KR100549818B1 - A frequency convert circuit - Google Patents

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    • H04B1/38Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
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Abstract

본 발명은 주파수변환회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기발진믹서를 사용한 주파수변환회로에 관한 것이다. 본 발명은 주파수 특성이 우수한 자기발진믹서(SOM)를 설계/제작하고, 2배 주파수의 동작특성을 개선하기 위하여 자기발진믹서(SOM) 내에 구성되는 셀프 바이어스(Self-bias) 형태의 FET전원공급회로의 전압 및 전류를 조정함과 동시에 FET의 입/출력의 임피던스를 매칭하였다. 이에 따라 본 발명은 하나의 자기발진믹서를 이용하여 국부발진기와 주파수 변환기로의 동작을 할 수 있다. 그리고 본 발명은 자기발진믹서의 비선형 동작특성을 이용하여 제 2 고조파 신호를 가장 크게 하여 2배 주파수에서의 특성이 우수하게 동작할 수 있다.
The present invention relates to a frequency conversion circuit, and more particularly, to a frequency conversion circuit using a self-oscillating mixer. The present invention provides a self-bias type FET power supply configured in a self-oscillating mixer (SOM) for designing / manufacturing a self-oscillating mixer (SOM) having excellent frequency characteristics and improving operating characteristics of twice the frequency. The voltage and current of the circuit were adjusted and the impedance of the input / output of the FET was matched. Accordingly, the present invention can operate as a local oscillator and a frequency converter using one self oscillation mixer. In the present invention, the second harmonic signal is maximized by using the nonlinear operating characteristics of the self-oscillating mixer, so that the characteristic at the double frequency can be excellently operated.

자기발진믹서(SOM), 위성방송, 위성통신, 하향변화기, 국부발진기, 주파수체배기, 주파수변환회로.Self-oscillating mixer (SOM), satellite broadcasting, satellite communication, down-converter, local oscillator, frequency multiplier, frequency conversion circuit.

Description

주파수변환회로{A frequency convert circuit}A frequency convert circuit

도 1a 내지 1d는 일반적인 주파수 상/하향 변환기에 사용되는 회로기판.1A to 1D are circuit boards used in a general frequency up / down converter.

도 2는 도 1a 내지 1d의 주파수 변환에 사용되는 종래의 주파수변환회로.Figure 2 is a conventional frequency conversion circuit used for the frequency conversion of Figures 1a to 1d.

도 3은 자기발진믹서(SOM)의 회로도.3 is a circuit diagram of a self-oscillating mixer (SOM).

도 4는 본 발명에 따른 자기발진믹서(SOM)의 실험구성도.4 is an experimental configuration of a self-oscillating mixer (SOM) according to the present invention.

도 5는 중간주파수(IF) 증폭단 최종 출력과 이미지 성분을 나타내는 파형도.5 is a waveform diagram showing an intermediate frequency (IF) amplifier stage final output and an image component.

도 6은 무선(RF) 신호의 변화에 따른 중간주파수(IF) 증폭단 출력파형도.6 is an output waveform diagram of an intermediate frequency (IF) amplifier stage according to a change of a radio frequency (RF) signal.

도 7은 자기발진믹서(SOM)의 제작 레이아웃.7 is a production layout of the self-oscillating mixer (SOM).

도 8은 본 발명에 따른 자기발진믹서(SOM)를 포함하는 주파수변환회로를 나타내는 회로도.8 is a circuit diagram showing a frequency conversion circuit including a self-oscillating mixer (SOM) according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *        Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1,3,12,17 : 대역통과필터 3,6,8,9,14 : 저역통과필터1,3,12,17: bandpass filter 3,6,8,9,14: lowpass filter

2,5,7 : 상/하향변환기 10 : 전력결합기2,5,7: Up / down converter 10: Power combiner

11 : 전압조절장치 13 : 능동주파수변환기11: voltage regulator 13: active frequency converter

15 : 국부발진기 16 : 자기발진믹서15: local oscillator 16: self-oscillating mixer

18 : 자기바이어스 회로 200 : 로우 노이즈증폭기(LNA)18: magnetic bias circuit 200: low noise amplifier (LNA)

210 : 이미지 리젝션 필터(IRF) 220 : 자기발진믹서(SOM) 210: Image rejection filter (IRF) 220: Self-oscillating mixer (SOM)                 

220a : 혼합기(mixer) 220b : 오실레이터220a: mixer 220b: oscillator

230 : 저역통과필터(LPF) 240 : 중간주파수 증폭기(IFA)230: Low pass filter (LPF) 240: Intermediate frequency amplifier (IFA)

본 발명은 주파수변환회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 국부발진기와 주파수변화기로의 동작을 할 수 있는 자기발진믹서를 포함한 주파수변환회로에 관한 것이다.The present invention relates to a frequency conversion circuit, and more particularly, to a frequency conversion circuit including a self-oscillating mixer capable of operating as a local oscillator and a frequency changer.

