KR101941435B1 - 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로 - Google Patents

Abstract

무선 FM 방송신호의 전계 세기에 따라 저항값이 변화하면서 퇴화를 불러 일으켜 무선 FM 방송신호의 이득을 감소하면서 P1dB 특성 및 IP 특성을 개선할 수 있는 선형성 개선을 위한 자동이득조정회로를 구비하는 수신증폭기회로가 제공된다. 상기 자동이득조정회로를 구비하는 수신증폭기회로는 트랜지스터의 에미터나 소스단에 가변저항이 연결되어 무선 안테나 수신기에 수신되어 저잡음 증폭된 무선 FM 방송신호의 전계 세기에 따라 가변저항의 저항값이 변하면서 퇴화를 불러 일으켜 상기 저잡음 증폭된 무선 FM 방송신호의 이득을 감소하면서 P1dB 특성 및 IP 특성이 개선되는 효과가 있다.

Description

선형성 개선을 위한 수신증폭기회로{Receiving Amplifier Circuit For Improving Linearity}

본 발명은 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가변회로를 이용하여 소스단의 로딩 변환에 의한 수신증폭기회로의 선형성을 개선하기 위한 것이다.

무선 FM 라디오 방송신호는 지역에 따라서 전계의 세기가 약한 곳과 강한 곳이 존재하고 있다. 또한 북미 지역에서는 많은 방송 채널을 포함하고 있으며, 다양한 방송 채널에는 강전계의 방송신호와 약전계의 방송신호가 혼재되어 있다.

또한, 무선 FM 방송 주파수 대역의 신호 세기가 강한 지역에서는 약한 전계의 신호가 주파수 대역에서 혼합된 신호가 들어온다. 이와같이 혼합된 신호에 따른 신호 왜곡현상을 방지하기 위하여 IP3의 성능 개선을 요구한다.

도 1은 일반적인 안테나 수신기의 블록 다이어그램을 나타낸 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 안테나 수신기는 안테나로부터 수신된 미약한 신호를 증폭하는 수신증폭기회로(1)와 강전계의 특성을 강화하기 위하여 자동이득조정(AGC)회로(2)를 포함하고 있다. 그러나 무선 샤크 안테나의 경우 수신증폭기회로(1)인 저잡음 증폭기의 경우에 입력 임피던스 값은 높고, P1dB 값이 현저히 낮기 때문에 자동이득조정회로의 기능으로는 신호의 세기가 큰 신호는 수신할 수가 없는 실정이다.

도 2는 도 1의 FM 라디오 방송신호를 증폭하는 수신증폭기회로에 대한 상세도이다. 도시된 바와 같이 종래기술에 따른 수신증폭기회로(1)는 FM 라디오 방송신호를 트랜지스터(10)를 통하여 증폭하여 방송 청취가 잘 될 수 있도록 하는 것이다. 그러나 다양한 주파수 대역의 방송 신호가 혼재되어 있으며, 그 중에서 일부의 신호는 전계강도의 세기가 강하고, 일부 신호는 전게강도의 세기가 약하다.

현실적으로 발생되고 있는 라디오 주파수 신호의 전계 상황에서는 상기와 같은 다양한 주파수 대역의 방송신호 중에서 전게강도의 세기가 제일 강한 신호에 의하여 도 2에 도시된 수신 증폭기 회로의 비선형 특성인 IM3성분(제3고조파 성분)이 인밴드 대역에서 발생되며, 이와 같이 인밴드 대역 내에 발생된 IM3성분은 혼신을 발생하게 되는 원인이 되고 있다.

도 3a는 종래기술에 따른 도 2의 선형성(P1dB, IP3)을 개선한 수신증폭기회로이다

즉 도 3a는 상기의 도 1 및 도 2와 같은 종래기술에 따른 안테나 수신기에서 수신증폭기회로의 문제점인 IM3성분에 따른 혼신을 방지하기 위하여 선형성을 개선한 수신증폭기회로를 나타낸 것이다.

여기서, P1dB( 1 dB Gain Compression Point)는 증폭기에서 최대 선형 출력전력을 나타내는 지표로서, 즉 입력전력을 증가시켜도 더 이상 출력전력이 올라가지 않고 포화전력에 도달되기 이전에 실제로 이용 가능한 최대전력점을 나타내기 위한 용도로 사용되며 입력전력을 1dB씩 증가시킴에 따라 출력전력인 이득이 1dB 감소되는 지점의 출력전력을 의미한다.

IP3(또는 IMD)는 두 주파수가 하나의 비선형 시스템을 통과하면서, 출력에서 두 주파수의 고조파성분들의 합과 차에 대한 성분들이 검출되어 방해요소가 되는 문제점을 발생시키며. 이와 같은 IMD의 방해요소 정도를 나타내는 대표적인 지표가 IP3이다. 따라서 IP3는 IMD성분의 출력값에 따른 선형성을 나타내는 지수로 사용된다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 수신증폭기회로(1)의 소자 중에서 선형성을 좌우하는 소자인 트랜지스터(BJT, FET)(10)의 에미터 또는 소스단에 인덕터회로(20)(인덕터와 저항이 병렬 연결됨)가 추가되어 수신증폭기회로(1)의 전체적인 이득은 감소시키면서 반면에 선형성(P1dB, IP3)을 증가시키기 위한 회로이다. 이에 대한 회로 동작의 시뮬레이션 결과를 도 3b 및 도 3c에 나타내었다.

