KR101632199B1 - 광대역 저잡음 증폭 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 광대역 저잡음 증폭 회로는 적어도 하나의 증폭기를 포함하는 증폭기 회로, 상기 증폭기 회로와 접속되어 상기 증폭기 회로를 통과한 입력 신호를 수신하는 고역 통과 필터(High Pass Filter(HPF)) 및 상기 고역 통과 필터에 접속된 아이솔레이션(isolation) 증폭기를 포함하고, 상기 고역 통과 필터는 3차 이상의 고역 통과 필터이다.

Description

광대역 저잡음 증폭 회로{WIDEBAND LOW NOISE APLIFIER CIRCUIT}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 광대역 저잡음 증폭 회로에 관한 것으로, 특히 3차 이상의 고역 통과 필터를 포함하는 광대역 저잡음 증폭 회로에 관한 것이다.
저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier(LNA))는 미약한 RF(Radio Frequency) 신호를 증폭시키는 경우에도 잡음이 최소화될 수 있도록 설계된 증폭기이다.
저잡음 증폭기의 종류로는 파라메트릭(Parametric) 증폭기, 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor(FET)) 증폭기, 터널 다이오드(Tunnel Diode) 증폭기, 저잡음 진행파관 증폭기(Travelling Wave Tube Amplifier(TWTA)) 등이 있다.
저잡음 증폭기를 광대역 통신에 이용하는 경우, 특히 고주파수 대역에서의 특성이 문제된다.
특허 문헌 : 한국특허공개 제2007-0094206호 (2007.09.20 공개)
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 3차 이상의 고역 통과 필터를 포함함으로써 고주파수 대역에서도 좋은 특성을 가지는 광대역 저잡음 증폭 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 광대역 저잡음 증폭 회로는 적어도 하나의 증폭기를 포함하는 증폭기 회로, 상기 증폭기 회로와 접속되어 상기 증폭기 회로를 통과한 입력 신호를 수신하는 고역 통과 필터(High Pass Filter(HPF)) 및 상기 고역 통과 필터에 접속된 아이솔레이션(isolation) 증폭기를 포함하고, 상기 고역 통과 필터는 3차 이상의 고역 통과 필터일 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 고역 통과 필터는 3차 이상 5차 이하의 고역 통과 필터 일 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 고역 통과 필터의 주파수에 따른 삽입 손실은 양의 기울기를 가질 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 고역 통과 필터의 주파수에 따른 반사 계수는 음의 기울기를 가질 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 적어도 하나의 증폭기와 상기 아이솔레이션 증폭기 각각은 저잡음 증폭기(Low-Noise Amplifier(LNA))일 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 광대역 저잡음 증폭 회로는 상기 증폭기 회로, 상기 고역 통과 필터, 및 상기 아이솔레이션 증폭기를 포함하는 제1 증폭 회로와 동일한 구조를 가지며 상기 제1증폭 회로와 병렬 구조를 갖는 제2 증폭 회로를 더 포함하고, 상기 제1증폭 회로와 상기 제2증폭 회로 각각은 입력 하이브리드 커플러(hybrid coupler)와 출력 하이브리드 커플러 사이에 접속될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 장치는 3차 이상의 고역 통과 필터를 포함함으로써, 높은 주파수 대역에서도 균일한 통과 특성이 나타나므로 넓은 대역폭을 가질 수 있다.
특히, 본 발명의 실시 예에 따른 장치는 3차 이상 5차 이하의 고역 통과 필터를 포함하는 경우 높은 주파수 대역에서 더욱 균일한 통과 특성이 나타나므로 넓은 대역폭을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 장치는 고역 통과 필터의 입력단에 접속된 복수의 저잡음 증폭기들을 포함함으로써 광대역 저잡음 증폭 회로의 입력단과 상기 고역 통과 필터의 입력단 사이의 격리도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 장치는 고역 통과 필터의 출력단에 접속된 아이솔레이션(isolation) 증폭기를 포함함으로써 광대역 저잡음 증폭 회로의 출력단과 상기 고역 통과 필터의 출력단 사이의 격리도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 장치는 광대역 저잡음 증폭 회로의 입력단과 출력단 각각에 하이브리드 커플러(hybrid coupler)를 포함함으로써 반사 특성이 좋아지는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 저잡음 증폭 회로의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 고역 통과 필터의 일 실시 예에 따른 회로도이다.
