KR900001527B1 - Low noise block converter for satellite broadcasting - Google Patents

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Abstract

The converter for converting the high frequency received by parabolic antenna to the intermediate frequency uses a selfoscillating dual gate FET so that the self-oscillation frequency and the high frequency are mixed mutually. Also passive bias circuits (AB1-4) composed of PNP transistors are biasing each FET and mixer FET in a low noise amplifier (LNA) so that the total noise ratio of the receiver can be reduced.

Description

위성 방송용 저잡음 블럭 변환기Low Noise Block Converter for Satellite Broadcasting

제1도는 본 발명의 저잡음 블럭 변환기 블럭도.1 is a low noise block converter block diagram of the present invention.

제2도는 본 발명의 상세한 회로도.2 is a detailed circuit diagram of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 저잡음 증폭기(LNA) 20 : 대역통과 필터10: low noise amplifier (LNA) 20: bandpass filter

30 : 자기 발진 믹서 40 : 중간 주파수 증폭기30: self-oscillating mixer 40: intermediate frequency amplifier

50 : 정전압 및 부전압 발생기50: constant voltage and negative voltage generator

AB1-AB4: 피엔피 트랜지스터로 구성된 능동바이어스회로AB 1 -AB 4 : Active bias circuit composed of PNP transistor

본 발명은 위성 방송 수신시스템(TVRO) 옥외부에 설치되어 파라볼라 안테나를 통해 수신되는 고주파 신호를 중간주파수로 변환시키는 위성방송용 저잡음 블럭 변환기에 관한 것이다.The present invention relates to a low noise block converter for satellite broadcasting, which is installed in a TVRO outdoor unit and converts a high frequency signal received through a parabolic antenna into an intermediate frequency.

종래의 위성방송용 저잡음 블럭변환기는 저잡음 증폭기, 믹서, 국부발진기, 중간주파수 증폭기로 구성되어 있으며 파라볼라 안테나를 통해 수신된 고주파 신호가 저잡음 블럭 변환기를 통해 중간주파수로 변환될 때 그 구성에 나타난 바와 같이 발진기와 믹서가 따로 분리되어 있으므로 발진 신호를 외부로부터 수신하는 관계로 발진기 출력의 세기, 주파수 안정도, 발진기와 믹서와의 임피던스정합, 발진신호와 고주파 입력신호와의 분리도 등으로 수신기 전체의 잡음지수를 낮춰야 하는 저잡음 블럭 변환기의 기능을 저해하는 요인이 되는 결점이 있었다.Conventional low-noise block converter for satellite broadcasting is composed of low noise amplifier, mixer, local oscillator and intermediate frequency amplifier. When the high frequency signal received through the parabolic antenna is converted to the intermediate frequency through the low noise block converter, the oscillator is shown in its configuration. Since the mixer and the mixer are separated from each other, the noise figure of the entire receiver can be determined by the intensity of oscillator output, frequency stability, impedance matching between the oscillator and the mixer, and separation between the oscillation signal and the high frequency input signal. There was a drawback that undermined the function of the low-noise block converter that had to be lowered.

또한, 저잡음 블럭변환기를 파라볼라 안테나에 부착 사용하는 관계로 주변의 온도변화에 따라 회로에 영향을 미쳐 동작점 변화나 발진주파수 이동의 결점이 발생하였다.In addition, since the low noise block converter is attached to the parabolic antenna, the circuit is affected by the change of the ambient temperature, resulting in a change in operating point or shift in the oscillation frequency.

따라서, 본 발명에서는 위와 같은 문제점을 해결하기 위해, 듀얼게이트 전계효과 트랜지스터(F.E.T)를 사용하여서 외부의 발진기를 별도로 사용하지 않고 자체에서 발진하게 되는 관계로 자체발진주파수와 고주파신호가 결합 믹싱할 수 있도록 하고, 또한 PNP 트랜지스터를 사용하여 저잡음 증폭기 각단 FET와 믹서 FET에 능동 바이어스를 걸어줌으로써 수신기 전체 잡음 지수를 낮출 수 있는 저잡음 블럭 변환기를 제공하는데 그 목적이 있다. 이하 첨부도면을 통해 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Accordingly, in the present invention, in order to solve the above problems, the dual oscillation field effect transistor (FET) is used to combine the self-oscillation frequency and the high-frequency signal by mixing itself without using an external oscillator separately. It is also an object of the present invention to provide a low noise block converter that can lower the overall noise figure of the receiver by applying active bias to the FETs and mixer FETs at each stage of the low noise amplifier using a PNP transistor. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명의 저잡음 블럭 변환기의 블럭도이다.1 is a block diagram of a low noise block converter of the present invention.

