KR101341446B1 - 주파수가변필터를 포함한 주파수 보정장치 및 그 방법 - Google Patents

주파수가변필터를 포함한 주파수 보정장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 주파수 보정기능을 갖는 주파수가변필터 및 그를 이용한 주파수 보정방법은 CW(Continuous Wave)신호를 출력하는 신호발생기와 외부로부터 인가되는 원신호와 상기 CW신호를 결합하여 출력하는 전력결합기1과 상기 전력결합기1과 연결되며, 인가되는 출력신호를 가변 출력하는 주파수가변필터와 상기 주파수가변필터와 연결되며, 인가되는 출력신호 중 일부를 표본으로 수집하고 나머지를 외부로 출력하는 전력결합기2와 상기 전력결합기2와 연결되며, 전력결합기2로부터 인가받는 표본신호의 크기를 검출하고, 검출된 신호의 크기에 비례하는 전압을 생성하여 디지털신호로 변환하여 출력하는 전력검출기 및 상기 전력검출기와 연결되며, 신호발생기와 주파수가변필터를 제어하는 제어기로 이루어진다.

Description

주파수가변필터를 포함한 주파수 보정장치 및 그 방법{APPARATUS OF FREQUENCY COMPENSATION INCLUDING FREQUENCY VARIABLE FILTER}
본 발명은 주파수 보정기능을 갖는 주파수가변필터 및 그를 이용한 주파수 보정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원하는 중심주파수를 일정하게 유지하는 주파수 보정기능을 갖는 주파수가변필터 및 그를 이용한 주파수 보정방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 일반적인 송신기의 구성도이다. 여기에서 주파수상향기는 기저대역 또는 IF 송신신호의 주파수를 원하는 RF로 주파수를 변경하는 기능을 하며, 전력증폭기는 RF로 주파수 변경된 송신신호의 크기를 필요한 만큼 증폭시키는 기능을 한다. 또한, 대역통과필터는 전력증폭기에서 충분히 증폭된 RF 송신신호 이외의 스퓨리어스 신호를 제거한 후에 안테나로 RF 송신신호를 인가하는 기능을 하며, 이렇게 안테나로 인가된 신호는 송신기의 안테나를 통해서 자유공간으로 최종 출력된다. 도 2는 종래의 일반적인 수신기의 구성도이다. 도 2는 도 1의 동작과 정확하게 반대의 기능을 하도록 구성되어 있다. 도 2에서 안테나는 자유공간 상에서 안테나로 유기되는 RF 신호를 대역통과필터에 인가하며, 대역통과필터는 안테나를 통해서 유기되는 RF 신호들 중에서 관심 주파수대역의 신호 만을 골라낸 후, 그 신호를 저잡음 증폭기로 인가한다. 저잡음 증폭기는 대역통과필터로부터 인가되는 신호의 신호대잡음비를 좋게 유지하기 위해서 작은 잡음을 가지며 적절한 이득을 갖는 저잡음 증폭기를 통해서 적당한 크기로 증폭된 다음, 주파수하향기를 통해서 기저대역 또는 IF 신호로 변환된다.
도 1과 도 2는 각각 대표적인 송신기와 수신기의 구성도로써 대역통과필터는 임의의 중심주파수로 고정된다. 최근에는 스마트폰과 같이 다양한 통신서비스를 제공하는 무선통신 시스템들이 많이 개발되고 있고, 미래에는 더욱 더 많은 통신서비스를 제공하는 무선통신 시스템들이 개발될 전망이다. 스마트폰의 경우에는 GPS, WiFi 그리고 WCDMA를 서비스할 수 있다. 이와 같이 다양한 통신방식을 서비스 하기 위해서 안테나, 전력증폭기, 저잡음 증폭기 및 대역통과필터와 같은 송수신 전단부는 광대역 동작이 가능해야 하며, 특히 대역통과필터는 원하는 신호만을 선택적으로 수용할 수 있어야 하기 때문에 도 3과 같은 필터뱅크의 형태로 구성된다. 도 3에서 스위치1과 스위치2는 적절한 대역통과필터를 선택하는 기능을 제공한다. 도 3은 다수의 대역통과필터 중에서 중심주파수가 f0로 설정된 대역통과여파기가 동작되는 구성을 보여주고 있다. 그러나 도 3과 같은 구성은 크기 및 비용 측면에서 불리한 구조이다. 최근에는 도 4와 같이 주파수가변필터를 이용해서 무선통신 시스템을 개발하고자 하는 연구가 많이 진행되고 있다. 도 4의 주파수가변필터는 전기적으로 제어되는 바랙터(varactor)를 이용하거나, 기계적으로 제어되는 캐비티(cavity)형 공진기를 이용함으로써 주파수를 가변한다. 바랙터를 사용하는 경우에는 바랙터에 공급되는 전압을 제어함으로써 캐패시턴스 값의 변경을 통해서 주파수가변필터를 구현하며, 캐비티형 공진기를 이용하는 경우에는 스탭모터의 제어를 통해서 캐비티형 공진기의 튜닝 bar의 높이를 제어함으로써 주파수가변필터를 구현한다. 