KR100272763B1 - 고주파 직변환 수신장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 고주파 수신장치 내의 복수의 발진기를 하나로 축소시키고 상기 발진기의 발진 주파수를, 수신되어 처리되는 입력신호의 주파수에 따라 가변설정되도록 하여 고주파 신호로 부터 중간대역 변환없이 바로 기저대역신호로 복조함으로써, 집적화가 가능하여 장치의 소형화를 꾀하고, 제작과정을 용이하도록 한 고주파 직변환 수신장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 고주파 직변환 수신장치는, 수신가능한 대역으로 여파되어 저잡음 증폭된 고주파 신호의 이득을 증가시키는 고주파 증폭기(20′); 상기 고주파 증폭된 신호의 주파수에 따라 발진 주파수를 달리하는 가변국부 발진기(300); 및 상기 고주파 증폭된 신호 및 발진 주파수 신호를 혼합하여 두 개의 직교변조신호(I,Q신호)로 복원하는 복조기(500); 및 상기 복원출력된 신호의 정합을 위한 각각의 버퍼(22,23);를 포함하여 구성되되, 상기 복조기(500)는 입력신호를 증폭하는 증폭기(12); 상기 증폭된 주파수 신호를 인가되는 전압에 의해 일정 레벨신호로 조정하는 이득보상기(21); 상기 일정 레벨신호의 전력이 균등하도록 상기 신호를 양방향 분배시키는 분배기(51); 상기 가변국부 발진주파수를 직교위상변이시키는 위상천이기(60); 및 상기 분배된 신호를 상기 직교위상변이된 제2국부발진 주파수와 혼합하는 혼합기(52,53);를 포함하여 구성되어, 제작비용을 줄이는 것은 물론, 장치가 간단하고 구성이 단순하여 단일클럭을 사용함으로 인해 집적화가 매우 용이한, 유용한 발명인 것이다.

Description

고주파 직변환 수신장치

본 발명은, 고주파 수신장치내의 발진기를 하나로 축소화한 고주파 직변환 수신장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 고주파 수신장치 내의 복수의 발진기를 하나로 축소시키고 상기 발진기의 발진 주파수를, 수신되어 처리되는 입력신호의 주파수에 따라 가변설정되도록 하여 고주파 신호로 부터 중간대역 변환없이 바로 기저대역신호로 복조함으로써, 집적화가 가능하여 장치의 소형화를 꾀하고, 제작과정을 용이하도록 한 고주파 직변환 수신장치에 관한 것이다.

통신의 발달로 개인의 단말기로 부터 위성 수신장치에 이르기까지 무선 수신장치의 사용은 급증하고 있으며, 특히, 개인 휴대통신에서 사용되고 있는 고주파 수신장치는 휴대통신의 성능척도라 할 만큼 아주 중요시되고 있다.

상기와 같이 중요성이 높아짐에 따라 수많은 개선과정을 거쳐 현재 상용화되어 있는종래의 고주파 수신장치는, 제1도에서와 같이, 수신장치가 수신할 수 있는 주파수의 범위를 결정하는 대역 여파기(10); 상기 대역여파된 신호의 잡음을 최소화하는 저잡음 증폭기(20); 상기 저잡음 증폭된 신호와 제1국부발진기(30)에서 발진된 신호의 주파수를 혼합하여 중간주파수(IF) 신호로 변환하는 제1혼합기(40); 상기 혼합결과 출력된 주파수 신호를, 제어인가되는 전압의 변화에 의해 이득을 가변시켜 일정레벨의 신호로 출력하는 이득보상기(21); 상기 이득가변된 신호로 부터, 일정대역외에 발생되는 잡음이나 외부 고조파 성분을 상쇄시키는 협대역 여파기(11); 상기 협대역 여파된 중간 주파수 신호와 동일한 고주파로 발진되는 제2국부발진기(31)의 발진신호를 혼합하여 I신호 및 Q신호로 각각 복원출력하는 복조기(50); 및 상기 복원출력된 신호의 정합을 위한 각각의 버퍼(22,23);를 포함하여 구성되되, 상기 복조기(50)는, 상기 협대역 여파된 신호를 다시 증폭하는 증폭기(12); 상기 증폭기(12)로 부터 증폭된 신호를 전력이 균등하게 양방향으로 분배하는 분배기(51); 상기 제2국부발진 주파수를 직교위상변이시키는 위상천이기(60); 및 상기 분배된 신호를 상기 직교위상변이된 제2국부발진주파수와 혼합하는 제2혼합기(52,53);를 포함하여 구성되어 있다.

