KR20010106076A - 귀환루프를 갖는 고주파 발진 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 고주파 발진 회로는 발진 주파수를 발생하기 위한 공진 회로와, 상기 공진 회로로부터의 신호를 수신하기 위한 입력단을 갖는 증폭 수단과, 상기 증폭 수단의 출력단에 접속된 일단을 갖는 유도성 소자, T형 정합 소자 또는 스트립 라인과, 상기 유도성 소자 또는 T형 정합 소자의 타단이나 상기 스트립 라인의 상기 일단에 접속된 커패시터를 포함하고, 상기 증폭 수단의 입력부는 상기 유도성 소자 또는 T형 정합 소자와 상기 용량성 소자의 접점이나 상기 스트립 라인의 타단에 접속되도록 하여, 상기 유도성 소자, T형 정합 소자 또는 스트립 라인과 커패시터가 증폭 수단 양단의 임피던스를 정합시킴과 동시에 저역 필터를 구성하여 증폭 수단의 출력에 포함된 고조파 성분을 제거할 수 있도록 하며, 또한 공진 회로를 구성하여 주파수 선택도(Q)를 향상시켜 신호 대 잡음비를 높일 수 있도록 한다.

Description

귀환루프를 갖는 고주파 발진 회로{High-quency oscillation circuit having a feedback circuit}
본 발명은 고주파 발진에 적합한 발진 회로에 관한 것으로서, 특히 통신 기기 등의 고주파 회로에 사용되어, 발진 신호의 주파수 특성 및 진폭 특성을 향상시키는 것이 가능한 귀환 루프를 갖는 고주파 발진 회로에 관한 것이다.
일반적으로, TV, 라디오 수신기, 고주파 무선기기 등과 같은 통신 기기와 고주파 측정기 등에 사용되는 고주파 회로는 기저 대역의 신호를 고주파 대역으로 또는 고주파 신호를 기저 대역으로 주파수를 이동시킨다.
이를 위해, 고주파 회로는 기저 대역의 신호 또는 고주파 신호를 국부 발진원으로부터의 반송파 신호와 혼합한다. 이 국부 발진원으로는 콜피츠 발진 회로 (colpitts oscillator), 하틀리 발진 회로(hartley oscillator), 클랩 발진 회로 (clapp oscillator) 또는 이들로부터 변형된 발진 회로들이 사용되고 있다.
하지만, 이들 종래의 발진 회로들은 발진 신호에 고조파 성분을 많이 발생시키기 때문에, 고조파 성분을 저감 시키기 위해 발진 회로에 대역 여파기 또는 대역 제한 증폭기를 부가적으로 설치해야 하는 필요성이 있었다. 또한, 이들 종래의 발진 회로들은 발진 회로에 많은 고조파 성분을 포함하고 있기 때문에, 스퓨리어스(spurious) 저감을 위해 필터 회로를 반드시 넣어야 하며, 또한 광대역 Amp의 설계에 많은 어려움을 주게 되며, 수신 회로에서는 이미지 신호의 문제를 야기시키므로 필터 회로에 상당한 부담을 주게 되며, 신호의 손실과 회로의 복잡성, 그리고 제조 비용이 증가하는 등의 문제점이 있었다.
종래의 고주파 발진 회로가 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면 고주파 발진 회로는 공진 회로부(10)와 발진 회로부(20)로 구성되어 있으며, 공진 회로부 (10)와 발진 회로부(20)는 결합 커패시터(16)에 의해 접속되어 있다. 공진 회로부 (10)는 인덕터(12)와 커패시터(14)로 구성되어 있다. 발진 회로부(20)는 바이폴라 트랜지스터(22)와, 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터와 접지 사이에 병렬로 접속된 저항(24) 및 커패시터(26)와, 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터와 베이스 사이에 접속된 커패시터(28)를 포함한다. 전압원(30)은 병렬로 접속된 저항(32) 및 저항(34)를 통해 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스 및 콜렉터에 결합되어 있다.
여기서, 커패시터(16)는 공진 회로부(10)와 발진 회로부(20) 사이에 위치하여 교류 신호 만을 통과시킨다. 바이폴라 트랜지스터(22)는 전압원(30)으로부터 저항(32)을 통해 인가되는 전압에 의해 구동된다. 저항(32)은 바이폴라 트랜지스터(14)의 바이어스 저항으로 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스에 공급되는 전압값을 조절한다. 저항(34)은 바이폴라 트랜지스터(22)의 부하 저항의 기능을 담당한다.
