KR20060048274A - 주파수 변환 디바이스, 상기 디바이스를 교정하는 방법, 및그러한 디바이스를 포함하는 전자기 신호를 송신/수신하는시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 정해진 주파수를 갖는 국부 발진기(30)와, 변환될 신호를 수신하는 제 1 입력과 상기 국부 발진기로부터 발생하는 신호를 수신하는 제 2 입력의 2개의 입력과 하나의 출력을 갖는 제 1 믹서(31)를 포함하는, 주파수를 변환하는 디바이스에 관한 것이다.

본 발명의 주파수를 변환하는 디바이스는, 위상 이동된 국부 발진기로부터 발생하는 신호를 수신하는 제 1 입력과, dc 신호를 수신하는 제 2 입력의 2개의 입력과 하나의 출력을 갖는 제 2 믹서로서, 상기 dc 신호의 값은, 입력으로서 상기 제 1 및 제 2 믹서(들)로부터 발생하는 신호를 수신하고 출력으로서 전환된 신호(transposed signal)를 제공하는 가산기의 출력에 있는 잔류 스펙트럼 성분의 전력에 따라 좌우되는, 제 2 믹서를 포함한다.

본 발명은 특히 Ka 대역에서 동작하는 단말에 적용된다.

Description

주파수 변환 디바이스, 상기 디바이스를 교정하는 방법, 및 그러한 디바이스를 포함하는 전자기 신호를 송신/수신하는 시스템{DEVICE FOR CONVERTING FREQUENCIES, METHOD OF CALIBRATING THE SAID DEVICE AND SYSTEM FOR TRANSMITTING/RECEIVING ELECTROMAGNETIC SIGNALS COMPRISING SUCH A DEVICE}

도 1은 Ka 대역 송신기를 간략하게 개략적으로 도시하는 도면.

도 2는 도 1의 송신기에 사용되는 저조파 믹서(subharmonique mixer)를 매우 간략하게 개략적으로 도시하는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 주파수 변환 디바이스를 간략하게 개략적으로 도시하는 도면.

도 4 및 도 5는 도 4에서 보상 없이 그리고 도 5에서 본 발명에 따른 보상 디바이스를 가지고 Ka 대역에서 저조파 믹서의 출력에서의 스펙트럼의 프로파일을 도시하는 도면.

도 6은 마이크로제어기의 동작을 설명하는 흐름도.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30 : 국부 발진기 31, 33 : 믹서

34 : 위상 이동된 국부 발진기 35 : 가산기

38 : 전력 검출기 39 : 마이크로제어기

본 발명은, 주파수 변환 디바이스에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 약 10GHz 정도의 주파수 대역에서 동작하는 전자기 신호를 송신/수신하는 시스템에 사용가능한 타입의 디바이스에 관한 것이다.

본 발명은 또한 이 주파수 변환 디바이스를 교정하는 방법 및 이 주파수 변환 디바이스를 포함하는 송신/수신 시스템에 관한 것이다.

도 1에는, RF (무선 주파수) 송신기, 보다 구체적으로 Ka 대역 송신기(29 내지 30GHz)의 예시적인 간략한 종래의 구조가 도시되어 있다. 이 도 1에 도시된 바와 같이, 실내 유닛(IDU)의 출력에서 주파수 대역에 대응하는 950 내지 1450MHz 대역에 놓여있는 RF 신호는 가변 이득 증폭기(10)에 의해 증폭된다. 이 증폭기(10)에 의해 출력된 신호는, Ka 대역, 즉 29.5 내지 30GHz 사이에 놓여있는 대역으로 전환된다(transposed). 이 전환은 Ku 대역에서 동작하는 국부 발진기(12)와 저조파 믹서(subharmonique mixer)(11)에 의하여 수행된다. 이 믹서(11)의 출력은 증폭기(12)를 거쳐 입력으로서 필터링 요소(13)에 송신되며, 이 필터링 요소(13)의 주요한 제약은 2FOL에 있는 스펙트럼 성분을 제거하는 것이며, 여기서 FOL은 국부 발진기의 주파수이다. 2FOL의 값은, 예를 들어, 28.55GHz, 즉 Ka 대역 (29.5 내지 30GHz) 내 송신 대역의 값에 매우 근접한 값이다. 필터링 디바이스(13)로부터 발생하는 신호는 송신 안테나(16)에 도달하기 전에 제 2 증폭기(14)와 전력 증폭기(15) 에 송신된다. 이 매우 간단한 구조는 한번의 도약으로 직접적인 전환을 가능하게 한다. 그 주요 장점은, 이중 전환 구조(double transposition architecture)보다 더 저렴하다는 것이다. 구체적으로, 회로가 차지하는 영역과 성분의 수가 저감된다. 그럼에도 불구하고, 이 기술은 국제 표준을 억지로 만족시키기 위해 송신 대역의 필터링에 대한 제약을 상당히 증가시킨다.