도 3b는 도 3a에 따른 수신증폭기회로의 입력 IP3특성을 나타낸 도면으로서, 보다 상세하세는 도 3a의 수신증폭기회로에서 트랜지스터(10)에 연결된 인덕터회로(20)에서 인덕터의 다양한 인덕턴스 값에 대하여 RF 신호의 크기 변화에 따른 IP3 값이 변화되는 나타낸 것으로서, 이에 대하여 살펴보면, 도 3a에서 트랜지스터(10)의 에미터나 소스단에 연결된 인덕터회로(20)에서 인덕터의 다양한 인덕턴스 값에 대하여 신호의 전계 강도에 따라 입력 IP3 특성이 증가되며, 어느 한 전계 강도의 세기에 대하여 인덕터회로(20)에서 인덕터의 다양한 인덕턴스 값에 따른 IP3의 값이 점점 증가됨을 알 수 있으며 결과적으로 수신증폭기회로의 선형성이 개선됨을 알 수 있다.

도 3c는 도 3a에 따른 수신증폭기회로의 이득값을 나타낸 도면으로서, 보다 상세하게는 인덕터회로(20)에서 인덕터의 다양한 인덕턴스 값에 대하여 주파수에 따른 이득의 변화를 나타낸 것으로 이에 대하여 살펴보면, 도 3a에서 트랜지스터(10)의 에미터나 소스단에 연결된 인덕터회로(20)에서 인덕터의 다양한 인덕턴스 값에 대하여 주파수에 따라 이득이 점점 감소하는 것을 알 수 있으며, 어느 한 주파수 값에 대하여 인덕터회로(20)에서 인덕터의 다양한 인덕턴스 값에 따라 이득이 점점 감소됨을 알 수 있으며 결과적으로 수신증폭기회로의 선형성이 개선됨을 알 수 있다.

즉, 도 3a에 따른 수신증폭기회로의 소자 중에서 트랜지스터(10)의 에미터 또는 소스단에 부가되는 인덕터회로(20)에서 다양한 인덕턴스 값에 따라 이득은 감소되지만 IP3값은 점점 증가되어 수신증폭기회로의 선형성이 개선됨을 알 수 있다.

도 4a는 종래 기술에 따른 자동이득조정(AGC)회로가 포함된 FM 라디오 방송신호를 증폭하는 수신증폭기회로이다. 도시된 바와 같이 상기 도 3a의 수신증폭기회로(1)에 부가하여 신호검출회로(30)와 OP앰프회로(40) 및 감쇄기(50)로 이루어진 자동이득조정회로(2)가 더 포함되어 있다.

상기 도 4a의 동작원리를 살펴보면, 전계 강도의 세기가 큰 신호가 입력하면 수신증폭기회로(1)에 의하여 신호가 증폭되고 자동이득조정회로(2)의 신호검출회로(30)에서 전계 강도의 세기가 검출된다. 상기 신호검출회로(30)에서 검출된 주파수 대역의 신호에 대한 전계강도의 세기는 미리 설정된 값에 의하여 OP앰프회로(40)를 통하여 감쇄기(50)를 동작시켜서 입력되어지는 신호의 세기를 감쇄하게 된다.

도 4b는 도 4a에 도시된 자동이득조정회로가 포함된 FM 라디오 방송신호를 증폭하는 수신증폭기회로의 이득 변화를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 점점 증가되는 입력신호에 대한 이득변화를 나타낸 것으로서, 입력되어지는 신호의 세기가 점점 증가하게 되면 감쇄기(50)에 의하여 감쇄되는 감쇄량이 증가함으로써 수신증폭기회로(1)에 입력되는 신호의 세기를 감쇄시켜 수신증폭기회로(1)의 비선형 동작을 억제함으로써 결과적으로는 입력신호가 증가될수록 감쇄기(50)가 동작되는 구간에서는 수신증폭기회로(1)에서 출력되는 신호의 이득이 점차 감소됨을 알 수 있다.

상기와 같은 도 4a에 도시된 수신증폭기회로(1)는 입력되는 신호의 세기가 미세한 경우와 큰 경우가 혼재되어 있는 실제 전계 상황에서는 신호의 세기가 큰 신호를 기준으로 자동이득조정회로(2)의 감쇄기(50)가 동작하여 신호의 세기가 미세한 신호 역시도 감쇄되기 때문에 이와 같은 이유로 인하여 신호의 크기가 미세한 방송신호는 청취가 어려워진다는 문제점이 있다.

즉, 상기와 같은 종래기술에 따른 도 4a에 도시된 바와 같이 수신증폭기회로의 선형성을 개선하기 위해서는 종래기술에 따른 도 3a의 수신증폭기회로(1)의 소자 중에서 트랜지스터(10)의 에미터 또는 소스단에 단순히 인덕터회로(20)를 추가하는 회로를 적용하는 경우에, 트랜지스터(10)의 에미터 또는 소스단에 연결되는 인덕터회로(20)에서 인덕턴스값이 높은 인덕터를 사용하는 경우에는 신호의 세기가 미세한 경우에 자동이득조정회로(2)의 감쇄기(50)가 동작하여 수신증폭기회로(1)의 증폭율(이득)이 감소하는 문제점이 발생되며, 반면에 인덕터회로(20)에서 인덕턴스값이 낮은 인덕터를 사용하는 경우에는 신호의 세기가 큰 경우에 여전히 선형성이 저하되는 문제점이 발생되고 있는 실정이다.

