KR100723914B1

KR100723914B1 - 광대역 저잡음 증폭수신기 및 수신방법

Info

Publication number: KR100723914B1
Application number: KR1020050059328A
Authority: KR
Inventors: 변종대; 이동석; 하태웅; 이구섭
Original assignee: (주)에프오알테크
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2007-06-07
Also published as: KR20070003391A

Abstract

본 발명에서 광대역 저잡음 증폭수신기 및 수신방법이 개시된다. 본 발명에 따르면, 다중 대역의 주파수를 수신하여 다중 중간주파수를 출력하는 수신기의 입력단은 수신된 다중 대역의 주파수의 개수보다 적은 수의 저잡음증폭기가 구비되고, 저잡음증폭기에 연결된 입출력 정합회로는 다중 대역의 주파수가 저잡음증폭기에 의해 증폭되면서 모두 저 잡음지수를 유지하며 저잡음증폭기의 출력단의 임피던스가 광대역 정합되도록 하기 위한 저잡음증폭부, 저잡음증폭부의 출력신호를 인가받아 전송선로 매칭 또는 엘씨 매칭에 의해 각 주파수 대역 별로 신호를 분배하기 위한 신호분배부, 분배된 각 대역의 주파수신호를 인가받아 각 해당 중간주파수로 증폭하여 출력하기 위한 신호증폭부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 수신기의 입력단의 크기를 소형화하고 사용하는 능동소자의 소요량이 줄어 수신기의 소비전력을 줄일 수 있으며, 기존의 방식에 비해 적은 잡음지수를 갖는 광대역 저잡음 수신기가 구현된다.

광대역, 저잡음증폭기

Description

광대역 저잡음 증폭수신기 및 수신방법{LOW NOISE RECEIVER FOR AMPLIFING A BROADBAND FREQUENCY AND A METHOD THE SAME}

도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 저잡음 증폭수신기의 블럭도,

도 2는 종래 기술의 다른 실시예에 따른 저잡음 증폭수신기의 블럭도,

도 3은 도 1의 저잡음증폭기에 의한 저 잡음지수 및 임피던스 궤적을 나타내는 스미스챠트,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 저잡음 증폭 수신기의 블럭도,

도 5은 도 4의 저잡음증폭기에 의한 저 잡음지수 및 임피던스 궤적을 나타내는 스미스챠트,

도 6는 도 4의 광대역 저잡음 증폭 수신기의 상세 블럭도,

도 7은 도 4의 신호증폭부에 여파기가 추가된 광대역 저잡음 증폭 수신기의 상세 블럭도,

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 저잡음 증폭 수신기의 블럭도, 그리고

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 저잡음 증폭 수신기가 동작하는 과정을 도시한 플로우챠트이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 수신기 101 : 광대역 안테나

110 : 저잡음증폭부 111 : 입력 정합회로

112 : 저잡음증폭기 113 : 출력 정합회로

120 : 신호분배부 130 : 제 1 신호증폭부

131 : 입력 정합회로 132 : 전력증폭기

133 : 출력 정합회로 134 : 여파기

140 : 제 2 신호증폭부 141 : 입력 정합회로

142 : 전력증폭기 143 : 출력 정합회로

144 : 여파기 200 : 수신기

201 : 광대역 안테나 210 : 저잡음증폭부

211 : 입력 정합회로 212 : 저잡음증폭기

213 : 출력 정합회로 220 : 신호분배부

230 : 제 1 신호증폭부 231 : 입력 정합회로

232 : 전력증폭기 233 : 출력 정합회로

240 : 제 2 신호증폭부 241 : 입력 정합회로

242 : 전력증폭기 243 : 출력 정합회로

250 : 제 N 신호증폭부 251 : 입력 정합회로

252 : 전력증폭기 253 : 출력 정합회로

본 발명은 광대역 저잡음 증폭수신기 및 수신방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 대역의 주파수를 수신하여 저잡음 증폭 및 출력하면서 광대역 정합을 이루는 회로를 구비함으로써, 수신된 주파수보다 적은 수의 저잡음증폭기에 의해 저잡음 증폭하고 각 대역별로 해당 주파수를 분배하기 위한 광대역 저잡음 증폭수신기 및 수신방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이동통신 수신기의 초창기에는 하나의 대역에 대한 신호만을 수신하도록 하여 수신자에게 하나의 서비스를 하였다. 이러한 이동통신 수신기의 경우, 최적의 감도를 얻기 위하여 신호 수신단에 저잡음증폭기가 통상 사용된다. 이러한 저잡음증폭기는 수신된 신호를 증폭하면서 증폭기의 잡음지수가 최소가 되도록 설계한다. 또한, 최소 잡음지수를 갖도록 저잡음증폭기는 하나의 주파수 대역에서 정합되도록 설계되는 것이 보통이다.