전술된 바와 같이, 2FOL 성분을 제거하기 위해, 여러 가지 필터링 디바이스가 사용될 수 있다.

특히, K 또는 Ka 대역에서, 선택적인 필터링을 허용하는, 도파로 필터, 보다 구체적으로, 얇은 층/알루미나 기술로 구현되는 필터를 사용하는 것이 특히 가능하다. 그러나, 이 기술은 고가이며 저가의 유기 기판 위에 SMC(surface mounted component)와 양립되지 않는다.

도 1을 참조하여 설명된 바와 같은 전환 체인(transposition chain)은 저조파 믹서를 포함한다. 도 2에 도식적으로 도시된 바와 같이, 이런 타입의 시스템에서 일상적으로 사용되는 저조파 믹서는 하나의 동일한 패키지(23) 내에 반평행하게 배열된 2개의 쇼트키 다이오드(Schottky diode)(20, 21)를 포함한다. 따라서, 알려져 있는 방식으로, 2개의 다이오드(20, 21)가 동일하다면, 이들 다이오드를 흐르는 전류(I1, I2)의 dc 성분은 제로(0)이며, RF 출력 상의 주파수(2FOL) 성분은 존재하지 않는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 다이오드(20, 21)를 포함하는 패키지(23)는 회로(25)를 통해 접지에 연결되며 국부 발진기(LO)의 주파수와 매칭하는 임피던스 매칭 회로와 필터의 네트워크를 포함하는 회로(24)를 통해 국부 발진기(LO) 에 연결된다. 회로(24, 25)의 출력은 공통 점(P1)에서 패키지(23)의 입력에 연결된다. 대칭적으로, 패키지(23)의 다른 입력/출력 점에는, 임피던스 매칭 회로와 필터의 네트워크를 포함하는 회로(26)를 통해 RF 신호가 연결되며, 임피던스 매칭 회로와 필터의 네트워크를 포함하는 회로(27)를 통해 IF 신호가 연결된다. 실제로, 도 2의 것의 타입의 믹서에서는, 반평행하게 배열된 쇼트키 다이오드는 결코 완전히 쌍(paired)으로 되지 않는다. 따라서, 이것은 RF 출력에서 주파수(2OL)의 성분을 야기하는 불균형으로 인해 루프 내에 dc 전류의 전류 성분을 초래한다.

따라서 본 발명은 dc 전류의 잔류 성분이 최소 값에서 유지되는 주파수 변환 디바이스에 관한 것이다.

그래서, 본 발명은, 정해진 주파수를 갖는 국부 발진기와, 변환될 신호를 수신하는 제 1 입력과 상기 국부 발진기로부터 발생하는 신호를 수신하는 제 2 입력의 2개의 입력과 하나의 출력을 갖는 제 1 믹서를 포함하는, 주파수를 변환하는 디바이스에 있어서, 위상 이동된 국부 발진기로부터 발생하는 신호를 수신하는 제 1 입력과, dc 신호를 수신하는 제 2 입력의 2개의 입력과 하나의 출력을 갖는 제 2 믹서를 포함하며, 상기 dc 신호의 값은, 입력으로서 상기 제 1 및 제 2 믹서로부터 발생하는 신호를 수신하고 출력으로 전환된 신호(transposed signal)를 제공하는 가산기의 출력에 있는 잔류 스펙트럼 성분의 전력에 따라 좌우되는 것을 특징으로 하는, 주파수 변환 디바이스에 관한 것이다.

사실, 본 발명의 디바이스에 사용되는 제 2 믹서는 가산기의 출력에 연결된 전력 검출기로부터 발생하는 dc 전압에 의해 제어된다. 이렇게 얻어진 dc 전압은 합산기의 출력에 원치않는 잔류 스펙트럼 성분의 전력을 나타낸다. 본 발명에 따라 이 dc 전압은 전술된 디바이스에 의해 최소화되어야 한다.

