KR20010098933A - 발진기 및 통신기 장치 - Google Patents

발진기 및 통신기 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 발진기는 공진회로가 접속된 발진회로, 및 이 발진회로의 출력신호를 증폭하는 증폭회로를 포함하며, 아이솔레이터, 주파수 필터등으로 구성된 부가회로를 발진회로의 출력부와 증폭회로의 입력부 사이에 포함하여, 기본파의 고차 고조파 성분 등의 불필요한 파들의 전송이 방지되도록 한다. 따라서, 고차 고조파 등의 불필요한 파 성분들의 발생으로 인한 위상 잡음 특성의 악화가 억제되는 발진기, 및 이런 발진기를 사용하는 통신기 장치를 얻을 수 있다.

Description

발진기 및 통신기 장치{Oscillator and communication apparatus}
본 발명은 고주파 회로에 사용되는 발진기 및 상기 발진기를 이용하는 통신기 장치에 관한 것이다.
종래에는, 마이크로파 대역 등에 사용되는 발진기가 콜핏(colpitts)형 발진회로 또는 가변형 발진회로로 구성되어 왔다.
도 9는 종래 발진기의 구성 실시예를 나타낸다. 도 9에 도시된 발진회로(2)를 살펴보면, Q1는 발진 변환기를 나타내고, 베이스 및 방출기 사이에 접속된 콘덴서(C1)를 포함하며, 수집기는 콘덴서(C3)에 의해 고주파에서 접지되고, 콘덴서(C2)는 방출기와 그라운드(ground) 사이에 구비되며, 공진회로(1)는 베이스와 그라운드 사이에 구비되어, 공진회로(1)로 나타내지는 부분에 유도회로를 구성함으로서 콜핏형 발진회로가 구성된다.
또한, 도 9의 증폭회로(4)에서, Q2는 버퍼 변환기를 나타내며, 변환기 Q1의 방출기로부터의 발진신호를 콘덴서 C5를 통해 변환기의 베이스로 전송한다.
그러나, 발진기가 발진회로 및 발진회로의 출력신호를 증폭시키는 증폭회로를 포함하면, 발진회로는 공진 주파수에 의해 결정된 발진 주파수 뿐만 아니라, 2차 고조파(harmonic) 및 3차 고조파 등의 고조파를 발생시키며, 증폭회로가 또한 이들 고차 고조파 성분들을 증폭시키고 출력한다. 이는 발진기의 위상 잡음 특성을 악화시키는 요인이었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 고차 고조파 등의 불필요한 파로 인한 위상 잡음 특성의 악화를 억제하는 발진기, 및 상기 발진기를 이용하는 통신기 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 제 1 실시예의 발진기에 대한 블럭도이다.
도 2는 상기 발진기의 회로도이다.
도 3은 상기 발진기와 종래 발진기의 출력전력 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 발진기의 회로도이다.
도 5는 제 3 실시예에 따른 발진기의 회로도이다.
도 6a 및 도 6b는 제 4 실시예에 따른 발진기의 회로도이다.
도 7은 제 5 실시예에 따른 발진기의 회로도이다.
도 8은 제 6 실시예에 따른 통신기 장치의 구조를 나타내는 블럭도이다.
도 9는 종래 발진기의 구조를 나타내는 도면이다.
이런 목적에서, 본 발명은 공진회로가 접속된 발진회로 및 발진회로의 출력신호를 증폭시키고 출력 장치로부터 출력하는 증폭회로를 포함하는 발진기이며, 불필요한 파의 전송을 방지하기 위한 부가회로가 발진회로의 출력부와 증폭회로의 입력부 사이에 구비된다. 따라서, 발진회로에서 생성된 고차 고조파 성분들 등의 불필요한 파들이 증폭회로로 전송되는 것이 방지되며, 위상 잡음 특성의 악화가 억제된다.
부가회로는 불필요한 파들의 고주파 성분들을 차단하기 위한 필터일 수 있다. 또한, 차단될 주파수가 발진회로로 인한 발진 주파수의 고차 고조파 주파수일 수 있다. 따라서, 불필요한 파 성분의 전송을 효과적으로 방지할 수 있다.
