KR900006177B1

KR900006177B1 - 마이크로 스트립 결합선로 대역통과 필터를 이용한 다이오드 혼합기

Info

Publication number: KR900006177B1
Application number: KR1019870013813A
Authority: KR
Inventors: 강원철
Original assignee: 삼성전자 주식회사; 안시환
Priority date: 1987-12-04
Filing date: 1987-12-04
Publication date: 1990-08-24
Also published as: KR890011139A

Abstract

내용 없음.

Description

마이크로 스트립 결합선로 대역통과 필터를 이용한 다이오드 혼합기

제1도는 일반적인 혼합기의 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 혼합기의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 고주파 신호입력 200 : 국부발진신호 입력

300 : 제1대역통과 필터 400 : 제2대역통과 필터

500 : 임피던스 정합부 600 : 바이어스부

700 : 다이오드 800 : 이메지 신호제거부

900 : 중간주파 필터부

본 발명은 마이크로파(Micro wave)을 소망하는 주파수로 얻기 위한 주파수 변환장치인 혼합기에 관한 것으로, 특히 마이크로 스트립 결합선로의 대역통과 필터를 사용하며 초고주파 신호(Radio Frequency : RF)와 국부발진신호(Local Oscillator : LO) 상호간의 분리 (Isolatio)을 정확히 하고 혼합용 다이오드 입력 임피던스(Impedance)을 정합을 용이하게 할 수 있는 회로에 관한 것이다.

일반적인 위성방송 수신 시스템에서는 수신되는 위성방송 수신신호로부터 소망하는 중간주파수(Intermediate Frequency : IF)를 얻기 위해서는 제1도에 도시된 바와 같이 밀리미터파인 초구주파(RF)를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭기(LNA)와, 소망하는 차 주파수를 얻기위한 국부발진주파수(Local Oscillatin Frequency)(LO)을 발진하는 국부발진기(LOSC)와, 상기 저잡음 증폭기(LNA)의 출력인 초고주파(RF)와 국부발진기(LOSC)의 출력인 국부발진주파수(LO)을 믹싱하여 차 주파수인 중간주파수(IF)를 출력하는 믹서(M)와, 상기 믹서(M)의 출력을 증폭하는 중간주파 증폭기(IFAMP)으로 된 주파수 변환기가 필수적으로 있어야 한다.

종래의 주파수 변환기 즉 상기와 같은 목적을 이루기 위한 혼합기는 초고주파(RF)신호와 국부발진주파수(LO)신호의 유입을 90° 또는 180° 하이브리드(Hybrid)의 위상변화기를 사용하여 상기 하이브리드의 하나의 입력단자로 입력되는 국부발진주파수(LO)신호는 믹서용 다이오드의 적절한 비직선성을 유지도록 하고 또다른 단자로 입력되는 초고주파(RF)신호는 상기 국부발진주파수(LO)신호와 합쳐서 하모닉(Harmonic)을 만들어준다.

또한 상기 90° 또는 180°의 하이브리드는 국부발진주파수(LO)신호가 초고주파(RF)신호원으로 유입되는 것을 방지할뿐 아니라 초고주파(RF)신호가 국부발진주파수(LO)신호원으로 유입되는 것을 상호방지하여 상기 국부발진주파수(LO)와 초고주파(RF)상호간 분리(Isolation)을 유지한다.

상기와 같이 90° 또는 180°하이브리드는 혼합기에 입력되는 초고주파(RF)와 국부발진주파수(LO)신호 상호간의 분리(Isolation)을 유지하나 상기의 하이브리드는 기판상의 형태 구조가 고정되어 있어 구성 변형이 용이치 못하였다. 이로인해 기판상에 제작시 시스템의 대형화를 초래하는 문제가 있었고 초고주파(RF)신호원과 믹서용의 다이오드와의 임피던스 정합이 용이하지 않는 결점이 있어 왔다.

