KR100486395B1 - 전압 제어 발진기 및 이의 구조 - Google Patents
전압 제어 발진기 및 이의 구조Info
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Abstract
본 발명은 전압 제어 발진기 및 이의 구조에 관한 것으로, 상세하게는 증폭단으로 MMIC 앰프를 이용하고, 궤환 회로와 공진단으로 마이크로스트립 라인과 슬롯 라인 및 바랙터 다이오드를 이용함으로써 고출력, 광대역, 저위상 잡음의 특성을 가지도록 할 수 있다.
Description
본 발명은 전압 제어 발진기에 관한 것으로, 상세하게는 증폭단으로 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuits) 앰프를 이용하고, 궤환 회로와 공진단으로 마이크로스트립 라인과 슬롯 라인 및 바랙터 다이오드를 이용하여 고출력, 광대역, 저위상 잡음의 특성을 갖는 전압 제어 발진기 및 이의 구조에 관한 것이다.
일반적으로 발진기는 도 1에 도시된 바와 같이 기능별로 공진단과, 증폭단과, 출력 정합단으로 이루어진다. 증폭단에서는 신호를 증폭하기 위해 FET, BJT 등의 능동 소자가 이용되고, 공진단에서는 인덕터와 커패시터로 이루어진 수동 소자가 이용되며, 출력 정합단은 공진단과 증폭단에서 생성된 신호가 최대한 손실없이 출력되도록 한다.
도 2는 FET를 능동 소자로 이용하는 경우에 부성 저항을 얻기 위해 구현된 궤환 회로를 나타낸 것이고, 도 3은 FET를 능동 소자로 이용하고 마이크로스트립과 바랙터 다이오드로 구현된 직렬 궤환 회로 구조를 가지는 전압 제어 발진기를 나타낸 것이며, 도 4는 BJT를 능동 소자로 이용하고, 마이크로스트립과 바랙터 다이오드와 인덕터 및 커패시터를 공진단으로 이용한 전압 제어 발진기를 나타낸 것이다.
상기의 도 2 내지 도 4와 같이 발진기로서 동작을 하기 위해서는 반드시 수동 소자 영역인 공진단과 능동 소자 영역인 증폭단이 존재해야 하며, 이들은 정궤환 회로로 구성되어 발진을 일으킨다. 또한 공진단에 이용된 바랙터 다이오드로 인가되는 전압을 조절하여 이의 커패시턴스를 변경하여 출력 주파수를 가변시킨다.
그러나 이러한 종래의 전압 제어 발진기는 위상 잡음 특성이 좋지 않은 문제점이 있다.
그리하여 공진단에 DR(Dielectric Resonator)을 이용하여 Q값을 높여 위상 잡음 특성을 향상시킨다.
그러나 이러한 DR을 사용하는 경우 위상 잡음 특성은 개선되지만 반대로 발진 대역폭이 감소되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 증폭단으로 MMIC 앰프를 이용하고, 궤환 회로와 공진단으로 마이크로스트립 라인과 슬롯 라인 및 바랙터 다이오드를 이용하여 고출력, 광대역, 저위상 잡음의 특성을 갖는 전압 제어 발진기를 제공하도록 하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
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입력되는 RF 신호를 증폭하여 출력하는 MMIC 앰프와, 상기 MMIC 앰프로부터 출력되는 RF 신호를 공진시키도록 마이크로스트립 라인과 슬롯 라인으로 이루어진 공진단과, 상기 공진단으로 통해 출력되는 RF 신호를 정궤환시키도록 마이크로스트립 라인과 슬롯 라인 및 바랙터 다이오드로 이루어지는 궤환 회로로 구성되는 전압 제어 발진기의 구조에 있어서,
상기 MMIC가 실장되도록 입력 단자와 출력 단자 및 2개의 그라운드 단자가 십자형으로 상면에 형성되데, 상기 입력 단자 및 출력 단자가 λ/4의 길이로 이격 형성되는 PCB 기판과,
상기 PCB 기판의 입력 단자와 수평하게 연결되데 이보다 폭이 넓고, 입력 단자를 기준으로 좌측으로 λ/4의 길이를 가지는 제 1마이크로스트립 라인과,