이동통신 서비스의 주파수 및 이동통신 방식의 종류가 많아 지면서 하나의 이동통신 수신기에서 다중 서비스를 제공할 필요성이 대두되었다. 이러한 필요성에 따라 종래에는 도 1과 같이 저잡음 증폭기(4,6)를 각 주파수(F1, F2) 대역별로 구비하는 구성이었다. 도 1에 도시된 바와 같이, 수신기(2)의 입력단은 광대역 안테나(1)를 통해 다중 주파수(F1, F2)를 수신하며, 각 해당 대역의 저역통과필터(3, 5)를 거쳐 각 저잡음증폭기(4, 6)에 의해 최소 잡음지수를 내며 저잡음 증폭되고, 각 전력증폭기(7, 8)에 의해 증폭되어 중간주파수(f1, f2)를 출력한다.

도 2는 도 1과 같은 이동통신 수신기(11)의 입력단이 다르게 구성된 도면이 다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각 대역의 주파수(F1, F2)를 수신하기 위한 각 안테나(9, 10)는 각 저역통과필터(12, 14)에 의해 불요파를 제거하고, 각 저잡음증폭기(13, 15)에 의해 저잡음 증폭하여 각 전력증폭기(16, 17)에 의해 증폭한 후에 각 중간주파수(f1, f2)를 출력하는 구성이다.

도 1 또는 도 2에 도시된 수신기(2, 11)의 입력단은 하나 이상의 저잡음증폭기(4, 6, 13, 15)와 같은 능동소자와 필터 등이 다수 포함됨으로써, 수신기(2, 11)의 크기가 커지고 다수의 증폭기(8, 7, 16, 17 또는 4, 6, 13, 15)가 결합되어 수신된 신호의 전력이 손실되며, 이러한 전력 손실은 여러 증폭기(4, 6, 13, 15)의 잡음지수를 증가시켜 수신기(2, 11)의 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.

도 3은 도 1 또는 도 2의 저잡음증폭기(4, 6, 13, 15)에 의한 최소 잡음지수 및 임피던스 궤적을 나타내는 스미스챠트이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 수신된 각 대역의 주파수가 각 저잡음증폭기(4, 6, 13, 15)에 인가되어 생성되는 최소 잡음지수가 두 지점으로 표시된다. 또한, 저잡음증폭기(4, 6, 13, 15)의 수를 줄이고 여러 대역의 신호를 함께 수신 및 증폭하고 신호를 분배하기 위해서는 신호의 전력손실 및 잡음을 줄이기 위한 정합회로가 요구된다. 이러한 정합회로를 설계하기 위해서는 상기 두 지점에 표시된 최소 잡음지수를 기준으로 설계하는 것은 어려움이 많은 이유로 하나의 지점을 기준으로 정합회로를 설계하게 되면 기존의 전력손실 및 잡음을 줄이지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로써, 본 발명의 목적은 다중 대역의 주파수를 수신하여 수신된 주파수의 수보다 적은 수의 저잡음증폭기와 저잡음증폭기에 연결된 회로들에 의하여 모든 주파수에 대해 개선된 잡음지수를 가지고, 저잡음증폭기의 출력 임피던스가 광대역 정합을 이루도록 함으로써, 저 잡음지수를 유지하며 전송선로 매칭 또는 엘씨 매칭에 의해 각 대역별로 주파수를 분배하기 위한 광대역 저잡음 증폭수신기 및 수신방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 다중 대역의 주파수를 수신하여 다중 중간주파수를 출력하는 광대역 저잡음 증폭수신기에 있어서, 상기 주파수의 개수보다 적은 수로 구비되고, 상기 주파수를 저잡음으로 증폭하기 위한 저잡음증폭부, 상기 저잡음증폭부의 출력 신호를 인가받아 임피던스 매칭에 의해 각 주파수 대역별로 신호를 분배하기 위한 신호분배부 및 상기 분배된 각 대역 주파수 신호를 인가받아 다중 중간주파수로 증폭하여 출력하기 위한 신호증폭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 저잡음증폭부는 단일로 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 저잡음증폭부는 상기 주파수를 저잡음 위주로 증폭하기 위한 저잡음증폭기, 상기 주파수의 불요파를 제거하고 상기 저잡음증폭기의 저 잡음지수를 설정하기 위한 입력 정합회로 및 상기 저잡음증폭기의 출력 임피던스값이 상기 다중 주파수 대역에서 임피던스 정합되도록 출력 정합회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 입력 정합회로는 상기 저잡음증폭기에 인가되는 상기 주파수의 최소 잡음지수 값이 지속적으로 유지되도록 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 출력 정합회로는 상기 출력 임피던스값들이 광대역 정합 내에 있도록 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 신호분배부는 다중 대역의 고주파가 상기 저잡음증폭부를 거쳐 출력된 신호를 인가받아 각 주파수 대역에 따른 전송선로 매칭에 의하여 신호를 분배하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 신호분배부는 다중 대역의 저주파가 상기 저잡음증폭부를 거쳐 출력된 신호를 인가받아 각 주파수 대역에 따른 엘씨 매칭에 의하여 신호를 분배하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 신호증폭부는 상기 분배된 해당 주파수 대역신호를 인가받아 임피던스 정합을 이루기 위한 입력 정합회로, 상기 입력 정합회로의 출력단에 연결되어 신호를 증폭하는 전력증폭기 및 상기 전력증폭기의 출력신호를 재 임피던스 정합하여 해당 주파수 대역의 중간주파수를 출력하기 위한 출력 정합회로를 포함하는 것을 특징으로 한다

