KR101636012B1 - 선형 중첩을 이용한 광대역 송수신 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형 중첩을 이용한 광대역 송수신 시스템에서 전압제어 발진부와 주파수 채배부를 통해 광대역 주파수를 생성하도록 하고, 전압제어 발진부와 주파수 혼합부를 통해 생성된 로컬 오실레이터 주파수로는 수신된 광대역 주파수의 RF 신호를 해석할 수 있도록 함으로써, 낮은 주파수에서부터 높은 주파수 까지 다양한 주파수 대역의 활용이 가능하도록 한다. 또한, 이러한 주파수 전송 시스템을 통해 하나의 칩(chip)으로 여러 성능을 낼 수 있는 통합칩을 구현할 수 있도록 한다.

Description

선형 중첩을 이용한 광대역 송수신 시스템{A WIDEBAND TRANSCEIVER SYSTEM USING LINEAR SUPERPOSITION}

본 발명은 광대역 주파수 전송에 관한 것으로, 특히 전압제어 발진부와 주파수 채배부(frequency multiplier)를 통해 광대역 주파수(wideband frequency)를 생성하도록 하고, 전압제어 발진부와 주파수 혼합부(sub harmonic mixer)를 통해 생성된 로컬 오실레이터(local oscillator) 주파수로는 수신된 광대역 주파수의 RF(radio frequency) 신호를 해석할 수 있도록 함으로써, 낮은 주파수에서부터 높은 주파수 까지 다양한 주파수 대역의 활용이 가능하도록 하는 선형 중첩을 이용한 광대역 송수신 시스템에 관한 것이다.

통상적으로 주파수 발생장치(oscillator)는 소정 주파수의 교류신호를 발생하는 장치로서, 핸드폰, TV 수신기, 무선 모뎀 등과 같이 소정 채널을 통해 신호를 송수신하는 무선 송수신장치에 이용된다.

도 1은 종래 주파수 발생장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다.

이하, 도 1을 참조하여 주파수 발생장치에서의 동작을 개략적으로 살펴보면, 주파수 발생장치에서는 기준주파수 선택회로(도시하지 않음) 등을 통해 출력되는 입력 주파수(

)에 국부발진회로(local oscillator)(100)로부터 입력되는 국부발진주파수(

)를 믹서(mixer)(102)를 통해 믹싱하여 목적하는 대역의 출력주파수를 발생시키게 된다.

그러나, 위와 같은 종래 주파수 발생장치에서는 앞서 설명한 바와 같이 믹서(102)의 일측으로 입력되는 특정 주파수(

)에 국부발진주파수(

)를 믹싱하여 원하는 출력 주파수를 발생시키는 방식으로, 그 출력주파수의 범위는 일정 대역으로 한정된다.

따라서, 위와 같은 종래 신호 발생 장치를 이용하여 다양한 통신장치에 사용되는 다양한 대역의 광범위 주파수를 발생시키기 위해서는 서로 다른 주파수를 발생시키는 다수의 주파수 발생 장치를 구비하는 것이 필요하다.

그러나, 위와 같이 다수의 주파수 발생장치를 구비하여 광범위 주파수를 발생시키는 장치를 구현하는 경우에는 주파수 발생 장치의 부피가 커지고 회로가 복잡하게 되며, 또한 부품의 단가가 높아져 가격이 상승하는 등의 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허번호 10-0640518호(등록일자 2006년 10월 24일)에는 저주파 전압 제어 발진기에 관한 기술이 개시되어 있다.

따라서, 본 발명은 전압제어 발진부와 주파수 채배부를 통해 광대역 주파수를 생성하도록 하고, 전압제어 발진부와 주파수 혼합부를 통해 생성된 로컬 오실레이터 주파수로는 수신된 광대역 주파수의 RF 신호를 해석할 수 있도록 함으로써, 낮은 주파수에서부터 높은 주파수 까지 다양한 주파수 대역의 활용이 가능하도록 하는 선형 중첩을 이용한 광대역 송수신 시스템을 제공하고자 한다.

상술한 본 발명은 광대역 송수신 시스템은 링구조로 구성되며, 서로 다른 대역의 주파수를 생성하는 다수의 전압 제어 발진기를 포함하는 전압 제어 발진부와, 상기 전압 제어 발진부로부터 발진된 주파수를 기설정된 채배수로 채배하여 광대역 주파수를 생성하는 주파수 채배부와, 상기 주파수 채배부로부터 생성된 광대역 주파수의 RF 신호를 임의의 공간 또는 대상으로 송신시키는 송신부와, 상기 송신부로부터 송신된 상기 광대역 주파수의 RF 신호를 수신하는 수신부와, 상기 전압 제어 발진부에서 생성된 주파수를 기설정된 채배수의 로컬 오실레이터 주파수로 생성하여 상기 수신부를 통해 수신된 광대역 주파수의 RF 신호를 해석하기 위한 주파수로 제공하는 주파수 혼합부를 포함한다.

