 제2저항과, 고주파 회로의 중심주파수 위상각 180도에 해당하는 길이를 가지고 상기 제1, 제2저항의 타측 사이에 접속된 동위상 신호 제어 스트립 선로와, 상기 제1, 제2 스트립 라인에 각각 형성된 제2스터브들에 접속되며, 상기 제2스터브를 통한 신호를 상기 출력 스트립 선로를 통해 외부로 출력하는 발룬 및 상기 발룬과 그라운드 사이에 접속되며 상기 발룬을 통하는 중심주파수를 조정하는 가변 캐패시터를 포함하여 구성된다.

Description

고주파 상쇄회로

본 발명은 고주파(Radio frequency) 회로에 관한 것으로, 특히 두 개의 단자로 입력되는 고주파신호의 동위상을 상쇄하여 출력하는 고주파 신호 상쇄회로에 관한 것이다.

통상적으로, 고주파 상쇄회로라 함은 두 개의 입력단자와 하나의 출력단자를 가지고 상기 두 개의 입력단자로 같은 위상이 같은 주파수 성분의 신호가 입력되는 경우 그 값을 제거하는 회로로서, 입력으로는 일반적으로 같은 전력과 위상을 가진 신호가 두 개의 입력단자에 포함된 상태로 입력된다. 이러한 고주파 신호 상쇄회로는 피드포오드(feedforward) 방식을 이용하는 선형화기(linearlizer)의 콜렉션 증폭기(correction amlifier)로 입력되는 신호를 만드는 소자로서 입력 케리어신호(carrier)를 상쇄시키고, IMD(Intermodulation) 신호만을 남게하는 회로등에 이용된다.

도 1은 위상변환회로를 이용한 종래의 고주파 상쇄회로도를 도시한 것이다. 도 1중, 참조부호 12와 14는 제1, 제2위상변환기로서 각각의 입력단자로 입력되는 주파수신호 Vina, Vinb의 위상을 미리 설정된 위상 만큼 천이(shift)하여 출력한다. 이와 같은 제1, 제2위상변환기 12, 14등은 세이지 라인(sage line) 혹은 90°브렌치 라인 방향 결합기(90°branch line directional coupler)등을 이용하여 동일한 전송선로의 길이에서 전달단자와 결합단자에 한쪽회로는 단락, 다른 회로는 개방하여 용이하게 구현할 수 있다. 상기 제1, 제2위상변환기 12, 14의 출력단자들은 두 입력을 결합하여 하나의 단자로 출력하는 동위상 전력결합기 18에 접속되며, 상기 전력결합기의 입력은 저항 16의 양측에 접속되어 있다.

도 1과 같은 회로의 동작을 간략하게 설명하면 하기와 같다.

지금, 도 1과 같이 구성된 고주파상쇄회로의 두 입력단자로 입력되는 고주파 신호를 Vina, Vinb라하고, 상기 고주파신호 Vinb는 고주파신호 Vina중 몇 개의 주파수 성분에서 같은 세기와 위상을 갖는다고 가정하면, 이는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 1]

단, 상기 수학식 1에서 α와 β는 정수 1, 2, 3,,.이다.

상기 수학식 1과 같은 신호가 각각의 입력단자로 입력되면, 상기 제1, 제2위상변환회로 12, 14는 입력되는 신호를 각각 0°및 180°시프트하여 하기 수학식 2와 같은 주파수신호 Vina'와 Vinb'를 출력한다.

[수학식 2]

단, 상기 수학식 1에서 α와 β는 정수 1, 2, 3,,.이다.

상기 수학식 2와 같이 위상 시프트된 고주파수 신호 Vina'와 Vinb'의 신호는 위상차가 180°의 상태로 동위상 전력 결합기 18에 입력된다. 따라서, 상기 수학식 2와 같은 두 고주파수신호중 주파수 성분은 전력이 ½로 감소된 상태로 출력단자 Vout로 출력된다. 이때, 하나의 입력단자으로만 입력되는 신호는 동위상 전력 결합기 18의 입력저항 16에서 입력되는 신호의 값을 ½ 소모하게되어 상기 동위상 전력 결합기 18의 출력 Vout는 수학식 3과 같이 된다.

[수학식 3]

그러나, 상기 도 1과 같이 위상변환회로를 이용하는 종래의 회로는 매우 복잡하여 구성이 용이하지 않고, 부피가 커 콤팩트하게 구현할 수 가 없는 문제가 있어왔다.

도 2는 트랜스포머를 이용한 종래의 또다른 고주파 상쇄회로도를 나타낸 것이다. 도 2와 같이 트랜스포머 20를 이용한 상세회로는 트랜스포머 20의 일차권선 22의 두 입력단자를 통하여 두 고주파신호 Vinx, Viny를 입력하고, 이차측권선 24를 통하여 출력신호 Vout를 얻도록 되어 있다. 이때, 상기 일차측권선 22의 중간탭(Tap)은 저항 26을 통하여 접지되어 있다.