바람직하게는, 상기 신호증폭부는 상기 신호분배부에서 분배되는 제 1 대역 주파수신호를 임피던스 정합하여 중간전력 증폭하기 위한 제 1 신호증폭부, 상기 신호분배부에서 분배되는 제 2 대역 주파수신호를 임피던스 정합하여 중간전력 증폭하기 위한 제 2 신호증폭부 및 상기 신호분배부에서 분배되는 제 N 대역 주파수신호를 임피던스 정합하여 중간전력 증폭하기 위한 제 N 신호증폭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 관점에 따른 광대역 저잡음 증폭수신기에 의하여 다중 대역의 주파수를 수신하여 각 대역별로 중간주파수를 출력하기 위한 방법에 있어서, (a) 상기 주파수의 개수보다 적은 수의 저잡음증폭부가 다중 대역의 주파수를 수신하는 단계, (b) 상기 주파수로 인한 저잡음증폭기의 최소 잡음지수가 광대역 정합을 이루도록 하기 위한 입력 정합회로에 상기 주파수가 인가되는 단계, (c) 상기 입력 정합회로의 출력신호를 저잡음증폭기에서 증폭하는 단계, (d) 상기 저잡음증폭기의 출력 임피던스값이 광대역 정합을 이루도록 하기 위한 출력 정합회로에 상기 저잡음증폭기의 증폭된 신호가 인가되는 단계, (e) 상기 출력 정합회로의 출력신호를 전송선로 매칭에 의하여 주파수 대역별로 분배하는 단계, (f) 상기 각 주파수 대역과 임피던스 정합되어 해당 매칭주파수가 검출되는 단계 및 (g) 상기 매칭주파수는 중간전력 증폭되고, 재 임피던스 정합되어 해당 대역의 중간주파수가 출력되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면들을 참조하여 본 발명에 따른 광대역 저잡음 증폭수신기의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 저잡음 증폭수신기(100)의 블럭도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 광대역 저잡음 증폭수신기(100)는 여러가지 통신 서비스를 부가하기 위한 하나 이상의 다중 대역의 주파수(F1, F2)를 수신하여 저잡음으로 증폭하기 위한 저잡음증폭부(110), 저잡음증폭부(110)의 출력단으로부터 인가되는 신호를 임피던스 매칭에 의해 각 주파수(F1, F2) 대역별로 신호를 분배하기 위한 신호분배부(120), 신호분배부(120)로부터 분배된 각 해당 주파수 대역신호만이 인가되고, 각 인가된 신호를 전력 증폭하여 각각의 중간주파수(f1, f2)를 출력하기 위한 신호증폭부(130, 140)를 포함한다.

상기 광대역 저잡음 증폭수신기(100)는 서로 다른 통신서비스를 하나의 수신장치에 의해 수신하여 복합적이고 다양한 서비스를 실현하기 위한 것이다. 이렇듯 여러 통신서비스가 가미된 다중 대역의 주파수(F1, F2)를 수신하는 것에 있어서, 수신기(100)의 크기를 줄이는 것은 물론이고, 수신기(100)의 잡음지수, 전력소비 등이 고려된 수신효율을 향상시키기 위한 것이다.

