KR101491106B1

KR101491106B1 - 광대역 주파수 변환장치

Info

Publication number: KR101491106B1
Application number: KR20120087467A
Authority: KR
Inventors: 김상태; 최용석; 박광문; 이성윤; 노행숙; 석미경
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2015-02-10
Also published as: KR20140021285A

Abstract

본 발명은 광대역 주파수 변환장치에 관한 것으로, 수신주파수를 제1 국부발진기에서 발생된 제1 국부발진주파수에 따라 제1 중간주파수로 하향 변환하는 제1 주파수 혼합기, 제1 중간주파수를 제2 국부발진기에서 발생된 제2 국부발진주파수에 따라 제2 중간주파수로 하향 변환하는 제2 주파수 혼합기 및 수신주파수에 따라 제1 중간주파수가 제2 국부발진주파수와 제2 중간주파수에 의해 발생하는 영상주파수에 해당하도록 제1 국부발진기를 제어하는 제어부를 포함하며, 본 발명에 따르면 제1 국부발진주파수의 스윕 범위(sweep range)를 유지하면서 수신주파수 범위를 확장할 수 있으며, 스퓨리어스(spurious) 성능을 개선할 수 있다.

Description

광대역 주파수 변환장치{WIDEBAND FREQUENCY CONVERTING APPARATUS}

본 발명은 광대역 주파수 변환장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제1 국부발진주파수의 스윕 범위(sweep range)를 유지하면서 수신주파수 범위를 확장하고, 스퓨리어스(spurious) 성능을 개선할 수 있도록 하는 광대역 주파수 변환장치에 관한 것이다.

최근 무선통신 기술은 정보의 원거리 전송을 위해 송신부가 RF 신호를 높은 주파수로 상향 변환하여 전송하고, 수신부는 해당 RF 신호를 낮은 주파수로 하향 변환하여 아날로그 신호처리 또는 디지털 신호처리를 수행한 후 처리 가능한 기저대역 주파수로 변환한다.

일반적으로, 주파수 변환방식은 호모다인(Homodyne) 방식과 헤테로다인(Heterodyne) 방식으로 구분된다.

호모다인 방식은 직접 주파수 변환 방식(Direct Conversion)으로 불리고 있으며, RF 신호를 직접 기저대역의 주파수로 변환하는 방식이다. 반면, 헤테로다인 방식은 RF 신호를 낮은 주파수 대역으로 단계적으로 변환하여 처리하는 방식이다.

가장 이상적인 주파수 변환장치로 호모다인(Homodyne) 구조의 수신기를 생각해볼 수 있다. 하지만, 호모다인 구조에서는 수신하고자 하는 RF 신호의 중심주파수와 국부발진기(Local Oscillator)의 국부발진주파수가 동일하므로 필터링이 불가능하여 주파수 혼합기의 동작으로 인해 셀프-믹싱(Self-Mixing)이 발생하게 되는 문제점이 있다.

또한, 수백 옥타브 이상의 광대역 신호를 한 번에 낮은 주파수로 변환하는 것은 기술적으로 매우 어려운 한계점을 가진다.

따라서 현재 대부분의 수신기에는 2회 이상의 주파수 혼합 과정을 거쳐 주파수 변환을 행하는 슈퍼헤테로다인(Super-Heterodyne) 변환 구조가 적용되고 있다.

이러한 슈퍼헤테로다인 변환 구조는 필터 구현 측면에서 장점을 가진다.

일반적으로, 수신 성능을 결정하는 필터의 선택도(Q-Factor)는 아래의 수학식 1과 같이 공진주파수(ω₀)와 대역폭(BW)에 의해 결정된다.

즉, 선택도가 높은 필터일수록 신호의 손실은 커지게 되며, 낮은 주파수에서는 비교적 높은 선택도의 필터를 적은 손실로 구현할 수 있다.

이러한 슈퍼헤테로다인 변환 구조의 수신기에서 발생하는 심각한 문제는 주파수 혼합기의 비선형 변환 특성으로 인하여 발생하는 영상주파수(image frequency) 및 고조파(Harmonic Frequency)와 국부발진주파수의 주파수 혼합으로 인하여 발생하는 스퓨리어스(spurious) 신호이다.