발진 회로부(20)의 저항(24)은 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터에 접속되어 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터에 흐르는 전류량을 제한한다. 커패시터(26)는 고주파 잡음 신호를 바이패스 함과 동시에 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스와 에미터의 임피던스를 정합시킨다. 커패시터(28)는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터로부터의 신호를 베이스쪽으로 귀환시킨다. 커패시터(26) 및 커패시터(28)은 발진 회로의 위상 조건을 설정한다.
이러한 구성을 갖는 종래의 고주파 발진 회로에 있어서, 발진 주파수는 공진 회로부(10)의 고유 공진 주파수와, 커패시터(26) 및 커패시터(28)의 커패시턴스와, 바이폴라 트랜지스터(22)의 내부 용량값 등에 의해 결정된다.
하지만, 이러한 종래의 발진 회로에 사용된 커패시터(26) 및 커패시터(28)는 발진 회로의 위상 조건으로 인하여 조합상의 제한을 받으므로 귀환 루프부(20)의 이득을 크게 할 수 없다는 문제점이 있었다. 따라서, 종래의 발진 회로는 차단 주파수가 상당히 높은 트랜지스터를 이용하여야 하고, 그 결과 생성되는 발진 신호는고조파 성분을 많이 포함한다. 이로 인해, 종래의 발진 회로는 고주파 회로에 대역 여파기, 대역 제한 증폭기 등을 부가적으로 설치해야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 발진 신호의 고조파 성분을 저감시키는 것이 가능한 고주파 발진 회로를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 발진 신호의 주파수 특성을 향상 시키는 것이 가능한 고주파 발진 회로를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조 비용이 절감될 수 있는 고주파 발진 회로를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고주파 발진 회로를 모노리식 회로로 용이하게 제조할 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 C/N 비가 높으며, 발진 레벨이 높은 발진기를 구성하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 귀환 루프를 갖는 고주파 발진 회로는 발진 주파수를 발생하기 위한 공진 회로와, 상기 공진 회로로부터의 신호를 수신하기 위한 입력단을 갖는 증폭 수단과, 상기 증폭 수단의 출력단에 접속된 일단을 갖는 유도성 소자와, 상기 유도성 소자의 타단에 접속된 용량성 소자를 포함하며, 상기 증폭 수단의 입력부는 상기 유도성 소자와 상기 용량성 소자의 접점에 접속된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 실시예에 따른 본 발명의 고주파 발진 회로는 발진 주파수를 발생하기 위한 공진 회로와, 상기 공진 회로로부터의 신호를 수신하기 위한 입력단을 갖는 증폭 수단과, 상기 증폭 수단의 출력단에 접속된 일단을 갖는 T형 정합 소자와, 상기 T형 정합 소자의 타단에 접속된 용량성 소자를 포함하며, 상기 증폭 수단의 입력부는 상기 T형 정합 소자와 상기 용량성 소자의 접점에 접속된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고주파 발진 회로는 상기 유도성 소자 또는 T형 정합 소자는 증폭 수단의 출력단으로부터의 출력 신호를 입력단으로 귀환시키는 귀환 루프의 일부를을 형성하며, 또한 유도성 소자 또는 T형 정합 소자와 커패시터는 귀환 루프 양단의 임피던스를 정합시키기 위한 임피던스 정합 수단을 구성하여, 발진 신호의 이득을 극대화하며, 이 임피던스 정합 수단은 또한 공진 회로 및 저역 필터를 또한 구성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 고주파 발진 회로의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 이하에 설명되는 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니며, 동일한 기술 범위 내에서 많은 변형예가 가능하다.
도 1은 종래 고주파 발진 회로를 도시하는 회로도.
도 2(a)는 도 1에 도시된 종래 고주파 발진 회로의 출력포트 a에서의 출력 스펙트럼도.
도 2(b)는 도 1에 도시된 종래 고주파 발진 회로의 출력포트 b에서의 출력 스펙트럼도.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 고주파 발진 회로를 도시하는 회로도.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 고주파 발진 회로의 출력 스펙트럼도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고주파 발진 회로를 도시하는 회로도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고주파 발진 회로를 도시하는 회로도.