파라볼라 안테나에서 수신된 고주파신호가 입력되는 저잡음 증폭기와 고주파신호만 통과하는 대역통과필터, 자기발진믹서, 중간주파수증폭기, 이에 온도변화 보상용 정전압 및 부전압 발생회로로 구성되는 저잡음 블럭변환기에 있어서, 저잡음 증폭기(10)는 저잡음 고이득 특성을 갖도록 3단으로 구성한 GaAs 전계효과 트랜지스터와 외부온도 변화에 따른 동작점 변화나 발진주파수 이동이 발생되지 않도록 하기 위해 설치한 PNP 트랜지스터로 구성되고, 대역통과 필터(20)는 중심주파수 3.95GHz, 대역폭 0.5GHz를 갖도록 하여 3.7-4.2GHz 신호만을 통과하도록 한 회로이며, 자기 발진 믹서는 대역통과 필터를 통하여 입력된 고주파신호와 자체에서 발진한 신호와 결합 그 차에 해당하는 중간주파수만 추출하는 회로이고, 저역통과 필터(32)는 0.95-1.45GHz의 중간주파수 신호만 통과하도록 한 회로이며, 중간주파수 증폭기(40)는 저역통과 필터를 통과한 중간주파수를 증폭하도록 한 회로이고, 정전압 및 부전압 발생회로(50)는 실내수신기에서 인가되는 직류전압으로 원하는 정전압 및 부전압을 발생시키는 회로이다.In a low noise block converter comprising a low noise amplifier to which a high frequency signal received from a parabola antenna is input, a band pass filter passing only a high frequency signal, a self-oscillating mixer, an intermediate frequency amplifier, and a constant voltage and negative voltage generation circuit for temperature change compensation, The low noise amplifier 10 is composed of a GaAs field effect transistor composed of three stages to have low noise and high gain characteristics, and a PNP transistor installed to prevent an operating point change or oscillation frequency shift due to external temperature change, and a bandpass filter. (20) is a circuit that has a center frequency of 3.95GHz and a bandwidth of 0.5GHz to pass only the 3.7-4.2GHz signal, and the self-oscillating mixer is combined with the high frequency signal input through the bandpass filter and the signal generated by itself. This circuit extracts only the intermediate frequency corresponding to the low pass filter, and the low pass filter 32 has an intermediate frequency of 0.95-1.45 GHz. It is a circuit for passing only a signal, the intermediate frequency amplifier 40 is a circuit for amplifying the intermediate frequency passed through the low pass filter, the constant voltage and negative voltage generation circuit 50 is a desired constant voltage as a DC voltage applied from the indoor receiver And a circuit for generating a negative voltage.

제2도는 본 발명의 상세한 회로도이다.2 is a detailed circuit diagram of the present invention.

