KR102543233B1 - 주파수 체배 장치 및 주파수 체배 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 주파수 체배 장치는 제 1 주파수를 갖는 제 1 신호를 수신하고, 상기 제 1 주파수를 n배(n은 양의 정수)함으로써 제 2 주파수를 갖는 제 2 신호를 출력하는 제 1 주파수 체배기; 상기 제 2 신호를 수신하고, 상기 제 2 주파수를 m배(m은 양의 정수)함으로써 제 3 주파수를 갖는 제 3 신호를 출력하는 제 2 주파수 체배기; 및 상기 제 1 주파수 체배기의 출력 및 상기 제 2 주파수 체배기의 입력 사이에 연결되고, 그리고 상기 제 2 신호 중 일부 신호를 출력하는 커플러를 포함한다.
Description
본 발명은 주파수 체배 장치 및 주파수 체배 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 서로 다른 주파수 대역을 지원하고 체배수를 조절할 수 있는 주파수 체배 장치 및 주파수 체배 방법에 관한 것이다.
최근 B5G(Beyond 5th Generation)와 6G(6th Generation)과 관련된 기술에 대한 관심이 높아짐에 따라 100 GHz 이상의 주파수를 이용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 100 GHz 이상의 신호원은 자체 발진을 할 수 있는 소자를 이용하여 구현되거나, 낮은 주파수에서 구현된 안정된 신호원에서 출력된 주파수를 체배함으로써 구현될 수 있다.
자체 발진을 할 수 있는 소자를 이용하는 경우, 고출력 신호원이 제공될 수있으나, 이러한 신호원을 활용하는 경우 주파수 스캔 범위가 굉장히 좁을 수 있다. 따라서 이러한 신호원은 다양한 분야에서 응용되기 어려울 수 있다.
반면, 주파수를 체배함으로써 고주파수 신호원을 구현하면 낮은 주파수에서 광대역의 주파수를 스캔하는 신호원을 구현하기 용이할 수 있다. 또한 주파수를 체배함으로써, 주파수의 스캔 범위가 체배수에 비례하여 증가할 수 있다. 그리고, 위상 고정 루프(Phase Locking Loop; PLL)와 같은 안정된 신호원이 구현될 수 있다. 따라서 대부분의 밀리미터 파(Millimeter wave) 대역의 신호원은 주파수 체배 방식을 이용하여 구현되고 있다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 서로 다른 주파수 대역을 지원하고 체배수를 조절할 수 있는 주파수 체배 장치 및 주파수 체배 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 장치는 제 1 주파수를 갖는 제 1 신호를 수신하고, 상기 제 1 주파수를 n배(n은 양의 정수)함으로써 제 2 주파수를 갖는 제 2 신호를 출력하는 제 1 주파수 체배기; 상기 제 2 신호를 수신하고, 상기 제 2 주파수를 m배(m은 양의 정수)함으로써 제 3 주파수를 갖는 제 3 신호를 출력하는 제 2 주파수 체배기; 및 상기 제 1 주파수 체배기의 출력 및 상기 제 2 주파수 체배기의 입력 사이에 연결되고, 그리고 상기 제 2 신호 중 일부 신호를 출력하는 커플러를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 방법은 제 1 초기 주파수를 수신하는 단계; 상기 제 1 초기 주파수를 n(n은 양의 정수)배함으로써 제 1 체배 주파수를 갖는 제 1 신호를 생성하는 단계; 상기 제 1 신호를 제 1 커플러 회로로 전송하는 단계; 및 상기 제 1 신호를 상기 제 1 커플러 회로를 통해 제 1 외부 장치로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 높은 체배수를 유지하면서, 동시에 서로 다른 주파수 대역을 갖는 복수의 신호들을 출력하는 주파수 체배 장치가 제공될 수 있다. 또한, 서로 다른 주파수 대역을 갖는 복수의 신호들이 인가됨으로써 독립으로 복수의 주파수 체배기들의 동작이 제어되고, 그리고 위상 잡음이 개선되는 주파수 체배 장치가 제공될 수 있다. 이에 따라 경제적이면서도 그 성능이 향상된 주파수 체배 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주파수 체배 장치의 블록도를 예시적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 주파수 체배 모듈의 회로도를 예시적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주파수 체배 모듈의 회로도를 예시적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주파수 체배 모듈의 회로도를 예시적으로 도시한다.
도 5는 주파수 체배 방법의 순서도를 예시적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 칩을 포함하는 주파수 체배 장치의 블록도를 예시적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 주파수 체배 모듈의 회로도를 예시적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주파수 체배 모듈의 회로도를 예시적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주파수 체배 모듈의 회로도를 예시적으로 도시한다.
도 5는 주파수 체배 방법의 순서도를 예시적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 칩을 포함하는 주파수 체배 장치의 블록도를 예시적으로 도시한다.
이하에서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.
이하에서, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호가 사용되고, 그리고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략된다.
도 1은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주파수 체배 장치의 블록도를 예시적으로 도시한다. 도 1을 참조하면, 주파수 체배 장치(1000)는 전압 제어 발진기(1200) 및 주파수 체배 모듈(1100)을 포함할 수 있다.