또한, 상기 주파수 혼합부는, 상기 각 전압 제어 발진기의 출력 전압을 각 출력 전압의 위상(phase)에 따라 디퍼런셜(differential)하게 구성하여 상기 전압 제어 발진부로부터 발생된 주파수를 1배 또는 2배 또는 4배 채배된 주파수로 선택적으로 발생시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 RF 신호의 주파수는 1/2로 나누어져 상기 주파수 혼합부로 입력되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주파수 채배부는, 상기 전압 제어 발진부내 각 전압 제어 발진기의 출력단과 연결되는 다수의 스위치를 포함하며, 상기 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 출력 전압을 선택적으로 출력시켜 상기 전압 제어 발진부에서 생성된 주파수를 2배 또는 4배 또는 8배로 채배시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전압 제어 발진부는, 4개의 전압 제어 발진기로 구성되고, 각 전압 제어 발진기에서 생성되는 주파수는 서로 다른 위상을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전압 제어 발진부는, 임의의 전압 제어 발진기의 출력 전압의 위상이 0°로 지정되는 경우, 나머지 전압 제어 발진기의 출력 전압의 위상은 각각 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 선형 중첩을 이용한 광대역 송수신 시스템에서 전압제어 발진부와 주파수 채배부를 통해 광대역 주파수를 생성하도록 하고, 전압제어 발진부와 주파수 혼합부를 통해 생성된 로컬 오실레이터 주파수로는 수신된 광대역 주파수의 RF 신호를 해석할 수 있도록 함으로써, 낮은 주파수에서부터 높은 주파수 까지 다양한 주파수 대역의 활용이 가능한 이점이 있다. 또한, 이러한 주파수 전송 시스템을 통해 하나의 칩(chip)으로 여러 성능을 낼 수 있는 통합칩을 구현할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 주파수 발생장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 송수신 시스템의 회로 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 회로와, 링구조의 다수의 전압 제어 발진기로 구성된 전압 제어 발진부의 등가회로도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 채배부의 상세 회로 구성도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스위치부와 주파수 혼합부의 회로 구성도,

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선형 중첩을 이용한 광대역 송수신 시스템의 상세 회로 구성을 도시한 것으로, 전압제어 발진부(200)와, 주파수 채배부(frequency multiplier)(202), 주파수 혼합부(sub harmonic mixer) 등을 포함할 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여, 광대역 송수신 시스템의 각 구성요소에서의 동작을 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 전압제어 발진부(200)는 전압을 조절하여 주파수(frequency)를 조절함으로써 원하는 주파수를 발진 및 증폭시켜 출력시킨다.

주파수 채배부(202)는 전압제어 발진부(200)에서 생성된 주파수를 2배, 4배 또는 8배 등의 기설정된 채배수로 채배하여 주파수 전송 시스템의 송신단(204)으로 제공한다. 이때, 송신단(204)은 주파수 전송 시스템의 다수의 구성 요소 중 주파수 채배부(202)에서 생성된 주파수를 임의의 공간 또는 대상물로 송신하는 구성 요소로써 증폭기, 송신 안테나 등을 포함할 수 있다.

즉, 전압제어 발진부(200) 자체에서 300GHz가 넘는 주파수를 구현하기가 어려우므로, 전압 제어 발진부(200)에 주파수를 고정하고, 전압제어 발진부(200)에서 생성되는 50∼60GHz의 주파수를 주파수 채배부(202)를 통해 예를 들어 2배, 4배, 8배 등으로 채배하여 300GHz이상의 주파수를 만들어 주는 것이다.

주파수 혼합부(206)는 전압 제어 발진부(200)에서 생성된 주파수를 기설정된 채배수의 로컬 오실레이터(local oscillator) 주파수로 생성하며, 이와 같이 생성된 주파수는 주파수 전송 시스템의 수신단(208)을 통해 수신된 광대역 주파수의 RF(radio frequency) 신호를 해석하기 위한 주파수로 제공될 수 있다. 이때, 수신단(208)은 주파수 전송 시스템의 구성 요소 중 송신단(204)으로부터 송신된 광대역 주파수의 RF 신호를 수신하는 구성 요소로 수신 안테나, 증폭기 등을 포함할 수 있다.