상기 PCB 기판의 출력 단자와 수평하게 연결되데 이보다 폭이 넓고, 출력 단자를 기준으로 우측으로 λ/2의 길이를 가지는 제 2마이크로스트립 라인과,
상기 PCB 기판의 저면에 형성되데, 상기 입력 단자와 상기 제 1마이크로스트립 라인이 연결되는 단차 부위에서 상기 제 1마이크로스트립 라인과 수직 방향으로 형성되고, 상기 입력 단자를 기준으로 상방향으로 λ/2, 하방향으로 λ/4의 길이를 가지는 제 1슬롯 라인과,
상기 PCB 기판의 저면에 형성되데, 상기 출력 단자와 상기 제 2마이크로스트립 라인이 연결되는 단차 부위에서 상기 제 2마이크로스트립 라인과 수직 방향으로 형성되고, 상기 입력 단자를 기준으로 상방향으로 λ/2, 하방향으로 λ/4의 길이를 가지는 제 2슬롯 라인과,
상기 PCB 기판의 상면상에 상기 제 1마이크로스트립 라인 및 제 2마이크로스트립 라인과 수평하게 형성되데, 상기 제 1슬롯 라인과 제 2슬롯 라인의 사이에 위치하고, 상기 입력 단자 및 출력 단자를 기준으로 상방향으로 λ/4의 길이에 해당되는 위치에 형성되며, λ/4의 길이를 가지는 제 3마이크로스트립 라인과,
상기 제 3마이크로스트립 라인의 임의의 위치에서 수직 상방향으로 형성되며, 일단에 RF 신호의 역류를 방지하는 스터브를 구비하는 DC 입력용 마이크로스트립 라인과,
상기 제 2마이크로스트립 라인에 설치되데, 상기 출력 단자로부터 λ/4의 길이에서 수직 하방향으로 연결되는 출력단용 마이크로스트립 라인과,
상기 제 3마이크로스트립 라인에 애노드가 연결되고, 상기 PCB 기판에 형성되고, 그라운드와 연결된 비아 홀에 캐소드가 연결되는 복수의 바랙터 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서 상기 DC 입력용 마이크로스트립 라인은,
전압 제어 발진기의 특성에 따라 λ/2의 길이를 더 연장할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 전압 제어 발진기의 구성을 도 5를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 전압 제어 발진기의 구조의 설명하기 위한 평면도이고, 도 6은 도 5의 정단면도이다.
먼저 본 발명에 따른 전압 제어 발진기는 입력되는 RF 신호를 증폭하여 출력하는 MMIC 앰프와, MMIC 앰프로부터 출력되는 RF 신호를 공진시키도록 마이크로스트립 라인과 슬롯 라인으로 이루어진 공진단과, 공진단으로 통해 출력되는 RF 신호를 정궤환시키도록 마이크로스트립 라인과 슬롯 라인 및 바랙터 다이오드로 이루어지는 궤환 회로로 구성된다.
이러한 구성을 도 5 및 도 6을 참조하여 구조적으로 좀더 상세하게 설명하면, 본 발명에 따른 전압 제어 발진기(100)는, MMIC 앰프(110)와, PCB 기판(120)과, 제 1마이크로스트립 라인(130)과, 제 2마이크로스트립 라인(140)과, 제 1슬롯 라인(150)과, 제 2슬롯 라인(160)과, 제 3마이크로스트립 라인(170)과, DC 입력용 마이크로스트립 라인(180)과, 출력단용 마이크로스트립 라인(190)과, 바랙터 다이오드(200)로 구성된다.
MMIC 앰프(110)는 PCB 기판(120)에 실장되어 입력되는 RF 신호를 증폭하여 출력한다.
PCB 기판(120)은 MMIC 앰프(110)가 실장되도록 입력 단자(111)와, 출력 단자(112) 및 2개의 그라운드 단자(113)가 십자형으로 상면에 형성되데, 입력 단자(111)와 출력 단자(112)가 λ/4의 길이로 이격 형성된다. 여기에서 각각의 그라운드 단자(113)내에는 도 5에 도시된 바와 같이 다수개의 비아 홀(Via Hole)이 형성된다. 한편 본 발명에서 사용된 기판은 유전율이 10.2인 RT/Duroid6010 기판으로 두께는 0.508㎜이다.
