KR200308685Y1 - Low noise amplifier - Google Patents
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Abstract
본 고안은 무선 통신 시스템에서 요구되는 저잡음 증폭기에 관한 것으로, 입력 신호를 임피던스 매칭하는 입력 임피던스 매칭부와, 상기 입력 임피던스가 매칭된 신호를 증폭하는 증폭부와, 상기 증폭된 신호를 임피던스 매칭하여 출력하고 광대역에서 정재파비를 일정하게 하는 출력 임피던스 매칭부와, 상기 입력 임피던스 매칭부 임피던스가 변화되도록 외부 전원에 의해 커패시턴스가 변화되어 상기 증폭부가 다중 모드 밴드의 신호를 증폭할 수 있도록 하는 가변 용량 다이오드와, 상기 가변 용량 다이오드에 역바이어스 조절 전압을 인가하는 전압 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하여 저잡음 증폭기가 듀얼(dual) 주파수 밴드에서 동작하도록 하는 효과가 있다.The present invention relates to a low noise amplifier required in a wireless communication system, comprising: an input impedance matching unit for impedance matching an input signal, an amplifying unit for amplifying the signal matched with the input impedance, and outputting an impedance match for the amplified signal And an output impedance matching unit for keeping the standing wave ratio constant in a wide band, and a variable capacitance diode allowing the amplifying unit to amplify the signal of the multi-mode band by changing the capacitance by an external power source so that the input impedance matching unit impedance is changed. And a voltage adjusting unit configured to apply a reverse bias control voltage to the variable capacitance diode so that the low noise amplifier operates in a dual frequency band.
Description
본 고안은 무선 통신 시스템에서 요구되는 저잡음을 실현하는 저잡음 증폭기에 관한 것으로, 특히 듀얼 주파수 밴드 또는 듀얼 모드에서 동작하도록 성능을 개선한 저잡음 증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to a low noise amplifier for realizing the low noise required in a wireless communication system, and more particularly, to a low noise amplifier having improved performance to operate in a dual frequency band or a dual mode.
통신 시스템에서 사용되는 저잡음 증폭기는 발생하는 잡음이 적어지게 배려된 증폭기를 말하며, 잡음을 감소시키기 위해서는 진공관이나 트랜지스터 등 부품의 선택에 주의하여 설계한다.A low noise amplifier used in a communication system is an amplifier that is designed to reduce the noise generated. To reduce the noise, it is designed with careful selection of components such as a tube and a transistor.
특히 마이크로파용의 저잡음 증폭기로서는 에사끼 다이오드 증폭기, 파라메트릭 증폭기, 및 메이저 증폭기 등이 있다.In particular, low noise amplifiers for microwaves include Essaki diode amplifiers, parametric amplifiers, and major amplifiers.
종래의 통신 시스템에서 사용되는 저잡음 증폭기는 일반적으로 입력 임피던스 매칭부, 증폭부, 및 출력 임피던스 매칭부로 구성되어, 입력 임피던스 매칭부가 입력 신호의 임피던스 매칭을 하고, 증폭부가 잡음을 최소화하며 신호를 증폭하고, 출력 임피던스 매칭부가 증폭된 신호를 다음 단에 임피던스 매칭을 시켜 출력한다.The low noise amplifier used in the conventional communication system is generally composed of an input impedance matching part, an amplifier part, and an output impedance matching part, where the input impedance matching part performs impedance matching of the input signal, the amplifier part minimizes noise, amplifies the signal, In addition, the output impedance matching unit outputs the amplified signal to the next stage by impedance matching.
따라서 종래의 기술에 따른 저잡음 증폭기의 목적은 신호를 증폭하는 것 외에도 신호의 반사를 작게하고 증폭기 내부 및 외부에서 발생되는 잡음을 줄이는 데있다.Therefore, in addition to amplifying the signal, the purpose of the low noise amplifier according to the prior art is to reduce the reflection of the signal and to reduce the noise generated inside and outside the amplifier.
그러나 종래의 기술에 따른 저잡음 증폭기는 한 개의 주파수 대역에서만 동작하기 때문에 만일 통신 시스템에서 2개 이상의 주파수 대역에서 동작할 수 있는 통신용 저잡음 증폭기 장치가 요구된다면 상기 종래의 기술에 따른 저잡음 증폭기를 동작 주파수 대역 별로 필요한 수 만큼 통신 장치에 포함시켜야 하는 문제점이 발생한다.However, since the low noise amplifier according to the prior art operates only in one frequency band, if a communication low noise amplifier device capable of operating in two or more frequency bands is required in a communication system, the low noise amplifier according to the prior art operates in the frequency band. There is a problem that must be included in the communication device as many as necessary.