도 7은 도 6에 도시된 본 발명에 따른 고주파 발진 회로의 출력 스펙트럼도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고주파 발진 회로를 도시하는 회로도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고주파 발진 회로를 도시하는 회로도.
도 10(a)은 도 9에 도시된 본 발명에 채용될 수 있는 스트립 라인(strip line)의 부분 사시도.
도 10(b)는 도 9에 도시된 본 발명에 채용될 수 있는 또 다른 스트립 라인의 부분 사시도.
도 11는 도 9에 도시된 고주파 발진 회로의 GHz 대역에서의 등가 회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 공진 회로부 20 : 발진 회로부
18, 26, 28, 39, 41 : 커패시터 22 : 트랜지스터
36, 42 : 인턱터 38 : T형 정합 회로
40 : 스트립 라인 선로
본 발명에 따른 고주파 발진 회로는 종래의 고주파 발진 회로에 적용된 공진 회로부(10)와 발진 회로부(20)를 구비하며, 이에 부가하여 발진 회로부(20)에 공진 회로를 형성하여 주파수 선택도(Q)를 향상시켜 신호 대 잡음비를 높일 수 있도록함과 동시에, 저역 필터(low pass filter)를 구성함으로써, 에미터 출력 신호에 포함되는 고조파 성분을 제거할 수 있도록한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 고주파 발진 회로의 작용 및 동작을 도 3을 참조하면서 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 3에 도시된 구성 요소의 도면 부호는 종래의 고주파 발진 회로와 동일한 경우 도 1에 표시된 도면 부호와 동일하게 사용하였다. 따라서, 도 1에 설명된 내용은 설명의 간소화를 위해 생략하였다.
도 3을 참조하면, 고주파 발진 회로는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터에 접속된 인덕터(36)를 추가로 포함한다. 인덕터(36) 및 커패시터(28)는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터로부터의 신호를 베이스쪽으로 귀환시키기 위한 귀환 루프를 형성한다. 이 귀환 루프는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터 출력 신호를 베이스쪽으로 정귀환시켜 바이폴라 트랜지스터(22)가 발진되도록 한다. 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터와 베이스 간의 임피던스 정합은 인덕터(36)과 커패시터(26)에 의해 이루어진다. 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스의 임피던스와 에미터의 임피던스가 정합되는 경우, 귀환 루프의 이득은 증가되고, 높은 레벨의 발진 신호가 얻어진다.
인덕터(36)과 커패시터(26)는 직렬 공진 회로를 이루어 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스의 임피던스와 에미터의 임피던스를 정합시킴과 동시에, 저역 필터를 구성하여 에미터 출력 신호에 포함된 고조파 성분을 제거한다. 이 직렬 공진 회로는 공진 회로부(10)와 함께 복 공진 회로를 형성하여 발진 회로의 주파수 선택도를 향상시키고, 높은 신호 대 잡음비를 유지하도록 한다.
한편, 인덕터(36)와 커패시터(26)로 구성된 저역 필터는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터 출력 신호 중 자신의 차단 주파수 보다 높은 고조파 성분을 접지쪽으로 바이패스 시켜 공진 주파수 성분만이 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스쪽으로 귀환되도록 한다. 이때, 저역 주파기의 차단 필터는 2차 고조파의 주파수보다 낮게 설정하여, 2차 고조파 성분을 포함한 그 이상의 고조파 성분들이 모두 제거되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 고주파 발진 회로는 공진 회로부(10) 및 결합 커패시터(16)와 출력 포트사이에 접속된 커패시터(18)를 구비한다. 커패시터(18)는 발진 신호 만이 출력 포트쪽으로 전송되도록 함과 동시에 직류 성분의 잡음 신호를 차단한다.
선택적으로, 본 실시예에서의 바이폴라 트랜지스터(22)는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)로 대치될 수 있으며, 대치하는 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 선택적으로 커패시터(26)를 전압 제어 가변 용량 다이오드로 대치하여, 광대역의 주파수 가변폭에 대해 커패시터(26)와 인덕터(36)로 이루어진 저역 필터를 최적화하는 것이 가능하다.