따라서, 상기와 같은 도 1 내지 도 4의 종래기술과 같이 안테나 수신기에 입력되는 신호의 전계강도 세기가 미세하거나 큰 경우가 혼재되어 있는 복잡한 실제상황에서도 선형성을 나타내는 P1dB 특성 및 IP3 특성을 동시에 개선할 수 있는 수신증폭기회로가 절실히 요구되고 있는 실정이다.

실용신안 공고번호 20-1985-0008139 (1986. 1. 30.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수신증폭기회로의 소자 중에서 트랜지스터의 에미터 또는 소스단에 가변회로를 부가하여 무선 FM 방송신호의 전계 세기에 따라 가변회로의 가변저항에 따른 인덕터 값이 변화하면서 신호의 퇴화를 불러 일으켜 무선 FM 방송신호의 이득은 손해 보는 대신에 즉, 이득은 감소하지만 안정도인 P1dB 특성 및 선형성인 IP3 특성을 개선할 수 있는 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로는, FM 라디오 방송신호를 수신하여 증폭하기 위하여 자동이득조정회로를 포함하는 수신증폭기회로에 있어서, 상기 수신증폭기회로의 소자 중에서 트랜지스터의 에미터나 소스단에 가변회로가 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로의 상기 가변회로는, 가변저항과 인덕터가 직렬로 연결되며, 상기 트랜지스터의 에미터나 소스단에 병렬로 각각 연결되는 저항 및 인덕터가 병렬로 연결되는 고정회로와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 특징으로 한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로에서 상기 가변회로의 가변저항은 핀다이오드인 것을 특징으로 한다.

상기 자동이득조정회로는 상기 수신증폭기회로 의하여 신호가 증폭된 신호의 전계 강도의 세기가 검출하기 위한 신호검출회로와, 상기 신호검출회로에서 검출된 주파수 대역의 신호가 미리 설정된 값에 의하여 OP앰프회로를 통하여 감쇄기를 동작시켜서 입력되어지는 신호의 세기를 감쇄하게 된다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로에서 상기 자동이득조정회로는, 상기 트랜지스터의 입력단에 병렬로 연결되어 상기 수신증폭기회로의 트랜지스터에 입력되는 신호의 세기를 감쇄시키는 감쇄기와, 상기 수신증폭기회로의 트랜지스터의 출력단에 연결되어 트랜지스터를 통과하여 증폭된 신호의 전계강도에 대한 세기를 검출하는 신호검출회로 및 상기 신호검출회로 에서 출력되는 신호의 세기가 미약한 경우인 상기 트랜지스터에 입력되는 신호의 세기가 -11dBm ~ -3dBm인 경우에 상기 트랜지스터의 에미터나 소스단에 연결되는 가변회로를 구동시키거나, 또는 상기 신호검출회로에서 출력되는 신호의 세기가 일정한 범위를 초과하여 증가하는 경우인 상기 트랜지스터에 입력되는 신호의 세기가 0dBm ~ 10dBm인 경우에 상기 트랜지스터의 입력단에 병렬로 연결되는 감쇄기를 구동하는 OP앰프회로로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로에서 상기 자동이득조정회로는, 상기 트랜지스터에 입력되는 신호의 세기가 -11dBm ~ -3dBm인 경우에 미리 설정된 값에 따른 OP앰프회로가 동작하여 감쇄기가 동작하기 전에 트랜지스터의 에미터 또는 소스단에 연결되는 가변회로의 가변저항에 대한 저항값을 증가시켜 수신증폭기회로 자체의 선형성을 증가시키고, 상기 트랜지스터에 입력되는 신호의 세기가 0dBm ~ 10dBm인 경우에는 OP앰프회로가 감쇄기를 구동시켜서 상기 트랜지스터에 입력되는 신호의 세기를 감쇄시키는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로는, 상기

트랜지스터의 에미터 또는 소스단에 연결된 가변회로의 가변저항에 대한 저항값의 증가되는 변화에 따라 어느 한 주파수에서 출력값에 대하여 이득은 감소하면서 IP3 값은 증가되어 선형성이 개선되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로에서, 상기 고정회로에서의 인덕터는 100nH ~ 300nH의 큰 인덕턴스 값을 갖고, 상기 고정회로와 병렬로 연결되는 가변회로의 인덕터는 0nH ~ 30nH의 적은 인덕턴스 값을 갖는 경우에 상기 가변회로의 가변저항이 0Ω ~ 1000Ω까지 가변되어 동작하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로에서, 상기 고정회로에서의 인덕터의 인덕턴스 값이 100nH이고, 가변회로에서 인덕터의 인덕턴스 값이 10nH이고 가변저항의 저항값이 0Ω에서 2Ω일 경우에 고정회로는 개방회로가 되기 때문에 동작하지 않고, 가변회로가 동작하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로에서, 상기 고정회로에서의 인덕터의 인덕턴스 값이 100nH이고, 가변회로에서 인덕터의 인덕턴스 값이 10nH이고 가변저항의 저항값이 2㏀일 경우에 가변회로는 개방회로가 되기 때문에 동작하지 않고, 고정회로가 동작하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 무선 FM 방송신호의 전계강도 세기에 따라 저항값이 가변됨에 따라 인덕턴스 값이 변화하면서 증폭기 회로를 통과하는 신호의 퇴화를 불러 일으켜 이득은 낮추고 반면에 P1dB의 특성을 개선하여 회로의 안정성을 도모함과 동시에 IP3의 특성이 개선되어지며, IP3의 특성이 개선되어짐으로 인하여 선형성이 증가하고 신호의 세기가 큰 지역에서 혼선이 들어오는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 안테나 수신기에 입력되는 신호의 전계강도 세기가 미세하거나 큰 경우가 혼재되어 있는 복잡한 실제상황에서도 선형성을 나타내는 P1dB의 특성 및 IP3의 특성을 동시에 개선할 수 있기 때문에 신호의 세기가 큰 방송신호 뿐만 아니라 신호의 크기가 미세한 방송신호 역시도 청취가 가능한 효과가 있다.

