KR900007128B1 - 건다이오드 발진회로 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

건다이오드 발진회로
제1(a)도는 종래 공동공진기의 측면도,
제1(b)도는 종래 공동공진기의 정면도.
제3도는 제2도의 등가회로도.
제4도는 본 발명에 따른 건다이오드 발진기의 구조도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 제1마이크로 스트립선로 2 : 건다이오드
3 : 바이어스입력단 4 : 제2마이크로 스트립선로
5 : 제3마이크로 스트립선로 6 : 제4마이크로 스트립선로
7 : 입력선단 8 : 유전체공진기
9 : 출력선단 100 : 발진케이스
101 : 마이크로 스트립선로 102 : 조정판
본 발명은 건다이오드(GUN Diode) 발진기에 관한 것으로, 특히 마이크로 스트립선로와 유전체 공진기를 이용하는 Ku밴드 저잡음 변환기용 건다이오드 발진회로에 관한 것이다.
통상적연 위성통신용 수신장치 전단부인 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)에서 증폭된 신호는캐리어(Carrier) 주파수를 그대로 가지므로 원래의 신호를 재생하기 위해서는 주파수 변환을 하기위한 국부발진 주파쉬(Local Oscillator Frequency)가 필요로 하게된다.
현재 Ku-밴드의 국부발진 주파수는 10.75GHZ로서 초고주파용인 건-다이오드(GUNN-Diode)가 널리 사용되고 있다.
상기와 같은 국부발진 주파수를 발생하기 위한 종래의 회로는 제1도에 도시된 바와같이 도전율이 매우높은 중공도관의 도파관인 도체(10)와, 상기 도체(10)대의 공동(Cavity)에 양벽(30)(40)사이에 부착되어진건 다이오드(50)와, 상기 건다이오드(50)로 부터의 주파수를 조절하기 위한 튜닝스크류(60)가 상기 도체(10)의 상부측면에 설치되어 있다.
이때 제1(a)도는 측면도이고, 제1(b)도는 정면도이며, 공동(20)의 모드는 TE108의 모드이다.
상기와 같이된 구형도파관의 종단(개구부)을 단락하면 축방향의 길이마다 전자게(Electromagnetic field)가 영("0")으로 되는 면이 있게 된다. 따라서 상기 종단면을 단락하면 주지된 바와같은 6면체의 공동 공진기(Cavity resonator)가 될 수 있다는 것을 알수있다. 그러나 제1도와 같이 되어진 공동(20)내에 건다이오드(50) 부착하고 튜닝스크류(60)로 주파수를 조절하는 6면체 공동공진기의 경우에는 첫째로 부피가 커지는 문제 및 도파관의 열팽창 계수에 의한 열적 안정도가 적은 문제가 있고, 둘째로는 대량생산을 꾀하기가 대우 힘들다는 문제가 있어왔다.
따라서 본 발명의 목적은 마이크로 스트립선로의 입력단에 고주파 발진용 건다이오드를 부착하여 고주파를 발진시키고, 상기의 발진주파수를 유전체 공진기를 이용하여 안정화시킨 건다이오드 발진기를 제공함에있다.
이하 본 발명올 참조하여 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 전다이오드 발진기의 회로도를 나타낸 도면이다.
도면중의 참조번호 1,2,3,4,5는 마이크로 스트립선로로서, 통상적으로 형성되는 것과 같이 유전체기판의 전면과 후면에 구리를 입힌 에폭시 파이버 글라스를 기판으로 사용한다. 좀더 바람직하기론 유전률이 높은 테프론 기판의 양면에 크롬과 구리를 차례로 형성하고 상기 구리위에 금을 증착 또는 도금한 기판을 사용할 수도 있다. 이때 상기 기판 후면의 도체층은 접지로 사용되며 전면은 사진시각법을 사용하여 스트립선로 도체의 폭 W과 유전체기판의 두께 h와의 비로서 제1, 제3마이크로 스트립선로(1)(5)의 특성 임피던스가 50Ω이 되게 되도록 상기 제1, 제3마이크로 스트립선로(1)(5)의 폭(W3)과 (W2)을 넓게 하고, 제2, 제4마이크로 스트립선로(4)(6)가 높은 인턱턴스 값을 갖도록 선로의 폭 W1를 좁게 형성한다.