따라서 본 발명의 목적은 유전체 기판상에서 설계 제작이 용이한 마이크로 스트립 결합선로의 대역통과 필터로서 초고주파(RF)신호와 국부발진주파수(LO)신호의 상호간 아이솔레이션을 유지하는 동시에 임피던스 정합용 마이크로 스트립 선로를 상기 대역통과 필터에 접속하여 믹서용 다이오드의 임피던스 정합을 용이하게한 회로를 제공함에 있다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 제2도는 본 발명에 따른 회로도로서, 초고주파 신호 입력단자(이 "RF신호"입력단자함)(100)으로부터의 신호를 입력하는 제1마이크로 스트립 선로(1)와 제1마이크로 스트립 선로(1)의 방향과 동일 횡축방향으로 소정의 거리(S0)(S1)(S2)(S3)를 각각 유지함과 동시에 이격 형성되어 각각이 소정의 코일(L)과 캐패시터(C)의 성분을 갖고 초고주파신호(이하 RF신호라함)의 대역신호만을 필터링 출력하는 제2,제3,제4,제5마이크로 스트립 선로(2-5)로 구성된 제1대역통과 필터(300)와, 국부발진주파수 신호입력단자(이하 LO신호 입력단자함)(200)으로부터의 신호를 입력하는 제6마이크로 스트립 선로(6)와 상기 제6마이크로 스트립 선로(6)의 동일 횡축방향으로 소정의 거리(Sa)(Sb)를 유지하며 이격 형성되어 각각이 코일(L)과 캐패시터(C)의 성분을 갖고 국부발진주파수신호(이하 LO신호라함)의 대역 신호만을 필터링 출력하는 제7, 제8마이크로 스트립 선로(7-8)로 구성된 제2대역통과 필터(400)와, 상기 제1-제2대역통과 필터(300)(400)의 필터링 신호와 믹서용 다이오드(600)와의 입력 임피던스 정합을 행하는 캐패시터 성분의 스터브(stub)(10)가 선로의 중앙에 부착된 제9마이크로 스티립 선로(11)로 구성된 임피던스 정합부(500)와, 바이어스(bias)을 입력하는 제10마이크로 스트립 선로(13)와 상기 제10마이크로 스트립 선로(13)에 접속되어 교류성분의 신호를 바이패스하는 칩 캐패시터(12)와 상기 제10마이크로 스트립 선로(13)의 신호원을 소정 제한하는 전류제한 저항(14)과 상기 저항(14)의 리본을 붙이기 용이하게 함과 동시에 상기 임피던스 정합부(500)이 제9마이크로 스트립 선로(11)의 고주파 신호 성분이 전원으로 유입되는 것을 방지하기 위한 제11,제12마이크로 스트립 선로(15)(16) 및 개방스터브(17)로 구성된 바이어스부(600)와, 상기 임피던스 정합부(500)로부터 출력되는 RF신호와 LO신호와 바이어스부(600)에 의한 직류 바이어스 신호을 애노드(Anode)로 입력하여 비선형의 전류-전압 특성을 유도하여 RF신호와 LO신호의 차 및 합이 주파수인 중간주파수(IF)를 발생하는 갈륨비소 다이오드(GaAs Schottky Diode)(700)와, 일측이 이메지 신호 성분에 대하여 단락 형성되어 상기 다이오드(700)로부터 출력되는 중간주파수신호(IF)의 이메지(Image)신호를 제거 출력하는 이메지 신호제거부(800)와, 캐패시터 성분의 개방스터브(18)(19)와 인던덕스 성분의 마이크로 스트립 라인(20)(21)로 구성되어 상기 다이오드(700)을 접지시킴과 동시에 다이오드(700)의 출력인 중간주파수(IF)의 초크 동작을 행하여 불필요한 고주파를 제거하고 이를 출력하는, 출력 스트립 선로(22)을 가지는 중간주파 저역 통과필터(900)로 구성되며, 미설명 참조번호 1000은 중간주파수(IF) 출력단이다.

이때 상기의 구성중 다이오드(700), 저항(14), 캐패시터(12)는 마이크로파용의 칩이고, 그 이외의 마이크로 스트립 선로들은 유전율이 양호한 유전체 기판상에서 형성되어진 선로들이다.

이하 본 발명의 제2도의 동작예를 상세히 설명한다.

지금 단자(100)(200)으로 각각 마이크로파 성분의 RF신호와 소정의 주파수를 갖는 LO신호가 각각 입력되면 상기 밀리미터파인 RF신호는 제1,제2,제3,제4,제5마이크로 스트립 선로(15)와 같이 소정의 폭(W0-W2)과 소정의 이격거리(S0-S3)로써 평행 결합되어 코일(L)과 캐패시터(C)성분을 갖는 병렬결합밴드패스필터(Parallel-Coupled band-pass Filter)(300)에 의해 대역필터링되어 RF신호의 성분중 대역신호 성분만이 통과되어 임피던스 정합부(500)인 제9마이크로 스트립 선로(11)의 일단에 입력된다.