이하 종래의 국부발진기에 대해 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, a conventional local oscillator will be described.

도 1a 내지 1d는 일반적인 주파수 상/하향 변환기에 사용되는 회로기판이다.1A to 1D are circuit boards used in a general frequency up / down converter.

일반적으로 K,Ka-Band 대역의 상/하향 변환기를 제작하는 방법으로, 다이오드 믹서 또는 전계 효과 트랜지스터(FET)를 이용한 액티브 믹서를 별도로 만들고, 오실레이트를 K,Ka-Band 대역으로 만들어 사용하였다. 또한 K,Ka-Band 대역의 상/하향 변환기를 제작하는 방법으로 고가의 공적인 마이크로웨이브 모놀리식 집적 회로(MMIC : microwave monolithic integrated circuit)를 사용한 와이드 본딩 과정을 거쳐야 한다. In general, as a method of manufacturing a K / Ka-Band band up / down converter, an active mixer using a diode mixer or a field effect transistor (FET) is made separately, and an oscillate is used as a K, Ka-Band band. In addition, K-Ka-Band band up / down converters must be fabricated through a wide bonding process using expensive public microwave monolithic integrated circuits (MMICs).

도 1a 내지 1c는 상/하향변환기에 사용되는 다이오드 믹서에 대한 것으로, K,Ka-Band 대역에서 -9dB정도의 변환손실이 발생하여 추가 부품의 사용이 불가피하다. 그리고 도 1d는 상/하향변환기에 사용되는 액티브 믹서로서, 2-3dB의 변환이득을 얻을 수 있으나, 별도의 전원공급 변환장치가 필요하며, 제작품마다 별도의 조정이 필요하다.1A to 1C illustrate a diode mixer used in an up / down converter, in which a conversion loss of about -9 dB occurs in the K, Ka-Band band, and additional components are inevitable. FIG. 1D is an active mixer used for up / down converter, but can obtain a conversion gain of 2-3 dB, but requires a separate power supply converter, and requires separate adjustment for each product.

도 2는 도 1a 내지 1d의 주파수 변환에 사용되는 종래의 주파수변환회로이다.2 is a conventional frequency conversion circuit used for the frequency conversion of FIGS. 1A to 1D.

도면에 도시된 바와 같이 종래의 국부발진기는, 로우 노이즈 증폭기(100)와, 대역통과필터(110)와, 발진기(130)와, 믹서(120)와, 저역통과필터(140)와, 중간주파수 증폭기(150)를 포함하여 구성된다.As shown in the drawing, a conventional local oscillator includes a low noise amplifier 100, a band pass filter 110, an oscillator 130, a mixer 120, a low pass filter 140, and an intermediate frequency. It is configured to include an amplifier 150.

상기 로우 노이즈 증폭기(LNA : Low Noise Amplifier)(100)는 입력된 신호를 최소화된 잡음으로 증폭한다.The low noise amplifier (LNA) 100 amplifies the input signal with minimized noise.

대역통과필터(110)는 수신기에서 특정 범위의 주파수에 존재하는 신호는 통과시키고 이 범위를 벗어난 신호를 제거한다.The bandpass filter 110 passes a signal existing in a specific range of frequencies at the receiver and removes the signal out of this range.

그리고 발진기(Oscillator)(130)는 신호의 전기적 진동을 발생시킨다.The oscillator 130 generates electrical vibration of the signal.

믹서(Mixer)(120)는 2종 이상의 입력 신호로부터 하나의 출력 신호를 얻는다.Mixer 120 obtains one output signal from two or more input signals.

상기 저역통과필터(LPF : Low Pass Filter)(140)는 입력신호 및 국부발진신호 대 중간주파수를 분리한다.The low pass filter (LPF) 140 separates an input signal and a local oscillation signal versus an intermediate frequency.

지상에 설치된 안테나를 통해서 신호를 전달하면, 도 1에 도시되고 있는 바와 같이 하향변환기의 입력단으로 주파수(본 발명의 실시예로서, 20.2GHz ~ 21.2GHz)로 보내게 된다. 그러면 상기 신호는 입력단을 통해서 로우노이즈증폭기(100)를 통과하면서 저잡음으로 신호를 증폭하고, 대역통과필터(110)를 통과하면서 사용하고자 하는 주파수에 대해 필터링하여 혼합 기(mixer)(120)로 전달된다.When the signal is transmitted through an antenna installed on the ground, as shown in FIG. 1, the signal is sent to the input terminal of the down-converter at a frequency (20.2 GHz to 21.2 GHz as an embodiment of the present invention). Then, the signal amplifies the signal with low noise while passing through the low noise amplifier 100 through the input stage, passes through the bandpass filter 110, filters the frequency to be used, and transfers it to the mixer 120. do.

