KR100854639B1 - 고주파 위상차 검출기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력신호를 공급하는 제 1 포트와 기준신호를 공급하는 제 2 포트가 형성된 입력단과 상기 입력단에 형성된 제 1 포트의 입력신호를 90도 위상차로 분리하는 하이브리드 커플러와 상기 하이브리드 커플러에서 분리된 신호를 스위치 구동 회로에서 분주된 동기신호에 의해서 10KHz 간격으로 각각 출력하는 RF 스위치와 상기 RF 스위치에서 출력된 신호와 상기 입력단의 제 2 포트로부터 공급된 기준신호를 IF 신호로 혼합하는 혼합기와 상기 혼합기에서 혼합된 IF 신호를 스위치 구동 회로에서 분주된 동기신호에 의해서 10KHz 간격으로 각각 출력하는 DC 스위치 및 상기 DC 스위치에서 출력된 신호를 결합하여 순수한 위상성분 값을 추출하여 출력하는 디바이더로 이루어진 것을 특징으로 하는 고주파 위상차 검출기에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 RF 신호를 아날로그 방식으로 직접 제어하여 잡음의 영향이 없고, 회로의 내구성이 높을 뿐만 아니라 무선통신 송신시스템에서 고주파 대전력 증폭기의 잡음신호를 순수 위상차 성분을 이용하여 제거하는 효과가 있다.
위상, 검출, 분배, 혼합, 신호, 스위치 구동 회로, 디바이더, 아이솔레이터

Description

고주파 위상차 검출기 {Radio Frequency Phase Difference Detector}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 위상차 검출기의 구성도.
도 2는 본 발명의 도 1에 따른 혼합기를 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명의 도 1에 따른 디바이더를 나타낸 구성도.
* 주요 도면부호에 대한 설명 *
100 : 입력단 110 : 제 1 포트
111, 121 : 아이솔레이터 120 : 제 2 포트
200 : 하이브리드 커플러 300 : RF 스위치
400 : 혼합기 500 : DC 스위치
600 : 디바이더 700 : 자동 세기 조절기(ALC)
800 : 위상가변기 900 : 스위치 구동 회로
910 : 발진기 920 : 분주기
본 발명은 고주파 위상차 검출기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선통신 송신시스템에서 신호를 증폭하는 고주파 대전력 증폭기의 잡음신호를 순수 위상차 성분을 이용하여 제거하기 위한 고주파 위상차 검출기에 관한 것이다.
종래의 주파수/위상 검출장치에 관한 기술로서, 공개특허공보 제10-1997-0060701호는 아날로그 고주파(RF) 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환시키는 아날로그/디지털 변환부와, 상기 아날로그/디지털 변환부로부터 샘플링된 디지털 고주파 신호를 입력받아 그 샘플값을 통해 고주파 신호의 위상과 전압제어발진부의 위상과의 위상차를 검출하고, 상기 샘플값을 통해 데이터가 1 또는 0인지를 판단하는 위상검출부와, 상기 아날로그/디지털 변환부로부터 출력되는 디지털 고주파신호와 상기 위상 검출부로부터 출력되는 이치 데이터를 통해 주파수 오차를 검출하는 주파수검출부와, 상기 위상검출부로부터 출력되는 이상오차와 상기 주파수검출부로부터 출력되는 주파수 오차를 더하는 덧셈기와, 상기 덧셈기의 출력신호를 입력받아 고주파 오차를 제거시키는 루프필터와, 상기 루프필터의 출력신호를 입력받아 아날로그 신호로 변환시키는 디지털/아날로그 변환부와, 상기 디지털/아날로그 변환부의 출력에 비례한 주파수 클럭을 발진시키는 상기 전압제어발진부로 구성하여 이루어진 기술이었다.