제 1마이크로스트립 라인(130)은 PCB 기판(120)의 입력 단자(111)와 수평하게 연결되데 이보다 폭이 넓고, 입력 단자(111)를 기준으로 도면상 좌측으로 λ/4의 길이로 형성된다.
제 2마이크로스트립 라인(140)은 PCB 기판(120)의 출력 단자(112)와 수평하게 연결되데 이보다 폭이 넓고, 출력 단자를 기준으로 도면상 우측으로 λ/2의 길이로 형성된다.
제 1슬롯 라인(150)은 PCB 기판(120)의 저면에 형성되데, 입력 단자(111)와 제 1마이크로스트립 라인(130)이 연결되는 단차 부위에서 제 1마이크로스트립 라인(130)과 수직 방향으로 형성되고, 입력 단자(111)를 기준으로 상방향으로 λ/2, 하방향으로 λ/4의 길이로 형성된다. 여기에서 제 1슬롯 라인(150)을 단차 부위에 형성시키는 이유는 궤환되는 신호의 손실을 최소화하기 위함이다.
제 2슬롯 라인(160)은 PCB 기판(120)의 저면에 형성되데, 출력 단자(112)와 제 2마이크로스트립 라인(140)이 연결되는 단차 부위에서 제 2마이크로스트립 라인(140)과 수직 방향으로 형성되고, 출력 단자(112)를 기준으로 상방향으로 λ/2, 하방향으로 λ/4의 길이로 형성, 즉 제 1슬롯 라인(150)과 대응되도록 형성된다. 여기에서 제 2슬롯 라인(160)을 단차 부위에 형성시키는 이유는 궤환되는 신호의 손실을 최소화하기 위함이다.
제 3마이크로스트립 라인(170)은 PCB 기판(120)의 상면상에 제 1마이크로스트립 라인(130) 및 제 2마이크로스트립 라인(140)과 수평하게 형성되데, 제 1슬롯 라인(150)과 제 2슬롯 라인(160)의 사이에 위치하고, 입력 단자(111) 및 출력 단자(112)를 기준으로 상방향으로 λ/4의 길이에 해당되는 위치에 형성되며, λ/4의 길이로 형성된다.
DC 입력용 마이크로스트립 라인(180)은 제 3마이크로스트립 라인(170)의 임의의 위치에서 수직 상방향으로 형성되며, 일단에 RF 신호의 역류를 방지하는 스터브(Stub)(181)를 구비한다. 여기에서 DC 입력용 마이크로스트립 라인(180)은 전압 제어 발진기의 특성에 따라 λ/2의 길이를 더 연장 형성할 수 있고, PCB 기판(120)의 크기가 커지는 것을 방지하도록 수평 방향으로 연장 형성된다.
출력단용 마이크로스트립 라인(190)은 제 2마이크로스트립 라인(140)에 설치되데, 출력 단자(112)로부터 λ/4의 길이에서 수직 하방향으로 연결된다.
바랙터 다이오드(200)는 제 3마이크로스트립 라인(170)에 애노드가 연결되고, PCB 기판(120)에 형성되고 그라운드와 연결된 비아 홀(121)에 캐소드가 연결된다. 여기에서 바랙터 다이오드(200)를 연결하는 이유는 제 3마이크로스트립 라인(170)의 길이를 짧게 가져가기 위함이다.
한편 공진을 위한 이론상 기본 길이는 λ/4, λ/2이나, 실제에 있어서는 입출력의 정합 및 이에 따른 공진 주파수의 변화 때문에 각각 λ/4, λ/2를 조금씩 벗어나게 되기 때문에 본 발명에서 공진을 위한 길이도 λ/4, λ/2에서 조금씩 변화가 될 수도 있다.
이하 본 발명에 따른 전압 제어 발진기의 동작을 도 5 및 도 6을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 PCB 기판(120)에 MMIC 앰프(110)와, 바랙터 다이오드(200)를 각각 실장한 상태에서 제 1마이크로스트립 라인(130)을 통해 RF 신호를 인가한다. 여기에서 MMIC 앰프(110)는 Sirenza Microdevices(구 Stanford Microdevices)사의 'SNA176'을 이용하였으며, 바랙터 다이오드(200)는 'GMV7821-000'으로 두 개의 플립 칩(flip chip) 타입의 다이오드를 백투백(back-to-back)으로 연결하였으며, 이의 가변 커패시턴스 범위는 1~20V에서 2.0~0.15㎊이다.