상기 혼합기(120)는 주파수변환(상향/하향변환)을 하는 장치로서, 기준이 되는 주파수는 국부발진기(또는 오실레이터)(130)에서 발진한다. 국부발진기(130)는 9.625GHz를 사용하고 있으며, 이 신호(동작은 2배주파수 즉, 19.25GHz)를 기준으로 하향 변환을 하면 10.575GHz ~ 11.575GHz가 된다.The mixer 120 is a device for frequency conversion (up / down conversion), the reference frequency is oscillated in the local oscillator (or oscillator) (130). The local oscillator 130 uses 9.625 GHz, and when the down conversion is performed based on this signal (operation is twice frequency, that is, 19.25 GHz), the local oscillator 130 becomes 10.575 GHz to 11.575 GHz.

즉, 하향변환된 신호의 주파수는 다음과 같이 측정된다.That is, the frequency of the downconverted signal is measured as follows.

입력신호- 국부발진주파수 = 하향변환된 신호주파수Input Signal-Local Oscillation Frequency = Downconverted Signal Frequency

(일반적으로 하향변환된 신호주파수는 중간주파수(IF : Intermediate Frequency)이다.)(In general, the downconverted signal frequency is the intermediate frequency (IF).)

따라서 앞서 설명된 방송주파수(BS) 및 통신주파수(CS)의 주파수를 적용하여 살펴보면 다음과 같이 나타난다.Therefore, the application of the frequencies of the broadcast frequency (BS) and the communication frequency (CS) described above appears as follows.

20.2GHz - 19.25GHz = 950MHz, 21.2GHz - 19.25GHz = 1950MHz20.2 GHz-19.25 GHz = 950 MHz, 21.2 GHz-19.25 GHz = 1950 MHz

이렇게 하향 변환된 신호는 저역통과필터(140)를 통해서 다시 필터링되고, 중간주파수 증폭단(150)을 통해서 다시 증폭되어 출력단(170)으로 출력된다. 상기 출력단(170)은 실내에 설치되는 수신기 등의 입력이며, 상기 수신기로 보내진 신호는 복조 및 기타 신호 복원 작업을 수행한다. 이에 따라 수신기와 연결된 TV등의 화면을 통해서 음성 및 영상신호를 확인할 수 있다.The down-converted signal is filtered again through the low pass filter 140, amplified again through the intermediate frequency amplifier 150, and output to the output terminal 170. The output terminal 170 is an input such as a receiver installed indoors, and the signal sent to the receiver performs demodulation and other signal restoration operations. Accordingly, the audio and video signals can be checked through the screen of the TV connected to the receiver.

도 2에 도시된 국부발진기는 오실레이트를 이용해 직접적으로 K,Ka-Band 대역의 고주파 국부발진주파수를 생성하여야 한다. 그러나 이와 같은 고주파를 생성하기 위해서 고가의 제작이 필요하다. 그럼에도 종래에는 불구하고 부성저항 등과 같은 주변회로의 정수 값에 민감하게 변환되므로 주파수의 안정도를 확보하는데 어려움이 있다.The local oscillator illustrated in FIG. 2 should generate a high frequency local oscillation frequency of the K, Ka-Band band directly using an oscillate. However, expensive fabrication is required to generate such high frequencies. Nevertheless, in the related art, it is difficult to secure frequency stability because it is sensitively converted to integer values of peripheral circuits such as negative resistance.

따라서 이와 같은 종래의 K,Ka-Band 대역에서의 위성방송 및 위성통신을 위한 상/하향 변환기를 제작하는데 있어서 사용되어 왔던 다이오드를 사용한 믹서, 액티브 믹서, 오실레이트들은 고주파를 사용하기 때문에 주파수의 특성상 제작이 어려웠고 정밀도를 요구하였다. 이에 따라 제작의 고 비용 및 불안정성 등의 문제점을 나타내었다.
Therefore, mixers, active mixers, and oscillates that use diodes, which have been used in manufacturing conventional up / down converters for satellite broadcasting and satellite communication in the K, Ka-Band bands, use high frequencies, Fabrication was difficult and demanded precision. As a result, problems such as high cost and instability of the fabrication were exhibited.