제2도는, 상기와 같이 구성되는 종래의 수신장치에서의 주요 부분의 신호대역을 나타내는 스펙트럼으로서, 제2도의 스펙트럼을 참조하여 제1도의 수신장치의 동작을 설명하면, 먼저, 수신 안테나(R)를 통해 입력되는 고주파 신호는 다음 단에 연결된 대역 여파기(10)를 통해 수신장치가 수신할 수 있는 범위에 해당하는 주파수대의 신호(RF)만이 통과하게 된다. 제2도의 ㉠과 같은 스펙트럼을 갖는 상기 대역여파된 신호에는 자연히 잡음이 섞이게 되는데 이 잡음을 최소한으로 하기 위하여 신호 성분만을 증폭시키는 저잡음 증폭기(20)(LNA:Low Noise Amplifier)를 통과함으로써 잡음이 제거된 후, 상기 제1혼합기(40)에 입력된다.

한편, 상기 제1국부 발진기(30)는 상기 제1혼합기(40)에 입력된 신호를 중간 주파수 신호로 변환하기 위해, 중간 주파수 대역만큼 입력신호에 상대적으로 주파수 이격된 발진신호(LO-1)를상기 제1혼합기(40)에 인가한다. 즉 입력신호(RF)가 900㎒이고 중간 주파수 대역이 200㎒로 설정되어 있는 경우에는, 상기 제1국부 발진기에서 발진되는 주파수(제2도의 ㉡, LO-1)는 700㎒가 되어 상기 두 신호를 혼합하는 상기 제1혼합기(40)에 의해 상쇄출력되는 신호의 주파수는 중간 주파수 처리를 위한 신호대역인 200㎒ 대역의 신호가 된다.

상기와 같이 제1혼합기(40)를 통과한 신호는, 인가전압에 의해 이득이 가변되는 이득 보상기(21)를 통해 적절한 크기의 일정 레벨신호로 보상되고, 상기 중간 주파수신호(IF)를 포함하는 신호는 상기 협대역 여파기(11)를 통과하면서 제2도의 ㉢과 같이, 고조파 성분이 제거되고 순수 중간 주파수신호(IF)만이 출력됨으로써 주파수 특성이 향상되게 된다. 상기 협대역 여파된 신호가 상기 복조기(50)로 입력되면, 상기 입력되는 신호로 부터 기저대역의 신호를 추출하기 위하여 상기 제2국부 발진기(31)는 상기 중간 주파수신호(IF)와 동일하게 기 설정된 주파수 신호(제2도의 ㉣, LO-2)를 발진하게 되는데, 상기 발진된 신호는 상기 위상천이기(60)에 의해 두 개의 직교위상신호로 출력되게 되고, 상기 중간 주파수신호(IF)와 상기 각각 위상조정된 발진 주파수 신호는, 상기 복조기(50)내의 2개의 제2혼합기(52,53)에 의해 각각 혼합되어 직교위상변조된 기저대역의 신호(제2도의 ㉤)가 버퍼(22,23)를 거쳐, 기 변조방식에 의거하여 I신호 및 Q신호로 각각 정합출력되는 것이다.