특정 실시예에 따라, 전력 검출기의 출력은 제 2 믹서에 입력으로 인가될 dc 신호의 값을 결정할 수 있게 하는 처리 수단으로 송신된다. 바람직하게는, 이 처리 수단은 마이크로제어기로 구성된다. 그러므로, 전력 검출기로부터 발생하는 dc 전압은, 아날로그/디지털 변환기를 사용하여 디지털화되며, 제 2 믹서에 인가될 전압의 변동 방향과 전압 값을 결정하기 위해 마이크로제어기에서 처리되며, 이렇게 얻어진 신호는 제 2 믹서를 제어하기 위하여 부호 정정과 레벨 매칭을 통해 또는 이 부호 정정과 레벨 매칭 없이 디지털/아날로그 변환기에 의해 아날로그로 재변환된다. 바람직하게는, 이 아날로그/디지털 변환기와 디지털/아날로그 변환기는 이 마이크로제어기 내에 통합된다.

본 발명의 다른 특성에 따라, 변환될 RF 신호는 제 1 믹서에 인가되기 전에 가변 이득 증폭기에 의해 증폭되며, 이 증폭기의 이득은 마이크로제어기로부터 발생하는 신호에 의해 제어된다.

본 발명은, 또한 전술된 디바이스를 교정하는 방법으로서,

- 전력 투입시, 최소 이득으로 동작하기 위해 상기 가변 이득 증폭기의 이득을 조정하는 단계와,

- 2OL에서의 성분의 전력을 전력 검출기의 출력에서 측정하는 단계와,

- 상기 제 2 믹서의 입력에 인가될 dc 전압 값을 결정하기 위해 상기 검출기 에 의해 전달될 전압을 처리하는 단계와,

- 이후, 주파수 2OL에서의 성분이 출력에서 최소화될 때 상기 가변 이득 증폭기의 이득을 그 공칭 값으로 설정하는 단계

를 포함하는, 주파수 변환 디바이스를 교정하는 방법에 관한 것이다.

검출기의 출력에서의 전압의 처리는 이 전압의 디지털화 후 수렴 알고리즘(convergence algorithm)을 구현하는 마이크로제어기에서 수행된다. 이 마이크로제어기는 합산기의 출력에서 원치 않는 스펙트럼 성분을 최소화하기 위해 제어 전압의 변동 방향(양 또는 음)을 결정한다.

본 발명은, 송신/수신 시스템을 위한 실외 유닛, 보다 상세하게는, 전술된 바와 같은 주파수 변환 디바이스를 포함하는 Ka 대역에서 송신하는 단말기에 관한 것이다.

본 발명의 다른 특성과 잇점은, 첨부된 도면을 참조하여 제공된, 본 발명에 따른 주파수 변환 디바이스의 선호되는 실시예에 대한 상세한 설명을 읽음으로써 명백하게 될 것이다.

도 3에는 본 발명에 따른 주파수 변환 디바이스의 주요 요소들이 도시되어 있다. 이 디바이스는 Ka 대역에서 송신하며 간단한 전환(transposition)을 수행하는 RF 구조 내에 통합된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 주파수 변환 디바이스는, 본질적으로, Ku 대역, 즉 약 14.25GHz의 주파수(OL)에서 동작하는 국부 발진기(30)를 포함한다. 이 국부 발진기(30)로부터의 출력 신호는 제 1 저조파 믹서(subharmonique mixer)(31)의 입력에 송신된다. 이 믹서(31)는 다른 입력에서 전환될 신호를 수신한다. 이 신호는 L 대역 내 중간 주파수에 있는 신호를 그 입력에서 수신하는 가변 이득 증폭기(32)의 출력에서 얻어진다.

본 발명에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 주파수 변환 디바이스는, 제 1 믹서(31)와 바람직하게는 동일한 제 2 믹서(33)를 포함한다. 이 제 2 믹서(33)는 그 입력들 중 하나에서 위상 이동기(phase shifter)(34)에 의해 90°만큼 위상 이동된 국부 발진기로부터 발생하는 신호를 수신한다. 이 믹서(33)의 다른 입력은, dc 신호, 보다 상세하게는, 이후 더 상술되는 바와 같이, 디바이스의 출력에 원치않는 잔류 스펙트럼 성분의 전력을 나타내는 값을 갖는 신호를 수신한다. 이 믹서(31, 33)의 출력은 가산기(35)에 송신되며, 이 가산기(35)는 Ka 대역으로 전환된 신호를 출력하며, 이 Ka 대역으로 전환된 신호는 중간 증폭기(36)에 종래 방식으로 송신된다.

