KR900001528B1

KR900001528B1 - Mesfet를 사용한 마이크로파 믹서

Info

Publication number: KR900001528B1
Application number: KR1019870005219A
Authority: KR
Inventors: 강원철
Original assignee: 삼성전자 주식회사; 안시환
Priority date: 1987-05-26
Filing date: 1987-05-26
Publication date: 1990-03-12
Also published as: KR880014752A

Abstract

내용 없음.

Description

MESFET를 사용한 마이크로파 믹서

제1도는 위성방송 수신용 헤테로 다인 수신장치 구성도.

제2도는 본 발명의 상세한 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 고주파와 발진기 신호 전송부 20 : 임피던스 정합 및 신호 전송부

30 : 바이어스 필터부 40 : GaAs MES 전계효과 트랜지스터

50 : 개방 스터브 60 : 저역통과필터

70 : 임피던스 정합부

본 발명은 MESFET를 사용한 마이크로파 믹서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나를 통해 수신되는 고주파 신호를 고주파 증폭기 믹서, 국부 발진기, 중간 주파수 증폭기로 통해 영상 및 음성 신호를 수신할 수 있는 중간 주파수로 변환시키는 마이크로파 시스템 수신 장비로써 위성방송 수신 장비에서의 마이크로파 믹서에 관한 것이다. 종래에는 고주파 신호를 중간 주파수로 변환하는 과정에서 GaAs 쇼트키 장벽 다이오드의 비선형성을 이용한 믹서를 사용해 왔으며, 이 GaAs 쇼트기 장벽 다이오드 특성은 고주파 신호보다 큰 국부 발진기 신호를 인가받게 되면 다이오드의 상호 콘덕턴스에 의하여 주기적인 형태의 신호가 유도되고 이러한 신호와 고주파 신호가 다이오드의 상호 콘덕턴스의 시간적 변환에 의해 믹싱 작용이 발생하여 중간 주파수 및 잡음 주파수를 추출하게 되는 특징이다.(관련자료 : IEEE Transactions on MTT VOL MTT-15, NO.11, NOV.1967 Page 629-635)

이와 같은 GaAs 쇼트키 다이오드를 사용한 믹서는 인가된 고주파 신호가 다이오드의 상호 콘덕턴스 및 저항성분에 의하여 중간 주파수로의 변환에 따른 손실이 발생하는 문제점이 생긴다.

물론 믹서를 구성하는 정합회로, 단락회로 및 필터 등으로 인한 손실이 존재하지만 그보다 다이오드 특성에 따른 손실이 더욱 큰 문제가 되었으며, 이 손실을 중간 주파수 증폭기에서 보정해야 하는 단점이 있고, 또한 GaAs 쇼트키 다이오드를 사용한 믹서는 고주파 증폭기와 국부 발진기의 절연분리를 위해서 하이브리드(hybrid)형식을 사용하게 되는데 그 구성이 용이치 않을 뿐만 아니라 전체 시스템이 크게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 GaAs 쇼트키 장벽 다이오드를 사용함으로 생기는 변환손실의 문제점을 해결하기 위하여 GaAs 쇼트키 다이오드 대신 GaAs MES 전계효과 트랜지스터를 사용하였다.

이것은 GaAs 쇼트키 장벽 다이오드의 특성 즉, 다이오드의 상호 콘덱턴스로 인한 주기적 신호유도와 상호 콘덕턴스의 시간적 변화에 의한 믹싱작용은 금속-반도체 결합체인 GaAs MES 전계효과 트랜지스터의 게이트-소오스간의 특성과 일치함으로 대치가능하며, 더불어 GaAs MES 전계효과 트랜지스터는 증폭작용을 할 수 있음으로 중간 주파수 증폭기에서의 손실을 보정하는 단점을 해결할 수 있고, 믹서를 구성하는 토플로지(Topology)를 주파수 변환에 따른 회로(정합회로, 단락회로, 필터)의 설계변환이 용이하므로 시스템의 크기를 축소할 수 있는 믹서를 제공하는데 그 목적이 있다. 이하 첨부도면을 통하여 본 발명의 장점 및 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 위성방송 수신용 헤테로 다인 수신장치를 나타낸 것으로 고주파 증폭기와 국부발진기, 믹서, 중간주파수 증폭기로 구성되어 진다.

고주파 증폭기는 안테나로부터 인가된 고주파 미소 주파수를 증폭하여 믹서에 인가시키고, 고주파 신호를 인가받은 믹서는 국부 발진기에서 주파수를 인가받아 고주파 신호를 영상 및 음성 신호를 수신할 수 있는 중간 주파수로 변환시키며, 중간 주파수 증폭기는 믹서로부터 받은 중간 주파수를 증폭하여 출력한다.

