KR101668009B1 - 세미-제거 방식을 이용한 신호 제거 장치 - Google Patents

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Abstract

세미-제거 방식을 이용한 신호 제거 장치가 개시된다. 이 신호 제거 장치는 입력 RF 신호의 전체 대역을 이루는 저 대역과 고 대역 중에서 측정 대역과 무관한 대역의 주파수 신호를 제거하는 제 1 신호 제거부, 제 1 신호 제거부의 출력 신호 주파수를 제거된 대역의 주파수로 변환하는 제 1 주파수 변환부, 제 1 주파수 변환부에 의해 주파수 변환된 신호의 측정 대역에 인접한 신호를 제거하는 제 2 신호 제거부, 및 제 2 신호 제거부의 출력 신호 주파수를 중간 주파수(Intermediate Frequency, IF)로 변환하는 제 2 주파수 변환부를 포함한다.

Description

세미-제거 방식을 이용한 신호 제거 장치{Signal rejection apparatus}
본 발명은 스펙트럼 분석기에 관한 것으로, 특히 입력 RF 신호에서 측정하고자 하는 대역 이외에 존재하는 고조파(harmonics), 불요파(spurious) 등의 노이즈(이미지)를 제거하는 기술에 관한 것이다.
보통 고가의 스펙트럼 분석기는 이미지 제거를 위해 분석 대역 이상의 높은 주파수로 입력 신호를 변환하여 이미지를 제거하고 중간 주파수로 변환한 뒤 추가로 이미지 제거를 수행한다. 도 1은 종래 스펙트럼 분석기에서 이미지 제거를 위한 구성을 나타낸 블록도이다. 점선 블록이 이미지 제거를 위한 블록이다. 측정 대역인 3000MHz 이하의 신호를 3921MHz 대역으로 변환하여 1차 이미지를 제거한 뒤 중간 주파수 3921MHz로 변환하여 2차 이미지를 제거하고 IF(Intermediate Frequency)로 변환한다. 이를 위해서는 높은 주파수의 로컬 오실레이터(Local Oscillator, LO) 신호가 필요하며 3conversion의 주파수 변환을 해야 한다. 즉, 높은 주파수로 변환하기 위해 광대역 로컬(local) 회로를 구현해야 하는 어려움이 있다.
본 발명은 광대역 로컬 회로를 사용하지 않고 이미지 신호를 제거할 수 있는 기술적 방안을 제공함을 목적으로 한다.
일 양상에 따른 세미-제거 방식을 이용한 신호 제거 장치는 입력 RF 신호의 전체 대역을 이루는 저 대역과 고 대역 중에서 측정 대역과 무관한 대역의 주파수 신호를 제거하는 제 1 신호 제거부, 제 1 신호 제거부의 출력 신호 주파수를 제거된 대역의 주파수로 변환하는 제 1 주파수 변환부, 제 1 주파수 변환부에 의해 주파수 변환된 신호의 측정 대역에 인접한 신호를 제거하는 제 2 신호 제거부, 및 제 2 신호 제거부의 출력 신호 주파수를 중간 주파수(Intermediate Frequency, IF)로 변환하는 제 2 주파수 변환부를 포함한다.
일 양상에 따르면, 제 1 신호 제거부는 로우 패스 필터가 구비된 제 1 경로와 하이 패스 필터가 구비된 제 2 경로를 포함하되, 측정 대역에 따라 제 1 경로와 제 2 경로 중 어느 한 경로가 RF 입력단 및 제 1 주파수 변환부와 연결된다.
일 양상에 따르면, 제 2 신호 제거부는 저 대역의 밴드 패스 필터가 구비된 제 3 경로와 고 대역의 밴드 패스 필터가 구비된 제 4 경로를 포함하되, 측정 대역에 따라 제 3 경로와 제 4 경로 중 어느 한 경로가 제 1 주파수 변환부 및 제 2 주파수 변환부와 연결된다.