도 2와 같이 구성된 회로의 트랜스포머 20의 일차측권선 22의 양단에 동일 신호 성분의 고주파 신호 Vinx, Viny가 입력되면, 상기 두 고주파신호중에서 동일신호성분들의 입력은 180도의 위상차가 되어 서로 상쇄되고, 다른 성분의 신호들의 전력은 ½로 감소되어 출력단자 Vout로 출력된다. 그러나, 도 2와 같은 종래의 또다른 고주파신호 상쇄회로는 저주파에서는 양호하게 동작되나, 마이크로 웨이브와 같은 고주파신호에서는 사용될 수가 없는 문제가 있었다.

또한, 도 1과 도 2와 같은 종래의 고주파신호 상쇄회로들은 회로 동작의 중심 주파수로부터 벗어난 주파수신호가 입력되면 튜닝의 거의 불가능한 문제점이 발생하여 이용하는데 많은 불편함이 있어왔다.

내용없음

도 1은 위상변환회로를 이용한 종래의 고주파 상쇄회로도.

도 2는 트랜스포머를 이용한 종래의 또다른 고주파 상쇄회로도.

도 3은 본 발명에 따른 고주파 상쇄회로도를 나타낸 도면.

도 4는 제3도에 도시된 고주파 상쇄회로의 동일신호 입력시의 등가적 회로도를 도시한 도면.

따라서, 본 발명의 목적은 고주파회로에서 간단하게 제작될 수 있고, 동일신호성분의 상쇄 효율을 증대시킨 고주파 상쇄회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 입력되는 고주파수의 중심주파수를 용이하게 조절할 수 있도록 한 고주파 상쇄회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 비교적 낮은 주파수 및 마이크로 웨이브에서도 안정된 동작을 할 수 있는 고주파 상쇄회로를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고주파 상쇄회로에 있어서, 임의의 제1주파수와 상기 제1주파수를 포함하여 가지는 제2주파수를 각각 입력하기 위한 제1, 제2스트립선로와, 상기 제1 및 제2 스트립 선로들의 각각에 형성된 제1스터브들의 일측에 각각 접속된 제1, 제2저항과, 고주파 회로의 중심주파수 위상각 180도에 해당하는 길이를 가지고 상기 제1, 제2저항의 타측 사이에 접속된 동위상 신호 제어 스트립 선로와, 상기 제1, 제2 스트립 라인에 각각 형성된 제2스터브들에 접속되며, 상기 제2스터브를 통한 신호를 상기 출력 스트립 선로를 통해 외부로 출력하는 발룬과 상기 발룬과 그라운드 사이에 접속되며 상기 발룬을 통하는 중심주파수를 조정하는 가변 캐패시터를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 일실시예의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

도 3은 본 발명에 따른 고주파 상쇄회로도를 나타낸 도면이다. 도 3에서, 참조번호 32와 34는 제1주파수 Vin1과 제2주파수 Vin2를 입력하기 위한 제1 및 제2스트립 선로이다. 상기 제1 및 제2 스트립선로 32, 34들 각각은 통상과 같이 소정의 폭을 가지고 유전체 기판상에 형성되는 것으로, 최종단의 좌우측 각각에 제1스터브들 36, 38 및 제2스터브들 40, 42이 형성되어 있다. 상기 제1스터브들 36, 38들에는 50Ω의 크기를 갖는 칩저항 R1, R2의 일측이 접속되며, 제2스터브들 40, 42은 발룬 46의 전송선과 실드선에 각각 접속되어 있다. 이때, 상기 저항 R1, R2의 타측에는 입력 주파수의 중심주파수의 위상각 180도에 해당하는 길이를 갖는 동위상 신호 제어 스트립 선로 44의 양끝단이 접속되어 있다. 상기 동위상 신호 제어 스트립 선로 44는 상기 중심 주파수의 90도에 해당하는 길이의 선로가 서로 대칭되는 구조를 갖는다. 그리고, 상기 발룬 46의 전송로는 신호를 외부로 출력하는 스트립선로 48에 접속되며, 중심주파수를 가변하기 위한 가변 캐패시터 50가 상기 발룬 46의 왼쪽 끝에 접속되어 있다.

도 4는 제3도에 도시된 고주파 상쇄회로의 동일신호 입력시의 등가적 회로도를 도시한 것이다. 즉, 제1, 제2 스트립 선로 32, 34로 입력되는 제1, 제2주파수신호 Vin1, Vin2의 성분이 동일하게 입력될 때 제1, 제2저항 R1, R2측이 단락되고, 중심 주파수의 위상각 90도에 대응하는 길이가 개방되는 동위상 신호 제어 스트립 선로의 상태를 설명하기 위한 것이다.

