KR20030047566A - 고주파 수신기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 라디오 주파수(RF)를 기저대역(Baseband)의 동상위상(In Phase) 신호와 직각위상(Quadrature Phase) 신호로 바꾸어 주는 고주파 수신기(RF Receiver)에 관한 것으로, 주파수 변환기를 선택적으로 비활성화시켜 원하는 중간주파수를 얻을 수 있도록 하므로써 기저대역(Baseband) 신호 뿐만 아니라 이미지 신호가 제거된 중간 주파수(IF Frequency)를 얻을 수 있도록 한 고주파 수신기에 관한 것이다.

Description

고주파 수신기 {Radio frequency receiver}
본 발명은 고주파 수신기에 관한 것으로, 특히, 라디오 주파수(RF)를 기저대역의 동상위상 신호와 직각위상 신호로 변환하거나, 주파수 변환기로 사용할 수 있는 고주파 수신기에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 고주파 수신기로는 슈퍼헤테로다인(Superheterodyne) 방식의 수신기, 위버(Weaver) 구조의 수신기, 광대역 중간주파수(Wideband IF) 수신기 등이 있다.
슈퍼헤테로다인(superheterodyne) 방식의 수신기는 도 2와 같이 구성된다.
안테나(201)로 수신된 신호는 대역통과필터(202)를 거쳐 대역신호로 저잡음 증폭기(203)에 입력된다. 저잡음 증폭기(203)에 의해 증폭된 신호는 주파수 변환기(205)에 의해 고정 중간주파수(Intermediate Frequency)로 변환된다. 변환 과정에서 원하는 대역 뿐만 아니라 이미지 대역의 주파수도 중간주파수로 변환되기 때문에 외부소자인 필터(204)를 거치도록 하여 이미지 대역의 신호가 제거되도록한다.
상기 주파수 변환기(205)로부터 출력되는 고정된 중간주파수에서 원하는 채널을 선택적으로 수신하기 위해 외부소자인 필터(206)를 사용하여 원하는 채널 만을 수신한다. 이후 상기 필터(206)의 출력신호는 가변이득증폭기(Variable Gain Amp.; 207)를 통해 일정한 크기의 신호로 증폭되고, 주파수 하향 믹서(208 및 211)에 의해 중간주파수에서 다시 기저대역의 주파수로 변환된다. 즉, 발진기(Local Oscillator; 210)와 연결된 위상변위기(209)의 출력 주파수와 상기 가변이득증폭기(207)의 출력 주파수가 상기 주파수 하향 믹서(208 및 211)의 입력신호가 되어 출력으로 90°의 위상차를 갖는 동상위상(In Phase) 신호와 직각위상(Quadrature Phase) 신호가 된다.
그러나 이와 같은 슈퍼헤테로다인 방식의 수신기는 이미지 대역의 신호를 제거하고 원하는 채널 만을 수신하기 위해 외부소자인 필터(204 및 206)를 사용하기 때문에 회로의 집적도를 향상시키는 데 한계가 있다.
그래서 회로의 집적도를 용이하게 향상시킬 수 있는 광대역 중간주파수 수신기(Wideband IF Receiver)를 사용하는데, 광대역 중간주파수 수신기는 도 4와 같이 구성된다.
안테나(401)로 수신된 신호는 대역통과필터(402)를 거쳐 저잡음 증폭기(403)로 입력된다. 저잡음 증폭기(403)에 의해 크기가 증폭된 신호는 주파수 하향 믹서(404 및 416)에 의해 90°의 위상차를 갖는 중간주파수로 변환된다. 즉, 발진기(412)로부터 출력되는 주파수를 입력받는 위상변위기(411)의 출력 주파수와상기 저잡음 증폭기(403)의 출력 주파수가 상기 주파수 하향 믹서(404 및 416)에서 변환되어 90°의 위상차를 갖는 동상위상 신호와 직각위상 신호가 출력된다.