첨부의 하기 도면들은, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일반적인 안테나 수신기의 블록 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 FM 라디오 방송신호를 증폭하는 수신증폭기회로에 대한 상세도이다.
도 3a는 종래기술에 따른 도 2의 선형성(P1dB, IP3)을 개선한 수신증폭기회로이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 수신증폭기회로의 입력 IP3의 특성을 나타낸 도면이다.
도 3c는 도 3a에 도시된 수신증폭기회로의 이득값을 나타낸 도면이다.
도 4a는 도 1의 자동이득조정회로가 포함된 FM 라디오 방송신호를 증폭하는 수신증폭기회로이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 자동이득조정회로가 포함된 FM 라디오 방송신호를 증폭하는 수신증폭기회로의 이득 변화를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 가변회로를 트랜지스터의 에미단에 연결한 수신증폭기회로의 구성도이다.
도 6a는 도 5에서 가변회로를 제거하여 나타낸 수신증폭기회로의 고정회로에 대한 시뮬레이션상의 등가회로이다.
도 6b는 도 6a의 등가회로에서 고정회로에서 고정 인덕터에 대한 인덕턴스 값의 변화에 따른 스미스차트상의 임피던스 특성도를 나타낸 도면이다.
도 6c는 본 발명에 따른 도 5에 도시된 고정회로와 병렬 연결된 가변회로에 대한 시뮬레이션상의 등가회로이다.
도 6d는 도 6c에서 가변회로에서 핀다이오드의 저항값 변화에 따른 임피던스 특성도를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 도 5에 도시된 수신증폭기회로에서 트랜지스터에 연결된 가변회로에 따른 선형성 지수인 이득 변화를 나타낸 도면이다.
도 8a는 도 4a에 도시된 수신증폭기회로에서 기본주파수와 3차 하모닉 주파스 신호 각각에 대한 입력전력에 대한 출력전력의 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 8b는 본 발명에 따른 도 5에 도시된 수신증폭기회로에서 기본주파수와 3차 하모닉 주파수 신호 각각에 대한 입력전력에 대한 출력전력의 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 9a는 도 4a에 도시된 수신증폭기회로의 트랜지스터에 연결된 고정회로에서의 고정 인덕터 값의 변화에 따른 선형성 중 IP3의 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 9b는 본 발명에 따른 도 5에 도시된 수신증폭기회로의 트랜지스터에 연결된 가변회로에서 핀다이오드의 저항값 변화에 의한 인덕터의 변화에 따른 선형성 중 IP3의 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.

도 5는 본 발명에 따른 가변회로를 트랜지스터의 에미터단에 연결한 수신증폭기회로의 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 도 5는 종래의 기술로 소개된 도 4a의 자동이득조정회로를 갖는 FM 수신증폭기회로 중에서 본 발명의 기술적 특징에 의하여, 본 발명에 따른 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로는, FM 라디오 방송신호를 수신하여 증폭하기 위하여 자동이득조정회로(2)를 포함하는 수신증폭기회로(1)에 있어서, 상기 수신증폭기회로(1)의 소자 중에서 트랜지스터(100)의 에미터나 소스단에 가변회로(220)를 연결한다.

상기 가변회로(220)는, 상기 트랜지스터(100)의 에미터나 소스단에 저항(211)과 인덕터(212)를 병렬로 연결한 고정회로(210)와 병렬로 연결된다.

상기 가변회로(220)는 인덕터(221)와 가변저항(222)을 직렬로 연결한 회로이며, 이때 가변저항(222)은 핀다이오드이다.

상기 자동아득조정회로(2)는, 상기 수신증폭기회로(1)의 트랜지스터(100)의 출력단에 연결되어 트랜지스터(100)를 통과하여 증폭된 신호의 전계강도에 대한 세기를 검출하는 신호검출회로(300)와, 상기 수신증폭기회로(1)에 입력되는 신호의 세기가 미약한 경우인 -11dBm ~ -3dBm인 경우에 미리 설정된 값에 따라 동작되어 트랜지스터(100)의 에미터나 소스단에 연결되는 가변회로(220)에서 인덕터(221)와직렬로 연결되어 있는 가변저항(222)인 핀다이오드에 대한 가변 저항값을 증가시켜 수신증폭기회로 자체의 선형성을 증가시키거나, 또는 상기 수신증폭기회로(1)에 입력되는 신호의 세기가 일정한 범위를 초과하여 증가하는 경우, 즉 입력되는 신호의 세기가 0dBm ~ 10dBm인 경우에는 미리 설정된 값에 따라 동작되어 트랜지스터(100)의 입력단에 병렬로 연결되어 상기 수신증폭기회로(1)의 트랜지스터(100)에 입력되는 신호의 세기를 감쇄시키는 감쇄기(500)를 구동하는 OP앰프회로(400)로 이루어진다.