그러나, 상기와 같이 구성되어 동작하는 종래의 수신장치는, 각기 발진 주파수가 상이한 발진기(VCO : Voltage Controlled Oscillator) 두개를 사용해야 하기 때문에 제품의 크기와 가격이 증대되어, 제작상 비용이 많이 들고 구성이 복잡해지는 문제점을 초래하게 되었다.

제1도의 고주파 수신장치와는 달리, 하나의 발진기만을 사용하는 제3도와 같은 수신장치도 제안된 바 있는데, 제3도의 종래 수신장치의 구성과 동작을 간단히 살펴보면, 먼저 그 구성은 입력되는 고주파 신호와 동일 주파수의 발진신호를 생성출력하는 발진기(31′); 상기 발진기(31′)의 발진신호와 입력되는 고주파 신호를 혼합하여 직접 기저대역신호를 출력하는 혼합기(40′); 및 상기 기저대역신호를 일정 레벨로 증폭하는 증폭기(12′);를 포함하여 구성되며, 그 동작은 수신되는 고주파 대역의 입력신호가 상기 혼합기(40′)를 통과하면서 직접 원하는 기저대역의 신호로 복조되게 되며, 제4도는 상기의 과정에 따라 신호가 복조되는 것을 주파수 스펙트럼으로 나타낸 것이다.

그러나, 제3도의 종래 수신장치는 구조가 매우 간단하여 가격의 절감과 회로면적의 감소라는 잇점이 있는 것이긴 하나, 입력되는 고주파 신호가 복조하기에는 너무 허약한 것이어서 수신하려는 주파수 이외의 다른 주파수도 수신하게 되어, 원하지 않는 신호도 기저대역신호로 변환되는 문제점이 있는 것은 물론, 국부 발진 주파수가 안테나에서 입력되는 신호와 주파수 정합이 이루어지지 않아 실제보다 허약한 국부 발진 주파수를 발진시키게 되고, 또한 국부 발진 주파수가 자체적으로 혼합기 입력단에 다시 입력되어 직류 오프셋(offset)이 발생하게 되는 등의 많은 문제점을 내포하고 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 두개의 발진기를 하나로 축소하되 원하는 신호대역만을 정확하게 복조하는 고주파 직변환 수신장치를 제공하는 데 그 목적이 있는 것이다.

제1도는 종래의 고주파 단일변환(single conversion) 수신장치의 구성도이고,

제2도는 제1도의 주요 부분별 신호특성을 나타내는 스펙트럼을 도시한 것이고,

제3도는 종래의 고주파 직변환(direct conversion) 수신장치의 구성도이고,

제4도는 제3도의 주요 부분별 신호특성을 나타내는 스펙트럼을 도시한 것이고,

제5도는 본 발명에 따른 고주파 직변환 수신장치의 구성도이고,

제6도는 본 발명에 따른 고주파 직변환 수신장치에서의 복조기의 상세 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 대역 여파기 11 : 협대역 여파기