또한, 상기 다중 대역의 주파수(F1, F2)는 사용자에게 다양한 통신서비스를 제공하기 위한 것으로, 이하에서는 다중 대역의 주파수(F1, F2)의 일례로 GPS 대역의 주파수(F1)와 위성 DMB 대역의 주파수(F2)로 상술하기로 한다.

저잡음증폭부(110)는 안테나(101)에 의해 수신된 GPS 대역의 주파수(F1)와 위성 DMB 대역의 주파수(F2)의 잡음을 제거하면서 통신서비스가 가미된 주파수를 증폭하기 위한 저잡음증폭기(110), 상기 주파수(F1, F2)이 저잡음증폭기(112)에 인가되기 이전에 상기 주파수(F1, F2)의 필터에 의한 불요파를 제거하고, 상기 저잡음증폭기(112)에 인가되는 주파수(F1, F2)이 모두 최소 잡음지수를 이루며 저잡음 증폭하기 위한 입력 정합회로(111), 입력 정합회로(111)에 의하여 저잡음증폭기(112)를 최소 잡음지수를 이루며 통과한 저잡음증폭기(112)의 출력신호는 GPS 대역과 위성 DMB 대역에서 모두 임피던스 정합되도록 하기 위한 출력 정합회로(113)를 포함한다.

저잡음증폭부(110)로 인가되는 주파수를 수신하기 위한 안테나는 각 대역별로 여러 개로 구비될 수도 있지만, 다중 대역의 주파수를 수신하기에 타당한 광대역 안테나(101)로 구비되는 것이 바람직하다.

저잡음증폭부(110)는 GPS 대역의 주파수(F1)와 위성 DMB 대역의 주파수(F2)와 같이 다중 대역의 주파수(F1, F2)를 각 대역별로 최소 잡음지수로 증폭하고 중간주파수(f1, f2)로 출력하기 위한 수신기(100)의 입력단을 구현하기 위한 것이 아니고, 수신기(100)의 잡음지수를 줄이고 수신기(100)의 성능을 향상하기 위한 것으로써, 상기 저잡음증폭부(110)는 적어도 수신되는 주파수의 수보다 적게 구현되며, 더 나아가 단일의 저잡음증폭부(110)로 구비되는 것이 바람직하다. 이에 따라 저잡음증폭부(110)의 저잡음증폭기(112)도 하나로 구비될 수 있다.

따라서, 적어도 광대역 안테나(101)로부터 수신되는 다중 대역의 주파수(F1, F2)의 수보다 적은 수의 저잡음증폭기(112) 또는 단일의 저잡음증폭기(112)로 수신기(100)의 입력단을 구현하기 위해서는 상기 저잡음증폭기(112)의 입출력단에 연결된 정합회로(111, 113)의 구현에 의한다.

상기 정합회로(111, 113)를 구현함에 있어, GPS 대역의 주파수(F1)와 위성 DMB 대역의 주파수(F2)를 수신하여 상기 저잡음증폭기(112)에 의해 저잡음 증폭하기 위해서는 상기 GPS 대역과 위성 DMB 대역의 두 입력신호가 하나의 지점에서 정합되어야 한다.

도 5은 도 4의 저잡음증폭기(112)에 의한 최소 잡음지수 및 출력 임피던스 궤적을 나타내는 스미스챠트이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 GPS 대역과 위성 DMB 대역의 두 입력신호가 저잡음증폭기(112)를 거치면서 모두 한 지점에서 저 잡음지수가 되도록 입력 정합회로(111)를 구현하고, 한 지점에서 저 잡음지수를 이루며 저잡음증폭기(112)로부터 출력된 신호는 상기 저 잡음지수를 지나는 개선된 잡음 지수를 갖는 임피던스 궤적으로 이루도록 하는 출력 정합회로(113)가 구현됨으로써, 도시된 영역 B와 같이 광대역 정합을 이룬다.

따라서, GPS 대역의 주파수(F1)와 위성 DMB 대역의 주파수(F2)가 단일의 저잡음증폭부(110)를 거쳐 출력된 신호는 상기 영역과 같은 광대역 정합을 이루는 바, 한 지점에 대한 정합이 이루어져 다중 대역의 주파수(F1, F2)에 따른 다수개의 저잡음증폭기(112)를 사용하지 않고서도 수신기(100)의 입력단을 구현할 수 있다.

이렇게 구현된 저잡음증폭부(110)에 의하여 GPS 대역의 주파수(F1)와 위성 DMB 대역의 주파수(F2)를 저잡음 증폭하여 광대역 정합을 이루는 출력신호는 상기 신호분배부(120)에 의해 다시 각 대역별로 주파수 분배된다.