즉, 주파수 혼합부(206)는 전압제어 발진부(200)에서 생성된 전압의 주파수를 디퍼런셜(differential) 구성을 통해 채배하여 1배, 2배, 4배의 주파수를 발생시키며, 이와 같이 생성되는 1배, 2배, 4배의 로컬 오실레이터 주파수는 주파수 전송 시스템의 수신단(208)으로 수신되어 주파수 디바이더(210)에서 주파수 fo가 fo/2로 나누어지는 RF 신호를 해석할 수 있도록 한다. 이때, 이와 같은 주파수 혼합부(206)는 특히 고주파의 해석에 효율적이다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 선형 중첩을 이용한 광대역 송수신 시스템에서는 전압제어 발진부와 주파수 채배부를 통해 광대역 주파수를 생성하도록 하고, 전압제어 발진부와 주파수 혼합부를 통해 생성된 로컬 오실레이터 주파수로는 수신된 광대역 주파수의 RF 신호를 해석할 수 있도록 함으로써, 낮은 주파수에서부터 높은 주파수 까지 다양한 주파수 대역의 활용이 가능하다. 또한, 이러한 주파수 전송 시스템을 통해 하나의 칩(chip)으로 여러 성능을 낼 수 있는 통합칩을 구현할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전압 제어 발진부(200)의 상세 회로 구성을 도시한 것이다.

먼저, 도 3의 (a)를 참조하면, 전압 제어 발진부(200)는 전압을 조절하여 주파수를 조절함으로써 원하는 주파수의 출력을 얻는 오실레이터 회로로, 입력되는 튜닝 전압(tuning voltage)에 의해 가변용량 다이오드(varactor diode)의 정전용량을 가변시켜 주파수를 공진시키고, 그 공진된 주파수를 발진 및 증폭시켜 출력시킨다. 이러한 전압 제어 발진부는 일반적으로 다수의 전압 제어 발진기(310, 312, 314, 316)를 병렬로 구성하여 다양한 대역의 광범위 주파수의 발생이 가능하도록 사용될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 4개의 전압 제어 발진기를 병렬로 연결한 구성을 예시하였다.

도 3의 (b)는 다수개의 전압 제어 발진기(310, 312, 314, 316)를 링구조(ring type)로 연결한 전압 제어 발진부(200)의 등가회로를 도시한 것이다.

위 도 3의 (b)을 참조하면, 전압 제어 발진부(200)내 각각의 전압 제어 발진기(310, 312, 314, 316)로부터 출력되는 출력 전압(output voltage)은 다양한 위상(phase)을 가지고 있으며, 특정 전압 제어 발진기의 출력 전압의 위상을 0°으로 지정하는 경우, 나머지 전압 제어 발전기에서의 출력 전압의 위상은 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°로 설정될 수 있다.

이때, 이러한 전압 제어 발진부(200)내 각각의 전압 제어 발진기(310, 312, 314, 316)의 출력 전압은 주파수 전송 시스템의 주파수 채배부(202)로 제공되며, 주파수 채배부(202)를 통해 예를 들어 2배, 4배, 8배 등으로 채배되어 300GHz이상의 광대역 주파수로 생성될 수 있는 것이다.

즉, 주파수 채배부(202)는 전압 제어 발진부(200)내 각 전압 제어 발진기의 출력단과 연결되는 다수의 스위치(sw1, sw2, sw3)를 포함하며, 아래 [표 1]에 도시된 스위치의 스위칭 동작에 따른 동작 진리표에서 보여지는 바와 같이 전압제어 발진부(200)로부터 생성된 주파수를 2배, 4배 또는 8배 등의 주파수로 채배하여 광대역 주파수를 생성할 수 있다.

	2x	4x	8x
sw1	o	o	o
sw2	x	o	o
sw3	x	x	o

한편, 위와 같은 이러한 전압 제어 발진부(200)내 각각의 전압 제어 발진기(310, 312, 314, 316)의 출력 전압은 주파수 혼합부(206)로도 제공될 수 있다.

이때, 전압 제어 발진부(200)내 각각의 전압 제어 발진기(310, 312, 314, 316)의 출력 전압은 스위치부(207)내 선택된 스위치(sw1, sw2, sw3, sw4, sw5, sw6)에 연결되며, 각각의 스위치에 인가되는 제어 전압에 따라 도 5의 (a)에 도시된 바와 같은 주파수 혼합부(subharmonic mixer)(206)의 국부발진부(local oscillator)(205)에 각각의 변수명이 동일한 위치의 단자로 연결될 수 있다.

또한, 이러한 전압 제어 발진부(200)내 각각의 전압 제어 발진기(310, 312, 314, 316)의 출력 전압은 도 5의 (b)에 도시된 바와 같은 스위치부(207)내 선택된 스위치(sw1, sw2, sw3, sw4, sw5, sw6)에 연결되며, 각각의 스위치에 인가되는 제어 전압에 따라 도 5의 (a)에 도시된 바와 같은 주파수 혼합부(subharmonic mixer)(206)의 국부발진부(local ocillator)(205)에 각각의 변수명이 동일한 위치의 단자로 연결될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 링구조의 다수개의 전압 제어 발진기(310, 312, 314, 316)를 가지는 전압 제어 발진부(200)와 연결되는 주파수 혼합부(206)의 회로를 도시한 것이다.