그러면 저잡음 증폭기의 수가 늘어난 만큼 통신 시스템 회로망이 복잡해지고 회로 소자가 더 많이 필요해져서 소형, 경량화 되어가는 현재의 전자 장치 설계 추세에 역행하게 된다.As the number of low-noise amplifiers increases, the communication system circuitry becomes more complex and more circuit elements are needed to counter current trends in the design of electronic devices that are becoming smaller and lighter.
특히, 종래의 저잡음 증폭기를 단일 집적회로(Monolithic Integrated Circuit)로 구형하고자 한다면 집적해야할 회로 소자가 많아지는 등 상기 문제점은 더욱 커진다.In particular, if the conventional low noise amplifier is to be spherical in a single integrated circuit (Monolithic Integrated Circuit), the problem is further increased, such as the number of circuit elements to be integrated.
본 고안의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저잡음 증폭기의 입력 임피던스를 변화하게 하는 회로 소자 및 전압 조절 수단을 구비하게 함으로써 듀얼 주파수 밴드 또는 듀얼 모드에서 동작이 가능한 저잡음 증폭기를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a low noise amplifier capable of operating in a dual frequency band or a dual mode by providing a circuit element and a voltage adjusting means for changing the input impedance of the low noise amplifier.
도 1은 본 고안에 의한 저잡음 증폭기의 블록도.1 is a block diagram of a low noise amplifier according to the present invention.
도 2는 본 고안에 의한 저잡음 증폭기의 구성을 나타내는 회로도.2 is a circuit diagram showing a configuration of a low noise amplifier according to the present invention.
도 3은 본 고안에 의한 저잡음 증폭기의 입력 임피던스 매칭을 나타내는 어드미턴스 스미스(Smith) 도표.3 is an admittance Smith diagram showing input impedance matching of a low noise amplifier according to the present invention;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10: 입력 임피던스 매칭부 11: 인덕터10: input impedance matching section 11: inductor
12: 가변 용량 다이오드 13: 커패시터12: variable capacitance diode 13: capacitor
20: 전압 조절 수단 30: 증폭부20: voltage control means 30: amplifier
40: 출력 임피던스 매칭부 41: 전계 효과 트랜지스터40: output impedance matching unit 41: field effect transistor
42: 소오스단 저항42: source resistance
상기 목적을 해결하기 위한 수단으로, 본 고안에 의한 저잡음 증폭기는 입력 신호를 임피던스 매칭하는 입력 임피던스 매칭부와, 상기 입력 임피던스가 매칭된 신호를 증폭하는 증폭부와, 상기 증폭된 신호를 임피던스 매칭하여 출력하고 광대역에서 정재파비를 일정하게 하는 출력 임피던스 매칭부와, 상기 입력 임피던스 매칭부 임피던스가 변화되도록 외부 전원에 의해 커패시턴스가 변화되어 상기 증폭부가 다중 모드 밴드의 신호를 증폭할 수 있도록 하는 가변 용량 다이오드와, 상기 가변 용량 다이오드에 역바이어스 조절 전압을 인가하는 전압 조절부를 포함한다.As a means for solving the above object, a low noise amplifier according to the present invention is an impedance impedance matching unit for impedance matching the input signal, an amplifier for amplifying the signal matched with the input impedance, and impedance matching the amplified signal An output impedance matching unit for outputting and keeping the standing wave ratio constant in a wide band, and a variable capacitance diode for allowing the amplifying unit to amplify a signal of a multi-mode band by changing the capacitance by an external power source to change the impedance of the input impedance matching unit. And a voltage controller configured to apply a reverse bias voltage to the variable capacitor diode.