도 3은 도 1에 도시된 고역 통과 필터의 다른 실시 예에 따른 회로도이다.
도 4는 도 1에 도시된 고역 통과 필터의 또 다른 실시 예에 따른 회로도이다.
도 5는 도 1에 도시된 고역 통과 필터의 또 다른 실시 예에 따른 회로도이다.
도 6은 도 2 내지 도 5에 도시된 고역 통과 필터의 주파수에 따른 통과 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7과 도 8은 도 6에 도시된 고역 통과 필터의 주파수에 따른 통과 특성과 비교대상이 되는 고역 통과 필터의 통과 특성 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 저잡음 증폭 회로의 블록도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 저잡음 증폭 회로의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 광대역 저잡음 증폭 회로(wideband low noise amplifier circuit; 10)는 증폭기 회로(amplifier circuit; 110), 고역 통과 필터(High Pass Filter(HPF); 120), 및 아이솔레이션 증폭기(isolation amplifier; 130)를 포함할 수 있다.
증폭기 회로(110)는 입력단(Input)에 접속되며, 적어도 하나의 증폭기(110-1 및 110-2)를 포함할 수 있다.
증폭기 회로(110)는 입력단(Input)과 고역 통과 필터(120) 사이의 격리도를 향상시키기 위하여 2개 이상의 증폭기들(110-1 및 110-2)을 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 증폭기 회로(110)에 포함된 증폭기들(110-1 및 110-2) 각각은 저잡음 증폭 회로(Low Noise Amplifier(LNA))로 구현될 수 있다.
고역 통과 필터(120)는 증폭기 회로(110)와 접속되어 증폭기 회로(110)를 통과한 입력 신호를 수신할 수 있다.
고역 통과 필터(120)는 3차 이상의 고역 통과 필터로 구현될 수 있으며, 고역 통과 필터(120)의 구조는 도 2와 도 3을 참조하여 설명된다.
실시 예에 따라, 고역 통과 필터(120)는 3차 이상 5차 이하의 고역 통과 필터로 구현될 수 있다.
아이솔레이션 증폭기(130)는 고역 통과 필터(120)와 출력단(Output)의 사이에 접속될 수 있다.
아이솔레이션 증폭기(130)는 고역 통과 필터(120)와 출력단(Output)의 사이에 접속되어 고역 통과 필터(120)와 출력단(Output) 사이의 격리도를 향상시킬 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 고역 통과 필터의 일 실시 예에 따른 회로도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 고역 통과 필터(120)의 일 실시 예에 따른 고역 통과 필터(120-1)는 3차 이상의 고역 통과 필터로 구현될 수 있다.
실시 예에 따라, 고역 통과 필터(120-1)는 3차 이상 5차 이하의 고역 통과 필터로 구현될 수 있다.
도 2의 고역 통과 필터(120-1)는 Π-타입의 5차 고역 통과 필터이며, 복수의 커패시터들(C1, C2)과 복수의 인덕터들(L1, L2, L3)을 이용하여 구현될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 고역 통과 필터의 다른 실시 예에 따른 회로도이다.
도 1과 도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 고역 통과 필터(120)의 다른 실시 예에 따른 고역 통과 필터(120-2)는 3차 이상의 고역 통과 필터로 구현될 수 있다.
실시 예에 따라, 고역 통과 필터(120-2)는 3차 이상 5차 이하의 고역 통과 필터로 구현될 수 있다.
도 3의 고역 통과 필터(120-2)는 T-타입의 5차 고역 통과 필터이며, 복수의 커패시터들(C3, C4, C5)과 복수의 인덕터들(L4, L5)을 이용하여 구현될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 고역 통과 필터의 또 다른 실시 예에 따른 회로도이다.
도 1과 도 4를 참조하면, 도 1에 도시된 고역 통과 필터(120)의 다른 실시 예에 따른 고역 통과 필터(120-3)는 3차 이상의 고역 통과 필터로 구현될 수 있다.
실시 예에 따라, 고역 통과 필터(120-3)는 3차 이상 5차 이하의 고역 통과 필터로 구현될 수 있다.
도 3의 고역 통과 필터(120-3)는 4차 고역 통과 필터이며, 복수의 커패시터들(C6, C7)과 복수의 인덕터들(L6, L7)을 이용하여 구현될 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 고역 통과 필터의 또 다른 실시 예에 따른 회로도이다.