전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator; VCO; 1200)는 제어 전압에 따라 생성되는 발진 주파수가 가변되는 발진기(Oscillator)일 수 있다. 전압 제어 발진기(1200)는 초기 주파수를 갖는 초기 신호(f0)를 생성할 수 있다. 초기 주파수는 밀리미터 파 대역 또는 서브-테라헤르츠 파(Sub-Terahertz wave) 대역일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 전압 제어 발진기(1200)는 밀리미터 파 대역 또는 서브-테라헤르츠 파 대역 주파수를 갖는 신호를 생성하기 위한 발진 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 전압 제어 발진기(1200)는 바렉터(Varactor)를 포함할 수 있다. 바렉터의 커패시턴스는 바렉터에 제공되는 제어 전압의 레벨에 따라 가변될 수 있다. 바렉터의 커패시턴스가 가변함에 따라, 전압 제어 발진기(1200)에서 생성되는 신호의 주파수가 조정될 수 있다. 다른 예를 들어, 전압 제어 발진기(1200)는 생성되는 신호의 주파수 또는 위상(Phase)을 고정(Lock)하기 위한 구성 요소를 더 포함할 수 있다.
주파수 체배 모듈(1100)은 초기 신호(f0)를 수신하고 그리고 체배할 수 있다. 주파수 채배 모듈(1100)은 제 1 내지 제 m(m은 양의 정수) 주파수 체배기들(1111~11m1) 및 제 1 내지 제 m-1 커플러들(1112~11m-12을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 제 1 내지 제 m 주파수 체배기들(1111~11m1)은 직렬로 연결될 수 있다.
제 1 내지 제 m 주파수 체배기들(1111~11m1)은 각각 수신된 신호를 체배할 수 있다. 제 1 내지 제 m 주파수 체배기들(1111~11m1)의 체배수는 각각 'N1' 내지 'Nm'(N1~Nm 각각은 양의 정수)일 수 있다. 예를 들어, 제 1 주파수 체배기(1111)는 초기 신호(f0)를 전압 제어 발진기(1200)로부터 수신할 수 있다. 제 1 주파수 체배기(1111)는 초기 신호(f0)의 초기 주파수를 N1배 함으로써 제 1 체배 주파수를 갖는 제 1 체배 신호(fm1)를 생성할 수 있다. 제 1 주파수 체배기(1111)는 제 1 체배 신호(fm1)를 제 2 주파수 체배기(1121)로 전송할 수 있다.
제 2 주파수 체배기(1121)는 제 1 체배 신호(fm1)의 제 1 체배 주파수를 N2배 함으로써 제 2 체배 주파수를 갖는 제 2 체배 신호(fm2)를 생성할 수 있다. 유사한 방식으로, 제 m 주파수 체배기(11m1)는 제 m-1 체배 주파수를 갖는 제 m-1 체배 신호(fmm-1)를 수신할 수 있다. 제 m 주파수 체배기(11m1)는 제 m-1 체배 주파수를 Nm배 함으로써 제 m 체배 주파수를 갖는 제 m 체배 신호(fmm)를 생성할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 제 1 내지 제 m 주파수 체배기들(1111~11m1) 사이에 증폭기들(미도시)이 각각 추가될 수 있다. 증폭기들 각각은 일 입력 단을 통하여 수신된 신호의 전력을 증폭하고, 그리고 증폭된 신호를 출력 단에 연결된 주파수 체배기로 전송할 수 있다. 이때, 증폭기들 각각은 출력 단에 연결된 주파수 체배기의 특성 또는 수신된 신호의 특성에 대응하여 수신된 신호의 전력을 증폭할 수 있다. 예를 들어, 제 1 주파수 체배기(1111)의 출력 단에 연결된 증폭기는 제 1 체배 신호(fm1)의 주파수를 갖는 신호를 증폭할 수 있는 특성을 가질 것이 요구될 수 있다. 다른 예를 들어, 제 2 주파수 체배기(1121)를 구동하기 위해, 제 2 주파수 체배기(1121)의 입력 단에 연결된 증폭기는 약 5~15Bm의 출력 특성을 가질 것이 요구될 수 있다. 증폭기들 각각의 이득은 서로 동일할 수도 있고, 또는 서로 상이할 수도 있다.
제 1 내지 제 m-1 커플러들(1112~11m-12)은 제 1 내지 제 m 주파수 체배기들(1111~11m1)의 출력들에 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 커플러(1112)는 제 1 주파수 체배기(1111)의 출력 및 제 2 주파수 체배기(1121)의 입력 사이에 연결될 수 있다. 제 1 커플러(1112)는 제 1 주파수 체배기(1111)로부터 출력되는 제 1 체배 신호(fm1)를 커플링 할 수 있다. 다시 말해서, 제 1 커플러(1112)는 제 1 체배 신호(fm1)로부터 일부 신호를 추출할 수 있다. 제 1 커플러(1112)는 추출된 제 1 체배 신호(fm1)의 일부 신호를 외부 장치(미도시)로 출력할 수 있다.
제 1 커플러(1112)와 유사한 방식으로, 제 2 내지 제 m-1 커플러들(1122~11m-12)은 제 2 내지 제 m 주파수 체배기들(1121~11m1) 사이에 각각 연결될 수 있다. 제 2 내지 제 m-1 커플러들(1122~11m-12)은 제 2 내지 제 m-1 주파수 체배기들(1121~11m-11)로부터 제 2 내지 제 m-1 체배 신호들(fm2~fmm-1)로부터 일부 신호들을 각각 추출할 수 있다. 제 2 내지 제 m-1 커플러들(1122~11m-12)은 추출된 제 2 내지 제 m-1 체배 신호들(fm2~fmm-1)의 일부 신호를 각각 외부 장치로 출력할 수 있다. 이에 따라, 도 1의 주파수 체배 장치(1000)는 둘 이상의 서로 다른 주파수를 갖는 신호들을 생성하고, 그리고 생성된 신호들을 외부 장치로 출력할 수 있다.