즉, 상기 수신증폭기회로(1)에 입력되는 신호의 세기가 큰(강한) 경우와 미세한 약한 경우가 혼재되어 있는 실제 전계상황에서 신호의 세기가 미세한 약한 신호의 감쇄율이 도 4a의 종래 기술에 비하여 보다 적어지기 때문에 신호의 세기가 미세한 경우인 약한 방송신호에 대한 신호청취율이 증가할 수 있음을 알 수 있다. 본 발명에 따른 선형성을 개선하기 위하여 자동이득조정회로(2)를 갖는 FM 수신증폭기회로(1)는, 수신증폭기회로(1) 중에서 트랜지스터(100)의 에미터나 소스단과 연결되는 가변회로(220)의 소자 중에서 인덕터(221)과 직렬로 연결되는 핀다이오오드인 상기 가변저항(222)의 저항값 변화에 의하여 자동적으로 신호의 퇴화(degeneration)를 발생시킴으로써 이득이 감소하는 대신에 안정도 지수인 P1dB와 선형성 지수인 IP3의 성능이 향상되어 수신증폭기회로(1)의 선형성을 획기적으로 개선시킬 수 있기 때문에, 즉, 안테나 수신기에 입력되는 신호의 전계강도 세기가 미세하거나 큰 경우가 혼재되어 있는 복잡한 실제상황에서도 선형성을 나타내는 P1dB의 특성 및 IP3의 특성을 동시에 개선할 수 있기 때문에 신호의 세기가 큰 방송신호 뿐만 아니라 신호의 크기가 미세한 방송신호 역시도 청취가 가능한 효과가 있다.

도 6a는 도 5에서 가변회로를 제거하여 나타낸 수신증폭기회로의 고정회로에 대한 시뮬레이션상의 등가회로이고, 도 6b는 도 6a의 등가회로에서 고정회로에서 고정 인덕터에 대한 인덕턴스 값의 변화에 따른 스미스차트상의 임피던스 특성도를 나타낸 도면이다.

보다 상세하게는. 도 6a에 도시된 바와 같이, 도 5에서 가변회로를 제거하면, 도 4a 나타낸 종래의 수신증폭기회로와 동일한 회로가 됨을 알 수 있으며, 이때 수신증폭기회로(1)에서 트랜지스터(100)의 에미터나 소스단과 연결되는 고정회로(210)에서 고정인덕터(212)의 인덕턴스 값인 L의 값을 0nH ~ 150nH로 가변하는 경우에 그에 대한 임피던스의 궤적변화를 도 6b에 도시하였다.

즉, 도 6b에 도시된 바와 같이, 도 3에서의 저항(211)과 고정인덕터(212)를 병렬로 연결한 고정회로(210)는 도 6a와 같은 시뮬레이션상의 등가회로로 나타낼 수 있으며, 어느 한 주파수대인 108MHz에서 고정인덕터(212)의 인덕턴스 값(X)을 0nH로부터 150nH까지 점차적으로 가변시킬 경우에 그에 대한 스미스차트상에서의 인덕턴스 값(X)의 변화에 따른 임피던스 특성도를 나타낸 것이다.

도 6c는 본 발명에 따른 도 5에 도시된 고정회로와 병렬 연결된 가변회로에 대한 시뮬레이션상의 등가회로이고, 도 6d는 도 6c의 가변회로에서 가변저장인 핀다이오드의 저항값 변화에 따른 임피던스 특성도를 나타낸 도면이다.

보다 상세하게는. 도 6c에 도시된 바와 같이, 도 5에서 고정 인덕터(212)를 갖는 고정회로(210)와 가변회로(220)가 병렬로 연결되고, 가변회로(220)는 고정값을 갖는 인덕터(221)와 핀다이오드인 가변저항(222)이 직렬로 연결되는 등가회로로 나타낼 수 있다.

도 6c의 등가회로에서 상기 고정회로(210)에서 고정값을 갖는 인덕터(212)는 100nH ~ 300nH의 큰 값을 갖는 경우이고, 반면에 상기 고정회로의 인덕터(212)에 병렬로 연결되는 가변회로(220)의 인덕터(212)는 적은 인덕턴스 값 즉 0nH ~ 30nH의 인덕턴스 값을 갖는다.

보다 상세하게는. 도 6c에 도시된 바와 같이, 도 5에서의 가변회로(220)에서 가변저항(222)인 핀다이오드에 전압을 인가하였을 경우에 핀다이오드의 저항값(X)이 0Ω ~ 1000Ω까지 가변시키는 경우에 그에 대한 임피던스의 궤적변화를 도 6d에 도시하였다.

즉, 도 6d에 도시된 바와 같이, 어느 한 주파수 대역인 108MHz에서 가변회로(220)의 가변저항(222)인 핀다이오드에 전압을 인가시켜서 가변저항(222)의 저항 값(X)을 0Ω에서 1000Ω까지 점차적으로 가변시킬 경우에 그에 대한 스미스차트상에서 나타나는 임피던스 특성값이 상기 도 6b에 도시된 고정인덕터(212)의 인덕턴스 값(X)을 0nH로부터 150nH까지 점차적으로 가변시킬 경우에 그에 대한 스미스차트상에서의 인덕턴스 값(X)의 변화에 따른 임피던스 특성값과 동일함을 알 수 있다.