도 4와 같은 주파수가변필터의 구성은 open loop 구조이기 때문에 중심주파수를 변경한 경우에 적절한 중심주파수로 이동되었는지 확인할 수 없고, 주변환경에 의해서 필터의 중심주파수가 원치 않는 주파수로 변경되었는지 확인할 수 없는 단점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 주파수가변필터의 중심주파수가 변경되었는지 확인하고, 주변환경 변화에도 원하는 중심주파수를 일정하게 유지하는 주파수 보정기능을 갖는 주파수가변필터 및 그를 이용한 주파수 보정방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주파수 보정기능을 갖는 주파수가변필터 및 그를 이용한 주파수 보정방법은 CW(Continuous Wave)신호를 출력하는 신호발생기와; 외부로부터 인가되는 원신호와 상기 CW신호를 결합하여 출력하는 전력결합기1과; 상기 전력결합기1과 연결되며, 인가되는 신호에 포함되어 있는 스퓨리어스를 제거하며 더불어 중심주파수의 변경이 가능한 주파수가변필터와; 상기 주파수가변필터와 연결되며, 인가되는 출력신호 중 일부를 표본으로 수집하고 나머지를 외부로 출력하는 전력결합기2와; 상기 전력결합기2와 연결되며, 전력결합기2로부터 인가받는 표본신호의 크기를 검출하고, 검출된 신호의 크기에 비례하는 전압을 생성하여 디지털신호로 변환하여 출력하는 전력검출기; 및 상기 전력검출기와 연결되며, 신호발생기와 주파수가변필터를 제어하는 제어기;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는 신호발생기의 CW신호의 중심주파수와 크기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는 주파수가변필터의 중심주파수를 검출되는 CW신호의 크기 정보를 이용해서 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 주파수가변필터를 포함한 주파수 보정장치를 이용한 주파수 보정방법에 있어서, 제어기가 원신호와 주파수가변필터의 중심주파수를 고려하여 신호발생기의 CW신호의 주파수를 설정한 후, 신호발생기의 출력을 전력결합기1에 전달하는 1단계와; 상기 1단계 후 전력결합기1에서 주파수가변필터로 인가되는 원신호와 신호발생기의 CW신호를 결합한 후 주파수가변필터로 인가하는 2단계; 상기 2단계의 주파수가변필터에서 인가되는 신호 중 일부를 전력결합기2가 표본해서 전력검출기로 인가하는 3단계; 상기 3단계에서 전력검출기가 인가 받은 신호 중 신호발생기에서 생성되는 CW신호의 크기를 검출하고, 검출된 신호의 크기에 비례하는 전압을 생성해서 제어기에 제공하는 4단계; 상기 4단계 후 제어기는 검출되는 CW신호의 크기가 원하는 크기가 되도록 주파수가변필터의 중심주파수를 변경하는 5단계;로 이루어지며, 상기 5단계 후 1단계에서 5단계의 과정을 반복함으로써 주파수를 보정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는 신호발생기의 CW신호의 중심주파수와 크기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는 주파수가변필터의 중심주파수를 검출되는 CW신호의 크기 정보를 이용해서 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 주파수 보정기능을 갖는 주파수가변필터 및 그를 이용한 주파수 보정방법은 주파수가변필터의 중심주파수가 변경되었는지 확인하고, 주변환경 변화에도 원하는 중심주파수를 일정하게 유지하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 일반적인 송신기의 구성도이다.
도 2는 종래의 일반적인 수신기의 구성도이다.
도 3은 종래의 다양한 서비스를 위한 필터뱅크 구성도이다.
도 4는 종래의 주파수가변필터다.
도 5는 본 발명의 주파수 보정 기능을 갖는 주파수가변필터의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 주파수 보정방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 주파수 보정 동작 설명도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 주파수 보정기능을 갖는 주파수가변필터 및 그를 이용한 주파수 보정방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 주파수 보정 기능을 갖는 주파수가변필터의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 주파수 보정기능을 갖는 주파수가변필터는 전력결합기1, 주파수가변필터, 전력결합기2, 전력검출기, 제어기 및 신호발생기로 이루어진다.