부가회로는 발진회로의 발진 주파수를 포함하는 소정의 주파수 대역폭의 신호를, 발진회로의 출력부로부터 증폭회로의 입력부로, 나르는 아이솔레이터일 수 있다. 따라서, 발진회로에서 증폭회로로 불필요한 파가 전송되는 것이 방지될 수 있고, 또한 증폭회로에서 발생하는 부정합으로 인해 신호가 발진회로측에 반사되더라도, 반사파들이 아이솔레이터에 의해 저지되고, 발진회로가 안정되게 작동될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 통신기 장치는, 상술한 구조를 갖는 발진기를 사용하여, 국부 발진회로용 PLL 회로를 구비함으로서, 구성된다.
제 1 실시예에 따른 발진기의 구조를 도 1 내지 도 3을 참조로 설명할 것이다.
도 1은 발진기의 블럭도이다. 상기 발진기는 공진회로(1), 상기 공진회로(1)의 공진 주파수에서 발진하는 발진회로(2), 상기 발진회로(2)로부터 출력신호를 증폭시키는 증폭회로(4) 및 발진회로(2)의 출력신호 중 불필요한 파들이 전송되는 것을 방지하는 부가회로(3)를 포함한다.
도 2는 구체적인 발진기의 회로도이다. 도 2에서, Q1는 발진 변환기를 나타내고, 콘덴서(C1)는 변환기의 방출기와 베이스 사이에 접속되며, 수집기는 바이패스(bypass) 콘덴서(C3)를 통해 고주파수로 그라운드에 접속되고, 콘덴서(C2)는 방출기와 그라운드 사이에 접속되며, 공진회로(1)는 베이스와 그라운드 사이에 접속되어, 콜핏형 발진회로를 구성한다.
또한, 스트립라인(strip-line) 인덕터(L1)는 Q1의 수집기와 전원단자(Vb) 사이에 접속되고, 저항(R3)은 방출기와 그라운드 사이에 접속되며, 저항(R1 및 R2)의 분압회로는 전원단자(Vb)와 그라운드 사이에 접속되며, 출력(output)은 Q1의 베이스에 접속된다.
공진회로(1)에서, L4는 스트립라인 인덕터를 나타내며, VD는 인가된 전압에 따라 정전용량이 변하는 가변용량 다이오드를 나타낸다. 스트립라인 인덕터(L5) 및 콘덴서(C12)를 포함하는 필터회로를 가변용량 다이오드(VD)와 제어 전압 단자 사이에 구비하여, 제어전압이 가변용량 다이오드(VD)에 인가되도록 한다. 공진회로(1)의 리액턴스(reactance)는 L4의 인덕턴스, 가변용량 다이오드(VD)의 용량, 다른 콘덴서(C9, C10, C11)의 용량에 따른다. 공진 주파수는 이 값들과 발진회로(2)의 콘덴서(C1, C2)의 용량에 의해 결정되며, 상기 공진 주파수에서 발진이 실시된다. 따라서, 발진 주파수는 인가되는 제어전압(Vc)에 따라 변한다.
증폭회로(4)에서, Q2는 버퍼 변환기이고, Q2의 방출기 사이에 접속된 콘덴서(C8)과 저항(R5), 및 전원단자(Vb)와 수집기 사이에 접속된 스트립라인 인덕터(L2)를 포함한다. 또한, 저항(R6, R7)을 포함하는 분압회로의 출력이 베이스로 전송된다. 또한, 콘덴서(C7)는 수집기와 Q2의 출력단자 사이에 구비된다.
발진회로(2)의 출력은 Q1의 방출기로부터 전송되며, 발진회로의 출력부와 증폭회로(4)(즉, Q2의 베이스)의 입력부 사이에 콘덴서(C5)와 부가회로(3)의 직렬회로가 접속된다. 본 실시예에서, 부가회로(3)는 중심 주파수로서 발진 주파수를 갖는 소정의 주파수 대역폭을 통과하여 낮은 삽입손실을 갖는 아이솔레이터로 구성된다.
위에 사용된 아이솔레이터는 정자기장이 페라이트판에 직교한 방향으로 인가되도록 스트립 중심도체가 두개의 페라이트판 사이에 끼워진 선로형 순환기 (circulator), 또는 중심 도체부가 집중정수화되는 집중정수형 순환기이다. 즉, 반사파를 종단하는 종단저항이 이들 3포트(port) 순환기의 소정의 포트에 구비되어, 아이솔레이터가 형성된다. 또는, 두개의 중심도체가 소정의 각도로 교차하게 배치된 2포트 아이솔레이터가 사용된다.