따라서, 이와 같은 원리를 적용하여 본 발명에 따른 가변회로(220)를 이루고 있는 인덕터(고정값)(221)와 가변저항(222)을 직렬로 연결한 회로와 종래기술과 같이 단순히 고정된 값을 갖는 고정회로에서의 저항(211)과 인덕터(212)를 병렬로 연결한 회로에 병렬로 연결하여 상기 가변저항(222)의 저항값 변화에 의하여 수신증폭기회로(1)의 선형특성이 개선되는 효과가 있다.

도 5에 도시된 선형성 개선을 위하여 자동이득조정회로(2)를 포함하는 FM 수신증폭기회로(1)의 동작원리는, 도 1에 도시된 안테나 수신기에 의하여 수신되는 방송신호를 청취하는 경우에, 도 1에 도시된 안테나를 통하여 입력되는 신호의 전계강도가 증가하게 되면 본 발명에 따른 도 5의 수신증폭기회로(1)의 트랜지스터(100)에 의하여 입력되는 신호가 증폭되고, 상기 트랜지스터(100)의 출력단에 연결된 신호검출회로(300)에 의하여 트랜지스터(100)를 통과하여 증폭된 신호의 전계강도에 대한 세기가 검출된다.

상기 신호검출회로(300)에 의하여 검출된 신호의 세기가 미약한 경우로써. 전계강도의 세기가 -11dBm ~ -3dBm인 경우에는, 기 설정된 값에 따라 OP앰프회로(400)가 동작되어 OP앰프회로(400)로부터 출력되는 회로의 출력값이 종래 기술인 도 4a와는 상이하게 동작한다.

즉, 본 발명에 따른 도 5의 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로는, 상기 신호검출회로(300)에 의하여 검출된 신호에 대한 전계강도의 세기가 -11dBm ~ -3dBm로 미약한 경우에는 감쇄기(500)가 동작하기 이전에 수신증폭기회로(1)의 트랜지스터(100) 에미터나 소스단에 연결되는 가변회로(220)가 동작하고 고정회로(210)는 동작하지 않는다.

즉, 상기 신호검출회로(300)에 의하여 검출된 신호에 대한 전계강도의 세기가 -11dBm ~ -3dBm로 미약한 경우에는, 상기 수신증폭기회로(1)의 트랜지스터(100) 에미터나 소스단에 연결되는 고정회로(210)와 이에 병렬로 연결되는 가변회로(220) 중에서, 상기 고정회로(210) 인덕터(212)의 인덕턴스 값이 100nH이고, 또한, 가변회로(220)에서 가변저항(222)의 저항값은 0Ω에서 2Ω이며, 가변회로(220) 인덕터(222)의 인덕턴스 값이 10nH로 낮은 값을 갖기 때문에, 즉, 고정회로(210) 인덕터(212)의 인덕턴스 값이 가변회로(220) 인덕터(222)의 인덕턴스 값에 비하여 크기 때문에, 고정회로(210)는 개방회로가 되기 때문에 동작하지 않고, 가변회로(220)만이 동작하게 되어 신호가 가변회로(220)의 10nH 인덕턴스 값을 갖는 인덕터(222)와 이에 연결되는 가변저항(222)으로 흐르게 되며, 이때 가변저항(222)인 핀다이오드의 저항값을 증가시킴으로써 수신증폭기회로(1) 자체의 선형성을 증가시킨다.

반면에, 상기 신호검출회로(300)에 의하여 검출된 신호의 세기가 강한(큰) 경우로써. 입력되는 신호의 세기가 일정한 범위를 초과하여 증가하는 경우, 즉 입력되는 신호의 세기가 0dBm ~ 10dBm인 경우에는, 기 설정된 값에 따라 OP앰프회로(400)가 동작되어 OP앰프회로(400)로부터 출력되는 회로의 출력값이 OP앰프회로(400)에 연결되며 상기 수신증폭기회로(1)의 트랜지스터(100)의 입력단에 병렬로 연결되는 감쇄기(500)를 구동하여 상기 수신증폭기회로(1)의 트랜지스터(100)로 입력되어지는 신호의 세기를 감쇄시킨다.

즉, 본 발명에 따른 도 5의 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로는, 상기 신호검출회로(300)에 의하여 검출된 신호에 대한 전계강도의 세기가 0dBm ~ 10dBm로 큰 경우에는, 수신증폭기회로(1)의 트랜지스터(100) 에미터나 소스단에 연결되는 고정회로(210)만이 동작하고, 가변회로(220)는 동작하지 않는다.

즉, 상기 신호검출회로(300)에 의하여 검출된 신호에 대한 전계강도의 세기가 0dBm ~ 10dBm로 큰 경우에는, 상기 수신증폭기회로(1)의 트랜지스터(100) 에미터나 소스단에 연결되는 고정회로(210)와 이에 병렬로 연결되는 가변회로(220) 중에서, 상기 고정회로(210) 인덕터(212)의 인덕턴스 값이 100nH이고, 또한, 가변회로(220)에서 가변저항(222)의 저항값은 2㏀으로서, 비록 가변회로(220)에서 인덕터(222)의 값이 10nH라 할지라도 가변회로(220)에서 가변저항(222)의 저항값이 크기 때문에 전체적인 임피던스 값이 커지게 되어 개방회로가 되기 때문에 동작하지 않고, 이에 비하여 인덕턴스 값이 낮은 100nH의 인덕턴스 값을 갖는 고정회로의 인덕터(212)가 동작하게 되어 수신증폭기회로(1) 자체의 선형성을 증가시킨다.