그러면 RF 신호가 MMIC 앰프(110)의 입력 단자(111)를 통해 이로 입력되어 내부에서 증폭된 후 출력 단자(112)를 통해 제 2마이크로스트립 라인(140)으로 출력되는데, 이때 제 2마이크로스트립 라인(140)으로 신호가 인가되기 때문에 전류 즉, 전계가 형성되고, 이로 인해 제 2마이크로스트립 라인(140)과 수직으로 교차되어 있는 제 2슬롯 라인(160)에 자계가 형성된다.
그리고 다시 제 2슬롯 라인(160)과 수직으로 교차된 제 3마이크로스트립 라인(170)에 전계가 형성되고, 다시 제 3마이크로스트립 라인(170)과 수직으로 교차된 제 1슬롯(150)에 자계가 형성되며, 다시 이와 수직으로 교차된 제 1마이크로스트립 라인(130)에 전계가 형성된다. 즉 제 2마이크로스트립 라인(140)-제 2슬롯 라인(160)-제 3마이크로스트립 라인(170)-제 1슬롯(150)-제 1마이크로스트립 라인(130)으로 이어지는 정궤환 회로가 형성되어 궤환된 신호가 다시 MMIC 앰프(110)의 입력 단자(111)로 입력되어 발진한다.
한편 상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면 발진 잡음이 100KHz 오프셋 주파수에서 -95dBc/Hz 미만이었으며, 10.02~10.67GHz(1~15V 바랙터 다이오드의 DC전압 가변)의 주파수에서 -94.5~-105dBc/Hz의 위상 잡음 특성을 얻었다. 한편 상용 제품인 Agillent Technology사의 VTO(Varactor Tunned Oscillator) 시리즈에 대한 위상 잡음은 -80~-90dBc/Hz 정도이다.
한편 MMIC 앰프(110)를 출력단용 마이크로스트립 라인(190)에 추가 설치하여 버퍼 및 증폭기의 기능을 수행할 수도 있다.
따라서 MMIC 앰프를 능동 소자로 이용하고, 슬롯 라인과 마이크로스트립 라인으로 구성된 궤환 회로 및 공진단을 이용하여 저위상 잡음 특성 및 고출력의 특성을 갖게 되며, 기존의 전압 제어 발진기에서 바랙터 다이오드가 공진 주파수를 바꾸는 역할에서 마이크로스트립 라인의 실효길이를 바뀌어 주는 역할을 하게 함으로써 광대역 특성을 갖게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전압 제어 발진기 및 이의 구조에 의하면, 증폭단으로 MMIC 앰프를 이용하고, 궤환 회로와 공진단으로 마이크로스트립 라인과 슬롯 라인 및 바랙터 다이오드를 이용함으로써 고출력, 광대역, 저위상 잡음의 특성을 가지도록 할 수 있다.