도 1과 도 5를 참조하면, 도 1에 도시된 고역 통과 필터(120)의 다른 실시 예에 따른 고역 통과 필터(120-4)는 3차 이상의 고역 통과 필터로 구현될 수 있다.
실시 예에 따라, 고역 통과 필터(120-4)는 3차 이상 5차 이하의 고역 통과 필터로 구현될 수 있다.
도 3의 고역 통과 필터(120-2)는 3차 고역 통과 필터이며, 커패시터(C8)와 복수의 인덕터들(L8, L9)을 이용하여 구현될 수 있다.
도 2의 고역 통과 필터(120-1), 도 3의 고역 통과 필터(120-2), 도 4의 고역 통과 필터(120-3), 및 도 5의 고역 통과 필터(120-4) 각각은 도 1의 고역 통과 필터(120)의 실시 예에 불과하며, 도 1의 고역 통과 필터(120)는 3차 이상의 다양한 형태의 고역 통과 필터로 구현될 수 있다. 즉, 본 발명의 기술적 범위가 도 2 내지 도 5에 도시된 고역 통과 필터(120-1 내지 120-4)의 구조에 의해 한정 해석되어서는 안 된다.
도 6은 도 2 내지 도 5에 도시된 고역 통과 필터의 주파수에 따른 통과 특성을 나타낸 그래프이다. 도 7과 도 8은 도 6에 도시된 고역 통과 필터의 주파수에 따른 통과 특성과 비교대상이 되는 고역 통과 필터의 통과 특성 그래프이다.
도 6 내지 도 8에서는 S 파라미터(Scattering parameter) 중에서 반사 계수를 나타내는 S11, 삽입 손실을 나타내는 S21을 도시하였다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 도 2의 고역 통과 필터(120-1), 도 3의 고역 통과 필터(120-2), 도 4의 고역 통과 필터(120-3), 도 5의 고역 통과 필터(120-4)는 주파수에 따라 도 6과 같은 통과 특성을 가질 수 있다.
고역 통과 필터(120-1, 120-2, 120-3, 또는 120-4)는 주파수에 따른 삽입 손실(S21)이 전 주파수 구간에서 양의 기울기를 가지며, 주파수에 따른 반사 계수(S11)는 전 주파수 구간에서 음의 기울기를 가진다.
고역 통과 필터(120-1, 120-2, 120-3, 또는 120-4)는 앞단의 증폭기 회로(도 1의 110)와 접속되며, 증폭기 회로(110)는 주파수에 따른 삽입 손실(S21)이 음의 기울기를 갖기 때문에 고역 통과 필터(120-1, 120-2, 120-3, 또는 120-4)는 양의 기울기를 가져야 광대역 증폭 회로를 구현할 수 있다.
또한, 주파수에 따른 반사 계수(S11)는 음의 기울기를 가져야 반사가 문제 되는 고주파수 대역에서 좋은 반사 특성을 가질 수 있다.
따라서, 고역 통과 필터(120-1, 120-2, 120-3, 또는 120-4)는 각각의 입출력단에 증폭기 회로(110)와 아이솔레이션 증폭기(130)와 접속되어 광대역의 증폭회로를 구성하는 데에 유리한 효과를 가진다.
반면, 도 7을 참조하면, 2차 고역 통과 필터의 경우, 주파수에 따른 삽입 손실(S21)은 양의 기울기를 가지지만, 주파수에 따른 반사 계수(S11)는 노치(notch) 형태를 가지며, 양의 기울기를 가지는 구간이 발생한다. 이 경우, 고주파수 대역에서 반사 계수(S11)가 커지므로 광대역의 증폭회로를 구성하기 어려우며, 증폭 회로에 2차 고역 통과 필터를 포함하여 구성하는 경우 협대역 특성이 나타나게 된다.
또한, 도 8을 참조하면, 6차 이상의 고역 통과 필터의 경우, 주파수에 따른 삽입 손실(S21)은 고주파수 대역에서 음의 기울기를 가진다. 따라서, 고주파수 대역에서도 균일한 통과특성을 갖는 광대역의 증폭회로를 구성하기 어렵다. 또한 반사 계수(S11)는 고주파수 대역에서 진동하는 형태를 가지므로 광대역의 증폭회로 구현에 불리하다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 저잡음 증폭 회로(10)는 고역 통과 필터(120, 120-1, 120-2, 120-3, 또는 120-4)를 포함함으로써, 고주파수 대역에서도 균일한 통과특성을 갖는 광대역의 증폭회로 구현에 유리한 효과를 갖는다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 저잡음 증폭 회로의 블록도이다.