광대역 중간주파수 수신기는 스위칭 수단(413 및 417)이 항상 단락되어 있으며, 상기 주파수 하향 믹서(404)로부터 출력되는 동상위상 신호는 주파수 변환기(406 및 414)로 각각 입력되고, 상기 주파수 하향 믹서(416)로부터 출력되는 직각위상 신호는 주파수 변환기(418 및 419)로 각각 입력되는데, 발진기(405)와 연결된 주파수 변환기(406)의 출력은 발진기(415)와 연결된 주파수 변환기(418)의 출력과 가산기(407)에서 합해진 후 가변이득증폭기(408) 및 저역통과필터(409)를 통해 A/D 컨버터(410)로 전달되고, 발진기(405)와 연결된 주파수 변환기(419)의 출력은 상기 발진기(415)와 연결된 주파수 변환기(414)의 출력과 가산기(420)에서 합해진 후 가변이득증폭기(421) 및 저역통과필터(422)를 통해 A/D 컨버터(423)로 전달된다.
상기와 같이 네 개의 주파수 변환기(406, 414, 418, 419)를 이용하여 이중 직각 변환 방식(Double Quadrature Conversion)으로 동상위상 신호와 직각위상 신호를 기저대역 신호로 변환하는 방식의 수신기는 이미지 신호를 상쇄시키는 특징을 가지고 있으므로 이미지 신호를 제거하기 위해 외부소자인 필터를 사용하지 않는다. 그러나 이러한 광대역 중간주파수 수신기는 기저대역의 동상위상 신호와 직각위상 신호를 출력으로 얻을 수 있으나, 중간주파수의 출력은 얻을 수 없는 단점을 가진다. 즉, 고주파 신호로부터 기저대역의 동상성분과 직교성분 신호만 얻을 수 있으며, 이미지가 제거된 중간주파수 신호는 얻을 수 없다.
반면, 위버(Weaver) 구조의 수신기는 이미지가 제거된 중간주파수를 얻을 수 있는데, 그러면 도 3을 참조하여 위버 구조의 수신기를 설명하면 다음과 같다.
안테나(301)로 수신된 신호는 대역통과필터(302)를 거쳐 저잡음 증폭기(303)로 입력된다. 저잡음 증폭기(303)에 의해 크기가 증폭된 신호는 주파수 하향 믹서(304 및 313)에 의해 90°의 위상차를 갖는 중간주파수로 변환된다. 즉, 발진기(309)로부터 출력되는 주파수를 입력받는 위상변위기(308)의 출력 주파수와 상기 저잡음 증폭기(303)의 출력 주파수가 상기 주파수 하향 믹서(304 및 313)에서 변환되어 90°의 위상차를 갖는 동상위상 신호와 직각위상 신호가 출력된다.
이후, 상기 주파수 하향 믹서(304)로부터 출력되는 동상위상 신호는 가변이득증폭기(305) 및 저역통과필터(306)를 통해 주파수 변환기(307)로 입력되고, 상기 주파수 하향 믹서(313)로부터 출력되는 직각위상 신호는 가변이득증폭기(314) 및 저역통과필터(315)를 통해 주파수 변환기(316)로 입력된다. 그리고 발진기(311)로부터 출력되는 주파수를 입력받는 위상변위기(310)의 출력 주파수와 상기 저역통과필터(306 및 315)의 출력 주파수가 상기 주파수 하향 믹서(307 및 316)에서 각각 합해지며, 상기 주파수 하향 믹서(307 및 316)로부터 출력되는 신호는 가산기(312)에 의해 합해진다.
그러나 이와 같이 구성된 위버 구조의 수신기도 다음과 같은 단점을 가진다.
첫째, 위버 구조의 수신기 출력은 기저대역이 아닌 중간주파수의 신호이다. 따라서, 수신기의 응용에 있어 중간주파수의 출력신호를 다시 기저대역의 신호로변환해야 한다.
둘째, 상기 첫째와 같이 기저대역의 주파수가 수신기의 출력이 될 수 없으므로 하나의 수신기가 될 수 없고 수신기 내의 주파수 변환 단으로만 사용된다.