도 6은 도 4의 광대역 저잡음 증폭 수신기(100)의 상세 블럭도이며, 상기 광대역 정합을 이루는 출력신호가 각 대역별로 주파수 분배되는 원리를 상술하기 위한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 신호분배부(120)는 저잡음증폭부(110)의 출력신호를 인가받아 각 주파수 대역별로 전송선로 매칭에 의해 분배한다.

전송선로 매칭은 본 실시예와 같은 고주파 신호가 인가될 때에 바람직한 구성이 된다. 저주파의 경우에는 파장이 길어서 전송선로의 길이가 아무리 길어도 전송선로 상의 입력 임피던스 특성이 변하지 않기 때문에 저주파 신호를 인가받을 때 는 전송선로 매칭이 적당하지 않다.

또한, 고주파에서는 파장이 짧기 때문에 전송선로의 길이의 변화에 따라 입력 임피던스의 특성도 변화하게 된다. 그러므로, 전송선로 매칭은 고주파 신호가 인가될 때가 타당하고, 저주파 신호가 인가될 때에는 인덕터(미도시)와 캐패시터(미도시) 등의 조합에 의한 회로를 구현함으로써, 구현된 회로에 저주파 신호가 인가되어 각 주파수 대역에 따른 엘씨 매칭을 하는 것이 바람직하다.

상기 전송선로 매칭은 도시된 신호분배부(120)의 A지점에서 GPS 대역신호의 신호증폭부(130)를 바라본 반사계수(Γ2)가 임피던스 정합되도록 전송선로(L1)의 길이를 조절함으로써, 해당 GPS 대역의 입력 임피던스의 특성과 정합을 이루는 입력 임피던스를 갖도록 구현한다. 또한, 위와 같이 GPS 대역의 임피던스 정합을 이루는 것과 동시에 위성 DMB 대역의 주파수가 임피던스 정합을 이루지 못해 상기 GPS 대역의 주파수가 큰 전력 손실없이 GPS 대역의 신호증폭부(130)로 전달된다.

또한, 상기 신호분배부(120)의 A지점에서 위성 DMB 대역의 전력 증폭부(140)를 바라본 반사계수(Γ3)가 임피던스 정합되도록 전송선로(L2)의 길이를 조절하여, 해당 위성 DMB 대역의 입력 임피던스의 특성과 정합을 이루는 입력 임피던스를 갖도록 구현함과 동시에 GPS 대역의 주파수가 임피던스 차이에 따라 인가되지 않도록 하여 상기 위성 DMB 대역의 주파수(F2)가 큰 전력 손실없이 위성 DMB 대역의 신호증폭부(140)로 전달된다.

신호증폭부(130, 140)는 신호분배부(120)에 의해 분배된 해당 주파수 대역신호를 인가받아 임피던스 정합을 이루고, 다른 대역신호가 인가되지 않도록 하기 위한 입력 정합회로(131, 141), 입력 정합회로(131, 141)의 출력단에 연결되어 신호를 증폭하기 위한 종단증폭기(132, 142), 전력증폭기(132, 142)의 출력신호를 재 임피던스 정합하여 해당 대역의 중간주파수(f1, f2)를 출력하기 위한 출력 정합회로(133, 143)를 포함한다.

또한, 신호증폭부는 GPS 대역으로 분배된 주파수신호를 전력 증폭하기 위한 제 1 신호증폭부(130), 위성 DMB 대역으로 분배된 주파수신호를 전력 증폭하기 위한 제 2 신호증폭부(140)를 구비한다.

도 7은 도 4의 신호증폭부(130, 140)에 여파기(134, 144)가 추가된 광대역 저잡음 증폭 수신기(100)의 상세 블럭도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 더욱 효과적으로 GPS 대역의 주파수 신호(F1)만을 캡쳐하기 위하여 신호분배부(120)에서 제 1 신호증폭부(130)를 바라보는 반사계수(Γ4)와 임피던스 정합을 이루는 입력 정합회로(131)를 구현한다. 이러한 입력 정합회로(131)의 입력단에 특정 주파수만을 검출하기 위한 공진기(미도시) 또는 여파기(134)를 부가적으로 설치함으로써, 해당 주파수 대역의 신호가 인가되는 것이 더욱 효과적으로 구현될 수 있다.