제2도는 GaAs MES 전계효과 트랜지스터를 사용한 마이크로파 믹서의 구성상태를 나타낸 본 발명의 상세한 회로도이다.

여기서 빗금친 부분은 마이크로 스트립 선로를 나타낸 것이고 이 마이크로 스트립 선로로 이루어진 분포상수 선로의 한쪽을 개방 또는 단락하여 다른쪽 구동점 이미턴스 형태로 이용하는 유한장 선로는 스터브(stub)라 한다.

본 발명의 믹서는 마이크로 스트립 전송 선로인 고주파와 발진기 신호 전송부(10), 블럭 캐패시터(C₁), 임피던스 정합 및 신호 전송부(20), 바이어스 필터부(30), 쇼트키 장벽 특성을 갖는 GaAs MES 전계효과 트랜지스터(40), 고주파 신호 및 국부 발진기 신호, 이메지 신호를 단락시키는 개방스터부(50) 잡음 주파수를 제거하고 중간 주파수만 통과시키는 저역통과필터(60), 임피던스 정합을 유도하는 임피던스 정합부(70) 드레인에 직류전압을 인가할 때 고주파 신호가 전원으로 유입되는 것을 방지하는 인덕터(L₂)로 구성된 마이크로파 믹서이다.

본 발명의 마이크로파 믹서는 고주파 증폭기를 통한 고주파 신호와 국부 발진기에서 발진된 발진 신호를 특성 임피던스가 50Ω으로 구성된 마이크로 스트립 선로 즉, 고주파와 발진기 신호 전송부(10)로 인가받고 신호를 전송한다. 이때 캐패시터(C₁)는 GaAs MES 전계효과 트랜지스터의 게이트에 인가되는 직류전압이 고주파 증폭기 및 국부 발진기로 유입되는 것을 방지하며, 마이크로 스트립 전송 선로로 구성된 임피던스 정합 및 신호 전송부(20)는 고주파 및 국부 발진기 신호를 전송하고 GaAs MES 전계효과 트랜지스터와 고주파 증폭기 및 국부 발진기간의 임피던스를 정합하고, 이와 같은 과정을 통한 고주파 및 발진 신호는 GaAs MES 전계효과 트랜지스터(40)의 게이트에 인가되고 인가된 고주파 신호와 믹싱작용에 필요한 국부 발진기의 특성에 맞는 발진기 신호는 쇼트키 장벽 특성 즉, 인가받은 두 신호에서 고주파 신호보다 큰 국부 발진기 신호가 다이오드의 상호 콘덕턴스에 의하여 주기적인 형태의 신호를 유도하고 이러한 신호와 고주파 신호가 다이오드의 상호 콘덕턴스의 시간적 변화에 의하여 믹싱 작용이 발생하여 중간 주파수 및 잡음 주파수를 추출하는 특성과 같은 GaAs MES 전계효과 트랜지스터 게이트 소오스간의 상호 콘덕턴스로써 시간적 변화와 드레인 저항에 의하여 고주파 신호와 국부 발진기 신호의 믹싱 현상이 발생하며, GaAs MES 전계효과 트랜지스터(40)의 드레인측에 중간 주파수 및 고주파 신호, 국부 발진기 신호, 이메지 신호 및 잡음 주파수가 발생한다.

이러한 신호들은 직렬 마이크로 스트립 선로로 되어 λ/4 특성을 갖고 있는 즉, 직렬 마이크로 스트립 선로에서 바라본 임피던스가 ＂0＂Ω인 개방 스터브(50)에 전송되는 주파수가 높은 고주파 신호, 국부 발진기 신호, 이메지 신호들은 개방스터브(50)에 의해 단락되어 제거된다.

이때 GaAs MES FET(40)가 믹싱작용을 할 수 있도록 상호 콘덕턴스, 임피던스 정합 등을 고려하여 FET의 게이트, 드레인단에 직류 바이어스를 바이어스 필터부(30)와 임피던스 정합부(70)가 공급한다.