영상주파수는 주파수 혼합기에 의해 발생하는 중간주파수에 스퓨리어스를 발생시킬 수 있는 주파수 스펙트럼을 의미하며, 혼합주파수의 대수적인 배치에 따라 아래의 수학식 2와 같이 정의된다.

여기서, f_RF는 수신주파수를 나타내고, f_IF는 중간주파수를 나타낸다.

따라서, 슈퍼헤테로다인 수신기를 설계하는 경우, 수신주파수를 주파수 혼합기를 통해 중간주파수로 변환하기 전에 중간주파수와 영상주파수를 충분히 감쇄시킬 수 있을 만큼 충분한 주파수 이격을 가지도록 설계하여야 한다.

협대역 수신기의 경우, 충분한 설계자유도를 가지기 때문에 전술한 문제점을 고려한 다양한 방식의 스펙트럼 계획을 적용할 수 있다.

하지만, 전파 측정장치 또는 전파감시 수신장치 등에 사용되는 광대역 수신기의 경우, V/UHF 대역에서 위상잡음 특성 및 스퓨리어스 성능의 열화 없이 광대역 수신 성능을 만족하도록 설계하는 것은 매우 어려운 문제이다.

V/UHF 대역의 광대역 수신기를 용이하게 구현하기 위하여 중간주파수를 수신주파수 보다 높게 설계하여 수신하고자 하는 RF 신호와 영상주파수를 필터링 가능하도록 충분히 이격시키는 방법을 생각해볼 수 있다.

마찬가지로, 국부발진주파수를 수신주파수보다 매우 낮은 주파수로 설계하거나 매우 높은 주파수로 설계하여, 국부발진주파수를 수신주파수로부터 이격시키는 방법도 생각해볼 수 있다.

그러나, V/UHF 대역의 광대역 수신기에서 VHF 대역 이하의 국부발진주파수를 이용하여 UHF, SHF 대역의 신호를 수신할 수 있는 주파수 변환장치를 구현하는 것은 거의 불가능하다.

따라서, 높은 국부발진주파수를 이용하는 주파수 합성기를 구성하고, 국부발진주파수를 수신주파수의 오프셋만큼 이격하여 가변시킴으로써 광대역 주파수 변환장치를 구현할 수 있다.

하지만, 광대역 수신기의 수신주파수를 확장하기 위해 국부발진주파수를 무한정 높게 스윕(sweep) 시키는 것은 현실적으로 불가능하며 효율적이지 못하다.

또한, V/UHF 대역의 광대역 수신기 구현을 위해서 이그 발진기(YIG　Oscillator) 등의 주파수 합성기를 이용할 수 있으나, 회로 구성이 복잡하고, 높은 주파수 합성분해능을 구현함에 있어 한계점을 가진다.