더우기, 본 발명에 따라, 가산기(35)에 의해 출력된 신호는 증폭기(37)를 거쳐 전력 검출기(38)에 연결되며, 이 전력 검출기(38)는 가산기의 출력에 원치않는 잔류 스펙트럼 성분의 전력을 나타내는 dc 전압을 출력한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이 dc 전압은 도시된 실시예에서 마이크로제어기(39)의 일부인 디지털/아날로그 변환기로 송신된다. 이 아날로그/디지털 변환기(ADC)는 dc 전압을 디지털화한다. 이 마이크로제어기에서, 이 dc 전압의 변동 방향은, 디바이스가 수렴할 수 있도록, 수렴 알고리즘을 사용하여 연산된다. 도 6에 도시된 흐름도는 이 디바이스의 동작 모드를 예시한다. 전력 검출기의 출력에서 측정된 전압이 프로그래밍된 임계 전압(V임계값)보다 더 작을 때, 증폭기(32)의 이득은 그 공칭 이득으로 설정되며 이 송신기는 동작하게 된다.

사실, 제 2 믹서에 인가될 전압의 변동 방향은 믹서를 구성하는 다이오드들의 특성에 따라 좌우되며 맨 처음에는 미지 상태이다. 연산 후에 얻어진 신호는, 믹서(33)의 제 2 입력에 원하는 dc 전압을 인가할 수 있도록, 도시된 실시예에서 이 마이크로제어기와 통합된 디지털/아날로그 변환기(DAC1)로 송신된다. 더우기, 도 3에 도시된 바와 같이, 이 마이크로제어기는, 이 디바이스를 교정하는 방법 동안 그리고 동작 모드 동안, 증폭기(32)의 이득을 제어하기 위해, 제 2 디지털/아날로그 변환기(DAC2)를 통해 제어 전압을 송신한다.

따라서, 본 발명에 따른 디바이스의 교정이 이후 설명된다.

전력 투입시, 국부 발진기(30)의 주파수가 Ku 대역에서 프로그래밍되어 있는 상태에서, L 대역에서 동작하는 증폭기(32)는, 믹서(31)의 입력에서 IF 성분을 최대한 감쇠시키기 위해 최소 이득으로 동작하도록, 마이크로제어기(39)에 의해 먼저 제어된다.

주파수(2OL) 성분을 나타내는 신호는 가산기(35)의 출력에서 얻어진다. 본 발명에 따라, 2OL 성분의 전력이 검출기(38)에 의해 검출되며, 이 검출기(38)는 이 전력의 함수로서 dc 전압을 마이크로제어기(39)에 공급한다. 마이크로제어기(39)의 입력에서, 검출기에 의해 전달된 dc 전압은 수치 값으로 변환되며, 이후 출력 전압을 얻기 위해 마이크로제어기에서 처리되며, 이 출력 전압은, 제 1 디지털/아날로 그 변환기(DAC1)에 의해 아날로그로 변환된 후, 믹서(33)의 제 2 IF 입력을 제어한다.

제어 동작의 방향은 믹서에서 구현되는 다이오드들의 특성에 따라 좌우되며 가변적이다. 이 변동 방향은 가산기의 출력에서의 잔류 성분의 최소 전력에 대응하는 루프의 수렴을 체크함으로써 마이크로제어기에 의해 연산된다.

주파수(2OL) 성분이 출력에서 최소로 될 때, 주파수 변환 디바이스는 동작 모드에 있으며 증폭기(32)의 이득은 마이크로제어기(39)에 의해 그 공칭 값으로 설정된다.

본 발명에 따른 주파수 변환 다바이스에 의해 얻어진 결과를 보이기 위해, 보상 없이 그리고 보상이 있는 Ka 대역 내 저조파 믹서(2)의 출력에서의 스펙트럼 프로파일이 도 4 및 도 5에 도시되어 있다. 보상의 주요 조건은 다음과 같다:

1 입력 파라미터 :

중간 주파수 FI = 1.5GHz

IF 신호의 입력 전력 : -8㏈m

OL 입력 전력 : +6㏈m

국부 발진기 주파수 : FOL = 13.5GHz (2FOL에서 가상 OL = 27GHz)

2 출력 성능 :

28.5GHz에서 유용한 신호의 전력 : -15㏈m

출력에서 측정된 2OL에서의 잔류 성분 전력 = -40㏈m.