제2도에서, 빗금친 부분(11-16,21,31-34)은 마이크로 스트립선로를 나타낸 것으로 유전율(εr)=2.5 두께(t)=0.8mm로 되어 있으며, 이와 같은 마이크로 스트립 선로로 된 분포상수 선로는 한쪽을 개방 또는 단락이며 다른쪽 구동점 이미턴스 형태로 이용하는 유한장선로인 스터브(stub)이다. 저잡음증폭기(10)는 6개의 스터브와 3단의 전계효과 트랜지스터(Q1-Q3), 3단의 PNP트랜지스터 능동바이어스회로(AB1-AB3)로 구성되고, 대역통과 필터(20)는 사이드 커플드(Side Coupled) 반파장필터로 구성되며, 자기발진믹서(30)는 듀얼게이트 전계효과 트랜지스터(Q7)와 유전체 공진기(31)로 구성되고, 저역통과필터(32)와 중간주파수증폭기(40), 전전압 및 부전압을 IC를 이용 발생하는 정전압 및 부전압 발생기로써 구성된다. 최초 3.7-4.2GHz 고주파신호가 안테나를 통해 저잡음 증폭기(10)에 인가되며 스터브(11)는 초음파 송수신 진동자(Probe)와 전계효과 트랜지스터(Q1)사이 임피던스를 정합하고 이를 통과한 고주파신호는 전계효과 트랜지스터(Q1)의 게이트단자에 입력된다. 이때, Q1의 바이어스는 잡음지수가 최소일때의 조건으로 하여야 한다. 이것은 저잡음증폭기의 특성을 나타내기 위한 조건이며 전계효과 트랜지스터(Q1)에 바이어스가 항상 일정하게 걸리도록 하여 특히 온도변화에 따른 동작점 변화나 발진주파수 이동을 막기 위한 목적으로 PNP 트랜지스터(Q4)를 설치한 능동바이어스회로(AB1)를 구성하였다. 이 능동바이어스회로(AB1)의 동작상태를 살펴보면, 전계효과 트랜지스터(Q1)의 드레인 단자에 연결되어서 드레인 전압을 PNP 트랜지스터(Q4) 베이스에 연결되어 있는 저항(R2)값의 크기에 따라 결정된다. 이것은 트랜지스터(Q4)의 도통상태가 변화하는 원리를 이용하여 드레인 전류를 결정하게 된다. 그외의 주변저항들은 드레인 전류가 유동하는 것을 방지하여 전계효과 트랜지스터(Q1)에 항상 일정한 능동 바이어스가 걸리도록 하였다. 이하 능동바이어스회로(AB2-AB4)도 같은 동작을 하여 온도변화에 따른 동작점변화나 발진주파수 이동을 막는다. 한편, 전계효과 트랜지스터(Q1) 드레인 단자를 통한 고주파신호는 스터브(12)에 인가되며 스터브(12)는 전계효과 트랜지스터(Q1)(Q2) 사이의 인터스데이지(interstage) 정합용이다. 이하 스터브(13,14,15)도 같은 인터스데이지 정합용이다. 이렇게 고주파신호는 전계효과 트랜지스터(Q2,Q3)를 통하는 동안 저잡음 특성을 갖게되고, 매칭 스터브(16)를 통하여 최대 출력을 내게되어 대역통과 필터(20)에 인가된다. 대역통과필터(20)는 중심주파수 3.95GHz, 대역폭 0.5GHz로 되었으며, 필터가 차지하는 면적을 줄이기 위해 꺽인 사이드커플드 반파장필터를 사용하였다. 이러한 대역통과 필터(20)를 통한 고주파신호는 3.7-4.2GHz가 되어 자기 발진믹서(30)의 듀얼게이트 전계효과 트랜지스터 게이트단자(G2)에 인가된다. 자기 발진믹서(30)는 스터브(33,34)가 상호 콘덕펀스로 인하여 자체유도 발진주파수를 결정하고 이를 유전체 공진기(31)에서 안정시켜 듀얼게이트 전계효과 트랜지스터(Q7) 게이트단자(G1)에 인가된다. 이때의 듀얼게이트 전계효과 트랜지스터(Q7)는 드레인에서 제1게이트로의 귀환용량을 극히 작게할 수가 있고, 초고주파 동작에 적합한 특성을 갖고 있으며, 게이트 1단자와 2단자에 각각 입력된 자체발진주파수와 고주파 입력주파수는 믹싱되어 드레인 출력단으로 나가게되고 저역통과 필터(32)에 인가된다. 저역통과필터(32)는 믹싱된 주파수를 중간주파수와 잡음 주파수를 분리하여 중간주파수 0.95-1.45GHz만 통과시키고 그외의 주파수는 제거한다. 이때, 저역통과필터(32)는 차단(cut off)특성이 우수한 엘립틱(Elliptic) 형태를 사용하였다. 이렇게 출력된 중간주파수는 트랜지스터(Q9)와 콘덴서로 구성된 중간주파수 증폭기(40)에서 증폭되어 출력한다. 정전압 및 부전압 발생회로(50)는 상기한 바와 같이 능동바이어스회로(AB1-AB4)가 전계효과 트랜지스터(Q1,Q2,Q3,Q7)드레인 출력단에 능동바이어스를 걸 수 있도록 하기 위한 회로이다. 이러한 정전압 및 부전압 발생회로(50)는 실내수신기를 통해 입력된 직류전압을 원하는 정전압 및 부전압으로 발생시키기 위해 정전압은 레규레이터(IC1)에서 얻고 부전압은 레규레이터(IC2)에서 얻을 수 있다.In FIG. 2, the hatched portions 11-16, 21, 31-34 represent microstrip lines with permittivity (εr) = 2.5 thickness (t) = 0.8 mm. The distribution constant line is a stub, a finite long line that uses one side to open or short and in the form of another driving point emittance. The low noise amplifier 10 comprises six stubs, three stages of field effect transistors (Q 1 -Q 3 ), and three stages of PNP transistor active bias circuits (AB 1 -AB 3 ), and the bandpass filter 20 Side coupled half wave filter, self-oscillating mixer 30 is composed of a dual gate field effect transistor (Q 7 ) and a dielectric resonator 31, a low pass filter 32 and an intermediate frequency amplifier 40, it consists of a constant voltage and a negative voltage generator for generating full voltage and negative voltage using the IC. The first 3.7-4.2 GHz high frequency signal is applied to the low noise amplifier 10 through the antenna, and the stub 11 matches the impedance between the ultrasonic transmitting and receiving oscillator (Probe) and the field effect transistor (Q 1 ) and the high frequency signal passed through the electric field is It is input to the gate terminal of the effect transistor Q 1 . At this time, the bias of Q 1 shall be a condition when the noise figure is minimum. This is a condition for showing the characteristics of the low noise amplifier and the PNP transistor (Q 4 ) in order to prevent the operating point change or oscillation frequency shift due to the temperature change, so that the bias is constantly applied to the field effect transistor (Q 1 ) at all times. An active bias circuit (AB 1 ) is installed. The size of the active bias circuit (AB 1) resistance of the Looking at the operational state, connected be connected to the drain terminal of a field effect transistor (Q 1) the drain voltage to the PNP transistor (Q 4) base (R 2) value Is determined accordingly. This determines the drain current using the principle that the conduction state of the transistor Q 4 changes. The other peripheral resistors prevent the drain current from flowing so that the field effect transistor Q 1 always has a constant active bias. Hereinafter, the active bias circuits (AB 2- AB 4 ) also perform the same operation to prevent the operating point change or oscillation frequency shift due to temperature change. On the other hand, the high frequency signal through the field effect transistor Q 1 drain terminal is applied to the stub 12 and the stub 12 is for interstage matching between the field effect transistors Q 1 and Q 2 . . The stubs 13, 14 and 15 are also used for the same intersage matching. In this way, the high frequency signal has a low noise characteristic through the field effect transistors Q 2 and Q 3 , and outputs the maximum output through the matching stub 16 and is applied to the band pass filter 20. The band pass filter 20 has a center frequency of 3.95 GHz and a bandwidth of 0.5 GHz, and uses a side-coupled half-wavelength filter to reduce the area occupied by the filter. The high frequency signal through the band pass filter 20 becomes 3.7-4.2 GHz and is applied to the dual gate field effect transistor gate terminal G 2 of the self oscillation mixer 30. In the self-oscillating mixer 30, the stubs 33 and 34 determine the self-inducing oscillation frequency due to mutual conductance, and stabilize it in the dielectric resonator 31 so that the dual gate field effect transistor Q 7 gate terminal G 1 Is applied to. At this time, the dual gate field effect transistor Q 7 can minimize the feedback capacitance from the drain to the first gate, has characteristics suitable for ultra-high frequency operation, and has its own oscillation frequency input to the gate 1 and 2 terminals, respectively. The high frequency and high frequency input frequencies are mixed to the drain output stage and applied to the low pass filter 32. The low pass filter 32 separates the intermediate frequency and the noise frequency from the mixed frequency and passes only the intermediate frequency 0.95-1.45 GHz, and removes other frequencies. In this case, the low pass filter 32 uses an elliptic shape having excellent cut off characteristics. The intermediate frequency thus output is amplified and output from the intermediate frequency amplifier 40 composed of a transistor Q 9 and a capacitor. As described above, the constant voltage and negative voltage generation circuits 50 allow the active bias circuits AB 1 to AB 4 to apply active bias to the field effect transistors Q 1, Q 2, Q 3 and Q 7 . It is a circuit for doing this. The constant voltage and negative voltage generation circuit 50 obtains the constant voltage from the regulator IC 1 and obtains the negative voltage from the regulator IC 2 to generate the DC voltage input through the indoor receiver to the desired constant voltage and negative voltage. Can be.