따라서 본 발명의 목적은 낮은 주파수 대역에서 제작하여 높은 주파수의 특성을 가지는 자기발진믹서를 포함하는 주파수변환회로를 제공함에 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a frequency conversion circuit including a self-oscillating mixer having a high frequency characteristic by manufacturing in a low frequency band.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 주파수변환회로는, 국부발진기와 믹서, 그리고 주파수체배기의 기능을 수행하기 위해서 구성되는 자기발진믹서와; 입력신호를 최소화된 잡음으로 증폭하는 저노이즈증폭기와; 이미지신호의 제거를 위한 이미지리젝션필터와; 입력신호의 중간주파수를 분리하는 저역통과필터와; 중간주파수를 증폭하는 중간주파수증폭기를 포함하여 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a frequency conversion circuit, comprising: a self-oscillating mixer configured to perform functions of a local oscillator, a mixer, and a frequency multiplier; A low noise amplifier for amplifying the input signal with minimized noise; An image rejection filter for removing the image signal; A low pass filter separating the intermediate frequency of the input signal; It consists of an intermediate frequency amplifier that amplifies the intermediate frequency.

그리고 본 발명에 따른 주파수변환회로에서, 상기 자기발진믹서는 HEMT소자를 사용하여 주파수체배를 수행하는 것을 특징으로 한다. In the frequency conversion circuit according to the present invention, the self-oscillating mixer is characterized by performing frequency multiplication by using an HEMT element.                     

본 발명에 따른 주파수변환회로는, Ku 대역의 자기발진믹서를 이용하여, Ka 대역의 상/하향 주파수를 변환하는 것을 특징으로 한다.The frequency conversion circuit according to the present invention is characterized by converting the up / down frequencies of the Ka band by using the Ku oscillation self-oscillating mixer.

또한 본 발명에 따른 주파수변환회로는, Ku 대역의 자기발진믹서를 이용하여, K 대역의 상/하향 주파수를 변환하는 것을 특징으로 한다.In addition, the frequency conversion circuit according to the present invention is characterized by converting the up / down frequencies of the K band by using a self-oscillating mixer of the Ku band.

이하 본 발명에 따른 주파수변환회로에 대해 상세하게 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the frequency conversion circuit according to the present invention will be described in detail.

최근의 마이크로파 통신시스템은 디지털 변조기법의 개발에 따라 송/수신기의 단자(front-end)에 적용되는 모듈은 저가 고성능(low cost-high performance)의 추세로 발전되고 있다. 또한 저가 고성능의 특성을 나타내는 무선 집적회로(RF IC)/마이크로웨이브 모놀리식 집적 회로(MMIC)도 개발되고 있다. 국부발진기 등의 경우, 고안정 특성과 저위상 잡음이 요구되며, 디지털 통신에서 BER과 위상잡음의 관계에 의하여 발진기를 요구한다.In recent years, as the microwave communication system is developed, the modules applied to the front-end of the transmitter / receiver have been developed in the trend of low cost-high performance. Wireless integrated circuits (RF ICs) / microwave monolithic integrated circuits (MMICs) are also being developed that feature low cost, high performance. In case of local oscillator, high stability characteristics and low phase noise are required, and in digital communication, oscillator is required by the relationship between BER and phase noise.

이와 같은 특성을 고려하여 발진기는 고안정 DRO를 설계하고, 믹서는 게이트 믹서 형태로서 기존의 발진기와 믹서를 결합한 자기발진믹서(SOM: Self-Oscillation Mixer)의 특성을 단자(front-end)에 적용할 경우, 디지털 마이크로파 통신시스템의 송/수신 모듈의 설계에 있어서 국부발진기와 믹서를 하나의 모듈로 설계하는 칩셋(Chip-set)의 개발이 가능하다.In consideration of these characteristics, the oscillator designs a high-definition DRO, and the mixer is a gate mixer, applying the characteristics of a self-oscillation mixer (SOM) that combines an existing oscillator and a mixer to the front-end. In this case, in designing a transmission / reception module of a digital microwave communication system, it is possible to develop a chipset for designing a local oscillator and a mixer as one module.

일반적인 마이크로파 트랜시버(Microwave Transceiver)는 상향/하향변환기의 주파수변환회로로 구성된다. 상기 상향변환기는 전력증폭기(HPA), 대역통과필터(BPF) 및 믹서(MIXER)로 구성되고, 하향변환기는 갈륨 비소 전계효과 트랜지스터(GaAs FET)(또는 HEMT)와 같은 능동소자와 3단 이상의 저잡음 증폭기와 다이오드에 의한 믹서 및 국부발진기(VCO 또는 DRO) 및 중간주파수(IF) 증폭단으로 구성된다.The general microwave transceiver (Microwave Transceiver) is composed of the frequency converter circuit of the up / down converter. The upconverter is composed of a power amplifier (HPA), a bandpass filter (BPF), and a mixer (MIXER). The downconverter is an active element such as a gallium arsenide field effect transistor (GaAs FET) (or HEMT) and low noise of three or more stages. It consists of a mixer, a local oscillator (VCO or DRO) and an intermediate frequency (IF) amplifier stage by means of an amplifier and a diode.