상기 전력결합기1은 주파수가변필터로 인가되는 원신호와 신호발생기로부터 생성한 CW신호를 전력 결합한 후 주파수가변필터로 인가한다.
상기 주파수가변필터는 전력결합기1로부터 신호를 인가 받으며, 제어기의 제어신호에 따라서 중심주파수가 변경되고, 주파수가변필터를 통과한 필터의 원신호와 신호발생기의 CW신호를 전력결합기2에 인가한다.
상기 전력결합기2는 주파수가변필터의 출력 신호 중 일부를 표본해서 전력검출기로 인가하고, 나머지 신호는 전력결합기의 출력단으로 출력된다.
상기 전력검출기는 전력결합기2로부터 인가 받은 신호 중에서 신호발생기에서 생성되는 CW신호의 크기를 검출하고, 검출된 신호의 크기에 비례하는 전압을 생성하여 제어기에 제공한다.
상기 제어기는 전력검출기로부터 전력검출 전압을 인가 받고, 신호발생기의 CW신호의 중심주파수를 제어하며, 주파수가변필터의 제어소자를 제어한다.
상기 신호발생기는 제어기의 제어신호에 따라 중심주파수가 변경되는 CW신호를 전력결합기1로 제공한다. 더불어 제어기는 신호발생기에서 생성되는 CW신호의 크기도 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 주파수 보정방법의 순서도이다.
도 6을 참조하면, 주파수 보정 기능을 갖는 주파수가변필터를 이용하여 주파수를 보정하는 방법은 1~5단계로 이루어진다.
1단계(S01)는 제어기가 원신호를 고려해서 즉, 주파수가변필터의 중심주파수를 고려해서 신호발생기의 CW신호의 주파수를 설정한 후, 신호발생기의 출력을 전력결합기1에 전달한다.
2단계(S02)는 전력결합기1에서 주파수가변필터로 인가되는 원신호와 신호발생기의 CW신호를 결합한 후 주파수가변필터로 인가한다.
3단계(S03)는 2단계(S02)의 주파수가변필터에서 출력 중 일부를 전력결합기2가 표본해서 전력검출기로 인가한다.
4단계(S04)는 3단계(S03)에서 전력검출기가 인가 받은 신호 중 신호발생기에서 생성되는 CW신호의 크기를 검출하고, 검출된 신호의 크기에 비례하는 전압을 생성해서 제어기에 제공한다.
5단계(S05)는 4단계(S04)에서 CW신호의 크기에 따른 정보를 제공받는 제어기는 신호발생기의 CW신호의 크기가 적정한 크기 인지를 판단하고, 검출되는 CW신호의 크기가 적절하지 않은 경우에는 주파수가변필터의 중심주파수가 올바르게 설정되지 않은 것이므로 주파수가변필터의 중심주파수를 변경한다. 이때 주파수가변필터의 주파수 변경은 주파수가변필터 내의 제어소자를 제어함으로써 이루어진다. 만약 주파수가변필터의 중심주파수가 원치 않는 주파수로 설정되어 있다면, 검출되는 CW신호의 크기는 제어기가 검출을 예상하는 CW신호의 크기와 다르게 되므로, 제어기는 검출되는 CW신호의 크기가 사전에 알고 있는 크기와 동일하게 되도록 주파수가변필터의 중심주파수를 변경한다.
상기 5단계(S05) 후 1단계(S01)에서 5단계(S05)의 과정을 반복함으로써 주파수를 보정한다.
도 7은 본 발명의 주파수 보정 동작 설명도이다.
여기에서 (a)는 잘못된 중심주파수를 나타낸 도면이다.
여기에서 (b)는 원하는 중심주파수로의 이동을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, (a)와 같이 중심주파수가 fc’으로 잘못 설정된 경우, 전력검출기는 기대한 크기보다 큰 CW신호를 검출하게 되며, 이 크기 정보는 디지털로 변환되어 제어기로 인가된다. 그 후 제어기는 주파수가변필터의 중심주파수가 잘못 설정되었음을 인지하고, (b)와 같이 주파수가변필터의 중심주파수를 변경한다.
이때, 전력검출기는 (b)의 CW신호를 전력검출하며, 이 경우 검출되는 전력은 기대한 크기가 검출되고, 이 정보는 제어기로 인가되어 제어기는 적절하게 주파수가변필터의 중심주파수가 변경되었음을 인식할 수 있다.
도 7에서 CW신호는 원하는 중심주파수 보다 Δf 만큼 낮은 주파수에 위치하고 있으나, 이것은 CW신호의 일 실시 예이다.