또한, 위성 DMB 대역의 주파수 신호(F2)만을 캡처하기 위하여 신호분배부(120)에서 제 2 신호증폭부(140)를 바라보는 반사계수(Γ5)와 임피던스 정합을 이루기 위한 입력 정합회로(141)가 구현된다. 이와 더불어 입력 정합회로(141)의 입력단에 특정주파수만을 검출하기 위한 공진기(미도시) 또는 여파기(144)를 부가적으로 구비한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 저잡음 증폭 수신기(200)의 블 럭도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 광대역 저잡음 증폭수긴기(200)는 더욱 많은 N 대역의 주파수(F1, F2, FN)을 수신하여 단일의 저잡음증폭기(212)로 저잡음 증폭하기 위한 것이다.

저잡음증폭부(210)는 N 대역의 주파수(FN)를 수신하여 N 대역의 주파수(FN) 모두에 대해 보다 개선된 잡음지수를 가지며, 저잡음증폭기(212)의 출력 임피던스가 광대역 정합을 이루도록 구비된다.

저잡음증폭부(210)의 출력단에 연결된 신호분배부(220)는 각 대역에 해당하는 전송선로의 길이를 조절하여 각 대역의 입력 임피던스를 조절함으로써, 각 해당 대역의 주파수와 임피던스 정합을 이루어 각 해당 대역의 주파수만이 각 신호증폭부(230, 240, 250)로 큰 손실없이 전달된다. 다른 대역의 주파수는 상기 전송선로와 임피던스 정합이 이루어지지 않아 제대로 인가되지 않는다.

신호증폭부(230, 240, 250)는 신호분배부(220)의 각 전송선로와 연결되어 N 개의 신호증폭부(230, 240, 250)로 구비된다. 또한, 신호증폭부(230, 240, 250)는 신호분배부에서 제 1 대역의 전송선로를 통해 분배되는 제 1 대역 주파수 신호를 임피던스 정합하여 전력 증폭하기 위한 제 1 신호증폭부(230), 상기 신호분배부(220)에서 제 2 대역의 전송선로를 통해 분배되는 제 2 대역 주파수 신호를 임피던스 정합하여 전력 증폭하기 위한 제 2 신호증폭부(240), 상기 신호분배부(220)에서 제 3 대역의 전송선로를 통해 분배되는 제 3 대역 주파수신호를 임피던스 정합하여 전력 증폭하기 위한 제 N 신호증폭부(250)를 포함한다.

마찬가지로, 상기 신호증폭부(230, 240, 250)는 임피던스 정합에 의하여 해당 대역의 주파수를 인가하고 다른 대역에 대하여는 고 임피던스가 되도록하여 다른 대역의 주파수가 인가되는 것을 배제하는 입력 정합회로(231, 241, 251), 입력 정합회로를 거친 신호를 전력 증폭하기 위한 전력증폭기(232, 242, 252), 전련 증폭된 신호를 재 임피던스 정합하여 최종적으로 해당 주파수를 검출하고 중간주파수(f1, f2, fN)를 출력하기 위한 출력 정합회로를 구비한다.

또한, 상기 N 대역의 주파수에는 고주파와 저주파가 함께 포함될 수 있는바, 상기 신호분배부(220)는 전송선로 매칭과 인덕터(미도시)와 캐패시터(미도시) 등으로 구현된 회로를 이용한 엘씨 매칭이 함께 구현될 수 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 광대역 저잡음 증폭방법에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 저잡음 증폭수신기(100)가 동작하는 과정을 도시한 플로우챠트이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 광대역 저잡음 증폭수신기(100)의 광대역 안테나(101)에 GPS 대역의 주파수(F1)와 위성 DMB 대역의 주파수(F2)가 수신된다.(S100)

수신된 상기 주파수(F1, F2)은 단일 저잡음증폭부(110)의 입력 정합회로(111)에 인가된다.(S102) 상기 주파수(F1, F2)이 단일 저잡음증폭기(112)를 거치면서 개선된 잡음지수가 되도록 하기 위한 신호를 생성한다.(S104) 이렇게 생성된 신호는 상기 저잡음증폭기(112)를 거쳐 상기 개선된 잡음지수를 내며 저잡음 증폭하게 된다.(S106)

증폭된 신호는 상기 저잡음증폭기(112)의 출력 정합회로(113)에 인가된다.(S108) 출력 정합회로(113)의 출력단에서는 저잡음증폭기(112)의 출력 임피던스 값이 광대역 정합을 이룬 신호가 출력된다.(S110) 광대역 정합을 이루는 영역 내의 출력신호는 신호분배부(120)에서 전송선로 매칭 또는 엘씨 매칭에 의하여 각 대역별로 주파수 분배된다.(S112)

상기 S112 단계의 전송선로 매칭은 고주파 분배에 바람직하며, 상기 GPS 대역에 해당하는 신호분배부(120) 내의 전송선로(L1)의 길이를 조절하여 상기 GPS 대역에 해당하는 저잡음증폭부(110)의 출력신호의 입력 임피던스와 일치하는 입력 임피던스값을 설정한다. 이러한 설정으로 인하여 임피던스 정합을 이룸으로써, 상기 GPS 대역의 전송선로(L1)에 GPS 대역에 해당하는 주파수(F1)가 인가된다.