그러나, 상기 종래의 기술은 RF 신호를 디지털 신호로 변환하여 제어하는 것으로서, RF 신호가 대전력인 경우에 디지털 회로가 RF 신호에 간섭영향을 받아서 정상동작하기 어려우며, 이를 해결하기 위해서는 회로가 복잡해지고 비용이 증가하 게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 RF 신호를 아날로그 방식으로 직접 제어하여 잡음의 영향이 없고, 회로의 내구성이 높은 고주파 위상차 검출기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 위상차 검출기는 입력신호를 공급하는 제 1 포트와 기준신호를 공급하는 제 2 포트가 형성된 입력단과 상기 입력단에 형성된 제 1 포트의 입력신호를 90도 위상차로 분리하는 하이브리드 커플러와 상기 하이브리드 커플러에서 분리된 신호를 스위치 구동 회로에서 분주된 동기신호에 의해서 10KHz 간격으로 각각 출력하는 RF 스위치와 상기 RF 스위치에서 출력된 신호와 상기 입력단의 제 2 포트로부터 공급된 기준신호를 IF 신호로 혼합하는 혼합기와 상기 혼합기에서 혼합된 IF 신호를 스위치 구동 회로에서 분주된 동기신호에 의해서 10KHz 간격으로 각각 출력하는 DC 스위치 및 상기 DC 스위치에서 출력된 신호를 결합하여 순수한 위상성분 값을 추출하여 출력하는 디바이더로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 입력단의 제 1 포트와 제 2 포트에는 입력되는 신호의 반사파 왜곡현상을 제거하는 아이솔레이터가 형성되는 것을 특징으 로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 위상차 검출기의 구성도로서, 입력신호를 공급하는 제 1 포트(110)와 기준신호를 공급하는 제 2 포트(120)가 형성된 입력단(100)과 상기 입력단(100)에 형성된 제 1 포트(110)의 입력신호를 90도 위상차로 분리하는 하이브리드 커플러(200)와 상기 하이브리드 커플러(200)에서 분리된 신호를 스위치 구동 회로(900)에서 분주된 동기신호에 의해서 10KHz 간격으로 각각 출력하는 RF 스위치(300)와 상기 RF 스위치(300)에서 출력된 신호와 상기 입력단(100)의 제 2 포트(120)로부터 공급된 기준신호를 IF 신호로 혼합하는 혼합기(400)와 상기 혼합기(400)에서 혼합된 IF 신호를 스위치 구동 회로(900)에서 분주된 동기신호에 의해서 10KHz 간격으로 각각 출력하는 DC 스위치(500) 및 상기 DC 스위치(500)에서 출력된 신호를 결합하여 순수한 위상성분 값을 추출하여 출력하는 디바이더(600)로 이루어진다.
또한, 상기 입력단(100)의 제 1 포트(110)와 제 2 포트(120)에는 입력되는 신호의 반사파 왜곡현상을 제거하는 아이솔레이터(Isolator : 111, 121)가 형성된다.
보다 상세하게는, 상기 하이브리드 커플러(200)와 혼합기(400)를 사용하여 상기 혼합기(400)의 RF 입력신호로서
Figure 112007017312173-pat00001
입력 RF 전력에 비례하는 변환 이득인 (k/4)AB는 소거되고, 순수한 위상값인 Q/I = sin(Ø - θ) / cos (Ø - θ)= tan(Ø - θ)를 얻을 수 있다.
상기 출력신호 IF[(k/4)ABcos(Ø - θ), (k/4)ABsin(Ø - θ)]가 디바이더(600)에 입력 될 때, (k/4)ABcos(Ø - θ)[V]는 I-port로, (k/4)ABsin(Ø - θ)[V]는 Q-port로 입력된다.
상기 두 개의 입력값들은 디바이더(600)에 의해 입력 RF 전력에 비례하는 변환 이득인 (k/4)AB는 소거되고, 순수한 위상값인 Q/I = sin(Ø - θ) / cos (Ø - θ)= tan(Ø - θ)를 얻을 수 있다.
따라서, 상기 디바이더(600)에서 연산된 출력 Vo는 입력 RF 전력의 크기와 관계없이 위상값의 변화만을 나타내게 된다.
상기 스위치 구동 회로(900)는 발진기(910)와 분주기(920)로 이루어지며, 상기 발진기(910)에서 발생된 1MHz의 신호를 상기 분주기(920)를 이용하여 10분주를 두 번 시켜서 10KHz로 동작시킴으로써, 최종적으로는 상기 RF 스위치(300) 및 DC 스위치(500)를 10KHz의 간격으로 동작되게 한다.
특히, 상기 스위치 구동 회로(900)는 상기 DC 스위치(500)에 OFF시 임피던스가 크게 보이는 SPDT(Single Pole Double Through) 아날로그 스위치를 사용하여 신호를 공급한다.
상기 입력단(100)의 제 1 포트(110)에 B∠Ø 를 입력신호로 설정하고, 90도 하이브리드 커플러(200)에 입력시키면 신호의 크기가 각각
Figure 112007017312173-pat00002
이며, 90도 위 상차를 갖는 cosØ 와 sinØ 의 두 가지 신호를 생성시킨다.
상기 두 가지 신호를 tanØ 형태로 변환하여 위상의 크기를 제어한다.
상기 하이브리드 커플러(200)를 통하여 두 가지 신호로 분리된 신호는 RF 스위치(300)에서 동기신호에 의해 10KHz 주기로 교대로 출력되어 주파수 혼합기(400)의 RF 신호로서 입력된다.
한편, 상기 입력단(100)의 제 2 포트(120)를 통해서 기준(Reference)신호인 A∠θ를 주파수 혼합기(400)의 기준(LO : Local Oscillator) 신호로 입력한다. 상기 주파수 혼합기(400)는 변환손실 K의 비율이 곱해진 크기를 가지며, 출력신호인 중간(IF : Intermediate Frequency) 신호의 주파수 위상은 RF와 기준 신호의 주파수와 위상에 의해 정해진다.