상기와 같은 방법으로 기판상에 형성되어진 주전송선로인 제1마이크로 스트립선로(1)와, 상기 제1마이크로 스트립선로(1)의 입력선단(7)에 하나의 전극이 부착되어짐과 동시에 방열부에 의한 또다른 전극이 후술하는 발진기케이스(100)에 접속되어 소정바이어스에 의하여 고주파 발진을 행하는 건다이오드(2)와, 마이크로 스트립 선로로 형성된 바이어스 입력단(3)과, 상기 바이어스 입력단(3)에 입력되는 바이어스를 상기 제1마이크로 스트립선로(1)에 입력시키기 위하여 형성된 제2, 제3, 제4마이크로 스트립선로(4)(5)(6)로구성된 직류 리턴회로와, 상기 제1마이크로 스트립선로(1)의 입력선단(7)에 부착된 전다이오드(2)의 중심점으로 부터 소정의 거리 I가 떨어진 선로상으로 부터 소정의 간격 d가 떨어져 위치되어 마이크로 스트립선로(1)와 결합하여 열적 안정을 꾀하는 10.7GHz의 유전체 공진기(8)로 구성한다.
제3도는 제2도의 등가회로도로서, 도면중 YD는 건다이오드(2)의 칩 어드미턴스로서 무손실 임피던스변환에 의한 변환에 의해 50Ω의 임피던스를 갖는 제1마이크로스트립선로(1)에 접속된다.
X11-X22는 변환 매개 변수로서 건다이오드(2)의 팩케지와 방열판을 히이트싱크(heat sink)에 삽입한구조에 달라지는 변수이고, 점선안의 회로 정수값은 유전체 공진기(8)의 등가적 회로이다.
제4도는 제2도의 회로가 발진기케이스(100)에 내장되어진 것을 보인 것으로, 101은 제2도의 바이어스입력단(3)을 포함하는 제1, 제2, 제3, 제4(1)(4)(5)(6)을 나타내며, 102는 발진주파수를 조절하는 조정판이다.
이하 본 발명에 따른 제2의 동작을 상술한 제3도 및 제4도를 참조하여 상세히 설명한다.
우선 제2도의 건다이오드(2)쪽에서 부하쪽을 본 부하임피던스를 Z라하고 이를 제3도의 등가회로로 부터 구하여 보면 하기와 같이 쓸수있다
Figure kpo00002
Figure kpo00003
따라서 건다이오드(2)쪽에서 바라본 부하 리액l던스를 Xl이라 하면 하기와 같이 되어진다.
Figure kpo00004
단
Figure kpo00005
이고, δ는유전체공진기의 정재파비이고,
Figure kpo00006
이다.
또한 발진조건을 건다이오드(2)의 리액던스 Xd와 부하리액던스 Xl이 Xd+X1=0이어야 함으로 발진주파수를 f라하면 f는 하기식과 같이되어 원하는 주파수를 얻을수 있게된다.
Figure kpo00007
상기 식(3)과 같이 발생되는 주파수 f는 제4도의 조정판(102)을 이용하여 공진기(8)의 정재파비 δ와 n을 조정하여 소망하는 주파수로 조절할수 있다.
지금 바이어스 입력단(3)와 건다이오드(2)의 방열부가 접속된 제4도의 발진기케이스(100)에 전극이 상반되는 소정레벨의 직류전원이 입력되면 상기 바이어스 입력단(3)에 입력되는 전원은 제2,제3,제4마이크로스트립선로(4)(5)(6)를 통해 제1마이크로 스트립선로(1)에 입력된다.
따라서 건다이오드(2)에는 제1마이크로 스트립선로(1)의 입력선단(7)을 통하는 바이어스에 의하여 10-20GHz의 고주파(Radio Frequency RF)를 발진하여 상기 제1마이크로 스트립선로(1)의 입력선단(7)에 입력시키게 된다. 이때 직류바이어스를 입력하는 제2,제4마이크로 스트립선로(4)(6)의 폭 W1이 높은 인덕턴스를 갖도록 좁게 형성되어 있어 바이어스입력단(3)으로 부터 제2마이크로 스트립선로(4)로 바라보는D점과 제3마이크로 스트립선로(5)로 부타 제4마이크로 스트립선로(6)로 바라보는 A점은 직류성분 신호와 저주파 대하여는 쇼트상태이다, 즉, 마이크로 스트립선로는 주지된 바와 같이 인덕턴스 성분을 가지고있고, 상기 마이크로 스트립 선로의 인덕턴스성분은 도체의 폭 W과 유전체 기판의 두께 h에 비로 결정된다. 따라서 제2,제4마이크로 스트립선로(4)(6)의 폭 W1을 좁게 하면 상기 제2,제4마이크로 스트립선로(4)(6)의 인덕턴스는 매우 큰값을 가지게 된다. 그러므로 바이어스 입력단(3)으로 입력되는 직류 바이어스(DC는 주파수가 "0")에 대해서 상기 제2,제4마이크로 스트립 선로(4)(6)은 쇼트상태가 되어 상기 바이어스 입력단(3)으로 공급되는 직류 바이어스는 제2,제3,제4,제1마이크로 스트립선로(4)(5)(6)(1)을 통해 건다이오드(2)에 공급된다. 이때 상기와 같이 직류 바이어스를 입력하는 건다이오드(2)는 전술한 바와같이 10-20GHz의 고주파(RF)를 발진하여 제1마이크로 스트립선로(1)로 출력한다.