즉, 본 발명에 따른 도 5에 도시된 선형성 개선을 위한 이득조정회로(2)를 포함하는 FM 수신증폭기회로(1)는, 입력되는 FM 방송신호에 대한 전계강도의 세기가 일정한 범위 내에서는 선형성을 개선하고, 입력되는 신호의 세기가 일정한 범위를 초과하여 증가하는 경우에는 상기 자동이득조정회로(2)를 미리 설정된 값에 의하여 동작되는 OP앰프회로(400)를 통하여 트랜지스터(100)의 입력단에 병렬로 연결되는 감쇄기를 동작시켜서 입력되는 신호의 세기를 감쇄시킨다.

도 7은 도 5에 도시된 증폭기 회로의 동작에 따른 선형성을 설명하기 위한 이득 특성도를 나타낸 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 도 4a에 따른 도 4b에 도시된 종래의 기술에 비교해 볼 때, 본 발명은 도 7과 같이 가변회로(220)가 동작하는 구간으로서, 즉, 감쇄기(500)가 동작하기 전에 입력되는 신호의 세기가 -11dBm ~ -3dBm인 경우에 미리 설정된 값에 따른 OP앰프회로(400)가 동작하여 트랜지스터의 에미터나 소스단에 연결되는 가변회로의 가변저항(222)인 핀다이오드의 저항값을 증가시켜 증폭기 회로 자체의 선형성을 증가시키고, 감쇄기(500)가 동작하는 구간은 입력되는 신호의 세기가 0dBm ~ 10dBm인 경우인 높은 신호세기 구간부터 동작하므로 즉, 입력되는 신호의 세기가 큰 경우(강한전계)와 미세한 경우(약한전계)가 혼재되어 있는 실제 전계상황에서 신호의 세기가 미세한 약한 신호의 감쇄율이 도 4a의 종래 기술에 비하여 보다 적어지기 때문에 신호의 세기가 미세한 경우인 약한 방송신호에 대한 신호청취율이 증가할 수 있음을 알 수 있다.

또한 전체적으로 신호의 세기가 미세한 방송신호만 있는 지역에서도 수신증폭기회로(1) 중에서 트랜지스터(100)의 에미터나 소스단에 연결되는 가변회로(220)의 가변저항(222)인 핀다이오드에 대한 저항값을 변화시킴으로써 상기 가변회로(220)의 전체적인 인덕턴스 값을 종래기술인 도 4a에 비하여 낮은 값으로 설정할 수가 있기 때문에 이득이 증가하므로 미세한 방송신호에 대한 청취율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 8a는 도 4a에 도시된 수신증폭기회로에서 기본주파수와 3차 하모닉 주파수 신호 각각에 대한 입력전력에 대한 출력전력의 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이고, 도 8b는 본 발명에 따른 도 5에 도시된 수신증폭기회로에서 기본주파수와 3차 하모닉 주파수 신호 각각에 대한 입력전력에 대한 출력전력의 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 도 8a의 경우에는, 기본 동작주파수 신호에 대한 출력전력과 3차 하모닉 주파수 신호에 대한 출력전력의 간격이 좁은 특성을 나타내고 있으며, 반면에 본 발명에 따른 도 8b의 경우에는, 기본 동작주파수 신호에 대한 출력전력과 3차 하모닉 주파수 신호에 대한 출력전력의 간격이 넓게 차이가 발생하는 특성을 나타내고 있다.

즉, 기본 동작주파수 신호와 3차 하모닉 주파수 신호의 간격이 좁으면 잡음(noise)성분과 혼합신호 성분이 많이 발생되고, 반면에 기본 동작주파수 신호와 3차 하모닉 주파수 신호의 간격이 넓으면 그만큼 더 잡음(noise)성분과 혼합신호 성분이 적어지기 때문에 따라서, 종래기술인 도 4a에 비하여 본 발명에 따른 도 5의 경우에는, 기본 동작주파수 신호에 대한 출력전력과 3차 하모닉 주파수 신호에 대한 출력전력의 간격이 넓기 때문에 종래기술에 비하여 잡음(noise)성분과 혼합신호 성분이 크게 개선되어 선형성이 향상되었음을 알 수 있다.

도 9a는 도 4a에 도시된 수신증폭기회로의 트랜지스터에 연결된 고정회로에서의 고정 인덕터 값의 변화에 따른 선형성 중 IP3의 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이고, 도 9b는 본 발명에 따른 도 5에 도시된 수신증폭기회로의 트랜지스터에 연결된 가변회로에서 핀다이오드의 저항값에 따른 인덕터의 변화에 따른 선형성 중 IP3의 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.

도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 어느 한 고정된 주파수인 101MHz에 대하여 수신증폭기회로(1) 트랜지스터(100)의 에미터 또는 소스단에 연결된 가변회로(220)에서 가변저항(222)의 저항값 변동에 따른 수신증폭기회로(1)의 IP3 특성을 나타낸 그래프로서, 종래기술인 도 9a에 비하여 본 발명에 따른 도 9b인 경우에 트랜지스터(100)의 에미터 또는 소스단에 연결된 가변회로(220)에서 가변저항(222)의 저항값이 증가함에 따라 수신증폭기회로(1)의 IP3 값이 점점 증가함을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 도 8a 내지 9b에 도시된 바와 같은 시뮬레이션 결과로부터 트랜지스터(100)의 에미터 또는 소스단에 연결된 가변회로(220)에서 가변저항(222)의 저항값이 증가되는 변화에 따라 어느 한 주파수에서 출력값에 대하여 이득은 감소하면서 IP3 값은 증가되어 선형성이 개선됨을 알 수 있다.