수신시스템의 저잡음 하향변환기(low noise down convertor)에 적용되는 종래의 다이오드형 믹서(mixer)는 다이오드에 의한 변환손실(conversion loss)을 나타낸다. 그리고 종래의 상기 다이오드형 믹서는 별도의 국부발진기(local oscillator)를 설계해야 한다. 그러나 자기 발진믹서의 경우에서는 하나의 능동소자로 국부발진신호의 형성과 믹서기능을 동시에 나타내고 능동소자에 의한 변환이득(conversion gain)을 나타낼 수 있다. 따라서 하향변화기의 증폭단 또는 중간주파수(IF) 증폭단의 수를 감소시키는 장점이 있다.Conventional diode mixers applied to low noise downconverters in a receiving system exhibit conversion losses due to diodes. In the conventional diode-type mixer, a separate local oscillator must be designed. However, in the case of the self-oscillating mixer, one active element may simultaneously form the local oscillation signal and the mixer function, and may represent the conversion gain by the active element. Therefore, there is an advantage in reducing the number of amplification stages or intermediate frequency (IF) amplifier stage of the down-changer.

일반적으로 다양한 주파수대역이 존재하며, 주파수대역별로 하향변환기의 제작의 난이도가 결정된다. X-대역, Ku 대역의 주파수 상에서의 제작 및 작업성은 대량생산이 가능할 정도로 용이하다. 그러나 주파수 분류상 상기 X-대역, Ku 대역보다 높은 K 대역과, 상기 K 대역보다 높은 Ka 대역 이상의 주파수를 이용한 제품 제작은 제작자가 수동으로 튜닝 및 제작하기가 어려울 정도로 민감하다. 이에 따라 회로를 설계함에 있어서, 주파수 대역이 낮은 X-대역, Ku 대역보다, K 대역, Ka 대역에서 회로를 설계하는 것이 더 정밀해져서 어렵게 된다.In general, various frequency bands exist, and the difficulty of fabricating the downconverter is determined for each frequency band. Fabrication and workability on frequencies in the X- and Ku bands are easy enough for mass production. However, the production of products using frequencies above the X-band, the Ku band higher than the Ku band, and the Ka band higher than the K band is sensitive enough to be difficult for the manufacturer to manually tune and manufacture. Accordingly, in designing the circuit, it is more difficult to design the circuit in the K band and the Ka band than in the X-band and the Ku band where the frequency band is low.

예를 들어 상기 Ku 대역에서 생산된 소자의 길이가 K ,Ka 대역에서는 절반 이하로 줄어들게 된다. 이때, 생산되는 소자의 길이를 나타내는 단위는 mm를 쓸 정도로 매우 작기 때문에, 절반 이상 차이가 나는 것은 실제 크기에서 상당한 차이 를 나타낸다. 그러므로 소자의 크기가 줄어드는 만큼 제작 및 설계가 어려워진다. 그리고 제작 및 설계가 어려우면, 제작비용이 증가한다.For example, the length of the device produced in the Ku band is reduced to less than half in the K, Ka band. At this time, since the unit representing the length of the device to be produced is so small that mm is used, a difference of more than half represents a significant difference in actual size. Therefore, as the size of the device is reduced, it becomes more difficult to manufacture and design. And if manufacturing and design are difficult, manufacturing costs increase.

이에 따라, 본 발명에서는 상/하향변환기와 같은 주파수변환기와 국부발진기를 포함한 자기발진믹서(SOM)을 제작하여, 상기 K ,Ka 대역에서 용이하게 사용할 수 있는 주파수변환회로를 나타낸다. Accordingly, the present invention shows a frequency conversion circuit that can be easily used in the K, Ka band by producing a self-oscillating mixer (SOM) including a frequency converter and a local oscillator, such as up / down converter.

도 3은 자기발진믹서의 회로도이다. 3 is a circuit diagram of a self-oscillating mixer.