도 4는 도 3에 개시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 고주파 발진 회로의 출력 스펙트럼으로서, 인덕터(12)는 330nH, 커패시터(16)는 33pF, 커패시터(18)는 3pF, 저항(24)는 820Ω, 커패시터(26,28)는 15pF, 저항(32)은 100KΩ, 저항(34)은 200KΩ, 인덕터(36)은 100nH의 값을 가지며, 커패시터(14)는 HUV359,트랜지스터(22)는 2SC4649를 사용하는 경우 측정 시작 주파수 40MHz, 측정 종료 주파수 200MHz 간을 스위프 타임을 320ms으로하여 측정된 출력 스펙트럼을 도시하고 있다. 여기에서, 종축의 각 칸의 단위는 10dB이다.
도 4의 도시된 출력 스펙트럼 결과를 살펴보면, 발진 신호인 제1 고조파의 주파수는 47.6MHz이며, 스프리어스파인 2차 고조파의 주파수는 95.2MHz임을 알수 있다. 또한, 도 4를 살펴보면 본 발명에 따른 고주파 발진 회로에서는 발진 신호와 스프리어스파 간의 신호 강도의 차이는 -33.30dB임을 알 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 고주파 발진 회로의 출력 스펙트럼으로서, 도 4의 출력 스펙트럼을 얻기 위해 사용된 부품과 동일한 것을 사용한 경우의 출력 스펙트럼을 도시하고 있다.
도 2(a)는 도 1에 도시된 고주파 발진 회로의 출력포트 A에서의 출력 스펙트럼을 도시하고 있으며, 발진 신호인 제1 고조파와 스프리어스파인 제2 고조파 간의 신호 강도가 -25.60dB임을 나타내고 있다. 도 2(b)는 도 1에 도시된 고주파 발진 회로의 출력포트 B에서의 출력 스펙트럼을 도시하고 있으며, 발진 신호인 제1 고조파와 스프리어스파인 제2 고조파 간의 신호 강도가 -11.60dB임을 나타내고 있다.
이와 같이, 본원의 제1 실시예에 따른 고주파 발진 회로는 종래의 고주파 발진 회로에 비해, 고조파 성분 제거 특성이 현저히 향상되었음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고주파 발진 회로를 도시한다. 도 5를 참조하면, 고주파 발진 회로는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터와 저항(24) 사이에 접속된 인덕터(36)를 추가로 포함한다. 인덕터(36)는 저항(24)과 함께 하나의 리액턴스 소자로 작용한다. 인덕터(36)와 커패시터(28)는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터로부터의 신호를 베이스쪽으로 귀환시키기 위한 귀환 루프를 형성한다. 이 귀환 루프는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터 출력 신호를 베이스쪽으로 정귀환시켜 바이폴라 트랜지스터(22)가 발진되도록 한다. 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터와 베이스 간의 임피던스 정합은 리액턴스 소자와 커패시터(26)에 의해 이루어진다. 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스의 임피던스와 에미터의 임피던스가 정합되는 경우, 귀환 루프의 이득은 증가하고, 높은 레벨의 발진 신호가 얻어진다. 리액턴스 소자와 커패시터(26)는 직렬 공진 회로를 이루어 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스의 임피던스와 에미터의 임피던스를 정합시킴과 동시에, 저역 필터를 구성하여 에미터 출력 신호에 포함된 고조파 성분을 제거한다. 이 직렬 공진 회로는 공진 회로부(10)와 함께 복공진 회로를 형성하여, 발진 회로의 주파수 선택도를 향상시키고, 높은 신호 대 잡음비를 유지하도록 한다.