관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제2010-0129542호(2010.12.09 공개, 발명의 명칭 : 다중 주파수 대역 수신기)가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 제1 국부발진주파수의 스윕 범위(sweep range)를 유지하면서 수신주파수 범위를 확장하고, 스퓨리어스(spurious) 성능을 개선할 수 있도록 하는 광대역 주파수 변환장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 광대역 주파수 변환장치는 수신주파수를 제1 국부발진기에서 발생된 제1 국부발진주파수에 따라 제1 중간주파수로 하향 변환하는 제1 주파수 혼합기; 상기 제1 중간주파수를 제2 국부발진기에서 발생된 제2 국부발진주파수에 따라 제2 중간주파수로 하향 변환하는 제2 주파수 혼합기; 및 상기 수신주파수에 따라 상기 제1 중간주파수가 상기 제2 국부발진주파수와 상기 제2 중간주파수에 의해 발생하는 영상주파수에 해당하도록 상기 제1 국부발진기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 수신주파수가 설정주파수 이상이면, 상기 제1 중간주파수가 상기 영상주파수 중 낮은 주파수로 선택되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 제1 주파수 혼합기와 상기 제2 주파수 혼합기 사이에 위치하여 상기 제1 중간주파수에 따라 대역통과필터를 선택하기 위한 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 제1 주파수 혼합기의 전단에 위치하여 상기 제1 국부발진주파수에 따라 상기 수신주파수를 선택적으로 통과시키는 필터 뱅크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 광대역 주파수 변환장치는 수신주파수를 제1 국부발진기에서 발생된 제1 국부발진주파수에 따라 제1 중간주파수로 하향 변환하는 제1 주파수 혼합기; 상기 제1 중간주파수를 제2 국부발진기에서 발생된 제2 국부발진주파수에 따라 제2 중간주파수로 변환하는 제2 주파수 혼합기; 상기 제1 주파수 혼합기의 전단에 위치하여 상기 수신주파수를 상기 제2 국부발진주파수로부터 분주된 보조주파수에 따라 하향 변환하여 상기 제1 주파수 혼합기에 제공하는 보조 주파수 혼합기; 상기 수신주파수를 상기 보조 주파수 혼합기에 입력하기 위한 스위치; 및 상기 수신주파수가 상기 보조 주파수 혼합기에 선택적으로 입력되도록 상기 스위치를 제어하고, 상기 분주기를 제어하여 상기 보조주파수를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 수신주파수가 설정주파수 이상이면, 상기 수신주파수가 상기 보조 주파수 혼합기에 입력되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 수신주파수가 상기 보조주파수와 상기 설정주파수를 합한 값보다 큰 경우, 상기 보조주파수가 상기 제2 국부발진주파수로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 보조주파수는 상기 제2 국부발진주파수의 부고조파로 분주되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제어부는 상기 제1 중간주파수가 상기 제2 국부발진주파수와 상기 제2 중간주파수에 의해 발생하는 영상주파수에 해당하도록 상기 제1 국부발진기를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 제1 국부발진주파수의 스윕 범위를 그대로 유지시키면서 수신주파수의 범위를 2배 가까이 확장할 수 있기 때문에 낮은 위상잡음 특성 및 우수한 레벨 평탄도 특성을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 제1 중간주파수가 제2 중간주파수와 제2 국부발진주파수에 의한 영상주파수에 해당하기 때문에, 이종 주파수 사용에 의한 스퓨리어스 신호의 발생을 억제할 수 있으므로, 스퓨리어스 성능을 개선할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 제2 국부발진주파수를 1/N(N=1,2,3)로 분주한 부고조파(subharmonics)를 이용하여 추가적인 주파수 하향 변환 경로를 제공함으로써, 이종 주파수 사용에 의한 스퓨리어스 신호의 발생을 억제할 수 있으므로, 스퓨리어스 성능을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 주파수 변환장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 주파수 변환장치에 적용된 주파수 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 주파수 변환장치의 주파수 변환 과정을 테이블 형태로 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 주파수 변환장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 주파수 변환장치의 주파수 변환 과정을 테이블 형태로 도시한 예시도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 광대역 주파수 변환장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 주파수 변환장치의 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 주파수 변환장치에 적용되는 주파수 관계를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 주파수 변환장치의 주파수 변환 과정을 테이블 형태로 도시한 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 주파수 변환장치는 대역선택필터(100), 제1 주파수 혼합기(110), 제1 국부발진기(120), 제2 주파수 혼합기(130), 제2 국부발진기(140), 스위치(150), 대역통과필터(160) 및 제어부(170)를 포함한다.

본 발명에 따른 광대역 주파수 변환장치에는 설정주파수(f_RF(k))를 기준으로 저주파대역(f_RF(1)~f_RF(k))과 고주파대역(f_RF(k)~f_RF(N))의 RF 신호가 입력될 수 있으며, 대역선택필터(100)에 의해 선택된 저주파대역(f_RF(1)~f_RF(k)) 또는 고주파대역(f_RF(k)~f_RF(N))의 RF 신호가 제1 주파수 혼합기(110)로 입력된다.

또한, 대역선택필터(100)는 제1 주파수 혼합기(110)의 영상주파수를 제거하고 후술할 제1 국부발진주파수(f_LO1)에 따라 저주파대역(f_RF(1)~f_RF(k)) 또는 고주파대역(f_RF(k)~f_RF(N))을 선택적으로 통과시키도록 제어되는 필터 뱅크(filter bank)로 구현될 수 있다.

대역통과필터(160)는 주파수 변환 과정에서 영상주파수를 제거하고, 제1 국부발진주파수(f_LO1), 제2 국부발진주파수(f_LO2), 제1 하이 중간주파수(f_{IF1_H}), 제1 로우 중간주파수(f_{IF1_L}) 및 제2 중간주파수(f_IF2)를 각각 필터링한다.