상기 입력 임피던스 매칭부는 인덕턴스를 제공하고 입력 신호를 증폭부 입력단으로 전달하는 인덕터, 상기 증폭부 입력단 쪽으로 음극이 연결되고 접지 쪽으로 양극이 연결되어 역바이어스 조절 전압에 의해 입력 임피던스 매칭부의 커패시턴스를 변화시키는 가변 용량 다이오드, 및 상기 가변 용량 다이오드에 병렬로 연결되어 상기 가변 용량 다이오드와의 커피시턴스의 합이 일정 이상값을 갖도록 하는 커패시터를 포함할 수 있다.The input impedance matching unit provides an inductance and transmits an input signal to the amplifying unit input terminal, and a negative electrode is connected to the amplifying unit input terminal and a positive electrode is connected to the ground to change the capacitance of the input impedance matching unit by a reverse bias control voltage. A capacitive diode may include a capacitor and a capacitor connected in parallel with the variable capacitance diode to allow the sum of the coffee capacitances with the variable capacitance diode to have a predetermined value.
상기 출력 임피던스 매칭부는 공통 드레인 FET 증폭기로 구성되고, 상기 공통 드레인 FET 증폭기의 소신호 출력 저항과 소오스단 저항에 의해 결정되는 상기 출력 입피던스 매칭부의 출력 임피던스는 50Ω 인 것이 바람직하다.Preferably, the output impedance matching unit includes a common drain FET amplifier, and the output impedance of the output impedance matching unit determined by the small signal output resistance and the source stage resistance of the common drain FET amplifier is 50Ω.
이하, 본 고안에 의한 저잡음 증폭기의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of a low noise amplifier according to the present invention will be described in detail.
도 1은 본 고안에 의한 저잡음 증폭기의 블록도이고, 도 2는 본 고안에 의한 저잡음 증폭기의 구성을 나타내는 회로도이고, 도 3은 본 고안에 의한 저잡음 증폭기의 입력 임피던스 매칭을 나타내는 어드미턴스 스미스 도표이다.1 is a block diagram of a low noise amplifier according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a low noise amplifier according to the present invention, and FIG. 3 is an admittance smith diagram showing input impedance matching of the low noise amplifier according to the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 고안에 의한 저잡음 증폭기는 입력 신호를 임피던스 매칭하는 입력 임피던스 매칭부(10), 상기 입력 임피던스 매칭부(10)의 커패시턴스를 조절하기 위한 전압을 인가하는 전압 조절 수단(20), 입력 임피던스 매칭된 신호를 증폭하는 증폭부(30), 및 증폭된 신호를 임피던스 매칭하여 출력하고 광대역에서 정재파비를 일정하게 하는 출력 임피던스 매칭부(40)로 구성되어 있다.1 and 2, the low noise amplifier according to the present invention, the input impedance matching unit 10 for impedance matching the input signal, the voltage regulation for applying a voltage for adjusting the capacitance of the input impedance matching unit 10 Means 20, an amplifier 30 for amplifying the input impedance matched signal, and an output impedance matcher 40 for impedance-matching the amplified signal and outputting a constant standing wave ratio in a wide band.
상기 입력 임피던스 매칭부(10)는 저잡음 증폭기가 듀얼 주파수 밴드에서 동작하도록 상기 전압 조절 수단(20)에 의해 인가되는 역바이어스 조절 전압에 따라 커패시턴스가 변화되는 가변 용량 다이오드(12)를 포함한다.The input impedance matching unit 10 includes a variable capacitance diode 12 whose capacitance changes according to the reverse bias control voltage applied by the voltage adjusting means 20 so that the low noise amplifier operates in the dual frequency band.
이때 입력 임피던스 매칭부(10)의 인덕턴스와 커패시턴스는 저잡음 증폭기의 잡음 지수(NF; Noise Figure) 특성과 입력 정재파비(VSWR)에도 영향을 미친다.In this case, the inductance and capacitance of the input impedance matching unit 10 also affect the noise figure (NF) characteristics and the input standing wave ratio (VSWR) of the low noise amplifier.
상기 입력 임피더스 매칭부(10)는 신호를 증폭부(30)에 전달하는 인덕터(11), 상기 인덕터(11)를 거친 신호가 상기 증폭부(30) 입력단으로 들어가는 지점에서 접지(ground)로 분류(shunt)되고 저잡음 증폭기가 듀얼 주파수 밴드에서 동작하도록 상기 전압 조절 수단(20)에 의해 인가되는 역바이어스 조절 전압에 따라 커패시턴스가 변화되는 가변 용량 다이오드(12), 및 상기 가변 용량 다이오드(12)와 병렬로 연결된 커패시터(13)로 구성된다.The input impedance matching unit 10 is an inductor 11 which transmits a signal to the amplifier 30, and a signal passing through the inductor 11 enters the input terminal of the amplifier 30 to ground. A variable capacitance diode 12 whose capacitance is varied according to the reverse bias adjustment voltage applied by the voltage adjusting means 20 so that the shunted and low noise amplifier operates in a dual frequency band, and the variable capacitance diode 12 It consists of a capacitor 13 connected in parallel with.