따라서, 주파수(2OL)에서의 라인은 도 4에서 볼 수 있다. 본 발명에 따라 주 파수 변환 디바이스를 구현하는 모형(mock-up)의 출력에서 실제 측정의 결과를 도시하는 도 5를 조사하면, 이 경우에 주파수(2OL), 즉 27GHz 성분의 여분의 감쇠가 30㏈보다 더 크다. 이 경우에, 2OL 성분을 제거하는 측면에서의 성능은 전력과 IF 주파수에 대해 독립적이다. 이 디바이스는, 디바이스의 성능이 IF 주파수에 대해 독립적이므로, 매우 낮은 중간 주파수와 함께 동작할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 주파수 변환 디바이스는, 특히 Ka 대역에서의 필터링 코스트를 상당히 저감할 수 있게 하는 여러 잇점을 나타낸다. 매우 저렴한 마이크로스트립 기술에 기반한 간단한 여분의 필터링이 전개될 수도 있다. 나아가, 그 동작 흔적이 저감되며 이 증폭 체인의 진폭 방향의 선형성 제약이 상당히 적어질 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명은 주파수 변환 디바이스에서 dc 전류의 잔류 성분이 최소 값에서 유지되는 등의 효과를 제공한다.

Claims (9)

1. 정해진 주파수를 갖는 국부 발진기(30)와, 변환될 신호를 수신하는 제 1 입력과 상기 국부 발진기로부터 발생하는 신호를 수신하는 제 2 입력의 2개의 입력과 하나의 출력을 갖는 제 1 믹서(31)를 포함하는, 주파수를 변환하는 디바이스에 있어서,

   위상 이동된 국부 발진기(34)로부터 발생하는 신호를 수신하는 제 1 입력과, dc 신호를 수신하는 제 2 입력의 2개의 입력과 하나의 출력을 갖는 제 2 믹서(33)를 포함하며, 상기 dc 신호의 값은, 입력으로서 상기 제 1 및 제 2 믹서(들)로부터 발생하는 신호를 수신하고 출력으로 전환된 신호(transposed signal)를 제공하는 가산기(35)의 출력에 있는 잔류 스펙트럼 성분의 전력에 따라 좌우되는 것을 특징으로 하는, 주파수 변환 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가산기(35)의 출력에 있는 잔류 스펙트럼 성분의 전력에 따라 좌우되는 dc 전압을 출력하기 위해 상기 가산기(35)의 출력에 연결된 전력 검출기(38)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 주파수 변환 디바이스.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 전력 검출기(38)의 출력은 입력으로서 상기 제 2 믹서에 인가될 dc 신호의 값을 결정할 수 있는 처리 수단(39)에 송신되는 것을 특징으로 하는, 주파수 변환 디바이스.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 처리 수단(39)은 아날로그/디지털(ADC) 변환기와 디지털/아날로그(DAC1, DAC2) 변환기가 통합된 마이크로제어기인 것을 특징으로 하는, 주파수 변환 디바이스.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 처리 수단은 상기 검출기로부터 발생하는 전압 값의 함수로서 상기 제 2 믹서에 인가될 전압 값을 결정하는 수렴 알고리즘을 구현하는 것을 특징으로 하는, 주파수 변환 디바이스.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변환될 신호는, 상기 제 1 믹서(31)에 인가되기 전에 가변 이득 증폭기(32)에 의해 증폭되며, 상기 증폭기의 이득은 상기 마이크로제어기로부터 발생하는 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는, 주파수 변환 디바이스.
7. 제 6 항에 기재되어 있는 주파수 변환 디바이스를 교정하는 방법에 있어서,

   - 전력 투입시, 최소 이득으로 동작하기 위해 상기 가변 이득 증폭기(32)의 이득을 조정하는 단계와,

   - 2OL에서의 성분의 전력을 전력 검출기(38)의 출력에서 측정하는 단계와,

   - 상기 제 2 믹서(33)의 입력에 인가될 dc 전압 값을 결정하기 위해 상기 검출기에 의해 전달될 전압을 처리하는 단계와,

   - 이후, 주파수 2OL에서의 성분이 출력에서 최소화될 때 상기 가변 이득 증폭기의 이득을 그 공칭 값으로 설정하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는, 주파수 변환 디바이스를 교정하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 검출기의 출력에서의 전압의 처리는 상기 전압을 디지털화 한 후 수렴 알고리즘을 구현하는 마이크로제어기(39)에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 주파수 변환 디바이스를 교정하는 방법.
9. 중간 RF 주파수를 기가헤르쯔(GHz) 정도의 송신될 주파수로 한번의 도약으로 전환을 수행하는 실외 유닛을 포함하는 송신/수신 시스템에 있어서,

   청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 주파수를 변환하는 디바이스를 포함하는, 송신/수신 시스템.

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