이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기되는 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

1 : 수신증폭기회로 2 : 자동이득조정회로
10, 100 : 트랜지스터
20, 210 : 고정회로
211 : 저항 212 : 인덕터
220 : 가변회로
221 : 인덕터 222 : 가변저항
30, 300 : 신호검출회로 40, 400 : OP앰프회로
50, 500 : 감쇄기

Claims (10)

1. 삭제
2. FM 라디오 방송신호를 수신하여 증폭하기 위하여 자동이득조정회로를 포함하는 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로에 있어서,
   상기 수신증폭기회로의 소자 중에서 트랜지스터의 에미터나 소스단에 가변회로가 연결되며,
   상기 가변회로는, 가변저항과 인덕터가 직렬로 연결되며, 상기 트랜지스터의 에미터나 소스단에 병렬로 각각 연결되는 저항 및 인덕터가 병렬로 연결되는 고정회로와 병렬로 연결되며,
   상기 트랜지스터에 입력되는 신호의 세기가 -11dBm ~ -3dBm인 경우에 미리 설정된 값에 따른 OP앰프회로가 동작하여 감쇄기가 동작하기 전에 트랜지스터의 에미터 또는 소스단에 연결되는 가변회로의 가변저항에 대한 저항값을 증가시켜 수신증폭기회로 자체의 선형성을 증가시키고, 상기 트랜지스터에 입력되는 신호의 세기가 0dBm ~ 10dBm인 경우에는 OP앰프회로가 감쇄기를 구동시켜서 상기 트랜지스터에 입력되는 신호의 세기를 감쇄시키는 것을 특징으로 하는 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 가변회로의 가변저항은 핀다이오드인 것을 특징으로 하는 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 자동이득조정회로는,
   상기 수신증폭기회로 의하여 신호가 증폭된 신호의 전계 강도의 세기가 검출하기 위한 신호검출회로와, 상기 신호검출회로에서 검출된 주파수 대역의 신호가 미리 설정된 값에 의하여 OP앰프회로를 통하여 감쇄기를 동작시켜서 입력되어지는 신호의 세기를 감쇄하는 것을 특징으로 하는 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로.
5. 청구항 2에 있어서, 상기 자동이득조정회로는,
   상기 트랜지스터의 입력단에 병렬로 연결되어 상기 수신증폭기회로의 트랜지스터에 입력되는 신호의 세기를 감쇄시키는 감쇄기와, 상기 수신증폭기회로의 트랜지스터의 출력단에 연결되어 트랜지스터를 통과하여 증폭된 신호의 전계강도에 대한 세기를 검출하는 신호검출회로 및 상기 신호검출회로 에서 출력되는 신호의 세기가 미약한 경우인 상기 트랜지스터에 입력되는 신호의 세기가 -11dBm ~ -3dBm인 경우에 상기 트랜지스터의 에미터나 소스단에 연결되는 가변회로를 구동시키거나, 또는 상기 신호검출회로에서 출력되는 신호의 세기가 일정한 범위를 초과하여 증가하는 경우인 상기 트랜지스터에 입력되는 신호의 세기가 0dBm ~ 10dBm인 경우에 상기 트랜지스터의 입력단에 병렬로 연결되는 감쇄기를 구동하는 OP앰프회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로.
6. 삭제
7. 청구항 2에 있어서,
   트랜지스터의 에미터 또는 소스단에 연결된 가변회로의 가변저항에 대한 저항값의 증가되는 변화에 따라 어느 한 주파수에서 출력값에 대하여 이득은 감소하면서 IP3 값은 증가되어 선형성이 개선되는 것을 특징으로 하는 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로.
8. 청구항 2에 있어서,
   상기 고정회로에서의 인덕터는 100nH ~ 300nH의 큰 인덕턴스 값을 갖고, 상기 고정회로와 병렬로 연결되는 가변회로의 인덕터는 0nH ~ 30nH의 적은 인덕턴스 값을 갖는 경우에 상기 가변회로의 가변저항이 0Ω ~ 1000Ω까지 가변되어 동작하는 것을 특징으로 하는 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로.
9. 청구항 2에 있어서,
   상기 고정회로에서의 인덕터의 인덕턴스 값이 100nH이고, 가변회로에서 인덕터의 인덕턴스 값이 10nH이고 가변저항의 저항값이 0Ω에서 2Ω일 경우에 고정회로는 개방회로가 되기 때문에 동작하지 않고, 가변회로가 동작하는 것을 특징으로 하는 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로.
10. 청구항 2에 있어서,
    상기 고정회로에서의 인덕터의 인덕턴스 값이 100nH이고, 가변회로에서 인덕터의 인덕턴스 값이 10nH이고 가변저항의 저항값이 2㏀일 경우에 가변회로는 개방회로가 되기 때문에 동작하지 않고, 고정회로가 동작하는 것을 특징으로 하는 선형성 개선을 위한 수신증폭기회로.

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