도 2는 도 1의 주파수 체배 모듈의 회로도를 예시적으로 도시한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 주파수 체배 모듈(1100)은 제 1 내지 제 m 주파수 체배기들(1111~11m1) 및 제 1 내지 제 m-1 커플러들(1112~11m-12)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 제 1 내지 제 m-1 커플러들(1112~11m-12)은 저항 커플러일 수 있다. 예를 들어, 제 1 커플러(1112)는 제 1 저항(R11) 및 제 2 저항(R12을 포함할 수 있다. 제 1 저항(R11)의 일 단은 제 1 주파수 체배기(1111)의 출력에 연결될 수 있다. 제 1 저항(R11)의 타 단은 제 2 저항(R12)의 일 단에 연결될 수 있다. 제 2 저항(R12)의 타 단은 접지 단에 연결될 수 있다.
제 1 부하 저항(R1L)은 제 1 커플러(1112)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 부하 저항(R1L)은 제 1 커플러(1112)의 출력 포트에 연결될 수 있다. 제 1 부하 저항(R1L)의 일 단은 제 1 저항(R11) 및 제 2 저항(R12) 사이에 연결될 수 있다. 제 1 부하 저항(R1L)의 타 단은 접지 단에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제 1 부하 저항(R1L)은 제 2 저항(R12)에 병렬로 연결될 수 있다.
제 1 커플러(1112)는 제 1 주파수 체배기(1111)로부터 출력되는 제 1 체배 신호(fm1)의 일부를 추출할 수 있다. 예를 들어, 제 1 커플러(1112)는 전력 분배기로서 동작함으로써, 제 1 체배 신호(fm1)를 커플링할 수 있다. 이에 따라, 제 1 커플러(1112)는 제 1 체배 주파수인 'f0N1' 주파수 성분을 제 1 체배 신호(fm1)로부터 추출할 수 있다. 제 1 커플러(1112)는 추출된 'f0N1' 주파수 성분을 제 1 부하 저항(R1L)으로 전송할 수 있다. 이에 따라 제 1 커플러(1112)는 제 1 체배 주파수인 f0N1를 갖는 신호를 외부 장치로 출력할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 제 1 부하 저항(R1L)은 제 1 커플러(1112)에 연결된 외부 장치일 수 있다. 예를 들어, 제 1 부하 저항(R1L)은 제 1 커플러(1112)에 의해 추출된 일부 신호를 수신함으로써 동작하는 구성 요소의 모델링된 예시일 수 있다. 추출된 일부 신호를 수신하는 구성 요소는 수신된 일부 신호를 증폭하는 증폭기를 포함할 수 있다.
제 1 저항(R11) 및 제 2 저항(R12)의 값을 조절함으로써 커플링되는 신호의 크기 및 제 1 주파수 체배기(1111)로부터 제 2 주파수 체배기(1121)로 전달되는 신호의 크기가 가변할 수 있다. 예를 들어, 제 1 커플러(1112)가 제 1 체배 신호(fm1)를 커플링하는 양은 -10 dB일 수 있다. 다시 말해서, 제 1 커플러(1112)는 제 1 체배 신호(fm1)의 전력보다 10 dB 만큼 작고, 그리고 제 1 체배 신호(fm1)의 제 1 체배 주파수를 갖는 신호를 추출할 수 있다. 이 경우 제 1 주파수 체배기(1111)의 출력에서 출력되는 제 1 체배 신호(fm1) 및 제 2 주파수 체배기(1121)로 수신되는 신호 간의 전력 손실은 약 -2.2 dB일 수 있다. 따라서, 제 1 커플러(1112)의 동작은 제 2 주파수 체배기(1121)의 동작을 방해하지 않을 수 있다. 즉, 제 1 커플러(1112)의 동작에도 불구하고, 제 1 체배 주파수를 체배하기에 충분한 전력을 갖는 신호가 제 2 주파수 체배기(1121)로 전송될 수 있다.
제 2 내지 제 m-1 커플러들(1112~11m-12)은 제 1 커플러(1112)와 유사한 방식으로 구현되고 그리고 유사한 방식으로 동작할 수 있다. 제 2 내지 제 m-1 부하 저항들(R2L~Rm-1L)은 제 1 부하 저항(R1L)과 유사한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제 2 커플러(1122)는 제 2 주파수 체배기(1121)의 출력 및 제 3 주파수 체배기(1131)의 입력 사이에 연결될 수 있다. 제 2 커플러(1122)는 제 2 주파수 체배기(1121)로부터 출력되는 제 2 체배 신호(fm2)를 커플링할 수 있다. 제 2 부하 저항(R2L)은 제 2 커플러(1122)의 출력 포트에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제 2 체배 신호(fm2)의 제 2 체배 주파수를 갖는 신호가 제 2 커플러(1122)의 부하 저항(R2L)을 통해 출력될 수 있다. 유사한 방식으로, 제 m-1 체배 신호(f0N1N2N3···Nm-1)의 제 m-1 체배 주파수를 갖는 신호가 제 m-1 커플러(11m-12)의 부하 저항(Rm-1L)을 통해 출력될 수 있다.