제1 국부발진기(120)는 제1 국부발진주파수(f_LO1)를 발생시켜 제1 주파수 혼합기(110)로 제공한다.

제1 주파수 혼합기(110)는 대역선택필터(100)를 통과하여 입력되는 RF 신호의 수신주파수(f_RF)를 제1 국부발진기(120)로부터 입력되는 제1 국부발진주파수(f_LO1)에 따라 제1 중간주파수(f_IF1)로 하향 변환한다. 이를 수식으로 나타내면 아래의 수학식 3과 같다.

이때, 제1 국부발진주파수(f_LO1)는 수신주파수(f_RF)가 제1 주파수 혼합기(110)를 통해 제1 하이 중간주파수(f_{IF1_H}) 또는 제1 로우 중간주파수(f_{IF1_L}) 중 어느 하나로 하향 변환되도록 스윕(Sweep)될 수 있다. 또한, 제1 하이 중간주파수(f_{IF1_H})와 제1 로우 중간주파수(f_{IF1_L})는 제2 국부발진주파수(f_LO2)와 제2 중간주파수(f_IF2)에 의해 발생하는 영상주파수로 결정되는데 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.

제1 주파수 혼합기(110)를 통해 제1 하이 중간주파수(f_{IF1_H}) 또는 제1 로우 중간주파수(f_{IF1_L})로 변환된 신호는 대역통과필터(160)로 보내지며 스위치(150)의 동작에 의해 경로가 선택된다.

제2 국부발진기(140)는 제2 국부발진주파수(f_LO2)를 발생시켜 제2 주파수 혼합기(130)로 제공한다.

제2 주파수 혼합기(130)는 제1 주파수 혼합기(110)에 의해 발생된 제1 하이 중간주파수(f_{IF1_H}) 또는 제1 로우 중간주파수(f_{IF1_L})를 제2 국부발진기(140)로부터 입력되는 제2 국부발진 주파수(f_LO2)에 따라 제2 중간주파수(f_IF2)로 하향 변환한다.

제어부(170)는 제1 하이 중간주파수(f_IF1 _{_H})와 제1 로우 중간주파수(f_IF1 _{_L})가 제2 국부발진주파수(f_LO2)와 제2 중간주파수(f_IF2)에 의해 발생하는 영상주파수에 해당하도록 제1 국부발진기(120)와 제2 국부발진기(140)를 제어한다.

구체적으로, 제어부(170)는 제2 중간주파수(f_IF2)와 제2 국부발진주파수(f_LO2)를 먼저 결정하고, 이에 따라 제1 하이 중간주파수(f_{IF1_H})와 제1 로우 중간주파수(f_{IF1_L})를 결정한다.

이때, 제어부(170)는 제2 중간주파수(f_IF2)와 제2 국부발진주파수(f_LO2)에 의해 발생하는 영상주파수 중 높은 주파수를 제1 하이 중간주파수(f_{IF1_H})로, 낮은 주파수를 제1 로우 중간주파수(f_{IF1_L})로 결정할 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 하이 중간주파수(f_{IF1_H})와 제1 로우 중간주파수(f_{IF1_L})는 제2 국부발진주파수(f_LO2)를 기준으로 제2 중간주파수(f_IF2)만큼 이격되는 영상주파수에 해당한다. 이를 수식으로 나타내면 아래의 수학식 4와 같다.

이와 같이, 제1 중간주파수가 제2 중간주파수(f_IF2)와 제2 국부발진주파수(f_LO2)에 의한 영상주파수에 해당하는 경우, 이종 주파수 사용에 의한 스퓨리어스(spurious) 신호의 발생을 억제할 수 있으므로, 스퓨리어스(spurious) 성능을 개선할 수 있다.

이후, 제어부(170)는 수신주파수(f_RF)를 설정주파수(f_RF(k))와 비교하여 제1 하이 중간주파수(f_{IF1_H}) 또는 제1 로우 중간주파수(f_{IF1_L})로 하향 변환되도록 제1 국부발진주파수(f_LO1)를 조절하고, 스위치(150)를 제어하여 대역통과필터(160)를 선택한다.