이와 같은 동작을 하는 본 발명에 의한 저잡음 블럭변환기는, 자기발진믹서(30)에서 듀얼게이트 전계효과 트랜지스터(Q7)를 사용하여 발진기를 별도로 외부에서 사용치 않고, 스터브(33,34)의 발진주파수와 입력고주파수를 믹싱, 중간주파수로 변환후 증폭시키므로 발진기가 분리된 종래의 저잡음 블럭변환기가 발진기의 출력의 세기, 주파수 안정도, 발진기와 믹서와의 임피던스 정합, 발진회로와 고주파입력신호와의 분리도등의 문제점이 있는 것을 해결함과 동시에 원가절감은 물론 축소형의 디자인이 가능해진다. 또한, 대역통과필터(20)에서 스터브(21)를 사이드 커플드 반파장필터를 사용함으로써 보다 더 저잡음 블럭 변환기를 축소 제작할 수 있게 되었다. 아울러 본 발명의 저잡음 블럭 변환기는 파라볼라 안테나에 연결 사용하는 것으로 외부 온도변화에 따른 동작점 변화나 발진주파수 이동을 방지하므로써 우수한 저잡음 블럭변환기를 제공하게 된다.The low-noise block converter according to the present invention, which operates as described above, uses the dual gate field effect transistor Q 7 in the self-oscillating mixer 30 to separately oscillate the stubs 33 and 34 without using an oscillator separately. The conventional low-noise block converter that separates the oscillator output strength, frequency stability, impedance matching between the oscillator and mixer, separation between the oscillator circuit and the high frequency input signal by mixing and amplifying the frequency and the input high frequency into an intermediate frequency. In addition to solving the problems, such as cost reduction, it is possible to reduce the size of the design. In addition, by using the side-coupled half-wavelength filter with the stub 21 in the bandpass filter 20, it is possible to further reduce the low-noise block converter. In addition, the low noise block converter of the present invention is connected to a parabolic antenna, thereby providing an excellent low noise block converter by preventing an operating point change or oscillation frequency shift caused by external temperature change.