CW신호는 중심주파수로부터 Δf 만큼 높은 주파수에 위치할 수도 있고, 또는 중심주파수 보다 Δf 만큼 낮은 주파수와 Δf 만큼 높은 주파수에 위치하는 두 개의 CW신호를 이용할 수도 있다. 두 개의 CW신호를 이용하는 경우, 제어기는 검출되는 두 CW신호의 평균값을 이용하거나 각각의 CW 크기 정보를 이용할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (6)

  1. CW(Continuous Wave)신호를 출력하는 신호발생기,
    외부로부터 인가되는 원신호와 상기 CW신호를 결합하여 출력하는 전력결합기1,
    상기 전력결합기1과 연결되며, 인가되는 출력신호를 가변 출력하는 주파수가변필터,
    상기 주파수가변필터와 연결되며, 인가되는 출력신호 중 일부를 표본으로 수집하고 나머지를 외부로 출력하는 전력결합기2,
    상기 전력결합기2와 연결되며, 전력결합기2로부터 인가받는 표본신호의 크기를 검출하고, 검출된 신호의 크기에 비례하는 전압을 생성하여 디지털신호로 변환하여 출력하는 전력검출기, 그리고
    상기 전력검출기와 연결되며, 신호발생기와 주파수가변필터를 제어하는 제어기
    를 포함하며,
    상기 CW신호는 관심 주파수대역 밖에 위치하고, 하나 또는 두 개의 신호 수를 가지며,
    상기 CW신호의 수가 하나인 경우, 상기 CW신호의 위치는 관심 주파수대역의 중심주파수 아래 또는 위에 위치하고,
    상기 CW신호의 수가 둘인 경우, 상기 CW신호의 위치는 관심 주파수대역의 중심주파수의 아래와 위에 위치하는
    주파수가변필터를 포함한 주파수 보정장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제어기는 신호발생기의 CW신호의 중심주파수와 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 주파수가변필터를 포함한 주파수 보정장치.
  3. 제1항에서,
    상기 제어기는 주파수가변필터의 중심주파수를 검출되는 CW신호의 크기 정보를 이용해서 제어하는 것을 특징으로 하는 주파수가변필터를 포함한 주파수 보정장치.
  4. 제어기가 원신호와 주파수가변필터의 중심주파수를 고려하여 신호발생기의 CW신호의 주파수를 설정한 후, 신호발생기의 출력을 전력결합기1에 전달하는 단계,
    상기 신호발생기의 출력을 전력결합기1에 전달하는 단계 후, 전력결합기1에서 주파수가변필터로 인가되는 원신호와 신호발생기의 CW신호를 결합한 후 주파수가변필터로 인가하는 단계,
    상기 주파수가변필터에서 인가되는 신호 중 일부를 전력결합기2가 표본 신호로 선택하여 전력검출기로 인가하는 단계,
    상기 전력검출기가 인가 받은 상기 표본 신호 중 신호발생기에서 생성되는 CW신호의 크기를 검출하고, 검출된 신호의 크기에 비례하는 전압을 생성해서 제어기에 제공하는 단계, 그리고
    상기 검출된 신호의 크기에 비례하는 전압을 생성하여 제어기에 제공하는 단계 후, 제어기는 검출되는 CW신호의 크기가 신호발생기의 출력을 전력결합기1에 전달하는 단계의 설정값과 동일하게 되도록 주파수가변필터의 중심주파수를 변경하는 단계,
    를 포함하며,
    상기 주파수가변필터의 중심주파수를 변경하는 단계 후, 처음의 단계로돌아가서 단계를 반복함으로써 주파수를 보정하고,
    상기 제어기가 상기 신호발생기의 CW신호를 설정하는 단계는
    상기 CW신호를 관심 주파수대역 밖에 위치하고, 하나 또는 두 개의 신호 수를 가지게 설정하며,
    상기 CW신호의 수가 하나인 경우, 상기 CW신호의 위치는 관심 주파수대역의 중심주파수 아래 또는 위에 위치하게 설정하고,
    상기 CW신호의 수가 둘인 경우, 상기 CW신호의 위치는 관심 주파수대역의 중심주파수의 아래와 위에 위치하게 설정하는
    주파수가변필터를 포함한 주파수 보정방법.
  5. 제4항에서,
    상기 제어기는 신호발생기의 CW신호의 중심주파수와 크기를 제어하는 주파수가변필터를 포함한 주파수 보정방법.
  6. 제4항에서,
    상기 제어기는 주파수가변필터의 중심주파수를 검출되는 CW신호의 크기 정보를 이용해서 제어하는 주파수가변필터를 포함한 주파수 보정방법.
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KR100735431B1 (ko) * 2006-02-28 2007-07-04 삼성전기주식회사 필터 특성 자동 보정 장치

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