자기발진믹서(SOM)(16)의 역할은 주파수 상/하향변환, 국부발진기, 체배기의 특성을 동시에 나타내는 회로이다. 도 3에 도시된 회로에 HEMT(High Electron Mobility Transistor)소자 및 바이어스 부품들이 구성된다. 그리고 상기 소자들이 바이어스(전압 및 전류 조건)가 주어지면, 입력신호의 주파수가 국부발진기를 기준으로 상.하향변환이 이루어진다. 이로 인해서 바이어스 및 자기발진믹서의 입/출력단의 임피던스를 변화시키면, 주파수 체배기의 역할도 수행하게 된다.The role of the self-oscillating mixer (SOM) 16 is a circuit which simultaneously shows the characteristics of frequency up / down conversion, local oscillator, and multiplier. A HEMT (High Electron Mobility Transistor) device and bias components are configured in the circuit shown in FIG. 3. When the devices are biased (voltage and current conditions), the frequency of the input signal is converted up and down based on the local oscillator. For this reason, if the impedance of the input and output terminals of the bias and the self-oscillation mixer is changed, it also serves as a frequency multiplier.

이와 같이 상기 자기발진믹서는 낮은 대역에서 사용하면서도, K, Ka 대역과 같은 높은 대역에서의 국부발진기 및 주파수 변환기로서 동작할 수 있게 한다. 그리고 자기발진믹서는 입출력은 주파수 체배기의 역할을 수행하여, 2배의 주파수에서 동작하도록 입출력의 임피던스를 변화시켜 준다.As such, the self-oscillation mixer can operate as a local oscillator and a frequency converter in a high band such as the K and Ka bands while being used in the low band. And the self-oscillation mixer changes the impedance of the input and output to operate at twice the frequency by performing the role of frequency multiplier.

도 4는 본 발명에 따른 자기발진믹서(SOM)의 실험구성도, 도 5는 중간주파수(IF) 증폭단 최종 출력과 이미지 성분을 나타내는 파형도, 도 6은 무선(RF) 신호의 변화에 따른 중간주파수(IF) 증폭단 출력파형도, 도 7은 자기발진믹서의 제작 레이아웃이다. 4 is an experimental configuration of a self-oscillating mixer (SOM) according to the present invention, Figure 5 is a waveform diagram showing the final output and the image components of the intermediate frequency (IF) amplifier stage, Figure 6 is the intermediate according to the change in the radio (RF) signal Fig. 7 shows the layout of the frequency (IF) amplifier stage output waveform.                     

자기발진믹서(SOM : Self-Oscillation Mixer)는, 국부발진기와 믹서, 그리고 주파수 체배기의 역할을 동시에 수행하기 위한 제어구성이다. 도 4에 도시되고 있는 바와 같이, 무선(RF) 신호가 입사된 후, 신호는 인터디지털(interdigital) 형태의 대역통과필터(BPF)를 통과한다. 이와 같이 자기발진믹서의 입력단에서 대역통과필터에 의하여 RF-SO(Self-Oscillation) 주파수 사이의 분리 특성이 나타내도록 대역통과필터(BPF)를 설계하였다.A self-oscillation mixer (SOM) is a control configuration for simultaneously performing the roles of a local oscillator, a mixer, and a frequency multiplier. As shown in FIG. 4, after a radio (RF) signal is incident, the signal passes through an interdigital band pass filter (BPF). In this way, a band pass filter (BPF) is designed so that the separation characteristics between RF-SO (Self-Oscillation) frequencies are represented by a band pass filter at the input of the self-oscillation mixer.

도 5는 RF 신호를 18.727GHz~18.627GHz까지 인가하였을 때 나타나는 중간주파수 신호(IF signal)와 이미지 신호(image signal)를 나타내고 있다. 중간주파수 신호와 이미지 신호와의 차는 -32dB로 나타남을 확인할 수 있다.FIG. 5 shows an IF signal and an image signal that appear when an RF signal is applied from 18.727 GHz to 18.627 GHz. It can be seen that the difference between the intermediate frequency signal and the image signal is -32dB.

도 6은 RF 신호를 -50dBm~10dBm까지 인가하였을 때 자기발진믹서와 중간주파수 증폭기(IF AMP)를 통과한 다음의 출력특성을 나타내고 있다. 대역통과필터의 손실과 케이블 손실, 중간주파수(IF)증폭기의 이득을 고려하여 계산한 결과 변환이득은 3.17dB로 나타난다.FIG. 6 shows output characteristics after passing through a self-oscillation mixer and an intermediate frequency amplifier (IF AMP) when an RF signal is applied to −50 dBm to 10 dBm. The conversion gain is 3.17dB which is calculated by considering the loss of bandpass filter, cable loss and gain of intermediate frequency (IF) amplifier.

본 발명에서 주파수 값 및 변환이득 값 등의 실험치는 자기발진믹서를 구성하기 위해서 사용된 실험소자의 특성에 따라 가변될 수 있다.In the present invention, the experimental value such as the frequency value and the conversion gain value may vary according to the characteristics of the experimental element used to construct the self-oscillation mixer.

도 8은 본 발명에 따른 자기발진믹서를 포함하는 주파수변환회로를 나타내는 회로도이다.8 is a circuit diagram showing a frequency conversion circuit including a self-oscillating mixer according to the present invention.