12,12′ : 증폭기 20 : 저잡음 증폭기

20′ : 고주파 증폭기 21 : 이득 보상기

22,23 : 버퍼 30,300 : 가변 국부 발진기

31,31′ : 고정 국부 발진기 40,40′,52,53 : 혼합기

50,500 : 복조기 51 : 분배기

60 : 위상 천이기

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고주파 직변환 수신장치는, 입력되는 고주파 신호를 대역통과시키는 여파수단; 상기 대역통과되는 신호를 저잡음 증폭하는 증폭수단; 상기 증폭되는 신호의 주파수에 위상동기되어 가변발진하는 발진수단; 및 상기 발진수단의 가변되는 발진 주파수에 의해, 상기 증폭된 신호로 부터 위상변조신호를 복조하는 복조수단;을 포함하여 구성되되, 상기 복조수단은, 인가되는 전압에 의거하여 상기 증폭된 신호의 레벨이 일정하도록 증폭 이득이 가변되는 이득조정수단; 상기 가변되는 발진 주파수의 신호를 두 개의 직교위상신호로 위상변이하는 위상변이수단; 및 상기 이득조정된 고주파 신호로 부터 상기 직교위상의 발진 주파수를 혼합하여, 두 개의 직교위상변조신호로 분리 복원하는 분리수단;을 포함하여 구성되는 것에 특징이 있는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고주파 직변환 수신장치에서는, 먼저, 여파수단에 의해 수신 안테나를 통해 입력되는 고주파 신호 중 수신가능한 대역범위의 신호만을 수신여파하게 되고, 상기 여파된 신호는 상기 증폭수단을 통해 신호내에 포함되어 있는 저잡음 신호성분이 제거되어 신호성분만이 증폭되게 된다. 상기 저잡음 증폭된 신호는 분리수단 및 발진수단에 동시에 각각 인가되는데, 먼저, 발진수단에서는 상기 인가되는 신호의 주파수에 동기되는 동일 주파수의 발진이 이루어지고, 상기 발진된 주파수 신호는 위상변이수단에 의해 두 개의 직교위상신호로 위상변이되어 상기 분리수단에 인가되고, 상기 분리수단은 인가된 상기 위상변이된 발진신호와, 상기 이득조정수단에 의해 일정 레벨신호로 변환된 상기 저잡음 증폭된 신호를 혼합시킴으로써, 상기 저잡음 증폭신호를 중간 주파수 변환단계없이 직접 두 개의 직교위상 변조신호로 분리복원하게 되는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 고주파 직변환 수신장치의 바람직한 실시예의 구성 및 동작에 대해, 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

제5도는 본 발명에 따른 고주파 직변환 수신장치의 일실시예의 구성도로서, 제1도의 수신장치에서와 동일한 기능을 수행하는 대역 여파기(10); 저잡음 증폭기(20); 상기 저잡음 증폭기(20)의 출력신호를 증폭하는 고주파 증폭기(20′); 상기 고주파 증폭된 신호의 주파수에 위상동기되어 동일 주파수의 발진신호를 출력하는 가변 국부 발진기(300); 및 상기 고주파 증폭된 신호 및 발진 주파수 신호를 혼합하여 두 개의 직교위상 변조신호를 분리복원하는 복조기(500);를 포함하여 구성되어 있으며, 상기 복조기(500)는 제6도에 도시된 바와 같이, 제어인가되는 전압에 의해 이득이 가변되는 이득 보상기(21)를 내부에 포함하고 있는 것 이외에는 제1도의 복조기(50)의 구성과 동일하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고주파 직변환 수신장치는, 먼저, 상기 대역 여파기(10)가 수신 안테나(R)를 통해 수신되는 고주파 신호 중 수신하고자 하는 신호의 주파수대역만을 통과시키게 되고, 이에 따라 허약한 고주파 신호의 입력을 강하게 만든다. 상기 대역여파된 고주파 신호는, 불필요한 외부 고조파의 영향과 수신과정에서 부가된 잡음성분을 제거하기 위해, 상기 저잡음 증폭기(20)를 통과하게 되고 이로써 잡음성분은 억제되고 신호성분은 증폭되어 출력되게 된다.

상기 저잡음 증폭된 신호의 주파수는 여전히 수신된 상태에서의 고주파이고, 이후의 회로에서의 신호이득이 낮기 때문에 이후의 신호복조를 위해 상기 고주파 증폭기(20′)에 의해 전치증폭되어 신호의 레벨이 보상되게 되고, 상기 증폭보상된 고주파 신호는, 상기 가변 국부발진기(300) 및 복조기(500)로 동시에 인가된다.

먼저, 상기 고주파 증폭신호가 인가된 상기 가변 국부발진기(300)는, 상기 인가된 신호의 주파수와 동일하고 위상이 동조되도록 발진 주파수가 가변되는 발진동작을 수행하게 되는데, 이에 따라 입력신호의 반송 주파수(carrier frequency)와 동일한 주파수의 신호가 다시 상기 복조기(500)로 가해지게 되므로 상기 복조기(500)에는 상기 고주파 증폭신호 및 상기 가변 발진된 국부 발진신호가 모두 인가되게 된다.