도 1과 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광대역 저잡음 증폭 회로(10')는 제1증폭 회로(10A), 제2증폭 회로(10B), 입력 하이브리드 커플러(input hybrid coupler; 150), 출력 하이브리드 커플러(output hybrid coupler; 152), 입력 종단 회로(input termination circuit; 160), 출력 종단 회로(output termination circuit; 162)를 포함할 수 있다.
제1증폭 회로(10A)는 복수의 증폭기들(110A-1, 110A-2)을 포함하는 증폭기 회로(110A), 고역 통과 필터(120A), 및 아이솔레이션 증폭기(130A)를 포함하며, 도 1의 광대역 저잡음 증폭 회로(10)와 실질적으로 동일한 구조를 갖는다.
제2증폭 회로(10B)는 복수의 증폭기들(110B-1, 110B-2)을 포함하는 증폭기 회로(110B), 고역 통과 필터(120B), 및 아이솔레이션 증폭기(130B)를 포함하며, 제1증폭 회로(10A)와 실질적으로 동일한 구조를 갖는다.
제1증폭 회로(10A)와 제2증폭 회로(10B)는 병렬 구조를 가지며, 제1증폭 회로(10A)와 제2증폭 회로(10B) 각각은 입력 하이브리드 커플러(150)와 출력 하이브리드 커플러(152) 사이에 접속된다.
입력 하이브리드 커플러(150)와 출력 하이브리드 커플러(152) 각각은 제1증폭 회로(10A)와 제2증폭 회로(10B) 각각을 지나는 경로에 위상 차(예컨대, 90도)를 줌으로써 반사를 현저히 줄일 수 있다. 즉, 광대역 저잡음 증폭 회로(10')는 입력 하이브리드 커플러(150)와 출력 하이브리드 커플러(152)를 포함함으로써 반사 특성이 좋아질 수 있다.
입력 종단 회로(160)와 출력 종단 회로(162)는 종단 저항을 의미할 수 있으며, 실시 예에 따라 50Ω의 크기를 갖도록 구현될 수 있다.
도 9의 광대역 저잡음 증폭 회로(10')는 병렬 구조를 갖는 제1증폭 회로(10A)와 제2증폭 회로(10B) 및 입출력단에 접속된 입력 하이브리드 커플러(150),및 출력 하이브리드 커플러(160)에 의해 반사특성이 향상된 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10, 10' : 광대역 저잡음 증폭 회로
110, 110A, 110B : 증폭기 회로
120, 120-1, 120-2 : 고역 통과 필터
130, 130A, 130B : 아이솔레이션(isolation) 증폭기
150, 152 : 하이브리드 커플러(hybrid coupler)
160, 162 : 종단 회로(termination circuit)

Claims (6)

  1. 적어도 하나의 증폭기를 포함하는 증폭기 회로;
    상기 증폭기 회로와 접속되어 상기 증폭기 회로를 통과한 입력 신호를 수신하는 고역 통과 필터(High Pass Filter(HPF)); 및
    상기 고역 통과 필터에 접속된 아이솔레이션(isolation) 증폭기를 포함하고,
    상기 고역 통과 필터는 3차 이상 5차 이하의 고역 통과 필터이고,
    상기 증폭기 회로, 상기 고역 통과 필터, 및 상기 아이솔레이션 증폭기를 포함하는 제1증폭 회로와 동일한 구조와 통과대역을 가지며 상기 제1증폭 회로와 병렬 구조를 갖는 제2증폭 회로를 더 포함하는 광대역 저잡음 증폭 회로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고역 통과 필터의 주파수에 따른 삽입 손실은 양의 기울기를 갖는 광대역 저잡음 증폭 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고역 통과 필터의 주파수에 따른 반사 계수는 음의 기울기를 갖는 광대역 저잡음 증폭 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 증폭기와 상기 아이솔레이션 증폭기 각각은 저잡음 증폭기(Low-Noise Amplifier(LNA))인 광대역 저잡음 증폭 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1증폭 회로와 상기 제2증폭 회로 각각은 입력 하이브리드 커플러(hybrid coupler)와 출력 하이브리드 커플러 사이에 접속되는 광대역 저잡음 증폭 회로.
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