셋째, 이미지 제거가 동상위상과 직각위상의 불일치(Mismatch)에 의해 제한을 받을 수 있다.
따라서 본 발명은 기저대역의 동상성분과 직교성분 신호를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 이미지가 제거된 중간주파수도 얻을 수 있도록 하므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 고주파 수신기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 안테나를 통해 수신된 신호를 증폭하기 위한 저잡음 증폭기와, 저잡음 증폭기로부터 출력되는 신호를 입력받고 중간주파수의 동상위상 신호와 직각위상 신호를 출력하는 제 1 주파수 믹서부와, 제 1 주파수 믹서부로부터 출력되는 신호를 각각 증폭시키기 위한 가변이득증폭기와, 다수의 주파수 변환기로 이루어지며 가변이득증폭기로부터 출력되는 신호를 각각 입력받고 기저대역의 동상위상 신호와 직각위상 신호를 출력하는 제 2 주파수 믹서부와, 제 2 주파수 믹서부의 주파수 변환기를 선택적으로 비활성화시키기 위한 다수의 스위칭 수단과, 제 2 주파수 믹서부의 활성화된 주파수 변환기로부터 출력되는 동상위상 신호와 직각위상 신호를 합하기 위한 가산기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고주파 수신기를 설명하기 위한 구조도.
도 2는 슈퍼헤테로다인(superheterodyne) 방식의 수신기를 설명하기 위한 구조도.
도 3은 위버 구조의 수신기를 설명하기 위한 구조도.
도 4는 광대역 중간주파수(Wide IF) 수신기를 설명하기 위한 구조도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101, 201, 301, 401: 안테나
102, 202, 204, 206, 302 402: 대역통과필터
106, 111, 119, 122, 306, 315, 409, 422: 저역통과필터
103, 203, 303, 403: 저잡음 증폭기
104, 109, 112, 114, 116, 117, 205, 208, 211, 304, 307, 313, 316, 404, 406, 414, 416, 418, 419: 주파수 변환기
105, 110, 207, 305, 314, 408, 421: 가변이득 증폭기
107, 209, 308, 310, 411: 위상 변위기
108, 125, 127, 210, 309, 311, 405, 412, 415: 발진기
113, 115, 413, 417: 스위칭 수단
118, 121, 124, 312, 407, 420: 가산기
120, 123, 410, 423: A/D 컨버터
본 발명은 기저대역 신호 뿐만 아니라 이미지 신호가 제거된 중간 주파수를 얻을 수 있도록 고주파 수신기를 구성한다. 이를 위해 본 발명은 주파수 변환기를 선택적으로 비활성화시켜 원하는 중간주파수를 얻을 수 있도록 하므로써 기저대역의 동상위상 및 직교위상 신호 뿐만 아니라, 이미지가 제거된 중간주파수도 얻을 수 있도록 한다.
그러면 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고주파 수신기를 설명하기 위한 구조도이다.
안테나(101)로 수신된 신호는 대역통과필터(102)를 거쳐 저잡음 증폭기(103)로 입력된다. 저잡음 증폭기(103)에 의해 크기가 증폭된 신호는 주파수 하향 믹서(104 및 109)에 의해 90°의 위상차를 갖는 중간주파수로 변환된다. 즉, 발진기(108)로부터 출력되는 주파수를 입력받는 위상변위기(107)의 출력 주파수와 상기 저잡음 증폭기(103)의 출력 주파수가 상기 주파수 하향 믹서(104 및 109)에서 변환되어 90°의 위상차를 갖는 동상위상 신호와 직각위상 신호가 출력된다.
상기 주파수 하향 믹서(104 및 109)의 출력신호는 각각 가변이득증폭기(105 및 110)를 통해 크기가 일정하게 증폭된 후 저역통과필터(106 및 111)로 입력된다.