삽입손실이 순방향으로 감소하는 아이솔레이터에서 주파수 대역폭의 중심 주파수는 발진회로(2)의 발진 주파수와 일치되도록 형성된다. 발진회로(2)와 증폭회로(4) 사이에 상기 아이솔레이터를 구비함으로서, 상술한 대역폭과 떨어져 있는 고차 고조파 성분이 억제되며, 기본파 주파수(반드시 발생하는 발진 주파수)만이 증폭회로(4)에 의해 증폭된다. 또한, 부가회로(3)와 증폭회로(4) 사이의 접속에서 임피던스의 부정합 또는 증폭회로(4) 내의 임피던스의 부정합으로 인한 반사신호는,아이솔레이터의 비가역성 때문에, 발진회로(2)쪽으로 되돌아가지 못한다. 따라서, 발진회로(2)가 안정하게 작동된다.
도 3은 상기 발진기의 기본파 주파수 보다 높은 주파수 영역 내의 출력신호의 전력 스펙트럼을 나타낸다. 도 3에서 굵은선은 부가회로(3)가 도 2에 도시된 배치에 포함되지 않은 배치 특성을 나타내나 발진회로(2)의 출력부와 증폭회로(4)의 입력부는 콘덴서(C5)에만 접속된다. 파선은 부가회로(3)이 포함된 배치 특성을 나타낸다. 여기서 알 수 있듯이, 주파수가 기본파에서 멀어질 때, 출력되는 발진 주파수 보다 높은 주파수 성분은 감소한다. 따라서, 위상 잡음 특성이 향상된다.
다음, 도 4는 제 2 실시예에 따른 발진기의 회로를 나타낸다. 도 2에 도시된 실시예와는 달리, 발진회로(2)의 출력부와 증폭회로(4)의 입력부 사이의 부가회로 (3)는 불필요한 파의 전송을 막아주는 주파수 필터로 구성된다. 즉, 인덕터(L6, L7)와 콘덴서(C13)를 포함하는 직렬회로는 대역통과필터를 구성하고, 중심주파수는 발진회로(2)의 발진 주파수(기본파 주파수)에서 설정된다. 필터의 통과대역폭은 2차이상의 고차 고조파 성분들이 억제되도록 설정된다. 부가회로가 고주파 필터로 구성되는 이런 배치는 또한 불필요한 파 성분들을 억제하고, 따라서 위상 잡음 특성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 제 3실시예에 따른 발진기의 회로도이다. 본 실시예에서, 부가회로 (3)는 주파수 필터로 구성되나, 콘덴서(C5, C14) 및 인덕터(L8)를 포함하는 저역통과필터가 사용된다. 상기 필터의 차단 주파수는 발진회로(2)의 발진 주파수인 기본파 주파수, 또는 기본파 주파수 및 2차 고조파 주파수 사이의 소정의 주파수에서설정된다. 따라서, 고차 고조파 성분들이 억제되고 위상 잡음 특성이 향상된다.
도 6a 및 도 6b는 제 4실시예에 따른 발진기의 회로도이다. 도 6a의 실시예에서, 콘덴서(C14, C15, C16) 및 인덕터(L9)를 포함하는 대역 제거 필터는 부가회로(3)로 작용한다. 또한, 다른 구조의 대역 제거 필터가 도 6b에 도시된 실시예에 사용된다. 본 실시예에서, 인덕터(L10)과 콘덴서(C17)의 병렬회로는 발진회로(2)의 출력부와 증폭회로(4)의 입력부 사이에 접속된다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 배치 중 하나의 구조를 하면, 대역 제거 필터의 중심 주파수가 대부분 억제되야 하는 고차 고조파(예를 들어, 3고조파)의 주파수에서 설정된다. 따라서, 불필요한 파들의 전송이 효율적으로 억제된다.
다음으로, 도 7은 제 5실시예에 따른 발진기를 나타낸다. 본 발진기는 캐스케이스 접속된 발진회로(2)와 증폭회로(4)를 포함한다. 발진 변환기(Q1)의 수집기는 버퍼 변환기(Q2)의 방출기에 접속되며, 인덕터(L2)는 Q2의 수집기와 전원단자 (Vb) 사이에 접속된다. 또한, 저항(R0, R1, R2)을 포함하는 분압회로는 전원단자 (Vb)와 그라운드 사이에 접속되며, 두개의 출력은 Q1 및 Q2의 베이스에 각각 접속된다. 또한, 부가회로(3)가 Q1의 방출기와 Q2의 베이스 사이에 접속된다.