상기 RF 신호와 기준신호인 LO 신호의 주파수가 동일하고 위상차이가 있는 경우에 주파수 혼합기(400)의 IF 출력 주파수는 상기 RF 신호 및 LO 신호의 주파수에 비하여 보다 낮은 주파수의 직류(DC)성분의 크기와 위상값을 갖는 신호와 그 외 여러 주파수 성분이 포함된 신호가 발생되어 출력된다. 이때 상기 IF 출력 주파수의 직류(DC)성분의 크기는 상기 RF 신호와 LO 신호의 위상관계에 의해 결정된다. 이를 수식으로 전개하면 [수학식1]과 같으며, 여기서 주파수 혼합기(400)의 입력신호세기를 동일하게 각각
Figure 112008025164910-pat00014
,
Figure 112008025164910-pat00015
로 적용하였다.
[수학식 1]
Figure 112007017312173-pat00005
Figure 112007017312173-pat00006
상기 IF 출력신호의 하모닉(Harmonic)성분을 제거하면, IF출력신호는 [수학식 2]와 같다.
[수학식 2]
Figure 112007017312173-pat00007
상기와 같은 방법으로 IF2에 적용하면, [수학식 3]과 같다.
[수학식 3]
Figure 112007017312173-pat00008
Figure 112007017312173-pat00009
Figure 112007017312173-pat00010
상기 주파수 혼합기(400)에서 발생된 상기 RF 신호 및 LO 신호의 주파수에 비하여 보다 낮은 주파수의 직류(DC)성분의 크기와 위상값으로 변환된 IF1, IF2신호를 DC 스위치(500)로 보내면, DC 스위치(500)는 10KHz 주기를 갖고 IF1, IF2신호를 교대로 출력시킨다. 이들 출력신호들은 90도 위상차를 갖는 것으로써, IF1신호를 I 신호(In-phase), IF2신호를 Q 신호(Quadrature-phase)로 적용이 가능하다.
상기 디바이더(600)에 I 신호를 분모값으로, Q 신호를 분자값으로 입력시키면, Q/I의 디바이더 연산 결과로서 (K/4)AB 크기성분은 없어지고, tan(Ø - θ)의 순수한 위상성분 값만 추출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 도 1에 따른 혼합기를 나타낸 구성도로서, 일반적으로 혼합기(400)는 두 개의 신호의 주파수의 합과 차를 발생하게 되는데, 일반적으로 작은 전력의 RF 신호와 비교적 대신호의 LO 신호가 합해져서 IF 신호가 생성되는 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 도 1에 따른 디바이더를 나타낸 구성도로서, 디바이더(600)에서 연산 된 출력 Vo는 입력 RF 전력의 크기와 관계없이 위상의 변화만을 나타낸다. 상기 디바이더(600)는 Analog device사의 AD534JH를 사용하였다. AD534JH를 사용할 경우에는 port Z2 는 입력 전압의 부호에 상관없이 동작하지만 X1은 (+)전압이 입력될 경우에만 동작한다는 점을 주의해야한다.
지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위내에서, 균등하게 대처될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 RF 신호를 아날로그 방식으로 직접 제어하여 잡음의 영향이 없는 효과가 있고, 회로의 내구성이 높은 효과가 있을 뿐만 아니라 무선통신 송신시스템에서 신호를 증폭하는 고주파 대전력 증폭기의 잡음신호를 순수 위상차 성분을 이용하여 제거하는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 입력신호를 공급하는 제 1 포트와 기준신호를 공급하는 제 2 포트가 형성된 입력단과;
    상기 입력단에 형성된 제 1 포트의 입력신호를 90도 위상차로 분리하는 하이브리드 커플러와;
    상기 하이브리드 커플러에서 분리된 신호를 스위치 구동 회로에서 분주된 동기신호에 의해서 10KHz 간격으로 RF 신호를 각각 출력하는 RF 스위치와;
    상기 RF 스위치에서 출력된 RF 신호와 상기 입력단의 제 2 포트로부터 공급된 기준신호인 LO 신호의 주파수가 동일하고 위상차가 있는 경우에 상기 RF 신호와 상기 LO 신호를 혼합하여 상기 RF 신호 및 LO 신호의 주파수에 비하여 보다 낮은 주파수의 직류(DC)성분의 크기와 위상값을 갖는 신호와 그 외 여러 주파수 성분이 포함된 신호인 IF 출력 주파수 신호로 출력하는 혼합기와;
    상기 혼합기에서 출력된 IF 신호를 스위치 구동 회로에서 분주된 동기신호에 의해서 10KHz 간격으로 각각 출력하는 DC 스위치; 및
    상기 DC 스위치에서 출력된 신호를 결합하여 순수한 위상성분 값을 추출하여 출력하는 디바이더로 이루어진 것을 특징으로 하는 고주파 위상차 검출기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 입력단의 제 1 포트와 제 2 포트에는,
    입력되는 신호의 반사파 왜곡현상을 제거하는 아이솔레이터가 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파 위상차 검출기.
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