구체적으로, 제어부(170)는 수신주파수(f_RF)가 설정주파수(f_RF(k)) 이하인 경우 수신주파수(f_RF)가 제1 주파수 혼합기(110)를 통해 제1 하이 중간주파수(f_{IF1_H})로 하향 변환되도록 제1 국부발진주파수(f_LO1)를 조절하고, 스위치(150)를 제어하여 제1 하이 중간주파수(f_{IF1_H})에 대한 대역통과필터(160)를 선택한다.

반면, 제어부(170)는 수신주파수(f_RF)가 설정주파수(f_RF(k)) 이상인 경우, 수신주파수(f_RF)가 제1 주파수 혼합기(110)를 통해 제1 로우 중간주파수(f_{IF1_L})로 하향 변환되도록 제1 국부발진주파수(f_LO1)를 조절하고, 스위치(150)를 제어하여 제1 로우 중간주파수(f_{IF1_L})에 대한 대역통과필터(160)를 선택한다.

수신주파수(f_RF)를 제1 하이 중간주파수(f_{IF1_H}) 또는 제1 로우 중간주파수(f_{IF1_L})로 하향 변환하기 위한 제1 국부발진주파수(f_LO1)를 수식으로 나타내면 아래의 수학식 5와 같다.

이와 같은 일련의 주파수 변환 과정의 예를 도 3를 참조하여 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 설정주파수(f_RF(k))가 3000[MHz]이고, RF 신호의 저주파대역(f_RF ₍₁₎~f_RF _(k))은 30[MHz]에서 3000[MHz] 범위의 V/UHF 대역에 해당한다고 가정한다.

이때, 제2 중간주파수(f_IF2)가 1050[MHz], 제2 국부발진주파수(f_LO2)가 3150[MHz]로 결정되었다면, 전술한 수학식 1에 따라 제1 하이 중간주파수(f_{IF1_H})와 제1 로우 중간주파수(f_{IF1_L})는 각각 4200[MHz](3150+1050) 및 2100[MHz](3150-1050)로 결정된다.

만약, 수신주파수(f_RF)가 30[MHz]에서 3000[MHz] 범위에 해당하는 경우, 제어부(170)는 전술한 수학식 4에 따라 수신주파수(f_RF)가 제1 하이 중간주파수(f_{IF1_H})로 하향 변환되도록 제1 국부발진주파수(f_LO1)를 4230[MHz](4200+30)에서 7200[MHz] (4200+3000)의 범위로 스윕(sweep) 시킨다.

반면, 수신주파수(f_RF)가 3000[MHz] 이상인 경우, 제어부(170)는 전술한 수학식 2에 따라 수신주파수(f_RF)가 제1 로우 중간주파수(f_{IF1_L})로 하향 변환되도록 제1 국부발진주파수(f_LO1)를 5100[MHz](3000+2100) 이상으로 스윕(sweep) 시킨다.

이때, 제1 국부발진주파수(f_LO1)의 스윕 범위(sweep range)를 전술한 경우와 동일한 수준으로 유지시킨다고 하면, 제1 국부발진주파수(f_LO1)를 5100[MHz]에서 7200[MHz]의 범위로 스윕(sweep) 시킬 수 있으므로, 수신주파수(f_RF)의 범위는 3000[MHz]에서 5100[MHz](7200-2100)가 된다.

즉, 제1 국부발진주파수(f_LO1)의 스윕 범위(sweep range)를 그대로 유지시키면서 수신주파수(f_RF)의 범위를 30[MHz] ~ 3000[MHz]에서 30[MHz] ~ 5100[MHz]로 거의 2배 가까이 확장시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 광대역 주파수 변환장치에 의하면, 추가적인 광대역 주파수 합성장치나 주파수 체배기 없이 수신주파수의 범위를 거의 2배 가까이 확장할 수 있기 때문에 낮은 위상잡음 특성 및 우수한 레벨 평탄도 특성을 구현할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 주파수 변환장치의 구조를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 주파수 변환장치의 주파수 변환 과정을 테이블 형태로 도시한 예시도이다.

전술한 실시예에서는 수신주파수(f_RF)에 따라 제2 국부발진주파수(f_LO2)와 제2 중간주파수(f_IF2)에 의해 발생하는 영상주파수가 제1 하이 중간주파수(f_{IF1_H}) 또는 제1 로우 중간주파수(f_{IF1_L})가 되도록 제1 국부발진주파수(f_LO1)를 조절하여 수신주파수(f_RF) 범위를 확장하는 경우에 대해 설명하였다.