이때, 스위칭 수단(113 및 115)이 단락된 경우 상기 저역통과필터(106)로부터 출력되는 동상위상 신호는 주파수 변환기(112 및 114)로 각각 입력되고, 상기저역통과필터(111)로부터 출력되는 직각위상 신호는 주파수 변환기(116 및 117)로 각각 입력되는데, 발진기(125)와 연결된 주파수 변환기(112)의 출력은 발진기(127)와 연결된 주파수 변환기(116)의 출력과 가산기(118)에서 합해진 후 저역통과필터(119)를 통해 A/D 컨버터(120)로 전달되고, 발진기(125)와 연결된 주파수 변환기(117)의 출력은 상기 발진기(127)와 연결된 주파수 변환기(114)의 출력과 가산기(121)에서 합해진 후 저역통과필터(122)를 통해 A/D 컨버터(123)로 전달된다. 이 때, 주파수 변환기(112 및 117)로 신호를 공급하는 발진기(125)로부터 출력되는 주파수와 주파수 변환기(114 및 116)에 신호를 공급하는 발진기(127)로부터 출력되는 주파수는 90°의 위상차를 가진다. 이는 상기 발진기(108) 및 위상변위기(107)와 같이 단일 발진기로부터 발생한 90°의 위상차를 갖는 신호로 대체하는 것도 가능하다.
한편, 상기 스위칭 수단(113 및 115)이 개방된 경우에는 상기 저역통과필터(106)로부터 출력되는 동상위상 신호가 주파수 변환기(112)를 거쳐 가산기(124)로 전달되고, 저역통과필터(111)로부터 출력되는 직각위상 신호는 주파수 변환기(117)를 거쳐 상기 가산기(124)로 전달된다. 따라서 상기 스위칭 수단(113 및 115)이 개방된 경우에는 상기 가산기(124)에 의해 합해진 중간주파수를 가지는 신호가 출력된다.
이 때, 원하는 수신대역에서의 신호 주파수를 F1이라 하고, 첫째단의 주파수 변환기(104 및 109)로부터 동상위상 성분과 직교위상 성분의 주파수를 얻기 위해 발진기(108)로부터 위상변위기(107)에 공급되는 주파수를 LOF1이라 하고, 둘째단의 주파수 변환기(112 및 117)에 동상의 국부발진 신호를 제공하는 발진기(125)와 주파수 변환기(114 및 116)에 직교위상의 국부발진 신호를 제공하는 발진기(127)의 출력 주파수를 LOF2라 하면 원하는 중간주파수(IF) = F1 - LOF1 - LOF2의 관계를 만족하여야 한다.
본 발명은 상기와 같이 고주파 수신기를 구성하고, 상기 스위칭 수단(113 및 115)을 제어하여 상기 주파수 변환기(114 및116)를 선택적으로 개방 즉, 비활성화시킨다. 따라서 비활성화되지 않은 주파수 변환기(112 및 117)로부터 출력되는 신호만 상기 가산기(124)에서 합해진다.
본 실시예에서는 상기 주파수 변환기(114 및116)를 선택적으로 비활성화시키기 위해 상기와 같이 스위칭 수단(113 및 115)을 사용하였으나, 별도의 스위칭 수단을 사용하지 않고 상기 주파수 변환기(114 및 116)에 동작전원이 공급되지 않도록 회로를 구성할 수도 있다.
또 다른 실시예로 본 발명의 고주파 수신기는 도 2에 도시된 헤테로다인 구조의 수신기의 주파수 혼합기와 이미지 제거 주파수 대신에 사용될 수 있다. 이 경우 발진기 주파수의 가변에 의해 다중 밴드 수신기로의 응용이 가능하다.
본 발명에서는 스위칭 수단(113 및 115)의 동작에 의해 일부의 주파수 변환기(114 및 116)가 선택적으로 비활성화되도록 하므로써 수신기 자체가 하나의 이미지 억제 주파수 변환기로 동작될 수 있도록 하였다. 따라서 집적화된 수신기가 하나의 이미지 제거 주파수 변환 장치로 사용될 수 있다.