이와 같은 저잡음 블럭 변환기는 TVRO 시스템에서 믹서와 중간주파수 증폭기를 합한 하향주파수변환기(Down Converter)로 독립적으로 사용할 수 있으며, 본 발명에 기초로 12GHz용 주파수변환기, 레이다의 전단부(Front End), 기타 마이크로파 수신시스템에 이용될 수 있다.Such low-noise block converter can be used independently as a down converter that combines a mixer and an intermediate frequency amplifier in a TVRO system. Based on the present invention, a 12 GHz frequency converter, a front end of a radar, and the like can be used. It can be used for microwave receiving system.

Claims (2)

파라볼라 안테나에서 수신된 고주파 신호를 입력, 저잡음 특성을 나타내도록 한 3단의 GaAs전계효과 트랜지스터(Q)와 3단의 능동바이어스회로 및 스터브로 구성된 저잡음 증폭기(10)와, 사이드 커플드형 반파장 필터를 사용하고 고주파를 통과시키는 대역통과필터(20)와, 유전체공진기(31), 스터브, 듀얼게이트 전계효과 트랜지스터, 능동바이어스회로로 구성되어 자체 발진신호를 발생하여 입력고주파와 믹싱하는 자기발진믹서(30)와, 상기 믹싱신호에서 중간주파수만 추출하는 저역통과필터(32)와, 중간주파수를 증폭시키는 중간주파수 증폭기(40)와, 상기한 능동바이어스회로에 정전압 및 부전압을 공급하는 정전압 및 부전압 발생회로(50)로 구성되어, 저잡음 특성을 나타내도록 한 것을 특징으로 하는 저잡음 블럭 변환기.Low-noise amplifier (10) consisting of three-stage GaAs field effect transistor (Q), three-stage active bias circuit and stub for inputting high-frequency signals received from parabolic antennas to exhibit low noise characteristics, and side-coupled half-wave filter A self-oscillating mixer that generates a self-oscillating signal and mixes it with an input high frequency by using a band pass filter 20 for transmitting high frequency and a dielectric resonator 31, a stub, a dual gate field effect transistor, and an active bias circuit. 30), a low pass filter 32 for extracting only the intermediate frequency from the mixing signal, an intermediate frequency amplifier 40 for amplifying the intermediate frequency, and a constant voltage and a negative voltage for supplying a constant voltage and a negative voltage to the active bias circuit. A low noise block converter comprising a voltage generating circuit (50) to exhibit low noise characteristics. 제1항에 있어서, 능동바이어스회로는 PNP 트랜지스터의 베이스단에 연결된 전압 분배 저항(R2)의 저항치에 따라 에미터에 연결된 GaAs 또는 듀얼게이트 전계효과 트랜지스터의 드레인 전압을 결정하도록 연결하여서, 일정 바이어스를 전계효과 트랜시스터에 인가되도록 하여 온도변화에 따른 동작점 변화 또는 발진 주파수 이동을 방지하는 것을 특징으로 하는 저잡음 블럭 변환기.2. The active bias circuit of claim 1, wherein the active bias circuit is connected to determine the drain voltage of the GaAs or the dual gate field effect transistor connected to the emitter according to the resistance of the voltage division resistor R 2 connected to the base terminal of the PNP transistor. The low noise block converter, characterized in that to apply to the field effect transceiver to prevent the operating point change or oscillation frequency shift according to the temperature change.
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