하지만, 이와 달리 수신주파수(f_RF)에 따라 주파수 하향 변환 경로를 다르게 하여 제1 국부발진주파수(f_LO1)의 스윕 범위(sweep range)를 그대로 유지하면서 수신주파수(f_RF) 범위를 확장할 수도 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 주파수 변환장치는 보조 주파수 혼합기(210), 스위치(220), 제1 주파수 혼합기(230), 제1 국부발진기(240), 제2 주파수 혼합기(250), 제2 국부발진기(260), 분주기(270), 대역통과필터(280) 및 제어부(290)를 포함한다.

보조 주파수 혼합기(210)와 스위치(220)는 제1 주파수 혼합기(230)의 전단에 위치하여 설정주파수(f_RF(k)) 이상의 수신주파수(f_RF)에 대해 제2 국부발진주파수(f_LO2)의 부고조파 특성을 이용하는 추가적인 하향 변환을 제공한다.

즉, 수신주파수(f_RF)가 설정주파수(f_RF(k)) 이상인 경우, 제1 주파수 혼합기(230)를 통한 하향 변환이 이루어지기 전에 보조 주파수 혼합기(210)를 통한 하향 변환이 이루어진다.

이때, 보조 주파수 혼합기(210)는 제2 국부발진기(260)에서 발생된 제2 국부발진주파수(f_LO2)의 1/N(N=1,2,3) 부고조파(subharmonics) 성분으로 분주되어 제공되는 보조주파수(f_LO2/N)에 따라 수신주파수(f_RF)를 하향 변환할 수 있다.

이와 같이, 부고조파 특성을 가지는 보조주파수(f_LO2/N)에 따라 하향 변환을 하는 경우, 이종 주파수 사용에 의한 스퓨리어스(spurious) 신호의 발생을 억제할 수 있으므로, 스퓨리어스(spurious) 성능을 개선할 수 있다.

또한, 설정주파수(f_RF(k)) 이상인 수신주파수(f_RF)를 일정수준만큼 미리 하향 변환하기 때문에, 제1 국부발진주파수(f_LO1)의 스윕 범위(sweep range)를 그대로 유지시키면서 수신주파수(f_RF)의 범위를 확장할 수 있다.

제1 주파수 혼합기(230)는 설정주파수(f_RF(k)) 이하의 수신주파수(f_RF(1)~f_RF(k)) 또는 보조 주파수 혼합기(210)에 의해 하향 변환된 주파수를 제1 국부발진기(240)로부터 입력되는 제1 국부발진주파수(f_LO1)에 따라 제1 중간주파수(f_IF1)로 하향 변환한다.

이때, 제1 중간주파수(f_IF1)는 제2 국부발진주파수(f_LO2)와 제2 중간주파수(f_IF2)에 의해 발생하는 영상주파수 중 어느 하나로 결정될 수 있다.

제2 국부발진기(260)는 제2 국부발진주파수(f_LO2)를 발생시켜 제2 주파수 혼합기(250)로 제공한다.

제2 주파수 혼합기(250)는 제1 중간주파수(f_IF1)를 제2 국부발진기(260)로부터 입력되는 제2 국부발진 주파수(f_LO2)에 따라 제2 중간주파수(f_IF2)로 하향 변환한다.

한편, 제2 국부발진기(260)에서 발생된 제2 국부발진주파수(f_LO2)는 분주기(270)를 통과하여 보조 주파수 혼합기(210)에 제공된다. 이때, 분주기(270)는 제2 국부발진주파수(f_LO2)를 1/N(N=1,2,3)로 분주하여 보조 주파수 혼합기(210)에 제공할 수 있다.

제어부(290)는 수신주파수(f_RF)에 따라 스위치(220)를 제어하여 수신주파수(f_RF)를 보조 주파수 혼합기(210)에 선택적으로 입력시키고, 분주기(270)를 제어하여 보조 주파수 혼합기(210)에 제공되는 보조주파수(f_LO2/N)를 조절한다.

구체적으로, 수신주파수(f_RF)가 설정주파수(f_RF(k)) 이하인 경우, 제어부(290)는 스위치(220)를 제어하여 수신주파수(f_RF)를 제1 주파수 혼합기(230)로 바로 입력시킴으로써 2회의 하향 변환이 이루어지도록 한다.