또한 LO신호는 제6,제7,제8마이크로 스트립 선로(6)(7)(8)와 같이 소정의 폭(wa)와 소정의 이격거리(Sa-Sb)로써 평행 결합되어 코일(L)과 캐패시터(C)성분을 갖는 제2대역통과 필터(400)에 의해 대역필터링 되어 대역신호만이 통과되어 상기 제9마이크로 스트립 선로(11)의 또다른 입력 일단에 입력된다.

상기 제1,제2대역통과 필터(300)(400)에서 각각 결합되어진 마이크로 스트립 선로들은 모두 코일(L)과 용량(C)성분의 임피던스를 가지고 있고, 마이크로 스트립 선로와 선로간의 이격거리(S)와 선로의 폭(W)에 따라 등가적 용량성분을 갖게되어 진다. 따라서, 상기 제1,제2대역통과 필터(300)(400)내에 이격형성된 마이크로 스트립 선로의 객수에 따라 통과대역의 주파수가 달라지게 됨으로써 회로 정수를 설계하여 각각의 대역 신호만을 필터링 출력함을 알 수 있고, 제1,제2대역통과 필터(300)(400) 각각의 삽입 손실을 거의 "0" dB에 가깝다.

상기 제1,제2대역통과 필터(300)(400) 동작에 의해 RF신호와 LO신호의 대역의 신호만을 입력하는 제9마이크로 스트립 선로(11)는 상기 제9마이크로 스트립회로(11)의 중앙에 설치된 개방스터브(10)에 의해 제1대역통과 필터(300)와 제2대역통과 필터(400)에서 대역통과 필터링 출력되는 RF신호와 LO신호 임피던스를 믹싱용 다이오드(700)의 입력임피던스 값으로 변환하여 출력한다.

이때 상기 개방스터브(11)는 캐패시던스는 값을 가지며, 제9마이크로 스트립 선로(11)는 리액던스 값을 가지게 되어 제1,제2대역통과 필터(300)(400)의 출력을 상기 제9마이크로 스트립 선로(11)의 리액던스 값과 개방스터브(10)의 캐패시던스 값의 LC임피던스 정합의 리액던스 값으로 믹싱용 다이오드(700)의 입력임피던스를 정합한다. 도한 제9마이크로 스트립 선로(11)은 제10마이크로 스트립 선로(13)의 스터브에 접속된 캐패시터(12)와 상기 제10마이크로 스트립 선로(13)신호원의 전류를 제한하는 저항(14)과 상기 저항(14)의 신호을 유입하는 제11마이크로 스트립 선로(15)의 스터브와 상기 제1마이크로 스트립 선로(15)의 신호를 지역필터링하는 제12마이크로 스트립 선로(16)의 개방스터브(17)에 의한 직류 바이어스와 함께 유입된 LO신호을 갈륨 비소로된 믹싱용 다이오드(700)에 에노드(Anode)에 입력시키어 비선형의 전압-전류 특성을 유도하게 된다.

이때 임피던스 정합부(100)의 제9마이크로 스트립 선로(11)는 전술한 바와 같이 믹싱용 다이오드(700)와의 입피던스 정합을 얻기 위해 소정길이 l1를 가지는 개방스터브(10)에 의해 임피던스가 정합되어진 RF신호를 믹싱용 다이오드(700)에 입력시킨다.

따라서, 믹싱용 다이오드(700)는 비선형의 전류-전압 특성으로 인하여 상기 믹싱용 다이오드(700)내에서 RF신호와 LO신호의 차 주파수 및 합 주파수가 발생되어 중간주파수(IF)가 마이크로 스트립 선로(20)로 입력된다.

상기와 같이 다이오드(700)의 비선형 전류-전압 특성의 작용으로 출력되어지는 중간주파수(IF)의 이메지 신호 성분은 이메지 신호 성분에 대하여 소정의 길이 12를 갖고 단락된 이메지 신호 제거부(800)에 의해 제거되어 진다.

이때 상기 이메지 신호제어부(800)는 제1대역통과 필터(300)에서 제거되지 못한 이메지(Image) 주파수 성분을 없애도록 이메지 주파수 성분에 대하여 입력 임피던스가 거의 "0"이 되도록 믹싱용 다이오드(700)의 캐소드로부터 소정의 길이 l2로 구성된 것이다.

상기의 이메지 신호제거부(800)의 동작에 의해 이메지 신호가 제거되어진 중간주파수(IF)신호는 마이크로 스트립 라인(20)에 접속되어진 캐패시터 성분의 개방스터브(18)(19)와 상기 다이오드(700)의 캐소드을 접지함과 동시에 중간주파수(IF)의 쵸크작용을 하는 코일성분(L)의 마이크로 스트립 선로(21)의 작용에 의해 로우패스 필터링 되어진다.