상기 가변 용량 다이오드(12)의 극성은 음극이 증폭부(30)의 입력단 쪽으로 양극이 접지 쪽으로 연결되어 조절 전압 Vt에 의해 역바이어스 되도록 한다.The polarity of the variable capacitor diode 12 causes the negative electrode to be connected to the input terminal of the amplifying unit 30 to the ground to reverse bias by the control voltage V t .
상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 저잡음 증폭기의 동작은 다음과 같다.The operation of the low noise amplifier according to the present invention configured as described above is as follows.
입력 신호는 증폭부(30)의 입력단으로 연결된 인덕터(11)의 인덕턴스와, 인덕터(11)를 거쳐 증폭부(30)의 입력단으로 들어가는 지점에서 분류되고 서로 병렬로 연결된 가변 용량 다이오드(12) 및 커패시터(13)의 커패시턴스에 의해 임피던스 매칭된다.The input signal is classified at the inductance of the inductor 11 connected to the input terminal of the amplifier 30, the variable capacitance diode 12 connected in parallel with each other at a point of entry into the input terminal of the amplifier 30 via the inductor 11, and Impedance matching is made by the capacitance of the capacitor 13.
상기 가변 용량 다이오드(12)의 커패시턴스는 상기 전압 조절 수단(20)에 의해 인가되는 역바이어스 조절 전압 Vt에 의해 변화한다.The capacitance of the variable capacitance diode 12 is changed by the reverse bias adjustment voltage V t applied by the voltage adjusting means 20.
상기 인덕터(11)의 인덕턴스와 상기 커패시터(13)의 커패시턴스는 가변 용량 다이오드에 인가된 역바이어스 조절 전압이 Vt1일 때 주파수 대역 ft1에서 입력 임피던스 매칭된 값이다.The inductance of the inductor 11 and the capacitance of the capacitor 13 are input impedance matched values in the frequency band f t1 when the reverse bias adjustment voltage applied to the variable capacitor diode is V t1 .
도 3은 역바이어스 조절 전압이 Vt1일 때 주파수 대역 ft1이 Γ =0 인 지점에 모여있는 것을 보여주고, 또다른 주파수 대역 ft2는 Γ =0 인 지점에서 조금 떨에진 상태를 보여준다.FIG. 3 shows that the frequency band f t1 is gathered at a point where Γ = 0 when the reverse bias control voltage is V t1 , and another frequency band f t2 is slightly dropped at the point where Γ = 0.
Γ=0 이라는 것은 임피던스 매칭되어 신호의 반사가 없다는 것을 의미한다.Γ = 0 means that there is no reflection of the signal due to impedance matching.
주파수 대역 ft1과 ft2를 정규화된 컨덕턴스가 일정한 원 상에서 Γ=0 인 지점으로 움직여서 입력 임피던스 매칭을 시킬려면 역바이어스 조절 전압 Vt를 조절하여 가변 용량 다이오드(12)의 커패시턴스 값을 병경시키면 된다.If the frequency bands f t1 and f t2 are moved to the point where the normalized conductance is Γ = 0 on a constant circle to achieve input impedance matching, the capacitance value of the variable capacitance diode 12 may be reduced by adjusting the reverse bias adjustment voltage V t . .
즉, 상기 가변 용량 다이오드(12)는 주파수 동조기로 사용되는 것이다.That is, the variable capacitor diode 12 is used as a frequency tuner.
상기 방법으로 주파수 대역 ft2에 대해서도 역바이어스 조절 전압 Vt2를 인가하여 임피던스 매칭을 실현할 수 있다.In this manner, the impedance matching can be realized by applying the reverse bias control voltage V t2 to the frequency band f t2 .
따라서 듀얼 주파수 밴드 ft1및 ft2에서 입력 임피던스 매칭이 된다.Therefore, input impedance matching occurs in the dual frequency bands f t1 and f t2 .