도 1은 일반적인 발진기의 구성을 나타낸 회로도
도 2는 일반적으로 FET를 능동 소자로 이용하는 경우에 부성 저항을 얻기 위해 구현된 궤환 회로를 나타낸 회로도
도 3은 일반적으로 FET를 능동 소자로 이용하고 마이크로스트립과 바랙터 다이오드로 구현된 직렬 궤환 회로 구조를 가지는 전압 제어 발진기를 나타낸 회로도
도 4는 일반적으로 BJT를 능동 소자로 이용하고, 마이크로스트립과 바랙터 다이오드와 인덕터 및 커패시터를 공진단으로 이용한 전압 제어 발진기를 나타낸 회로도
도 5는 본 발명에 따른 전압 제어 발진기의 구조의 설명하기 위한 평면도
도 6은 도 5의 정단면도
<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : MMIC 앰프 120 : PCB 기판
130, 140 : 제 1, 2마이크로스트립 라인
150, 160 : 제 1, 2슬롯 라인 170 : 제 3마이크로스트립 라인
180 : DC 입력용 마이크로스트립 라인
190 : 출력단용 마이크로스트립 라인
200 : 바랙터 다이오드
Claims (3)
- 삭제
- 입력되는 RF 신호를 증폭하여 출력하는 MMIC 앰프와, 상기 MMIC 앰프로부터 출력되는 RF 신호를 공진시키도록 마이크로스트립 라인과 슬롯 라인으로 이루어진 공진단과, 상기 공진단으로 통해 출력되는 RF 신호를 정궤환시키도록 마이크로스트립 라인과 슬롯 라인 및 바랙터 다이오드로 이루어지는 궤환 회로로 구성되는 전압 제어 발진기의 구조에 있어서,상기 MMIC가 실장되도록 입력 단자와 출력 단자 및 2개의 그라운드 단자가 십자형으로 상면에 형성되데, 상기 입력 단자 및 출력 단자가 λ/4의 길이로 이격 형성되는 PCB 기판과,상기 PCB 기판의 입력 단자와 수평하게 연결되데 이보다 폭이 넓고, 입력 단자를 기준으로 좌측으로 λ/4의 길이를 가지는 제 1마이크로스트립 라인과,상기 PCB 기판의 출력 단자와 수평하게 연결되데 이보다 폭이 넓고, 출력 단자를 기준으로 우측으로 λ/2의 길이를 가지는 제 2마이크로스트립 라인과,상기 PCB 기판의 저면에 형성되데, 상기 입력 단자와 상기 제 1마이크로스트립 라인이 연결되는 단차 부위에서 상기 제 1마이크로스트립 라인과 수직 방향으로 형성되고, 상기 입력 단자를 기준으로 상방향으로 λ/2, 하방향으로 λ/4의 길이를 가지는 제 1슬롯 라인과,상기 PCB 기판의 저면에 형성되데, 상기 출력 단자와 상기 제 2마이크로스트립 라인이 연결되는 단차 부위에서 상기 제 2마이크로스트립 라인과 수직 방향으로 형성되고, 상기 입력 단자를 기준으로 상방향으로 λ/2, 하방향으로 λ/4의 길이를 가지는 제 2슬롯 라인과,상기 PCB 기판의 상면상에 상기 제 1마이크로스트립 라인 및 제 2마이크로스트립 라인과 수평하게 형성되데, 상기 제 1슬롯 라인과 제 2슬롯 라인의 사이에 위치하고, 상기 입력 단자 및 출력 단자를 기준으로 상방향으로 λ/4의 길이에 해당되는 위치에 형성되며, λ/4의 길이를 가지는 제 3마이크로스트립 라인과,상기 제 3마이크로스트립 라인의 임의의 위치에서 수직 상방향으로 형성되며, 일단에 RF 신호의 역류를 방지하는 스터브를 구비하는 DC 입력용 마이크로스트립 라인과,상기 제 2마이크로스트립 라인에 설치되데, 상기 출력 단자로부터 λ/4의 길이에서 수직 하방향으로 연결되는 출력단용 마이크로스트립 라인과,상기 제 3마이크로스트립 라인에 애노드가 연결되고, 상기 PCB 기판에 형성되고, 그라운드와 연결된 비아 홀에 캐소드가 연결되는 복수의 바랙터 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기의 구조.
- 제 2 항에 있어서,상기 DC 입력용 마이크로스트립 라인은,전압 제어 발진기의 특성에 따라 λ/2의 길이를 더 연장할 수 있는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기의 구조.
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|---|---|---|---|
| KR10-2003-0003610A KR100486395B1 (ko) | 2003-01-20 | 2003-01-20 | 전압 제어 발진기 및 이의 구조 |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20040066525A KR20040066525A (ko) | 2004-07-27 |
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| KR (1) | KR100486395B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100864800B1 (ko) | 2007-04-19 | 2008-10-23 | (주)태광이엔시 | 전압제어 발진기 및 그를 갖는 위상 고정 발진기 |
-
2003
- 2003-01-20 KR KR10-2003-0003610A patent/KR100486395B1/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100864800B1 (ko) | 2007-04-19 | 2008-10-23 | (주)태광이엔시 | 전압제어 발진기 및 그를 갖는 위상 고정 발진기 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20040066525A (ko) | 2004-07-27 |
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