상술한 방식에 따라, 도 1의 주파수 체배 장치(1000)는 주파수 체배 모듈(1100)에 포함된 제 1 내지 제 m 주파수 체배기들(1111~11m1)에서 체배된 제 1 내지 제 m 주파수를 각각 갖는 신호들을 제 1 내지 제 m-1 커플러들(1112~11m-12)을 통해 출력할 수 있다. 다시 말해서, 도 1의 주파수 체배 장치(1000)는 서로 다른 주파수를 갖는 둘 이상의 신호를 출력할 수 있다. 이에 따라 주파수 체배 장치(1000)는 높은 체배수를 유지하면서, 동시에 서로 다른 다양한 주파수 대역을 지원할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주파수 체배 모듈의 회로도를 예시적으로 도시한다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 도 3의 주파수 체배 모듈(2100)은 도 1의 주파수 체배 모듈(1100)의 또 다른 실시 예일 수 있다. 설명의 편의 상 제 1 주파수 체배기(2111), 제 2 주파수 체배기(2121), 및 제 1 커플러(2112)만이 도시되었으나, 주파수 체배기 및 커플러의 개수는 이에 제한되지 아니한다. 예를 들어, 도 1의 주파수 체배 모듈(1100)과 유사하게, 주파수 체배 모듈(2100)은 m 개의 주파수 체배기들 및 m-1 개의 커플러들을 포함할 수 있다. 도 3를 참조하면, 주파수 체배 모듈(2100)은 'N1'를 체배수로서 갖는 제 1 주파수 체배기(2111), 'N2'를 체배수로서 갖는 제 2 주파수 체배기(2121), 및 제 1 커플러(2112)를 포함할 수 있다.
도 3의 제 1 주파수 체배기(2111) 및 제 2 주파수 체배기(2121)는 도 2의 제 1 주파수 체배기(1111) 및 제 2 주파수 체배기(1121)와 각각 유사하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 제 1 주파수 체배기(2111)는 수신된 신호의 주파수를 'N1'배 할 수 있고, 그리고 제 2 주파수 체배기(2121)는 수신된 신호의 주파수를 'N2'배 할 수 있다. 제 1 주파수 체배기(2111) 및 제 2 주파수 체배기(2121)는 증폭기를 각각 포함할 수 있다.
도 3의 제 1 커플러(2112)는 도 2의 제 1 커플러(1112)와 유사한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제 1 커플러(2112)는 제 1 주파수 체배기(2111)의 출력 및 제 2 주파수 체배기(2121)의 입력 사이에 연결될 수 있다. 제 1 커플러(2112)는 'f0N1'의 제 1 체배 주파수를 갖는 제 1 체배 신호(fm1)를 커플링할 수 있다. 그 결과, 제 1 커플러(2112)는 제 1 체배 주파수를 갖는 제 1 출력 신호(fo1)를 제 1 부하 저항(R1L)을 통해 출력할 수 있다.
제 1 커플러(2112)는 제 1 입력 신호(fi1)를 외부 장치로부터 제 1 부하 저항(R1L)을 통해 수신할 수 있다. 예를 들어, 제 1 커플러(2112)의 출력 포트가 제 1 입력 신호(fi1)의 입력 포트로서 사용될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 제 1 입력 신호는 제 1 체배 주파수와 동일한 주파수, 즉 'f0N1'의 주파수를 가질 수 있다. 제 1 커플러(2112)는 수신된 제 1 입력 신호(fi1)를 제 2 주파수 체배기(2121)로 전송할 수 있다. 제 2 주파수 체배기(2121)는 제 1 입력 신호(fi1)의 주파수인 'foN1'를 N2배 함으로써, 제 2 체배 주파수인 'f0N1N2'를 갖는 제 2 체배 신호(fm2)를 생성할 수 있다. 제 2 주파수 체배기(2121)가 제 1 입력 신호(fi1)의 주파수를 N2배 하는 도중에, 제 1 주파수 체배기(2111)는 비활성화 될 수 있다. 다시 말해서, 주파수를 체배하기 위한 전력이 제 1 주파수 체배기(2111)로 공급되지 않을 수 있다. 이에 따라, 주파수 체배 모듈(2100)은 저전력 모드에서 동작할 수 있다.주파수 체배 장치(2000)의 위상 잡음(phase noise)은 주파수 체배 장치(2000)의 체배수에 로그를 취한 값인 20log(N) dB일 수 있다. 즉, 주파수 체배 장치(2000)가 초기 신호(f0)의 초기 주파수를 더 높은 체배수로 체배할수록, 주파수 체배 장치(2000)가 출력하는 신호에 더 많은 잡음이 생길 수 있다. 예를 들어, 제 1 주파수 체배기(2111)의 체배수(N1)가 3이고, 제 2 주파수 체배기(2121)의 체배수(N2)가 3인 경우, 주파수 체배 장치(2000)의 체배수는 체배수들(N1, N2) 의 곱인 9일 수 있다. 이 경우, 제 1 입력 신호(fi1)가 제 1 커플러(2112)에서 수신되지 않으면, 제 2 체배 신호(fm2)의 초기 신호(f0) 대비 위상 잡음은 20log(N1N2) dB만큼 증가할 수 있다. 반면에, 제 1 입력 신호(fi1)가 제 1 커플러(3112)에서 수신되면, 제 1 입력 신호(fi1)를 이용함으로써 생성된 제 2 체배 신호(fm2)의 초기 신호(f0) 대비 위상 잡음은 20log(N2) dB만큼만 증가할 수 있다. 결과적으로, 주파수 체배 모듈(2100)의 위상 잡음 성능이 향상될 수 있다.
도시된 바와 달리 주파수 체배 모듈(2100)은 제 3 내지 제 m 주파수 체배기들 및 제 2 내지 제 m-1 커플러들을 더 포함할 수 있다. 제 3 내지 제 m 주파수 체배기들 및 제 2 내지 제 m-1 커플러들은 도 2의 제 3 내지 제 m 주파수 체배기들(1131~11m1) 및 제 2 내지 제 m-1 커플러들(1122~11m-12)과 유사한 방식으로 구현되고 그리고 동작할 수 있다.
제 1 커플러(2112)와 유사한 방식으로, 제 2 내지 제 m-1 커플러들은 제 2 내지 제 m-1 입력 신호를 외부 장치로부터 각각 수신할 수 있다. 제 2 내지 제 m-1 커플러들은 수신된 제 2 내지 제 m-1 입력 신호들을 제 3 내지 제 m 주파수 체배기들로 각각 전송할 수 있다. 제 3 내지 제 m 주파수 체배기들은 제 2 내지 제 m-1 체배 신호들 대신에, 수신된 제 2 내지 제 m-1 입력 신호들을 각각 체배할 수 있다.