또한, 상기 GPS 대역의 전송선로(L1)와 마찬가지로 상기 위성 DMB 대역에 해당하는 전송선로(L2)의 길이를 조절하여 저잡음증폭부(110)의 출력신호 중 상기 위성 DMB 대역에 해당하는 출력신호의 입력 임피던스와 임피던스 정합을 이루기 위한 입력 임피던스 값을 설정한다. 이렇게 설정된 전송선로(L2)를 통하여 위성 DMB 대역의 주파수(F2)가 큰 전력 손실없이 인가된다.

위와 같이 분배된 GPS 대역의 신호와 위성 DMB 대역의 신호는 각 신호증폭부의 입력 정합회로(131, 141)에 인가된다. 입력 정합회로(131, 141)에서는 해당 주파수 대역만의 신호가 인가되고 다른 주파수 대역의 신호의 인가를 배제하기 위한 것으로 신호분배부(120)에서 더욱 정밀하게 분배되지 않은 미약한 신호를 입력 정합회로(131, 141)를 거쳐 제거한다.(S114)

상기 입력 정합회로(131, 141)의 각 출력신호는 제 1 전력증폭기(132) 및 제 2 전력증폭기(142)로 인가되어 전력이 증폭된다.(S116) 신호증폭부(130, 140)의 각 출력 정합회로(133, 143)에 인가되어 임피던스 정합에 의한 해당 주파수를 한번 더 검출하는 과정을 거쳐 더욱 정밀하게 각 대역의 주파수(F1, F2)를 분리한다.(S118) 또한,이러한 출력 정합회로를 거쳐 중간주파수를(f1, f2)를 출력한다.(S120)

이와 같은 과정은 GPS 대역과 위성 DMB 대역의 주파수(F1, F2)를 일례로 상술하였으나, 더욱 많은 대역의 주파수를 하나의 증폭기 또는 수신되는 주파수보다 적은 수의 증폭기로 수신하여 저잡음 증폭하고 각 대역별로 분배할 수 있다.

또한, 고주파의 인가에 따른 신호분배부의 전송선로의 매칭에 의하여 신호를 분배하는 방법을 상술하고 있으나, 더 나아가 고주파와 저주파가 혼재된 다중 대역의 주파수를 각 대역별로 신호 분배하기 위해서는 전송선로 매칭과 엘씨 매칭이 함께 이루어지도록 하는 신호분배부를 구성하는 것도 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할수 있을 것이다.

따라서, 본 발명에서는 다중 대역의 주파수를 수신된 주파수보다 적은 수의 저잡음증폭기와 저잡음증폭기의 입출력단 회로에 의해 저잡음증폭기에 인가되는 모든 주파수가 개선된 잡음지수를 유지하고, 저잡음증폭기의 출력 임피던스가 광대역 정합을 이루며, 광대역 정합 내의 신호가 전송선로 매칭 또는 엘씨 매칭에 의해 각 대역별로 주파수 분배됨으로써, 수신기 입력단의 크기를 소형화하고 적용된 능동소자의 소요량이 줄어들어 수신기의 소비전력을 대폭 줄일 수 있으며, 기존의 방식에 비해 잡음지수를 작게 할 수 있는 이점이 있다.

Claims

다중 대역의 주파수를 수신하여 다중 중간주파수를 출력하는 광대역 저잡음 증폭수신기에 있어서,

상기 주파수의 저잡음 증폭신호가 광대역 정합을 이루며, 상기 주파수의 개수보다 적은 수로 구비되는 적어도 하나 이상의 저잡음증폭부;

상기 저잡음증폭부의 출력 신호를 인가받아 임피던스 매칭에 의해 각 주파수 대역별로 신호를 분배하기 위한 신호분배부; 및

상기 분배된 각 대역 주파수 신호를 인가받아 다중 중간주파수로 증폭하여 출력하기 위한 신호증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭수신기.
제 1 항에 있어서, 상기 저잡음증폭부는,

단일로 구비되는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭수신기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 저잡음증폭부는,

상기 주파수를 저잡음으로 증폭하기 위한 저잡음증폭기;