상기 복조기(500)에 입력된 고주파 신호는, 상기 증폭기(12)에 입력되어 증폭된 후 상기 이득 보상기(21)에 의해 일정레벨로 유지되어 상기 분배기(51)로 입력되고, 상기 분배기(51)는 입력되는 일정레벨의 고주파 증폭신호를 신호에 포함된 전력이 균등하도록 양방향으로 분배하여 각각 상기 제2혼합기(52,53)에 입력하게 된다.

한편, 상기 복조기(500)로 인가된 가변발진 주파수 신호는, 상기 복조기(500)내에 포함되어 있는 위상천이기(60)에 입력되어 위상변이없는 발진신호와 90° 위상변이된 발진신호로 분배되어 상기 제2혼합기(52,53)에 각각 입력되고 상기 제2혼합기(52,53)는 직교위상의 두 개의 발진신호와 상기 분배기(51)에서 균등하게 전력분배된 고주파 신호내의 기 직교위상변조된 신호들과 각각 혼합됨으로써 입력된 고주파 증폭신호로 부터 0° 및 90°의 직교위상변조된 기저대역 신호(I,Q신호)를 분리하게 되고, 상기 분리된 직교위상 변조신호는 버퍼(22,23)를 통하여 각각의 특성이 정합된 후, I신호 및 Q신호로 분리출력됨으로써, 하나의 발진신호만으로 원래의 전송신호를 완전하게 복원하게 되는 것이다.

상기와 같이 구성되어 동작하는 본 발명에 따른 고주파 직변환 수신장치는, 종래에 두 개의 발진기를 이용하던 고주파 수신장치에 있어서, 중간 주파수 변환단계를 제거하여 사용되는 발진기를 하나로 축소시키고, 중간 주파수 처리를 위한 회로소자도 제거하여 장치내의 구성요소를 줄이면서도 고주파 신호를 완전하게 복조하여 원신호를 복원해내는 것을 가능하게 함으로써, 제작비용을 줄이는 것은 물론, 장치가 간단하고 구성이 단순하며 단일클럭을 사용함으로 인해 집적화가 용이한, 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (1)

1. 입력되는 고주파신호를 대역통과 여파시키는 여파수단; 상기 여파된 고주파신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭기와, 상기 저잡음 증폭된 고주파 신호를 소정 레벨이상으로 증폭하는 고주파 증폭기로 구성된 증폭수단; 상기 고주파 증폭기로부터 출력되는 신호의 주파수에 위상동기되어 가변발진하는 발진수단; 상기 고주파 증폭기로부터 출력된 주파수 신호를 입력하여 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기에 의해 증폭된 주파수 신호를 인가되는 전압에 따라 가변적으로 이득조정하여 일정 레벨의 신호로 출력하는 이득보상기와, 상기 이득보상기에 의해 이득조정된 고주파 신호를 그 전력레벨이 균등하도록 양방향으로 분배하는 분배기와, 상기 발진수단으로부터 출력된 발진 주파수를 두 개의 직교위상의 발진주파수로 위상변이하는 위상천이기와, 상기 분배된 신호를 상기 직교위상직의 발진주파수와 각각 혼합하여 두 개의 직교변조신호(I,Q)로 복원하는 두 개의 혼합기를 포함하여 구성되어, 상기 발진수단의 가변되는 발진 주파수에 의거하여 상기 고주파증폭기에 의해 증폭된 신호로 부터 상기 두 개의 직교변조신호(I,Q)를 복조하는 복조수단; 및 상기 복조된 두 개의 직교변조신호(I,Q)를 각각 정합하여 출력하는 버퍼수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고주파 직변환 수신장치.

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