제 1 주파수 체배기(2111)가 비활성화됨에 따라 주파수 체배 모듈(2100)이 저전력 모드에서 동작하는 경우, 제 1 입력 신호(fi1)가 주파수 체배 모듈(2100)의 출력 포트에 인가될 수 있다. 그 결과, 제 1 주파수 체배기(2111) 및 제 2 주파수 체배기(2121)가 서로 독립적으로 동작할 수 있다. 이에 따라, 주파수 체배 모듈(2100)로부터 출력되는 신호들의 위상 잡음이 향상될 수 있다. 또한, 제 3 내지 제 m 주파수 체배기들을 더 이용함으로써, 다양한 대역의 고주파수를 각각 갖는 신호들이 주파수 체배 모듈(2100)로부터 출력될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 제 1 입력 신호(f1)의 주파수는 제 1 체배 신호(fm1)의 주파수와 상이할 수 있다. 이에 따라, 주파수 체배 모듈(2100)은 다양한 대역의 주파수들을 요구하는 외부 장치 또는 통신 시스템들로 신호원을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 주파수 체배 모듈(2100)로부터 출력되는 신호들은 밀리미터 파 대역 또는 서브-테라헤르츠 대역일 수 있다. 주파수 체배 모듈(2100)로부터 출력되는 신호들은 5세대 이동 통신(5G), WPAN(Wireless Personal Area Network), 및 ISM(Industrial Scientific Medical) 통신 시스템들 중 적어도 하나의 신호원으로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 도 1의 주파수 체배 장치(1000)는 III-V 족 화합물 반도체 소자를 이용함으로써 구현될 수 있다. 또 다른 실시 예에 있어서, 도 1의 주파수 체배 장치(1000)는 제 1 내지 제 m 커플러들(1112~11m-12)을 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 주파수 체배 장치(1000)는 하나의 출력 신호인 제 m 체배 신호(fmm)를 출력할 수 있다.
반면에, 일 실시 예에 있어서, 도 3의 주파수 체배 모듈(2100)을 포함하는 주파수 체배 장치는 다양한 대역의 주파수들을 갖는 둘 이상의 신호들을 동시에 출력할 수 있다. 또 다른 실시 예에 있어서, 주파수 체배 모듈(2100)을 포함하는 주파수 체배 장치는 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor; 상보형 금속 산화 반도체) 소자로 구현될 수 있다. 따라서 주파수 체배 모듈(2100)을 포함함으로써, 보다 가격 경쟁력이 높으면서 성능이 향상된 주파수 체배 장치가 제공될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주파수 체배 모듈의 회로도를 예시적으로 도시한다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 주파수 체배 모듈(3100)은 제 1 내지 제 3 주파수 체배기들(3111~3131) 및 제 1 및 제 2 커플러들(3112, 3122)을 포함할 수 있다.
제 1 주파수 체배기(3111)는 18 GHz의 주파수를 갖는 초기 신호(f0)를 수신할 수 있다. 제 1 주파수 체배기(3111)의 체배수는 3일 수 있다. 제 1 주파수 체배기(3111)는 18 GHz를 3배 함으로써, 54 GHz의 주파수를 갖는 제 1 체배 신호(fm1)를 생성할 수 있다. 제 1 커플러(3112)는 도 3의 제 1 커플러(2112)와 유사한 방식으로 동작하고 그리고 구현될 수 있다. 제 1 커플러(3112)는 제 1 체배 신호(fm1)를 커플링함으로써, 54 GHz의 주파수를 갖는 제 1 출력 신호(fo1)를 출력 포트로 출력할 수 있다.
제 2 주파수 체배기(3121)의 제 1 동작 모드에서, 제 2 주파수 체배기(3121)는 제 1 체배 신호(fm1)가 갖는 주파수를 체배할 수 있다. 제 2 주파수 체배기(3121)의 체배수는 3일 수 있다. 제 2 주파수 체배기(3121)는 제 1 체배 신호(fm1)가 갖는 주파수를 3배 함으로써, 162.5GHz의 주파수를 갖는 제 2 체배 신호(fm2)를 생성할 수 있다.
제 2 주파수 체배기(3121)의 제 2 동작 모드에서, 제 1 주파수 체배기(3111)는 비활성화 될 수 있다. 이 경우, 제 1 커플러(4112)는 54 GHz의 주파수를 갖는 제 1 입력 신호(fi1)를, 출력 포트를 입력 포트로 사용함으로써 수신할 수 있다. 제 1 커플러(3112)는 수신된 제 1 입력 신호(fi1)를 제 2 주파수 체배기(3121)로 전송할 수 있다.
제 2 주파수 체배기(3121)의 제 2 동작 모드에서, 제 2 주파수 체배기(3121)는 제 1 입력 신호(fi1)가 갖는 주파수를 체배할 수 있다. 제 2 주파수 체배기(3121)는 제 1 입력 신호(fi1)가 갖는 주파수를 3배 함으로써, 162.5GHz의 주파수를 갖는 제 2 체배 신호(fm2)를 생성할 수 있다. 제 1 체배 신호(fm1)의 일부가 아닌 제 1 입력 신호(fi1)가 갖는 주파수를 체배함으로써, 제 2 체배 신호(fm2)의 위상 잡음이 20log(9) dB 에서 20log(3) dB로 향상될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 제 2 주파수 체배기(3121)의 제 2 동작 모드에서, 제 1 입력 신호(fi1)의 주파수는 54GHz가 아닐 수 있다. 이 경우, 제 2 주파수 체배기(3121)에 의해 생성된 제 2 체배 신호(fm2)의 주파수는 162.5GHz가 아닐 수도 있다.