종래의 광대역 중간주파수 수신기는 중간주파수의 출력을 얻을 수 없었다.그러나 본 발명의 수신기는 기저대역의 동상위상 신호와 직교위상 신호를 출력하며, 이미지 제거를 위한 주파수 변환기로 사용될 경우 이미지가 제거된 중간주파수를 출력한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 일부의 주파수 변환기를 선택적으로 비활성화시켜 기저대역의 동상성분과 직교성분 신호를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 이미지 제거를 위한 주파수 변환기로 사용될 경우 이미지가 제거된 중간주파수도 얻을 수 있도록 한다.
본 발명에 따르면 고주파 대역의 신호를 동상위상 신호와 직각위상 신호로 변환하는 과정에서 외부소자인 필터를 사용하지 않는다. 또한, 본 발명의 고주파 수신기를 이미지가 제거된 중간주파수를 출력하는 주파수 변환기로 사용할 경우 기존의 슈퍼헤테로다인 구조에 사용되는 주파수 변환기 역할을 대신할 수 있게 된다. 이 경우 저잡음 증폭기의 출력단에 본 발명의 수신기를 연결하면 이미지 제거용 필터를 사용하지 않아도 되므로 회로의 집적도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 안테나를 통해 수신된 신호를 증폭하기 위한 저잡음 증폭기와,
    상기 저잡음 증폭기로부터 출력되는 신호를 입력받고 중간주파수의 동상위상 신호와 직각위상 신호를 출력하는 제 1 주파수 믹서부와,
    상기 제 1 주파수 믹서부로부터 출력되는 신호를 각각 증폭시키기 위한 가변이득증폭기와,
    다수의 주파수 변환기로 이루어지며 상기 가변이득증폭기로부터 출력되는 신호를 각각 입력받고 기저대역의 동상위상 신호와 직각위상 신호를 출력하는 제 2 주파수 믹서부와,
    상기 제 2 주파수 믹서부의 주파수 변환기를 선택적으로 비활성화시키기 위한 다수의 스위칭 수단과,
    상기 제 2 주파수 믹서부의 활성화된 주파수 변환기로부터 출력되는 동상위상 신호와 직각위상 신호를 합하기 위한 가산기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고주파 수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 믹서부는 상기 저잡음증폭기의 출력과 90°의 위상차를 갖는 발진기의 출력 중 하나를 합하여 상기 동상위상 신호를 출력하는 제 1 주파수변환기와,
    상기 저잡음증폭기의 출력과 상기 발진기의 다른 출력을 합하여 상기 직각위상 신호를 출력하는 제 2 주파수 변환기로 이루어진 것을 특징으로 하는 고주파 수신기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변이득증폭기의 출력단자와 상기 제 2 주파수 믹서부의 입력단자 간에 저역통과필터가 각각 연결된 것을 특징으로 하는 고주파 수신기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 믹서부의 각 주파수 변환기에는 각각의 발진기 또는 하나의 발진기로부터 90°의 위상차를 갖는 소정 주파수의 신호가 공급되고, 상기 제 2 주파수 믹서부의 각 주파수 변환기에는 각각의 발진기 또는 하나의 발진기로부터 90°의 위상차를 갖는 소정 주파수의 신호가 공급되는 것을 특징으로 하는 고주파 수신기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 주파수 믹서부는 상기 가변이득증폭기로부터 출력되는 상기 동상위상 신호를 입력받는 제 1 주파수 변환기와,
    상기 가변이득증폭기로부터 출력되는 상기 동상위상 신호를 입력받으며, 상기 스위칭 수단에 의해 비활성화되는 제 2 주파수 변환기와,
    상기 가변이득증폭기로부터 출력되는 상기 직각위상 신호를 입력받는 제 3 주파수 변환기와,
    상기 가변이득증폭기로부터 출력되는 상기 직각위상 신호를 입력받으며, 상기 스위칭 수단에 의해 비활성화되는 제 4 주파수 변환기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고주파 수신기.
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