반면, 수신주파수(f_RF)가 설정주파수(f_RF(k)) 이상인 경우, 제어부(290)는 스위치(220)를 제어하여 수신주파수(f_RF)를 보조 주파수 혼합기(210)로 입력시킴으로써 3회의 하향 변환이 이루어지도록 한다.

이때, 제어부(290)는 수신주파수(f_RF)가 보조주파수(f_LO2/N)와 설정주파수(f_RF _(k))를 합한 값보다 큰 경우에 대해서는 N을 1로 설정하여 보조 주파수 혼합기(210)에서 제2 국부발진주파수(f_LO2)에 따른 하향 변환이 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 제어부(290)는 제1 중간주파수(f_IF1)가 제2 국부발진주파수(f_LO2)와 제2 중간주파수(f_IF2)에 의해 발생하는 영상주파수 중 어느 하나에 해당하도록 제1 국부발진기(240)를 제어할 수 있다.

이와 같은 일련의 주파수 변환 과정의 예를 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 설정주파수(f_RF(k))가 3000[MHz]이고, RF 신호의 저주파대역(f_RF(1)~f_RF(k))은 30[MHz]에서 3000[MHz] 범위의 V/UHF 대역에 해당한다고 가정한다.

이때, 제2 중간주파수(f_IF2)가 1050[MHz], 제2 국부발진주파수(f_LO2)가 3150[MHz]로 결정되었다면, 전술한 수학식 4에 따라 제1 중간주파수(f_IF1)는 4200[MHz](3150+1050)로 결정될 수 있다.

만약, 수신주파수(f_RF)가 30[MHz]에서 3000[MHz] 범위에 해당하는 경우, 제어부(290)는 스위치(220)를 제어하여 수신주파수(f_RF)를 제1 주파수 혼합기(230)로 입력시킨다.

제어부(290)는 전술한 수학식 5에 따라 수신주파수(f_RF)가 제1 중간주파수(f_IF1)로 하향 변환되도록 제1 국부발진주파수(f_LO1)를 4230[MHz](4200+30)에서 7200[MHz](4200+3000)의 범위로 스윕(sweep) 시킬 수 있다.

반면, 수신주파수(f_RF)가 3000[MHz] 이상이고, 보조주파수(f_LO2/3)와 설정주파수(f_RF _(k))를 합한 주파수 이하인 경우, 제어부(290)는 스위치(220)를 제어하여 수신주파수(f_RF)를 보조 주파수 혼합기(210)로 입력시키고, 수신주파수(f_RF)를 제2 국부발진주파수(f_LO2)의 1/3로 분주된 보조주파수(f_LO2/3) 1050[MHz]에 따라 하향 변환한다.

즉, 수신주파수(f_RF)가 3000[MHz]에서 4050[MHz]인 경우, 보조 주파수 혼합기(210)를 통과한 수신주파수(f_RF`)는 1950[MHz] (3000-1050)에서 3000[MHz] (4050-1050)로 하향 변환되어 제1 주파수 혼합기(230)로 입력된다.

반면, 수신주파수(f_RF)가 보조주파수(f_LO2/3)와 설정주파수(f_RF _(k))를 합한 주파수보다 큰 경우, 제어부(290)는 분주기(270)의 N을 1로 설정하여 수신주파수(f_RF)를 제2 국부발진주파수(f_LO2)에 따라 하향 변환한다.

즉, 수신주파수(f_RF)가 4050[MHz](1050+3000) 보다 큰 경우, 제2 국부발진주파수(f_LO2) 3150[MHz]에 따라 하향 변환을 수행하므로, 보조 주파수 혼합기(210)를 통과한 수신주파수(f_RF')는 900[MHz](4050-3150) 이상으로 하향 변환되어 제1 주파수 혼합기(230)로 입력된다.

이때, 제1 국부발진주파수(f_LO1)의 스윕 범위(sweep range)를 전술한 경우와 동일한 수준으로 유지시킨다고 하면, 제1 국부발진주파수(f_LO1)를 5100[MHz] (900+4200)에서 7200[MHz]의 범위로 스윕(sweep) 시킬 수 있으므로, 보조 주파수 혼합기(210)를 통과한 수신주파수(f_RF`)의 범위는 900[MHz]에서 3000[MHz] (6150-3150)가 되며, 수신주파수(f_RF) 범위는 4050[MHz]에서 6150[MHz](3000+3150)가 된다.