제 2 커플러(3122)는 제 1 커플러(3112)와 유사한 방식으로 동작하고 그리고 구현될 수 있다. 제 2 커플러(3122)는 제 2 체배 신호(fm2)를 커플링함으로써, 162.5 GHz의 주파수를 갖는 제 2 출력 신호(fo2)를 출력 포트로 출력할 수 있다.
제 3 주파수 체배기(3131)의 체배수는 2일 수 있다. 제 3 주파수 체배기(3131)의 제 1 동작 모드에서, 제 3 주파수 체배기(3131)는 제 2 체배 신호(fm2)가 갖는 주파수를 2배 함으로써, 325GHz의 주파수를 갖는 제 3 체배 신호(fm3)를 생성할 수 있다.
제 3 주파수 체배기(3131)의 제 2 동작 모드에서, 제 2 주파수 체배기(3121)는 비활성화될 수 있다. 이 경우, 제 2 커플러(3122)는 162.5 GHz의 주파수를 갖는 제 2 입력 신호(fi2)를 외부 장치로부터 수신할 수 있다. 제 2 커플러(3122)는 수신된 제 2 입력 신호(fi2)를 제 3 주파수 체배기(3131)로 전송할 수 있다.
제 3 주파수 체배기(3131)는 제 2 입력 신호(fi2)가 갖는 주파수를 체배할 수 있다. 제 3 주파수 체배기(3131)의 체배수는 2일 수 있다. 제 3 주파수 체배기(3131)는 제 2 입력 신호(fi2)가 갖는 주파수를 2배 함으로써, 325GHz의 주파수를 갖는 제 3 체배 신호(fm3)를 생성할 수 있다. 제 2 체배 신호(fm2)의 일부가 아닌 제 2 입력 신호(fi2)가 갖는 주파수를 체배함으로써, 제 3 체배 신호(fm3)의 위상 잡음이 20log(6) dB 에서 20log(2) dB로 향상될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 제 3 주파수 체배기(3131)의 제 2 동작 모드에서, 제 2 입력 신호(fi2)의 주파수는 도시된 바와 달리 162.5GHz가 아닐 수 있다. 이 경우, 제 3 주파수 체배기(3131)에 의해 생성된 제 3 체배 신호(fm3)의 주파수는 325GHz가 아닐 수도 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 주파수 체배 모듈(3100)은 도시된 바와 달리 제 1 및 제 2 커플러들(3112, 3122)을 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 주파수 체배 모듈(3100)의 위상 잡음은 20log(18), 즉 25 dB일 수 있다. 반면에, 제 1 및 제 2 커플러들(3112, 3122)을 포함하는 실시 예에서, 주파수 체배 모듈(3100)은 제 1 및 제 2 입력 신호들(fi1, fi2)을 사용함으로써, 위상 잡음을 20log(2) dB로 향상시킬 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 제 2 주파수 체배기(3121) 및 제 3 주파수 체배기(3131)의 동작 모드는 서로 독립적으로 결정될 수 있다. 다시 말해서, 제 1 및 제 2 주파수 체배기들(3111, 3121)의 활성화 여부는 독립적으로 결정될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 제 2 주파수 체배기(3121)는 제 2 동작 모드에서 동작하고, 그리고 제 3 주파수 체배기(3131)는 제 1 동작 모드에서 동작할 수 있다. 이에 따라, 제 1 주파수 체배기(3111)는 비활성화되고, 제 2 주파수 체배기(3121)는 제 1 입력 신호(fi1)의 주파수를 체배함으로써 제 2 체배 신호(fm2)를 생성할 수 있다. 이 경우, 제 2 커플러(3122)에 제 2 입력 신호(fi2)가 인가되지 않을 수 있다. 그리고, 제 3 주파수 체배기(3131)는 제 2 체배 신호(fm2)의 일부를 이용함으로써, 제 3 체배 신호(fm3)를 생성할 수도 있다.
다른 예를 들어, 제 2 주파수 체배기(3121)는 제 1 동작 모드에서 동작하고, 그리고 제 3 주파수 체배기(3131)는 제 2 동작 모드에서 동작할 수 있다. 이에 따라, 제 1 주파수 체배기(3111)는 활성화되고, 그리고 제 2 주파수 체배기(3121)는 비활성화 될 수 있다. 제 1 주파수 체배기(3111)는 초기 신호(f0)의 주파수를 3배 함으로써 제 1 체배 신호(fm1)를 생성하고, 그리고 제 1 커플러(3112)로 출력할 수 있다. 제 2 커플러(3122)는 제 2 입력 신호(fi2)를 수신하고, 그리고 제 3 주파수 체배기(3131)로 전송할 수 있다. 제 3 주파수 체배기(3131)는 수신된 제 2 입력 신호(fi2)의 주파수를 3배 함으로써 제 3 체배 신호(fm3)를 생성할 수 있다. 이때, 제 2 입력 신호(fi2)의 주파수는 도시된 바와 달리 162.5GHz가 아닐 수도 있고, 그 결과 제 3 체배 신호(fm3)의 주파수도 325GHz가 아닐 수 있다.
다시 말해서, 제 1 내지 제 3 주파수 체배기들(3111~3131)은 선택적으로 활성화 또는 비활성화 될 수 있다. 그 결과, 주파수 체배 모듈(3100)의 체배수, 위상 잡음, 및 출력되는 신호들의 주파수의 대역이 조정될 수 있다.