그러므로 다이오드(700)에서 출력되어지는 중간주파수(IF)의 이메지 신호는 이메지 신호 제거부(800)의 동작에 의해서 제거되고, 불필요한 고주파 신호는 중간주파수 로우패스필터(900)에 의해 제거됨으로써 출력 마이크로 스트립 선로(22)로부터는 소망하는 중간주파수(IF)의 신호 성분만이 출력되어 단자(1000)을 통해 증폭단으로 입력됨을 알 수 있다.

이때 전술한 임피던스 정합부(500)는 고주파신호(RF)가 중간주파수(IF)의 신호로 변화되는 과정에서 최소한의 손실을 갖도록 하기 위해서 다이오드(700)의 임피던스 및 도시하지 않은 국부발진기와 저주파 증폭기의 임피던스가 고려 설계되어야함을 유의하여야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 마이크로 스트립 결합선로의 대역통과 필터를 사용함으로써 광대역에서의 고주파신호와 국부발진신호의 아이솔레이션을 만족시킬 수 있고, 회로의 설계를 유전체 기판상의 도체를 시각형성함으로써 시스템을 소형화할 수 있는 잇점이 있다.

Claims

마이크로 스트립 결합선로 대역통과 필터를 이용한 다이오드 혼합기에 있어서, 순방향 바이어스 밀리미터파인 고주파 신호(RF)와 소정의 국부발진신호(LO)를 각각 입력하여 비선형의 전류-전압 특성으로 상기 두 신호 성분의 차와 합의 주파수를 출력하는 믹싱용 다이오드(700)와, 초고주파신호(RF)를 입력하는 제1마이크로 스트립 선로(1)와 제1마이크로 스트립 선로(1)의 방향과 동일 횡축방향으로 소정의 거리 (S0)(S1)(S2)(S3)를 각각 유지하며 이격 형성되어 소정의 코일(L)과 캐패시터(C)의 성분을 갖고 초고주파신호(RF)의 대역신호만을 필터링 출력하는 제2,제3,제4,제5 마이크로 스트립 선로(2-5)로 구성된 제1대역통과 필터(300)와, 국부발진주파수신호(LO)를 입력하는 제6마이크로 스트립 선로(6)와 상기 제6마이크로스트립 선로(6)의 동일 횡축방향으로 소정의 거리 (Sa)(Sb)를 유지하며 이격 형성되어 코일(L)과 캐패시터(C)의 성분을 자고 국부발진주파수신호(LO)의 대역 신호만을 대역필터링 출력하는 제7,제8마이크로 스트립 선로(7-8)로 구성된 제2대역통과 필터(400)와, 캐패시턴스 성분을 가지는 개방스터브(10)를 중앙에 가지고 상기 제1,제2대역통과 필터(300)(400)의 제5,제8마이크로 스트립 선로(5)(8)사이에 접속된 제9마이크로 스트립라인(11)으로 구성되어 상기 제1-제2대역통과 필터(300)(400)의 출력신호의 임피던스를 상기 개발 스터브(10)의 캐패시턴스와 제9마이크로 스트립 선로(11)의 리액던스 성분에 의해 상기 다이오드(700) 입력 임피던스로 정합하여 마이크로 스트립 선로의 임피던스 정합부(500)와, 상기 임피던스 정합부(500)에 접속되어 소정 바이어스(bias)신호만을 상기 임피던스 정합부(500)를 통해 상기 다이오드(700)의 애노드에 입력시키는 동시에 고주파 쵸크 동작을 행하는 바이어부(600)와, 상기 초고주파(RF)의 이메지 주파수 성분에 대하여 거의 "0"의 입력 임피던스를 가지는 길이 l2로 설정되어 상기 다이오드(700)의 캐소드 단자에 접속되어 있으며 상기 다이오드(700)으로부터 출력되는 중간주파수(IF)이 이메지 신호를 제거출력하는 마이크로 스트립 선로의 이메지 제거부(800)와, 상기 다이오드(700)의 캐소드에 순방향의 바이어스를 공급하는 동시에 상기 다이오드(700)을부터 출력되는 중간주파수 신호(IF)를 저역 필터링 출력하는 마이크로 스트립 선로의 중간주파 필터부(900)로 구성됨을 특징으로 하는 회로.