상기 회로구조를 더불어 포함하면, 부가회로(3)가 불필요한 파들의 전송을 방지하는 작용을 하며, 이로 인해 위상 잡음 특성이 유사하게 향상된다.
다음으로, 도 8은 제 6 실시예에 따른 통신기 장치의 구성 실시예를 나타내는 블럭도이다. 도 8에서, VCO는 전압제어 발진기를 나타낸다. PLL-IC는 VCO의 출력신호를 수신하는 PLL 제어회로를 나타내고, 온도 보상 수정 발진기(temperaturecompensation crystal osillator) TCXO의 발진신호를 위상비교하며, 소정의 주파수와 위상을 갖는 제어신호를 출력한다. VCO는 저측 통과필터 LPF를 통해 제어단자로 제어전압을 수신하고, 제어전압에 대응하는 주파수에서 발진한다. 이들 발진 출력신호는 국부 발진신호로서 혼합회로(MIXa 및 MIXb)에 각각 공급된다. 혼합회로 (MIXa)는 송신회로(Tx)로부터 출력된 중간 주파수 신호와 국부 발진신호를 혼합하고, 주파수를 전송 주파수 신호로 변환한다. 이들 신호는 증폭회로(AMPa)에서 전력증폭되며, 듀플렉서(DPX)를 통해 안테나(ANT)로부터 방출된다. 안테나(ANT)로부터의 수신신호는 듀플렉서(DPX)를 통해 증폭회로(AMPb)에서 증폭된다. 혼합회로 (MIXb)는 증폭회로(AMPb)의 출력신호와 상기 국부 발진신호를 혼합하고, 중간 주파수 신호로 변환시킨다. 수신회로(Rx)는 이들을 신호처리함으로서 수신신호를 얻는다.
제 1 내지 제 5 실시예에 설명된 발진기들은 상술한 통신기 장치에서 VCO로 사용된다.
따라서, 우수한 위상 잡음 특성을 갖는 발진기를 사용하면, 스퓨리어스 (spurious) 방해가 없는 우수한 통신성능이 얻어진다.
본 발명에 따르면, 발진회로에서 생성된 고차 고조파 성분등의 불필요한 파들이 증폭회로로 입력되지 않으며, 이로 인해 위상 잡음 특성의 악화가 억제된다.
또한, 필터특성이 발진회로로 인한 발진 주파수의 고차 고조파 주파수의 전송을 방지하기 때문에, 불필요한 파 성분들이 효율적으로 방지된다.
또한, 발진회로의 발진 주파수를 포함하는 소정의 주파수 대역폭 신호를 증폭기로 보내는 아이솔레이터를 사용함으로서, 불필요한 파들이 발진회로에서 증폭회로로 전송되는 것이 방지된다. 또한, 발진회로는 증폭회로에서 부정합이 발생하여 신호가 발진회로측으로 반사되더라도 안정하게 작동될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상술한 구조를 한 발진기를 사용함으로서 국부 발진회로용 PLL 회로가 제공되며, 스퓨리어스 방해없이 우수한 통신성능을 갖는 통신기 장치를 얻을 수 있다.

Claims (5)

  1. 공진회로가 접속된 발진회로, 및
    상기 발진회로의 출력신호를 증폭시키고 출력장치로부터 출력하기 위한 증폭회로를 포함하며,
    불필요한 파들의 전송을 방지하는 부가회로가 상기 발진회로의 출력부와 사익 증폭회로의 입력부 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 발진기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 부가회로가 상기 불필요한 파들의 주파수 성분들을 차단하기 위한 주파수 필터임을 특징으로 하는 발진기.
  3. 제 2항에 있어서, 차단될 상기 주파수가 상기 발진회로로 인한 발진 주파수의 고차 고조파 주파수임을 특징으로 하는 발진기.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 부가회로가 상기 발진회로의 발진 주파수를 포함하는 소정의 주파수 대역폭의 신호를, 상기 발진회로의 출력부에서 상기 증폭회로의 입력부로, 전송하는 아이솔레이터임을 특징으로 하는 발진기.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 임의의 항에 따르는 발진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신기 장치.
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