도 5는 주파수 체배 방법의 순서도를 예시적으로 도시한다. 도 1 및 도 5를 참조하면, 주파수 체배 장치(1000)는 S100 내지 S400 단계들을 수행할 수 있다.
S100 단계에서, 주파수 체배 장치(1000)는 초기 신호(f0)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 주파수 체배 장치(1000)의 전압 제어 발진기(1200)는 초기 주파수 'f0'를 갖는 초기 신호(f0)를 생성할 수 있다.
S200 단계에서, 주파수 체배 장치(1000)는 초기 신호(f0)의 초기 주파수를 체배함으로써 제 1 체배 신호(fm1)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 주파수 체배 장치(1000)의 주파수 체배 모듈(1100)에 포함된 제 1 주파수 체배기(1111)는 초기 신호(f0)의 초기 주파수를 N1배 체배함으로써 제 1 체배 주파수를 갖는 제 1 체배 신호(fm1)를 생성할 수 있다.
S300 단계에서, 주파수 체배 장치(1000)는 제 1 체배 신호(fm1)를 커플링할 수 있다. 예를 들어, 주파수 체배 장치(1000)의 주파수 체배 모듈(1100)에 포함된 제 1 커플러(1112)는 제 1 체배 신호(fm1)의 일부를 추출할 수 있다. 제 1 커플러(1112)는 제 1 체배 신호(fm1)의 제 1 체배 주파수와 동일한 주파수를 갖는 출력 신호(fo1)를 추출할 수 있다.
S400 단계에서, 주파수 체배 장치(1000)는 제 1 출력 신호(fo1)를 제 1 외부 장치로 출력할 수 있다. 예를 들어, 주파수 체배 장치(1000)의 주파수 체배 모듈(1100)에 포함된 제 1 커플러(1112)는 제 1 출력 신호(fo1)를 출력 포트를 통해 제 1 외부 장치로 출력할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 주파수 체배 장치(1000)는 제 1 체배 주파수를 m(m은 양의 정수)배 함으로써 제 2 체배 주파수를 갖는 제 2 체배 신호(fm2)를 생성할 수 있다. 주파수 체배 장치(1000)는 제 2 체배 신호(fm2)의 일부를 제 2 커플러(1122)로 전송할 수 있다. 주파수 체배 장치(1000)는 제 2 체배 신호(fm2)를 상기 제 2 커플러(1122)를 통해 제 2 외부 장치로 출력할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, S400 단계에서, 주파수 체배 장치(1000)는 제 1 주파수 체배기(1111)를 비활성화 할 수 있다. 주파수 체배 장치(1000)는 제 1 체배 주파수를 갖는 제 1 외부 신호(예를 들어, 도 3의 fo1)를 제 1 커플러(2112)를 통해 수신할 수 있다. 주파수 체배 장치(2000)는 제 1 외부 신호의 제 1 체배 주파수를 N2배 함으로써 제 2 체배 주파수를 갖는 제 2 체배 신호(fm2)를 생성할 수 있다. 주파수 체배 장치(2000)는 제 2 체배 신호(fm2)의 일부 또는 전부를 제 2 커플러(1122)로 전송할 수 있다. 주파수 체배 장치(1000)는 전송된 제 2 체배 신호(fm2)를 제 2 커플러(1122)를 통해 제 2 외부 장치로 출력할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 제 1 외부 신호는 제 1 체배 주파수와 상이한 주파수를 가질 수 있고, 이에 따라 제 2 체배 신호(fm2)는 도시된 바와 달리 제 2 체배 주파수와 상이한 주파수를 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 칩을 포함하는 주파수 체배 장치의 블록도를 예시적으로 도시한다. 도 6을 참조하면, 주파수 체배 장치(4000)는 MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output) 칩(4100), 송수신기(4200), 프로세서(4300), 및 안테나(4400)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, MIMO 칩(4100)은 도 1의 주파수 체배 모듈(1100) 또는 도 3의 주파수 체배 모듈(3100)을 포함할 수 있다.
MIMO 칩(4100)은 서로 다른 주파수를 갖는 입력 신호들(fi1~fim-1)을 수신할 수 있다. MIMO 칩(4100)은 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 신호들(fo1~fom-1, fmm)을 출력할 수 있다. MIMO 칩(4100)은 주파수 체배기들의 활성 여부을 제어함으로써 다양한 체배수로 입력 신호들(fi1~fim-1)의 주파수들을 각각 체배할 수 있다. MIMO 칩(4100)은 밀리미터파 대역 및 서브-테라헤르츠 파 대역의 주파수를 갖는 복수의 신호들(fo1~fom-1, fmm)을 제공할 수 있다.
송수신기(4200)는 복수의 신호들(fo1~fom-1, fmm) 중 어느 하나를 사용함으로써, 음성 신호 또는 데이터 신호를 변조함으로써 안테나(4400)를 통해 전송할 수 있다. 또는, 송수신기(4200)는 복수의 신호들(fo1~fom-1, fmm) 중 어느 하나를 사용함으로써 안테나(4400)를 통해 수신되는 신호를 복조할 수 있다. 예를 들어, 송수신기(4200)는 5세대 이동 통신, WPAN, ISM 통신을 위해 복수의 신호들(fo1~fom-1, fmm) 중 어느 하나를 신호원으로 사용할 수 있다.
프로세서(4300)는 주파수 체배 장치(4000)의 중앙 처리 장치로서의 기능을 수행할 수 있다. 프로세서(4300)는 송수신기(4200)로 전송되는 신호 또는 수신되는 신호를 처리함으로써, 음성이나 데이터로 변환하고 그리고 처리할 수 있다.