상기 주파수의 불요파를 제거하고 상기 저잡음증폭기의 저 잡음지수를 설정하기 위한 입력 정합회로; 및

상기 저잡음증폭기의 출력 임피던스값이 상기 다중 주파수 대역에서 임피던스 정합되도록 출력 정합회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭수신기.
제 3 항에 있어서, 상기 입력 정합회로는,

상기 저잡음증폭기에 인가되는 상기 주파수의 저 잡음지수 값이 지속적으로 유지되도록 구비하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭수신기.
제 3 항에 있어서, 상기 출력 정합회로는,

상기 출력 임피던스값들이 광대역 정합 내에 있도록 구비하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭수신기.
제 1 항에 있어서, 상기 신호분배부는,

다중 대역의 고주파가 상기 저잡음증폭부를 거쳐 출력된 신호를 인가받아 각 주파수 대역에 따른 전송선로 매칭에 의하여 신호를 분배하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭수신기.
제 1 항에 있어서, 상기 신호분배부는,

다중 대역의 저주파가 상기 저잡음증폭부를 거쳐 출력된 신호를 인가받아 각 주파수 대역에 따른 엘씨 매칭에 의하여 신호를 분배하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭수신기.
제 1 항에 있어서, 상기 신호분배부는,

다중 대역의 고주파 및 저주파가 상기 저잡음증폭부를 거쳐 출력된 신호를 인가받아 각 주파수 대역에 따른 전송선로 매칭 및 엘씨 매칭에 의하여 신호를 분배하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭수신기.
제 6 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 전송선로 매칭은,

상기 저잡음증폭부와 연결되고, 각 해당 주파수 대역에 관한 전송선로의 길이를 조절하여 해당 매칭주파수의 입력 임피던스와 임피던스 정합을 이루는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭수신기.
제 1 항에 있어서, 상기 신호증폭부는,

상기 분배된 해당 주파수 대역신호를 인가받아 임피던스 정합을 이루기 위한 입력 정합회로;

상기 입력 정합회로의 출력단에 연결되어 증폭하는 전력증폭기; 및

상기 전력증폭기의 출력신호를 재 임피던스 정합하여 해당 주파수 대역의 중간주파수를 출력하기 위한 출력 정합회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭수신기.
제 10 항에 있어서, 상기 입력 정합회로는,

상기 해당 주파수 대역신호와 함께 미약한 신호로 인가되는 다른 대역신호를 제거하기 위하여 공진기 또는 여파기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭수신기.
제 10 항에 있어서, 상기 신호증폭부는,

상기 신호분배부에서 분배되는 제 1 대역 주파수신호를 임피던스 정합하여 중간전력 증폭하기 위한 제 1 신호증폭부;

상기 신호분배부에서 분배되는 제 2 대역 주파수신호를 임피던스 정합하여 중간전력 증폭하기 위한 제 2 신호증폭부; 및

상기 신호분배부에서 분배되는 제 N 대역 주파수신호를 임피던스 정합하여 중간전력 증폭하기 위한 제 N 신호증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭수신기.
제 1 항에 따른 광대역 저잡음 증폭수신기에 의하여 다중 대역의 주파수를 수신하여 각 대역별로 중간주파수를 출력하기 위한 방법에 있어서,

(a) 상기 주파수의 개수보다 적은 수의 저잡음증폭부가 다중 대역의 주파수를 수신하는 단계;

(b) 상기 주파수로 인한 저잡음증폭기의 저 잡음지수가 광대역 정합을 이루도록 하기 위한 입력 정합회로에 상기 주파수가 인가되는 단계;

(c) 상기 입력 정합회로의 출력신호를 저잡음증폭기에서 증폭하는 단계;

(d) 상기 저잡음증폭기의 출력 임피던스값이 광대역 정합을 이루도록 하기 위한 출력 정합회로에 상기 저잡음증폭기의 증폭된 신호가 인가되는 단계;

(e) 상기 출력 정합회로의 출력신호를 전송선로 매칭에 의하여 주파수 대역별로 분배하는 단계;

(f) 상기 각 주파수 대역과 임피던스 정합되어 해당 매칭주파수가 검출되는 단계; 및

(g) 상기 매칭주파수는 중간전력 증폭되고, 재 임피던스 정합되어 해당 대역의 중간주파수가 출력되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭 수신방법.
제 13 항에 있어서, 상기 (e) 단계의 전송선로 매칭은,

인덕터 및 커패시터 소자를 이용한 엘씨 매칭으로 대체되는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭 수신방법.