위 도 5에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 주파수 혼합부(206)는 스위치부(207)를 통해 링구조의 다수의 전압 제어 발진기(310, 312, 314, 316)와 연결되어 각각의 전압 제어 발진기에서 생성된 출력 전압을 선택적으로 입력하여 1배, 2배 또는 4배로 채배된 주파수를 발생시킨다.

즉, 전압 제어 발진부(200)와 주파수 혼합부(206)간을 연결하는 스위치부(207)는 각각의 스위치로 인가되는 제어 전압(control voltage)에 따라 해당 스위치를 스위칭(switching) 연결하여 각각의 전압 제어 발진기(310, 312, 314, 316)로부터 발생된 출력 전압을 주파수 혼합부(206)로 입력시킬 수 있다.

이에 따라 주파수 혼합부(206)는 스위치부(207)를 통해 국부 발진부(local ocillator)(205)의 각각의 변수명이 동일한 단자로 전압 제어 발진기(310, 312, 314, 316)로부터 발생된 출력 전압을 선택적으로 입력받고, 아래의 [표 2]에서와 같은 스위치부(207)에서의 스위칭 동작 진리표에 따라 디퍼런셜(differential) 구성을 통해 전압 제어 발진부(200)에서 발생된 주파수의 1배, 2배, 4배의 주파수를 발생시킬 수 있게 된다.

	LO1x	LO2x	LO4x
sw1	o	o	o
sw2	x	x	o
sw3	x	o	x
sw4	x	o	o
sw5	o	x	x
sw6	x	x	x

상기한 바와 같이, 본 발명의 주파수 전송 시스템에서는 전압제어 발진부와 주파수 채배부를 통해 광대역 주파수를 생성하도록 하고, 전압제어 발진부와 주파수 혼합부를 통해 생성된 로컬 오실레이터 주파수로는 수신된 광대역 주파수의 RF 신호를 해석할 수 있도록 함으로써, 낮은 주파수에서부터 높은 주파수 까지 다양한 주파수 대역의 활용이 가능하다. 또한, 이러한 주파수 전송 시스템을 통해 하나의 칩(chip)으로 여러 성능을 낼 수 있는 통합칩을 구현할 수 있다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

200 : 전압 제어 발진부 202 : 주파수 채배부
204 : 송신단 206 : 주파수 혼합부
208 : 수신단

Claims (6)

1. 링구조로 구성되며, 서로 다른 대역의 주파수를 생성하는 다수의 전압 제어 발진기를 포함하는 전압 제어 발진부와,
   상기 전압 제어 발진부로부터 발진된 주파수를 기설정된 채배수로 채배하여 광대역 주파수를 생성하는 주파수 채배부와,
   상기 주파수 채배부로부터 생성된 광대역 주파수의 RF 신호를 임의의 공간 또는 대상으로 송신시키는 송신부와,
   상기 송신부로부터 송신된 상기 광대역 주파수의 RF 신호를 수신하는 수신부와,
   상기 전압 제어 발진부에서 생성된 주파수를 기설정된 채배수의 로컬 오실레이터 주파수로 생성하여 상기 수신부를 통해 수신된 광대역 주파수의 RF 신호를 해석하기 위한 주파수로 제공하는 주파수 혼합부를 포함하며,
   상기 주파수 혼합부는,
   상기 각 전압 제어 발진기의 출력 전압을 각 출력 전압의 위상(phase)에 따라 디퍼런셜(differential)하게 구성하여 상기 전압 제어 발진부로부터 발생된 주파수를 1배 또는 2배 또는 4배 채배된 주파수로 선택적으로 발생시키는 것을 특징으로 하는 광대역 송수신 시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 RF 신호의 주파수는 1/2로 나누어져 상기 주파수 혼합부로 입력되는 것을 특징으로 하는 광대역 송수신 시스템.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 주파수 채배부는,
   상기 전압 제어 발진부내 각 전압 제어 발진기의 출력단과 연결되는 다수의 스위치를 포함하며, 상기 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 각 전압 제어 발진기의 출력 전압을 선택적으로 출력시켜 상기 전압 제어 발진부에서 생성된 주파수를 2배 또는 4배 또는 8배로 채배시키는 것을 특징으로 하는 광대역 송수신 시스템.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 전압 제어 발진부는,
   4개의 전압 제어 발진기로 구성되고, 각 전압 제어 발진기에서 생성되는 주파수는 서로 다른 위상을 가지는 것을 특징으로 하는 광대역 송수신 시스템.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 전압 제어 발진부는,
   임의의 전압 제어 발진기의 출력 전압의 위상이 0°로 지정되는 경우, 나머지 전압 제어 발진기의 출력 전압의 위상은 각각 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°로 설정되는 것을 특징으로 하는 광대역 송수신 시스템.

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