주파수 체배 장치(4000)는 밀리미터 파 대역 및 서브-테라헤르츠 파 대역의 통신을 위한 단말기 또는 기지국일 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 칩(4100)을 이용함으로써, 주파수 체배 장치(4000)는 다양한 주파수의 신호원을 단일 칩을 통하여 제공할 수 있다. 이에 따라 주파수 체배 장치(4000)의 구현 비용이 낮아지고, 그리고 위상 잡음이 개선될 수 있다.
상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
1000, 2000, 4000: 주파수 체배 장치
Claims (15)
- 제 1 주파수를 갖는 제 1 신호를 수신하고, 상기 제 1 주파수를 n배(n은 양의 정수)함으로써 제 2 주파수를 갖는 제 2 신호를 출력하는 제 1 주파수 체배기;
상기 제 2 신호를 수신하고, 상기 제 2 주파수를 m배(m은 양의 정수)함으로써 제 3 주파수를 갖는 제 3 신호를 출력하는 제 2 주파수 체배기; 및
상기 제 1 주파수 체배기의 출력 및 상기 제 2 주파수 체배기의 입력 사이에 연결되고, 그리고 상기 제 2 신호 중 일부 신호를 출력하는 커플러를 포함하고,
상기 제 1 주파수 체배기는 비활성화되고,
상기 제 2 주파수 체배기는 상기 커플러를 통해 제 4 주파수를 갖는 제 4 신호를 수신하고, 그리고 상기 제 4 주파수를 상기 m배 함으로써 제 5 주파수를 갖는 제 5 신호를 출력하는 주파수 체배 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 4 주파수는 상기 제 2 주파수와 동일한 주파수 체배 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 주파수 체배기 및 상기 제 2 주파수 체배기는 직렬로 연결되는 주파수 체배 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 커플러는 제 1 저항 및 상기 제 1 저항에 직렬로 연결된 제 2 저항을 포함하는 주파수 체배 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 주파수 및 상기 제 3 주파수는 밀리미터 파(millimeter wave) 대역 또는 서브-테라헤르츠 파(sub-Terahertz wave) 대역에 포함되는 주파수 체배 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 주파수 및 상기 제 3 주파수는 5세대 이동 통신(5G), 6세대 이동 통신(6G), WPAN(Wireless Personal Area Network), ISM(Industrial Scientific Medical) 통신 시스템들 증 적어도 하나의 신호원으로 제공되는 주파수 체배 장치. - 삭제
- 삭제
- 제 1 주파수를 갖는 제 1 신호를 수신하고, 상기 제 1 주파수를 n배(n은 양의 정수)함으로써 제 2 주파수를 갖는 제 2 신호를 출력하는 제 1 주파수 체배기;
상기 제 2 신호를 수신하고, 상기 제 2 주파수를 m배(m은 양의 정수)함으로써 제 3 주파수를 갖는 제 3 신호를 출력하는 제 2 주파수 체배기;
상기 제 1 주파수 체배기의 출력 및 상기 제 2 주파수 체배기의 입력 사이에 연결되고, 그리고 상기 제 2 신호 중 일부 신호를 출력하는 커플러; 및
상기 제 3 신호를 수신하고, 상기 제 3 주파수를 k배(k는 양의 정수)함으로써 제 4 주파수를 갖는 제 4 신호를 출력하는 제 3 주파수 체배기를 포함하고,
상기 제 3 주파수 체배기는 상기 제 2 주파수 체배기의 출력에 직렬로 연결되고,
상기 제 2 주파수 체배기의 출력 및 상기 제 3 주파수 체배기의 입력 사이에 연결되고, 상기 제 4 신호의 일부를 출력하는 제 2 커플러를 더 포함하고,
상기 제 1 주파수 체배기는 비활성화되고,
상기 제 2 주파수 체배기는 상기 커플러를 통해 제 5 주파수를 갖는 제 5 신호를 수신하고, 그리고 상기 제 5 주파수를 상기 m배 함으로써 제 6 주파수를 갖는 제 6 신호를 출력하고,
상기 제 3 주파수 체배기는 상기 제 6 신호를 수신하고, 상기 제 6 주파수를 상기 k배 함으로써 제 7 주파수를 갖는 제 7 신호를 출력하는 주파수 체배 장치. - 제 1 주파수를 갖는 제 1 신호를 수신하고, 상기 제 1 주파수를 n배(n은 양의 정수)함으로써 제 2 주파수를 갖는 제 2 신호를 출력하는 제 1 주파수 체배기;
상기 제 2 신호를 수신하고, 상기 제 2 주파수를 m배(m은 양의 정수)함으로써 제 3 주파수를 갖는 제 3 신호를 출력하는 제 2 주파수 체배기;
상기 제 1 주파수 체배기의 출력 및 상기 제 2 주파수 체배기의 입력 사이에 연결되고, 그리고 상기 제 2 신호 중 일부 신호를 출력하는 커플러; 및
상기 제 3 신호를 수신하고, 상기 제 3 주파수를 k배(k는 양의 정수)함으로써 제 4 주파수를 갖는 제 4 신호를 출력하는 제 3 주파수 체배기를 포함하고,
상기 제 3 주파수 체배기는 상기 제 2 주파수 체배기의 출력에 직렬로 연결되고,
상기 제 2 주파수 체배기의 출력 및 상기 제 3 주파수 체배기의 입력 사이에 연결되고, 상기 제 4 신호의 일부를 출력하는 제 2 커플러를 더 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 주파수 체배기는 비활성화되고,
상기 제 3 주파수 체배기는 상기 제 2 커플러를 통해 제 5 주파수를 갖는 제 5 신호를 수신하고, 그리고 상기 제 5 주파수를 상기 k배 함으로써 제 6 주파수를 갖는 제 6 신호를 출력하는 주파수 체배 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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