상기한 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 고주파 상쇄회로의 동작을 설명하기에 앞서, 제1주파수 Vin1이 제2주파수 Vin2의 주파수 성분 이외 다른 주파수 성분까지 있는 입력이라고 가정하여 설명하기로 한다.

지금, 제1, 제2주파수 Vin1, Vin2가 제1, 제2 스트립 선로 32, 34로 입력되면 상기 입력되는 두 주파수중 동일 주파수 성분에 대해서 동위상 신호 제어 스트립 선로 44의 a점은 가상적으로 개방된다. 그리고, 상기 동위상 신호 제어 스트립 선로 44의 a점을 기준으로 하여 중심주파수의 위상각 90도에 해당하는 길이의 종단인 각 b점은 상기 제1, 제2 주파수 Vin1, Vin2의 동일성분은 가상적으로 단락된다. 이를 등가적인 도면으로 나타내면 도 4와 같이 된다.

제1, 제2 스트립 선로 32, 34로 입력되는 제1, 제2주파수 Vin1, Vin2가 동일 전력의 세기와 동일 성분의 위상을 갖는다면 도 4와 같은 회로의 구성에 의해 발룬 46 방향으로의 입력이 없이 50Ω의 크기를 갖는 제1, 제2저항 R1, R2를 통해 소모되어 출력 스트립 선로 48로의 출력신호 Vout는 없게된다. 만약, 동일 신호성분이 발룬 46의 전송로 및 실드선으로 입력되어진다 하더라도 상기 발룬 46의 전송로를 통해 출력되는 신호 Vout는 0로 된다.

한편, 제2주파수 Vin2에 없는 제1 주파수 Vin1의 신호성분의 값들은 동위상 신호 제어 스트립 선로 44의 a점에서 가상적인 단락지점으로 되며, 중심주파수의 위상각 90도에 해당하는 b점에서 가상적인 개방지점으로 된다. 이와 같은 동작에 의해 제1, 제2 스트립 선로 32, 34들의 제1스터브 36, 38에 각각 접속된 제1, 제2저항 R1, R2들의 타측이 개방된 상태로 된다. 따라서, 상기 제1, 제2 스트립 선로 32, 34로 서로 다른 성분의 주파수 신호들 Vin1, Vin2가 입력되면 제1, 제2저항 R1, R2의 저항의 손실 없이 각각의 제2스터브들 40, 42을 통해 발룬 46의 전송로와 실드선으로 공급된다. 따라서, 한쪽 경로에만 존재하고 있는 신호에 대해서는 전력이 ½로 감소된 상태로 출력된다. 상기와 같은 동작에 의해 전송 스트립 선로 48로부터 출력되는 신호 Vout는 크기와 위상이 같은 신호성분은 상쇄시키고, 한쪽 경로에만 존재하고 있는 신호에 대해서는 전력이 반이 감소한 상태로 출력되게 된다.

상기 발룬 46의 외곽표시와 그라운드 사이에 접속된 가변 캐패시터 50는 발룬 46의 크기를 작게할 수 있고, 또한 제작된 상쇄회로의 중심주파수가 바뀌었을 경우 용량을 가변함에 의해 중심주파수의 값을 튜닝하는 기능을 갖는다. 이러한 중심주파수의 튜닝에 의해 보다 넓은 주파수 대역에서 사용할 수 있는 이점을 가진다.

상술한 바와 같이 본 발명은 스트립 선로를 이용한 고주파 상쇄회로를 제공함으로써 제작을 비교적 간단히 할 수 있고, 중심 주파수의 조절이 가능함으로써 넓은 주파수 대역에서 이용이 가능하게된다. 또한, 두 개의 입력단자로 입력되는 동일 성분의 고주파수에 대하여 상쇄 양이 매우 커 양호한 효율을 갖는다.

Claims (2)

1. 고주파 상쇄회로에 있어서,

   임의의 제1주파수와 상기 제1주파수를 포함하여 가지는 제2주파수를 각각 입력하기 위한 제1, 제2스트립선로와,

   상기 제1 및 제2 스트립 선로들의 각각에 형성된 제1스터브들의 일측에 각각 접속된 제1, 제2저항과,

   고주파 회로의 중심주파수 위상각 180도에 해당하는 길이를 가지고 상기 제1, 제2저항의 타측 사이에 접속된 동위상 신호 제어 스트립 선로와,

   상기 제1, 제2 스트립 라인에 각각 형성된 제2스터브들에 접속되며, 상기 제2스터브를 통한 신호를 상기 출력 스트립 선로를 통해 외부로 출력하는 발룬으로 구성됨을 특징으로 하는 고주파 상쇄회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 발룬과 그라운드 사이에 접속되며 상기 발룬을 통하는 중심주파수를 조정하는 가변 캐패시터를 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 고주파 상쇄회로.