한편, 리액턴스 소자와 커패시터(26)로 구성된 저역 필터는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터 출력 신호 중 자신의 차단 주파수 보다 높은 고조파 성분을 접지쪽으로 바이패스시켜 공진 주파수 성분만이 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스쪽으로 귀환되도록 한다. 이때, 저역 필터의 차단 주파수는 2차 고조파의 주파수보다 낮게 설정하여, 2차 고조파 성분을 포함한 그 이상의 고조파 성분들이 모두 제거되도록 하는 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 본 발명의 고주파 발진 회로로부터 도 3에 도시된 고주파 발진 회로의 출력 스펙트럼과 동일한 결과를 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 고주파 발진 회로를 도시하고 있다. 도 6을 참조하면, 고주파 발진 회로는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터와 커패시터(28) 사이에 접속된 T형 정합 회로(38)를 포함한다. T형 정합 회로(38)는 두 개의 인덕터와 하나의 커패시터로 이루어진 유도성 리액턴스 소자로서 동작한다. 유도성 리액턴스 소자(38) 및 커패시터(28)는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터로부터의 신호를 베이스쪽으로 귀환시키기 위한 귀환 루프를 형성한다. 이 귀환 루프는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터 출력 신호를 베이스쪽으로 정귀환시켜 바이폴라 트랜지스터(22)가 발진되도록 한다. 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터와 베이스 간의 임피던스 정합은 유도성 리액턴스 소자(38)와 커패시터(26)에 의해 이루어진다. 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스의 임피던스와 에미터의 임피던스가 정합되는 경우, 귀환 루프의 이득은 증가되고, 높은 레벨의 발진 신호가 얻어진다.
유도성 리액턴스 소자(38)와 커패시터(26)는 직렬 공진 회로를 이루어 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스의 임피던스와 에미터의 임피던스를 정합시킴과 동시에, 저역 필터를 구성하여 에미터 출력 신호에 포함된 고조파 성분을 제거한다. 또한, 직렬 공진 회로는 공진 회로부(10)와 함께 복 공진 회로를 형성하여, 발진 회로의 주파수 선택도를 향상시키고, 높은 신호 대 잡음비를 유지하도록 한다.
한편, T형 정합 회로(38)와 커패시터(28)로 구성된 저역 필터는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터 출력 신호 중 자신의 차단 주파수 보다 높은 고조파 성분을 접지쪽으로 바이패스 시켜 공진 주파수 성분만이 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스쪽으로 귀환되도록 한다. 이때, 저역 필터의 차단 주파수는 2차 고조파의 주파수보다 낮게 설정하여, 2차 고조파 성분을 포함한 그 이상의 고조파 성분들이 모두 제거되도록 하는 것이 바람직하다.
선택적으로, 본 실시예에서의 바이폴라 트랜지스터(22)는 전계 효과 트랜지스터로 대치될 수 있으며, 대치하는 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 선택적으로 커패시터(26)와 T형 정합 회로(38)의 커패시터 대신 전압 제어 가변 용량 다이오드를 사용하여, 넓은 주파수 가변 폭에 대해 커패시터(26)와 T형 정합 회로(38)로 이루어진 저역 필터를 최적화하는 것이 가능하다.
도 7은 도 6에 도시된 본 발명에 따른 고주파 발진 회로의 출력 스펙트럼을 도시하기 위한 것으로서, 도 3의 고주파 발진 회로와 공통된 소자는 도 4의 출력 스펙트럼을 얻을 때와 동일한 소자를 사용하고, T형 정합 회로(38)의 인덕터는 100nH, 커패시터는 10pF인 경우의 결과를 나타내고 있다. 도 7을 참조하면, 발진 신호인 제1 고조파와 스프리어스파인 제2 고조파 간의 신호 강도의 차이가 -41.30dB임을 알 수 있다. 즉, 종래의 고주파 발진 회로의 출력 스펙트럼에서의 -25.60dB, -11.90dB 에 비해 현저한 고조파 성분 제거 특성을 가지고 있음을 나타내고 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고주파 발진 회로를 도시한다. 도 8을 참조하면, 고주파 발진 회로는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터와 저항(24) 사이에 접속된 T형 정합 회로(38)를 포함한다. T형 정합 회로(38)는 두 개의 인덕터와 하나의 커패시터로 이루어져 있으며 저항(24)과 함께 하나의 리액턴스 소자로작용한다. T형 정합 회로(38)와 커패시터(28)는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터로부터의 신호를 베이스쪽으로 귀환시키기 위한 귀환 루프를 형성한다. 이 귀환 루프는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터 출력 신호를 베이스쪽으로 정귀환시켜 바이폴라 트랜지스터(22)가 발진되도록 한다. 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터와 베이스 간의 임피던스 정합은 리액턴스 소자와 커패시터(26)에 의해 이루어진다. 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스의 임피던스와 에미터의 임피던스가 정합되는 경우, 귀환 루프의 이득은 증가되고, 높은 레벨의 발진 신호가 얻어진다.