완전히 단락되지 않은 고주파 신호, 국부 발진기 신호, 이메지 신호, 잡음 주파수는 저역통과필터(60)에서 제거되고 믹서의 출력단에서는 영상 및 음성신호를 수신할 수 있는 중간 주파수가 출력되고 중간 주파수가 중간 주파수 증폭기로 인가될 때 손실을 막기 위해 임피던스 정합이 필요하게 되고 이러한 것은 믹서 출력단에 연결된 임피던스 정합부(70)가 하며, 임피던스 정합부(70)는 상기한 바와 같이 GaAs MES FET(40)가 믹싱작용을 할 수 있도록 직류 바이어스를 FET 드레인단에 인가하는 것과 믹서와 중간 주파수 증폭기간의 임피던스 정합을 유도하는 특징이 있으며, 그 구성은 가변 콘덴서(C₁), 콘덴서(C₂), 인덕터(L₁)로 되어 있다.

임피던스 정합부(70)에 연결된 인덕터(L₂)은 임피던스 정합부(70)을 통해 GaAs MES FET(40) 드레인에 직류전압을 인가할 때 고주파 신호가 전원으로 유입되는 것을 방지하도록 한 특징을 갖고 있는 인덕터이다.

이와 같은 동작을 하는 본 발명의 믹서는 믹싱작용과 증폭작용을 할 수 있는 GaAs MES FET(40)를 선정하고 고주파 증폭기와 국부 발진기의 임피던스 정합을 유도하는 직렬 마이크로 스트립 선로(20)를 구성한 후, 출력단에서 불필요한 신호(고주파 신호, 국부 발진기 신호, 이메지 신호, 잡음 주파수)를 λ/4 특성을 가진 개방 스터브(50)와 저역통과필터(60)으로 제거하고, 또한 믹서와 중간 주파수 증폭기 사이의 임피던스 정합을 위하여 임피던스 정합부(70)의 집중소자값을 결정하면 고주파 신호가 믹싱작용에 의하여 중간 주파수로 변환하고 GaAs MES FET의 증폭효과로 이득을 갖게 되어 중간 주파수 증폭기에서 이득을 보정해야 하는 단점을 보완하게 된 주파수 변환장치인 믹서로써 레이다 전단부, 위성방송 수신부, 마이크로 통신 시스템, 레이다 검출기 등에 쓰일 수 있다.

본 발명에서 위성방송 수신용 마이크로파 믹서의 구성중 GaAs 쇼트키 다이오드를 사용했을 때 다이오드의 저항성분 및 상호 콘덕턴스로 인한 변환손실 또는 그것을 중간 주파수 증폭기에서 전체 시스템 이득을 맞추기 위해 보정하여야 하는 것을 GaAs MES FET 하나로도 변환손실을 보정할 수 있으며 믹서의 새로운 구성 방법으로 고주파 신호에서 중간 주파수로 변환시킬 때 이득을 갖게 함에 따라 중간 주파수 증폭기에서 이득을 보정하는 단점을 보완하는 효과가 있으며, 또한 본 발명에서 믹서의 구성시 사용된 Topology는 사용 용도에 따른 주파수 변화에 따라 각 구성품(10-70)의 설계가 용이하도록 이루어져 있으므로 시스템의 변화를 즉각적으로 할 수 있는 효과가 있다.

Claims

안테나에서 유입된 고주파 신호를 고주파 증폭기로 증폭한 신호와 국부 발진기 신호를 전송하는 임피던스 50Ω으로 구성된 고주파와 발진기 신호 전송부(10)와, GaAs MES FET(40)의 게이트에 인가되는 직류전압이 고주파 증폭기 및 국부 발진기로 유입되는 것을 방지하는 블록 캐패시터(C₁)와, 고주파와 발진기 신호를 전송하고 GaAs MES FET(40)와 고주파 증폭기 및 국부 발진기간의 임피던스 정합을 위한 임피던스 정합 및 신호 전송부(20)와, 중간 주파수 단락을 유도하고 GaAs MES FET(40)의 게이트에 바이어스를 인가해 주는 마이크로 스트립으로 구성된 바이어스 필터부(30)와, 쇼트키 장벽 특성을 가진 GaAs MES FET(40)와 고주파 신호, 국부 발진기 신호, 이메지 신호의 단락을 유도하는 λ/4 특성을 갖는 개방 스터브(50)와, 개방 스터브로 단락시키지 못한 고주파 신호, 국부 발진기 신호, 이메지 신호 및 잡음 주파수를 제거하는 저역통과필터(60)와, 믹서와 중간 주파수 증폭기간의 임피던스 정합을 유도하는 집중소자(C₁,C₂,L₁)로 구성된 임피던스 정합부(70)와, GaAs MES FET 드레인에 직류전압을 인가할 때 고주파 신호가 전원으로 유입되는 것을 방지하는 인덕터(L₂)로 구성되어, 고주파 신호를 중간 주파수로 변환시키는 것을 특징으로 하는 MES FET를 사용한 마이크로파 믹서.