일 양상에 따르면, 제 1 신호 제거부의 로우 패스 필터와 하이 패스 필터는 lumped 필터이다.
일 양상에 따르면, 저 대역의 밴드 패스 필터와 고 대역의 밴드 패스 필터는 RF SAW 필터이다.
스펙트럼 기능 구현시 구현 회로에서 발생하는 이미지를 방지하기 위해 중간 주파수는 기본적으로 측정하고자 하는 주파수 전체 대역(Full band) 외의 주파수를 사용해야 한다. 전체 대역을 벗어난 곳으로 중간 주파수를 두기 위해서는 광대역(full band의 두 배 이상) 로컬이 필요하게 되고, 그렇게 되면 고가, 복잡한 회로 구성이 필요하다.
그러나 본 발명과 같이 전체 대역을 저 대역과 고 대역으로 구분하고 중간 주파수를 전체 대역 내에 위치시키면 더 좁은 대역(full band의 1.5배 이하) 로컬만으로 구현이 가능하다. 또한 이에 따라 믹서와 PLL(Phase Locked Loop)이 하나의 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)로 되어 있는 부품을 사용하는 것이 가능해지며, 이는 소형화 및 저가화를 추구할 수 있게 한다.
도 1은 종래 스펙트럼 분석기에서 이미지 제거를 위한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 세미-제거 방식을 이용한 신호 제거 장치의 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 로우 패스 필터의 컷오프와 하이 패스 필터의 컷오프를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 제 1 주파수 변환부에 의한 주파수 변환을 나타낸 예시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 밴드 패스 필터를 이용한 신호 제거를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 측정 대역이 고 대역에 위치할 경우의 이미지 제거 방식을 나타낸 도면이다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 세미-제거(semi-rejection) 방식을 이용한 신호 제거 장치의 블록도이고, 도 3은 일 실시예에 따른 로우 패스 필터의 컷오프와 하이 패스 필터의 컷오프를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 제 1 주파수 변환부에 의한 주파수 변환을 나타낸 예시도이며, 도 5는 일 실시예에 따른 밴드 패스 필터를 이용한 신호 제거를 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 스펙트럼 분석기에 적용되는 세미-제거 방식을 이용한 신호 제거 장치는 제 1 신호 제거부(100)와 제 1 주파수 변환부(200)와 제 2 신호 제거부(300) 및 제 2 주파수 변환부(400)를 포함한다. 제 1 신호 제거부(100)는 RF 입력단을 통해 입력되는 RF 신호의 전체 대역을 이루는 저 대역과 고 대역 중에서 측정하고자 하는 대역(측정 대역)과 무관한 대역의 이미지를 제거한다. 여기서 이미지라 함은 측정 대역 이외의 고조파, 불요파 등의 모든 신호를 말한다.
도 2에 도시된 바와 같이, RF 신호의 전체 대역이 15MHz ~ 3000MHz라 할 때 저 대역은 15MHz ~ 1550MHz이고 고 대역은 1550MHz ~ 3000MHz로 정의될 수 있다. 제 1 신호 제거부(100)는 측정 대역과 무관한 대역의 주파수 신호를 제거하는데, 측정 대역이 저 대역에 속할 경우에는 고 대역의 주파수 신호를 제거하며 측정 대역이 고 대역에 속할 경우에는 저 대역의 주파수 신호를 제거한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 신호 제거부(100)는 로우 패스 필터(110)와 하이 패스 필터(120)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 로우 패스 필터(110)와 하이 패스 필터(120)는 lumped 필터이다. 로우 패스 필터(110)와 하이 패스 필터(120)는 서로 다른 경로에 존재하는데, 로우 패스 필터(110)가 존재하는 경로를 제 1 경로라 하고, 하이 패스 필터(120)가 존재하는 경로를 제 2 경로라 한다. 측정 대역이 저 대역인지 아니면 고 대역인지에 따라 제 1 경로와 제 2 경로 중 어느 한 경로가 RF 입력단 및 제 1 주파수 변환부(200)와 연결된다. 경로 연결을 위해, 제 1 신호 제거부(100)는 제 1 스위치(130)와 제 2 스위치(140)를 포함할 수 있다. 제 1 스위치(130)는 RF 입력단을 로우 패스 필터(110) 또는 하이 패스 필터(120)로 연결하는 스위치이며, 제 2 스위치는 로우 패스 필터(110) 또는 하이 패스 필터(120)의 출력을 제 1 주파수 변환부(200)로 연결하는 스위치이다.