리액턴스 소자와 커패시터(26)는 직렬 공진 회로를 이루어 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스의 임피던스와 에미터의 임피던스를 정합시킴과 동시에, 저역 필터를 구성하여 에미터 출력 신호에 포함된 고조파 성분을 제거한다. 이 직렬 공진 회로는 공진 회로(10)과 함께 복공진기를 형성하여, 발진 회로의 주파수 선택도를 향상시키고, 높은 신호 대 잡음비를 유지하도록 한다.
한편, 리액턴스 소자와 커패시터(26)으로 구성된 저역 필터는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터 출력 신호 중 자신의 차단 주파수 보다 높은 고조파 성분을 접지쪽으로 바이패스 시켜 공진 주파수 성분만이 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스쪽으로 귀환되도록 한다. 이때, 저역 필터의 차단 주파수는 2차 고조파의 주파수보다 낮게 설정하여, 2차 고조파 성분을 포함한 그 이상의 고조파 성분들이 모두 제거되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 선택적으로 커패시터(26)와 T형 정합 회로(38)의 커패시터 대신 전압 제어 가변 용량 다이오드를 사용하여, 넓은 주파수 가변 폭에 대해 커패시터(26)와T형 정합 회로(38)로 이루어진 저역 필터를 최적화하는 것이 가능하다.
도 8에 개시된 발진 회로에서도, 도 7에서의 출력 스펙트럼과 같은 동일한 결과를 얻을 수 있다.
도 9는 마이크로파용 전송 선로의 일종인 스트립 라인(strip line)을 구성소자로 채택한 고주파 발진 회로에 관한 본 발명의 일 실시예를 도시하고 있다. 일반적으로 스트립 라인은 넓은 도전성 평면 위 또는 두 면의 중간에 배치된 띠 모양의 도체로 이루어진 마이크로파 전송 선로로서, 도 10(a)에 도시된 바와 같이 구성되는 것이 보통이다. 도 10(a)에서, 스트립 도체(101)는 상대 도체(102) 또는 접지와의 사이를 저손실의 유전체(103)로 격리하고 있다. 스트립 도체(101)는 보통 프린트 배선 기술에 의해 유전체(103) 상에 인쇄된다. 선택적으로, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 한 개의 스트립 도체(101)가 두 개의 유전체들(103) 사이에 샌드위치되어 구성될 수도 있다. 도 10(b)에서, 스트립 도체(101)는 두 개의 유전체들(103)에 의해 협지되어 있고, 각각의 유전체(103)의 외측은 상대 도체(103)에 의해 도포되어 있다. 도 10(a) 및 도 10(b)에 도시된 스트립 라인에서, GHz 대역의 신호가 스트립 라인의 입력 단자(IN)로 입력되어 출력 단자(OUT)로 출력되면, 스트립 도체(101)가 갖는 인덕턴스 성분과, 스트립 도체(101)와 상대 도체(102)간의 유전율에 의한 커패시턴스 성분에 의해서, 스트립 라인 상에는 인덕턴스 및 커패시턴스가 발생한다. 이와 같은 특성을 이용하여 스트립 라인을 포함한 GHz 단위의 발진기를 구성할 경우, 귀환 루프에 놓인 저역 필터는 스트립 라인 선로 상에서 발생하는 분포 용량에 의해 실제로는 정합 커패시터가 붙게 된다.
이제, 도 9를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고주파 발진 회로를 기술하겠다. 도 9의 고주파 발진 회로는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터와 커패시터(28) 사이에 접속된 스트립 라인(40)을 포함한다. 스트립 라인(40)은 GHz 대역에서 한 개의 인덕터와 한 개의 커패시터로 이루어진 유도성 리액턴스 소자로서 동작한다. 유도성 리액턴스 소자(40) 및 커패시터(28)는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터로부터의 신호를 베이스 쪽으로 귀환시키기 위한 귀환 루프를 형성한다. 이 귀환 루프는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터 출력 신호를 베이스 쪽으로 정귀환시켜 바이폴라 트랜지스터(22)가 발진되도록 한다. 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터와 베이스 간의 임피던스 정합은 유도성 리액턴스 소자(40)와, 유도성 리액턴스(40)의 일단에 접속된 커패시터(39)에 의해 이루어진다. 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스의 임피던스와 에미터의 임피던스가 정합되는 경우, 귀환 루프의 이득은 증가되고, 높은 레벨의 발진 신호가 얻어진다.