즉, 제1 국부발진주파수(f_LO1)의 스윕 범위(sweep range)를 그대로 유지시키면서 수신주파수(f_RF)의 범위를 30[MHz] ~ 3000[MHz]에서 30[MHz] ~ 6150[MHz]로 2배 이상 확장시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 광대역 주파수 변환장치에 의하면, 제1 국부발진주파수의 스윕 범위(sweep range)를 유지시키면서 수신주파수의 범위를 확장할 수 있어 낮은 위상잡음 특성 및 우수한 레벨 평탄도 특성을 구현할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100 : 대역선택필터 110 : 제1 주파수 혼합기
120 : 제1 국부발진기 130 : 제2 주파수 혼합기
140 : 제2 국부발진기 150 : 스위치
160 : 대역통과필터 170 : 제어부
210 : 보조 주파수 혼합기 220 : 스위치
230 : 제1 주파수 혼합기 240 : 제1 국부발진기
250 : 제2 주파수 혼합기 260 : 제2 국부발진기
270 : 분주기 280 : 대역통과필터
290 : 제어부

Claims

수신주파수를 제1 국부발진기에서 발생된 제1 국부발진주파수에 따라 제1 중간주파수로 하향 변환하는 제1 주파수 혼합기;
상기 제1 중간주파수를 제2 국부발진기에서 발생된 제2 국부발진주파수에 따라 제2 중간주파수로 하향 변환하는 제2 주파수 혼합기; 및
상기 수신주파수에 따라 상기 제1 중간주파수가 상기 제2 국부발진주파수와 상기 제2 중간주파수에 의해 발생하는 영상주파수에 해당하도록 상기 제1 국부발진기를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 수신주파수가 설정주파수 이상인 경우, 상기 제1 중간주파수는 상기 영상주파수 중 낮은 주파수로 선택되는 광대역 주파수 변환장치.
제 1항에 있어서, 상기 수신주파수가 설정주파수 미만인 경우, 상기 제1 중간주파수는 상기 영상주파수 중 높은 주파수로 선택되는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 변환장치.
제 1항에 있어서, 상기 제1 주파수 혼합기와 상기 제2 주파수 혼합기 사이에 위치하여 상기 제1 중간주파수에 따라 대역통과필터를 선택하기 위한 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 변환장치.
제 1항에 있어서, 상기 제1 주파수 혼합기의 전단에 위치하여 상기 제1 국부발진주파수에 따라 상기 수신주파수를 선택적으로 통과시키는 필터 뱅크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 변환장치.
수신주파수를 제1 국부발진기에서 발생된 제1 국부발진주파수에 따라 제1 중간주파수로 하향 변환하는 제1 주파수 혼합기;
상기 제1 중간주파수를 제2 국부발진기에서 발생된 제2 국부발진주파수에 따라 제2 중간주파수로 변환하는 제2 주파수 혼합기;
상기 제1 주파수 혼합기의 전단에 위치하여 상기 수신주파수를 상기 제2 국부발진주파수로부터 분주된 보조주파수에 따라 하향 변환하여 상기 제1 주파수 혼합기에 제공하는 보조 주파수 혼합기;
상기 수신주파수를 상기 보조 주파수 혼합기에 입력하기 위한 스위치; 및
상기 수신주파수가 상기 보조 주파수 혼합기에 선택적으로 입력되도록 상기 스위치를 제어하고, 상기 분주기를 제어하여 상기 보조주파수를 조절하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 제1 중간주파수가 상기 제2 국부발진주파수와 상기 제2 중간주파수에 의해 발생하는 영상주파수에 해당하도록 상기 제1 국부발진기를 제어하는 광대역 주파수 변환장치.
제 5항에 있어서, 상기 수신주파수가 설정주파수 이상이면, 상기 수신주파수가 상기 보조 주파수 혼합기에 입력되는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 변환장치.
제 6항에 있어서,
상기 수신주파수가 상기 보조주파수와 상기 설정주파수를 합한 값보다 큰 경우, 상기 보조주파수가 상기 제2 국부발진주파수로 설정되는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 변환장치.
제 5항에 있어서, 상기 보조주파수는 상기 제2 국부발진주파수의 부고조파로 분주되는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 변환장치.
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