도 2에 도시되어 있지는 않으나, 제 1 스위치(130)와 제 2 스위치(140)는 스위칭 제어부에 의해 스위칭 제어된다. 여기서 스위칭 제어부는 미리 정해진 측정 대역 정보에 따라 제 1 스위치(130)와 제 2 스위치(140)를 제어할 수 있다. 스위칭 제어부는 측정 대역이 고 대역일 경우 제 1 스위치(130)를 하이 패스 필터(120)로 연결하며, 측정 대역이 저 대역일 경우 제 2 스위치(140)를 로우 패스 필터(110)로 연결한다. 로우 패스 필터(110)의 컷오프와 하이 패스 필터(120)의 컷오프는 도 3에 도시된 바와 같이 1550MHz일 수 있다. 따라서, 로우 패스 필터(110)의 경우 1550MHz를 기준으로 그 위의 신호들을 제거하며, 하이 패스 필터(120)의 경우 1550MHz를 기준으로 그 아래의 신호들을 제거한다.
제 1 주파수 변환부(200)는 제 1 신호 제거부(100)의 출력 신호 주파수를 변환하는데, 제 1 신호 제거부(100)에 의해 제거된 대역 내의 주파수로 변환한다. 변환된 주파수를 1차 중간 주파수라 한다. 제 1 주파수 변환부(200)는 주파수 변환을 위한 로컬 주파수로 고 대역을 사용한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 주파수 변환부(200)는 제 1 믹서(210)와 제 1 국부 발진기(220)를 포함할 수 있다. 제 1 믹서(210)는 제 1 신호 제거부(100)의 출력 신호 주파수와 제 1 국부 발진기(220)의 로컬 주파수를 혼합하여 주파수를 변환한다. 입력 RF 신호가 제 1 신호 제거부(100)의 로우 패스 필터(110)를 통과할 경우에, 제 1 국부 발진기(220)는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 1815MHz ~ 3350MHz 대역 내의 로컬 주파수를 발생시킬 수 있으며, 이에 따라 측정하고자 하는 주파수 대역은 1800MHz로 변환된다. 입력 RF 신호가 제 2 신호 제거부(300)의 하이 패스 필터(120)를 통과할 경우에, 제 1 국부 발진기(220)는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 2550MHz ~ 4000MHz 대역 내의 로컬 주파수를 발생시킬 수 있으며, 이에 따라 측정하고자 하는 주파수 대역은 1000MHz로 변환된다.
제 2 신호 제거부(300)는 제 1 주파수 변환부(200)에 의해 변환된 측정 대상 신호와 인접해 있는 이미지를 제거한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 신호 제거부(300)는 저 대역의 밴드 패스 필터(310)와 고 대역의 밴드 패스 필터(320)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 저 대역의 밴드 패스 필터(310)와 고 대역의 밴드 패스 필터(320)는 RF SAW 필터이다. 저 대역의 밴드 패스 필터(310)는 15MHz ~ 1550MHZ 이내의 특정 주파수 대역, 예를 들어 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 1000MHz(대역폭 10MHz) 이외의 신호들을 제거하는 역할을 한다. 그리고 고 대역의 밴드 패스 필터(320)는 1550MHz ~ 3000MHz 이내의 특정 주파수 대역, 예를 들어 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 1800MHz(대역폭 10MHz) 이외의 신호들을 제거하는 역할을 한다. 저 대역의 밴드 패스 필터(310)와 고 대역의 밴드 패스 필터(320)는 서로 다른 경로에 존재하는데, 저 대역의 밴드 패스 필터(310)가 존재하는 경로를 제 3 경로라 하고, 고 대역의 밴드 패스 필터(320)가 존재하는 경로를 제 4 경로라 한다.