즉, 저잡음 증폭기는 주파수 밴드 ft1에서 동작하는 제 1 모드, 주파수 밴드 ft2에서 동작하는 제 2 모드로 구성된 듀얼 주파수 밴드 또는 듀얼 모드에서 동작한다.That is, the low noise amplifier is operating in a second mode dual band or dual mode frequencies consisting of operating in a first mode, the frequency band f t2 operating in frequency band f t1.
여기서 언급하는 도 3의 스미스 도표는 입력측의 임피던스 매칭을 보여주는 도표이다.The Smith diagram of FIG. 3 mentioned here is a diagram showing impedance matching at the input side.
증폭부(30)는 입력 임피던스 매칭된 신호를 증폭한다.The amplifier 30 amplifies the input impedance matched signal.
그러나, 주파수 밴드 ft1, 및 ft2에 따라 출력 임피던스를 매칭하기는 곤란하다.However, it is difficult to match the output impedance according to the frequency bands f t1 and f t2 .
그 이유는 산란 파라미터(Scattering Parameter) S 와 ΓL(부하의 반사 계수)가 Γin(입력의 반사 계수) 에 영향을 미치기 때문이다.This is because the scattering parameters S and Γ L (load reflection coefficients) affect Γ in (reflection coefficient of the input).
이에 관한 공식은 하기의 수학식 1과 같다.The formula for this is as shown in Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
상기한 수학식 1에서 ΓL이 "0"에 근접해 있으면 S12, S21만이 Γin에 영향을 미치게 된다.In the above Equation 1, when Γ L is close to "0", only S 12 and S 21 affect Γ in .
상기 이유 때문에 출력 임피던스 매칭부(40)로서 공통 드레인(Common Drain)전계 효과 트랜지스터(FET)(Q)(41) 증폭기가 사용된다.For this reason, a common drain field effect transistor (FET) (Q) 41 amplifier is used as the output impedance matching section 40.
소신호 해석을 하면 전압 이득은 Av = 1 이고, 출력 임피던스 매칭부(40)의 출력 임피던스는 공통 드레인 FET(Q)(41) 증폭기의 출력 임피던스와 소오스단 저항(Rs)(42)이 병렬로 연결되는 데에 따라 공통 드레인 FET(Q)(41) 증폭기의 출력 임피던스가 소오스단 저항(Rs)(42)에 비해 현저히 크므로 소오스단 저항(Rs)(42)에 의해 지배적으로 정해진다.In the small signal analysis, the voltage gain is Av = 1, and the output impedance of the output impedance matching unit 40 is parallel to the output impedance of the common drain FET (Q) 41 amplifier and the source stage resistance (Rs) 42 in parallel. Depending on the connection, the output impedance of the common drain FET (Q) 41 amplifier is significantly larger than the source stage resistor (Rs) 42 and is dominantly determined by the source stage resistor (Rs) 42.
따라서 소오스단 저항(Rs)(42)을 50Ω 으로 하면 일반적으로 사용되는 50Ω 전송선로와 쉽게 출력 임피던스 매칭이 된다.Therefore, if the source stage resistance (Rs) 42 is set to 50 Ω, output impedance matching is easily achieved with a commonly used 50 Ω transmission line.
종래의 기술에 따른 저잡음 증폭기가 하나의 일정 주파수 대역에서만 동작하는 것과 달리 본 고안에 의한 저잡음 증폭기는 듀얼 주파수 대역 ft1및 ft2에서 동작하도록 되어 있어서, 듀얼 주파수 대역에서의 동작이 요구되는 통신 시스템에 사용되면 그 회로 구성이 간단해지는 효과가 있다.Unlike the low noise amplifier according to the related art, which operates only in one constant frequency band, the low noise amplifier according to the present invention is designed to operate in the dual frequency bands f t1 and f t2 , so that a communication system requiring operation in the dual frequency band is required. When used in, the circuit configuration is simplified.
또한, 회로 구성 소자들이 분리(Discrete)되기 보다는 MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) 화하기 쉬운 성질을 갖는 것들이기 때문에 IC 화하여 제조되면 수율 증가로 인한 생산성의 향상 및 동작 오차가 적은 소자들이 함께 제조되는 데 따른 동작의 정확성 향상 등의 효과를 가져온다.In addition, since the circuit components are easier to form MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) rather than discrete, they are manufactured together with ICs to improve productivity due to increased yield and devices with less operating error. This results in the improvement of the operation accuracy.
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