도면에 도시되고 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 주파수변환회로는 로우 노이즈 증폭기(200)와, 이미지 리젝션 필터(210)와, 자기발진믹서(220)와, 저역통과필터(230)와, 중간주파수 증폭기(240)를 포함하여 구성된다. As shown in the figure, the frequency conversion circuit according to the present invention includes a low noise amplifier 200, an image rejection filter 210, a self-oscillation mixer 220, a low pass filter 230, and an intermediate It is configured to include a frequency amplifier 240.                     

상기 로우 노이즈 필터(LNA : Low Noise Amplifier)(200)는 입력된 신호를 최소화된 잡음으로 증폭한다.The low noise filter (LNA) 200 amplifies the input signal with minimized noise.

그리고 상기 이미지 리젝션 필터(IRF : Image Rejection Filter)(210)는 이미지 신호를 제거한다.The image rejection filter (IRF) 210 removes the image signal.

자기발진믹서(SOM : Self-Oscillation Mixer)는 국부발진기(220b)와 믹서(220a), 그리고 주파수 체배기(multiplier)의 역할을 동시에 수행한다.A self-oscillation mixer (SOM) simultaneously performs the role of a local oscillator 220b, a mixer 220a, and a frequency multiplier.

국부발진기(local oscillator)(220b)는, 무선 호출 수신기에 있는 2개의 발진기로서, 수신된 주파수와 혼합하여 원하는 1차 중간 주파수를 만들고, 상기 1차 중간 주파수와 혼합하여 2차 중간 주파수(455kHz)를 만든다. 그리고 믹서(Mixer)(220a)는 2종 이상의 입력 신호로부터 하나의 출력 신호를 얻고, 상기 주파수 체배기는 고속 처리를 목적으로 곱수를 한 번에 여러 자리 처리한다.Local oscillator 220b is a two oscillator in a radio page receiver, which is mixed with the received frequency to create the desired primary intermediate frequency, and mixed with the primary intermediate frequency (455 kHz). Make The mixer 220a obtains one output signal from two or more input signals, and the frequency multiplier processes a multiplier several digits at once for the purpose of high speed processing.

따라서 상기 자기발진믹서(220)는 낮은 대역에서 사용하면서도, Ku 대역과 같은 높은 대역에서의 국부발진기 및 주파수 변환기로서 동작할 수 있게 한다. 그리고 자기발진믹서(220)는 입출력은 주파수 체배기의 역할을 수행하여, 2배의 주파수에서 동작하도록 입출력의 임피던스를 변화시켜 준다.Thus, the self-oscillating mixer 220 can operate as a local oscillator and a frequency converter in a high band such as a Ku band while using in a low band. The self-oscillating mixer 220 changes the impedance of the input / output to operate at twice the frequency by performing the role of the frequency multiplier.

상기 저역통과필터(LPF : Low Pass Filter)(230)는 입력신호 및 국부발진신호 대 중간주파수를 분리한다.The low pass filter (LPF) 230 separates the input signal and the local oscillation signal versus the intermediate frequency.

예를 들어 본 발명의 주파수변환회로의 동작 실시예를 살펴보면 다음과 같다.For example, an operation embodiment of the frequency conversion circuit of the present invention will be described.

국부발진기의 주파수가 9.626GHz이고, 입력주파수가 20.2GHz - 21.2GHz인 경 우, 본 발명의 자기발진믹서에서 나타나는 하모닉은 19.25GHz, 28.875GHz 등 배수가 되는 주파수에서 계속 나타난다.If the frequency of the local oscillator is 9.626 GHz and the input frequency is 20.2 GHz-21.2 GHz, the harmonics appearing in the self-oscillating mixer of the present invention continue to appear at multiples such as 19.25 GHz and 28.875 GHz.

그러면 자기발진믹서(220)에서 나타나는 하모닉 중 가장 높은 파워레벨을 선택하여 얻을 수 있도록, 혼합기에서 요구하는 일정한 국부발진기의 파워레벨로 주파수를 상/하향변환한다. 이를 위해서 입/출력의 임피던스를 매칭하고, 바이어스(전압 및 전류)를 조정한다.Then, the frequency is up / down converted to the power level of the constant local oscillator required by the mixer so as to select and obtain the highest power level among the harmonics appearing in the self-oscillation mixer 220. This is done by matching the input / output impedance and adjusting the bias (voltage and current).