제 3 경로와 제 4 경로 중 어느 한 경로가 제 1 주파수 변환부(200) 및 제 2 주파수 변환부(400)와 연결된다. 경로 연결을 위해, 제 2 신호 제거부(300)는 제 3 스위치(330)와 제 4 스위치(340)를 포함할 수 있다. 제 3 스위치(330)는 제 1 주파수 변환부(200)의 출력을 저 대역의 밴드 패스 필터(310) 또는 고 대역의 밴드 패스 필터(320)로 연결하는 스위치이며, 제 4 스위치(340)는 저 대역의 밴드 패스 필터(310) 또는 고 대역의 밴드 패스 필터(320)의 출력을 제 2 주파수 변환부(400)로 연결하는 스위치이다. 제 3 스위치(330)와 제 4 스위치(340) 역시 스위칭 제어부에 의해 스위칭 제어된다. 스위칭 제어부는 입력 RF 신호가 제 1 신호 제거부(100)의 로우 패스 필터(110)를 통과할 시에 제 2 신호 제거부(300)의 저 대역 밴드 패스 필터(310)를 통과하도록 제 3 스위치(330)를 제어하며, 저 대역 밴드 패스 필터(310)를 통과한 신호가 제 2 주파수 변환부(400)로 전달되도록 제 4 스위치(340)를 제어한다. 반대로, 입력 신호가 제 1 신호 제거부(100)의 하이 패스 필터(120)를 통과할 시에는 제 2 신호 제거부(300)의 고 대역 밴드 패스 필터(320)를 통과하도록 제 3 스위치(330)를 제어하며, 고 대역 밴드 패스 필터(320)를 통과한 신호가 제 2 주파수 변환부(400)로 전달되도록 제 4 스위치(340)를 제어한다.
제 2 주파수 변환부(400)는 제 2 신호 제거부(300)의 출력 신호 주파수를 중간 주파수(Intermediate Frequency, IF)로 변환한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 주파수 변환부(400)는 제 2 믹서(410)와 제 2 국부 발진기(420)를 포함할 수 있다. 제 2 믹서(410)는 제 2 신호 제거부(300)의 출력 신호 주파수와 제 2 국부 발진기(420)의 로컬 주파수를 혼합하여 중간 주파수로 변환한다. 제 2 주파수 변환부(400)에 의해 변환된 주파수를 2차 중간 주파수라 한다.
이상의 이미지 제거 방식에 대해 정리하면, 저 대역 측정시에는 제 1 신호 제거부(100)의 로우 패스 필터(110)와 제 2 신호 제거부(300)의 고 대역 밴드 패스 필터(320)를 이용하며, 고 대역 측정시에는 제 1 신호 제거부(100)의 하이 패스 필터(120)와 제 2 신호 제거부(300)의 저 대역 밴드 패스 필터(310)를 이용한다.
도 6은 일 실시예에 따른 측정 대역이 고 대역에 위치할 경우의 이미지 제거 방식을 나타낸 도면이다. 측정 대역은 2000MHz이고, 이미지는 1150MHz와 2300MHz에 존재할 경우로 가정한다. 입력 RF 신호는 제 1 신호 제거부(100)의 하이 패스 필터(120)를 통과하고, 3000MHz의 로컬 주파수를 발생시키는 제 1 주파수 변환부(200)에 의해 측정 대역 주파수는 1000MHz로 변환된다. 이 변환된 주파수 신호는 제 2 신호 제거부(300)의 저 대역 밴드 패스 필터(310)를 통과하게 되며, 이에 따라 측정 대역 주파수인 1000MHz 외의 이미지 신호는 모두 제거된다.