유도성 리액턴스 소자인 스트립 라인(40)과 커패시터(39)는 직렬 공진 회로를 구성하여 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스 임피던스와 에미터 임피던스를 정합시킴과 동시에, 저역 필터를 구성하여 에미터 출력 신호에 포함된 고조파 성분을 제거한다. 또한, 직렬 공진 회로는 공진 회로부(10)와 함께 복 공진 회로를 형성하여, 발진 회로의 주파수 선택도를 향상시키고, 높은 신호 대 잡음비를 유지하도록 한다. 도 11에는 GHz 대역의 신호에 대해 도 9에 도시된 고주파 발진 회로와 등가인 발진 회로가 예시적으로 도시되어 있다.
한편, 스트립 라인(40)과 커패시터(39)로 구성된 저역 필터는 바이폴라 트랜지스터(22)의 에미터 출력 신호 중 자신의 차단 주파수보다 높은 고조파 성분을 접지쪽으로 바이패스시켜 공진 주파수 성분만이 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스쪽으로 귀환되도록 한다. 이 때, 저역 필터의 차단 주파수는 2차 고조파의 주파수보다 낮게 설정하여, 2차 고조파 성분을 포함한 그 이상의 고조파 성분들이 모두 제거되도록 하는 것이 바람직하다.
선택적으로, 본 실시예에서의 바이폴라 트랜지스터(22)는 전계 효과 트랜지스터(FET)로 대체될 수 있으며, 대치하는 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 선택적으로 커패시터(39) 대신에 전압 제어 가변 용량 다이오드를 사용하여, 넓은 주파수 가변 폭에 대해 커패시터(39)와 스트립 라인(40)으로 이루어진 저역 필터를 최적화하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고주파 발진 회로는 기존의 발진 회로에 간단한 회로를 추가하여 귀환 루프의 입력측 임피던스와 출력측 임피던스를 정합시켜 귀환 루프의 이득을 향상시켜 발진 레벨을 높임과 동시에, 귀환 루프에 저역 여파 기능을 부가하여 고조파 성분의 발생을 방지하고, 신호대 잡음비를 향상시키는 것이 가능하게 된다.
그 결과, 본 발명에 따른 고주파 발진 회로는 종래의 고주파 회로에 별도로 부가되어야 했던 대역 여파기, 대역 제한 증폭기 등과 같은 보조 회로들이 필요없도록 하여, 제조 비용을 절감함과 동시에 고성능의 발진 회로를 소형화 시키는 것이 가능하게 하는 효과가 있다.
전술한 발명의 상세한 설명에서 본 발명은 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 하지만, 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않고서도 다양한 수정과 변경이 가능하다는 것은 자명하다. 따라서, 본원의 명세서와 도면은 한정적인 의미 보다는 예시적인 의미로 작성되었음을 이해하여야 할 것이다.