즉, 2배 주파수에서 최적화된 자기발진믹서(SOM)를 포함한 주파수변환회로에 사용하고자 하는 주파수의 2배 주파수를 입력하면, 자기발진믹서를 통과한 주파수변환회로는 원하는 주파수로 상/하향주파수 변환하여, 원하는 주파수값을 얻을 수 있다. 그 결과 낮은 주파수 대역에서도 높은 주파수 대역의 특성을 출력할 수 있다.That is, if a frequency twice the frequency to be used for a frequency conversion circuit including a self-oscillating mixer (SOM) optimized at twice the frequency is input, the frequency conversion circuit passing the self oscillation mixer converts the up / down frequency to a desired frequency. The desired frequency value can be obtained. As a result, the characteristics of the high frequency band can be output even in the low frequency band.

따라서 상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 주파수변환회로는, 다음과 같은 특성을 갖는다. Therefore, as described above, the frequency conversion circuit according to the present invention has the following characteristics.

1) 주파수 체배 특성이 우수하다.1) Excellent frequency multiplication characteristics.

2) 높은 이미지 주파수의 제거가 효과적이다.2) The removal of high image frequencies is effective.

3) 국부발진기에서 높은 무선 주파수값을 얻을 수 있다.3) High radio frequency value can be obtained from local oscillator.

4) 높은 변환이득을 얻을 수 있다.4) High conversion gain can be obtained.

5) 저잡음의 특성을 가진다.5) It has low noise.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명은, 저대역에서 사용되는 저가의 고성능 자기발진믹서의 2배주파수 특성을 이용하여, 고대역에서 국부발진기 및 믹서, 주파수체 배기의 역할을 동시에 수행하는 주파수변환회로를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 한다.As described above, the present invention provides a frequency conversion circuit that simultaneously performs the roles of the local oscillator, the mixer, and the frequency exhaust in the high band by using the double frequency characteristics of the low-performance, high-performance self-oscillating mixer used in the low band. It is assumed that the basic technical idea.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The rights of the present invention are not limited to the embodiments described above, but are defined by the claims, and those skilled in the art can make various modifications and adaptations within the scope of the claims. It is self-evident.

따라서 본 발명에 따른 자기발진믹서를 포함한 주파수변환회로로 인해서 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.Therefore, the following effects can be expected due to the frequency conversion circuit including the self-oscillating mixer according to the present invention.

본 발명은 고 대역의 K,Ka-Band로의 주파수 전환이 용이하도록, 주파수 변환기, 국부발진기, 체배기로서의 우수한 특성을 유지하면서도 설계, 제작 및 제어를 쉽게 할 수 있도록 자기발진믹서를 포함하여 주파수변환회로를 구성하였다.The present invention includes a frequency conversion circuit including a self-oscillating mixer to facilitate the design, fabrication and control of the frequency band, local oscillator, and multiplier to facilitate frequency switching to high-band K, Ka-Band. Was constructed.

이와 같이 본 발명에 따른 자기발진믹서를 적용함으로서, 고가의 설계 및 제작비용의 절감의 효과로 K, Ka-Band의 주파수를 활용할 수 있는 장비(위성통신, 위성방송, BWLL, LMDS(local multi-point distribution service))의 개발을 용이하게 할 수 있어 서비스의 대중화가 가능하다.
Thus, by applying the self-oscillating mixer according to the present invention, equipment that can utilize the frequencies of K, Ka-Band (satellite communication, satellite broadcasting, BWLL, LMDS (local multi- point distribution service)) can facilitate the development of services.

Claims (4)

주파수변환회로에 있어서,In the frequency conversion circuit, 중간주파수 신호를 출력하기 위해 혼합기와 국부발진기가 모듈화되는 자기발진믹서를 제공하며, It provides a self-oscillating mixer in which the mixer and the local oscillator are modularized to output an intermediate frequency signal. 상기 자기발진믹서는 소정 조건의 바이어스가 주어지면 입력신호의 주파수가 상기 국부발진기를 기준으로 상/하향 변환되는 주파수변환기능을 수행함과 아울러, 상기 바이어스 및 자기발진믹서의 입/출력단의 임피던스 변화에 따라 주파수를 체배하는 주파수체배기능에 의하여 K대역 및 Ka 대역의 상/하향 주파수를 변환하는 것을 특징으로 하는 주파수변환회로.The self-oscillating mixer performs a frequency conversion function in which the frequency of the input signal is converted up / down based on the local oscillator when a bias of a predetermined condition is given, and also changes in the impedance of the input / output terminals of the bias and the self-oscillating mixer. And converting the up / down frequencies of the K band and the Ka band by a frequency multiplying function that multiplies the frequencies accordingly. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자기발진믹서는 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)를 사용하여 주파수체배를 수행하는 것을 특징으로 하는 주파수변환회로.And the self oscillation mixer performs frequency multiplication using a high electron mobility transistor (HEMT). 삭제delete 삭제delete
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