한편, 대역 측정을 위한 주파수는 아래 예시된 표 1과 같다.
Figure 112015052210460-pat00001
1st LOCAL은 제 1 주파수 변환부(200)의 로컬 주파수를 의미하고, 1st IF는 제 1 주파수 변환부(200)에 의해 변환된 1차 중간 주파수를 의미한다. 그리고 2nd LOCAL은 제 2 주파수 변환부(400)의 로컬 주파수를 의미하고, 2nd IF는 제 2 주파수 변환부(400)에 의해 변환된 2차 중간 주파수를 의미한다. 2차 중간 주파수와 달리 1차 중간 주파수는 측정 대역이 저 대역이냐 아니면 고 대역이냐에 따라 다름이 확인된다. 이 같이 1차 중간 주파수를 입력 주파수에 따라 다르게 한 이유는 다음과 같다. 전체 대역을 두 개의 대역, 즉 저 대역과 고 대역으로 나누어 중간 주파수로 변환시에 중간 주파수를 하나로 통일할 경우에는 그 중간 주파수가 저 대역 또는 고 대역 둘 중 하나의 대역 내에 위치할 수밖에 없다. 이때, 입력 주파수와 중간 주파수가 같게 되면 중간 주파수로의 변환이 불가능하고, 또한 이미지 제거 필터를 거치면 입력 주파수의 왜곡이 발생하기 때문이다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 제 1 신호 제거부 110 : 로우 패스 필터
120 : 하이 패스 필터 130 : 제 1 스위치
140 : 제 2 스위치 200 : 제 1 주파수 변환부
210 : 제 1 믹서 220 : 제 1 국부 발진기
300 : 제 2 신호 제거부 310 : 저 대역 밴드 패스 필터
320 : 고 대역 밴드 패스 필터 330 : 제 3 스위치
340 : 제 4 스위치 400 : 제 2 주파수 변환부
410 : 제 2 믹서 420 : 제 2 국부 발진기

Claims (5)

  1. 입력 RF 신호의 전체 대역을 이루는 저 대역과 고 대역 중에서 측정 대역과 무관한 대역의 주파수 신호를 제거하는 제 1 신호 제거부;
    제 1 신호 제거부의 출력 신호 주파수를 제거된 대역의 주파수로 변환하는 제 1 주파수 변환부;
    제 1 주파수 변환부에 의해 주파수 변환된 신호의 측정 대역에 인접한 신호를 제거하는 제 2 신호 제거부; 및
    제 2 신호 제거부의 출력 신호 주파수를 중간 주파수(Intermediate Frequency, IF)로 변환하는 제 2 주파수 변환부; 를 포함하되,
    제 1 신호 제거부는 로우 패스 필터가 구비된 제 1 경로와 하이 패스 필터가 구비된 제 2 경로를 포함하되, 측정 대역에 따라 제 1 경로와 제 2 경로 중 어느 한 경로가 RF 입력단 및 제 1 주파수 변환부와 연결되고,
    제 2 신호 제거부는 저 대역의 밴드 패스 필터가 구비된 제 3 경로와 고 대역의 밴드 패스 필터가 구비된 제 4 경로를 포함하되, 측정 대역에 따라 제 3 경로와 제 4 경로 중 어느 한 경로가 제 1 주파수 변환부 및 제 2 주파수 변환부와 연결되는 세미-제거 방식을 이용한 신호 제거 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 1 신호 제거부의 로우 패스 필터와 하이 패스 필터는 lumped 필터인 세미-제거 방식을 이용한 신호 제거 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    저 대역의 밴드 패스 필터와 고 대역의 밴드 패스 필터는 RF SAW 필터인 세미-제거 방식을 이용한 신호 제거 장치.
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