Claims (23)

  1. 고주파 발진 회로에 있어서,
    발진 주파수 신호를 발생하기 위한 공진 수단과,
    상기 공진 회로로부터의 상기 신호를 수신하기 위한 입력단을 가지며 상기 공진 수단으로부터의 상기 신호를 증폭하기 위한 증폭 수단과,
    상기 증폭 수단의 출력단에 접속된 일단을 갖는 유도성 소자와,
    상기 유도성 소자의 타단에 접속된 일단을 갖는 용량성 소자를 포함하며,
    상기 용량성 소자의 타단은 접지되고, 상기 유도성 소자와 상기 용량성 소자의 접점은 상기 증폭 수단의 입력단에 접속된 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유도성 소자는 인덕터이며, 상기 용량성 소자는 커패시터 인것을 특징으로하는 고주파 발진 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유도성 소자는 상기 증폭 수단의 출력단으로부터의 출력 신호를 상기 입력단으로 귀환시키는 귀환 루프의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 용량성 소자는 전압 제어 가변 용량 소자인 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  5. 제3항에 있어서, 상기 유도성 소자와 상기 용량성 소자는 상기 귀환 루프 양단의 임피던스를 정합시키기 위한 임피던스 정합 수단을 구성하는 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 임피던스 정합 수단은 공진 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  7. 제5항에 있어서, 상기 임피던스 정합 수단은 저역 필터를 형성하는 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  8. 고주파 발진 회로에 있어서,
    발진 주파수 신호를 발생하기 위한 공진 수단과,
    상기 공진 회로로부터의 상기 신호를 수신하기 위한 입력단을 가지며 상기 공진 수단으로부터의 상기 신호를 증폭하는 증폭 수단과,
    상기 증폭 수단의 출력단에 접속된 일단을 갖는 T형 정합 소자와,
    상기 T형 정합 소자의 타단에 접속된 일단을 갖는 용량성 소자를 포함하며,
    상기 용량성 소자의 타단은 접지되고, 상기 T형 정합 소자와 상기 용량성 소자의 접점은 상기 증폭 수단의 입력단에 접속된 것을 특징으로 하는 고주파 발진회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 T형 정합 수단은 직렬로 접속된 2개의 인덕터와 이들 인덕터의 접속점에 접속된 하나의 커패시터로 이루어져 있으며, 상기 용량성 소자는 커패시터로 이루어진 것을 특징으로하는 고주파 발진 회로.
  10. 제8항에 있어서, 상기 T형 정합 수단은 직렬로 접속된 2개의 인덕터와 이들 인덕터의 접속점에 접속된 전압 제어 가변 용량 소자로 이루어져 있으며, 상기 용량성 소자는 전압 제어 가변 용량 소자로 이루어진 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  11. 제8항에 있어서, 상기 T형 정합 수단은 상기 증폭 수단의 출력단으로부터의 출력 신호를 상기 입력단으로 귀환시키는 귀환 루프의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  12. 제11항에 있어서, 상기 T형 정합 수단과 상기 용량성 소자는 상기 귀환 루프의 양단의 임피던스를 정합시키기 위한 임피던스 정합 수단을 구성하는 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  13. 제12항에 있어서, 상기 임피던스 정합 수단은 공진 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  14. 제12항에 있어서, 상기 임피던스 정합 수단은 저역 필터를 형성하는 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  15. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도성 소자와 상기 용량성 소자의 상기 접점은 또 다른 용량성 소자를 거쳐 상기 증폭 수단의 상기 입력단에 접속된 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  16. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 T형 정합 소자와 상기 용량성 소자의 상기 접점은 또 다른 용량성 소자를 거쳐 상기 증폭 수단의 상기 입력단에 접속된 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  17. 고주파 발진 회로에 있어서,
    발진 주파수 신호를 발생하기 위한 공진 수단과,
    상기 공진 회로로부터의 상기 신호를 수신하기 위한 입력단을 가지며 상기 공진 수단으로부터의 상기 신호를 증폭하기 위한 증폭 수단과,
    상기 증폭 수단의 출력단에 접속된 일단을 갖는 스트립 라인(strip line)과,
    상기 스트립 라인의 상기 일단에 접속된 일단을 갖는 용량성 소자를 포함하며,
    상기 용량성 소자의 타단은 접지되고, 상기 스트립 라인의 타단은 상기 증폭 수단의 입력단에 접속된 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  18. 제17항에 있어서, 상기 용량성 소자는 전압 제어 가변 용량 소자인 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  19. 제17항에 있어서, 상기 스트립 라인은 상기 증폭 수단의 출력단으로부터의 출력 신호를 상기 입력단으로 귀환 시키는 귀환 루프의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  20. 제19항에 있어서, 상기 스트립 라인과 상기 용량성 소자는 상기 귀환 루프 양단의 임피던스를 정합시키기 위한 임피던스 정합 수단을 구성하는 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  21. 제20항에 있어서, 상기 임피던스 정합 수단은 공진 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  22. 제20항에 있어서, 상기 임피던스 정합 수단은 저역 필터를 형성하는 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
  23. 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트립 라인의 상기 타단은 또 다른 용량성 소자를 거쳐 상기 증폭 수단의 상기 입력단에 접속된 것을 특징으로 하는 고주파 발진 회로.
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