상기 제1마이크로 스트립선로(1)로 공급되는 고주파(RF)신호는 제4마이크로 스트립선로(6)로는 입력되지 못하고 제1마이크로 스트립선로(1)의 출력선단(a)로만 출력되어 혼합기(Mixer, 도시하지 않음)의 국부발진주파수로 제공된다. 이때 상기 제1마이크로 스트립선로(1)의 고주파(RF)가 제4마이크로 스트립선로(6)는 입력되지 못하는 이유는 제4마이크로 스트립선로(6)의 폭 W1이 좁게 형성되어 인덕턴스가 크기 때문에 하기 식(4)에 의거하면, 제1마이크로 스트립선로(1)의 B점에서 제4마이크로 스트립선로(6)축으로 바라본 임피던스를 Zc라 하면 상기 Zc는 거의 무한대로 되기 때문이다.
Figure kpo00008
단 fLo는 건다이오드(2)에서 발진되어 제1마이크로 스트립선로(1)에 인가되는 주파수
LS는 제4마이크로 스트립선로(6)의 인덕턴스이다.
따라서 제1마이크로 스트립선로(1)의 B점에서 제4마이크로 스트립선로(6)측으로 바라본 임피던스는 고주파 성분에 대하여 무한대가 되어 제2,제3,제4마이크로 스트립선로(4)(5)(6)은 직류리턴(DC Retun)회로가 됨을 알수 있으며, 이로 인하여 제1마이크로 스트립선로(1)에 흐르는 고주파에 관계없이 건다이오드(2)에는 바이어스 입력단(3)으로 공급되는 일정한 레벨의 직류 바이어스가 공급된다.
따라서 건다이오드(2)에서 발진되는 고주파 발진주파수는 제1마이크로 스트립선로(1)의 입력선단(7)로부터 소정의 거리에 위치된 유전체공진기(8)와 상기 제1마이크로 스트립선로(1)와 결합되면서 상기 전술한 식(1)(2)에 의한 식(3)에 의거하는 국부발진주파수(Local Oscillator Frquency:LO)f를 제1마이크로스트립선로(1)의 출력선단(9)으로 출력한다.
그러므로 바이어스 입력단(3)에 직류전원이 공급되어지면, 제2도와 같이 되어진 회로에서 제1마이크로스트립선로(1)의 입력선단(7)의 중심으로 부터 유전체공진기(8)의 위치거리 1과, 제1마이크로 스트립선로(1)상의 간격 d와 제4도의 조정판(102)의 조절에 의한 매개변수 X(X11-X22)를 조절함으로써 소망하는 주파수를 얻을수 있다.
한편 상기와 같은 방법으로 소망하는 발진주파수를 얻는 과정에서 상기의 유전체공진기(8)는 높은 유전률을 갖고 제1마이크로 스트립선로(1)에 결합함으로써 음(-)의 유전상수를 가지게 되어 열적 안정을 도모하는 역활을 하게 된다.
상술한 바와같이 본 발명은 마이크로 스트립선로의 입력선단에 고주파 발진용 건다이오드를 바로 부착하고 상기 건다이오드 방열부를 발진기 케이스에 직접 삽입하여 마이크로 스트립 라인으로 구성된 직류 리턴회로 직류 바이어스를 공급함으로써 구성 및 부피가 최소화 되어지고 유전체 공진기를 이용함으로 열적안정을 향상시킬수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

  1. 초고주파를 발진하는 건다이오드 발진회로에 있어서, 유전체 기판상에 형성되는 초고주파 신호를 일방향으로 입력하여 출력함과 동시에 직류 바이어스를 유입하는 제1마이크로 스트립선로(1)와, 상기 제1마이크로 스트립선로(1)의 입력선단(7)에 부착되어 상기 제1마이크로 스트립선로(1)로 부터의 바이어스애 의해 초고주파 신호를 발진하여 상기 제1마이크로 스트립선로(1)의 입력선단(7)에 입력시키는 건다이오드(2)와, 마이크로 스트립선로로된 바이어스 입력단(3)과 접속되어 높은 인덕턴스를 갖도록 형성된 제2마이크로 스트립선로(4)와, 소정의 임피던스를 갖도록 형성되어 상기 제2마이크로 스트립선로(4)에 정속된 제3마이크로 스트립선로(5)와, 높은 인덕턴스를 갖도록 선로폭이 형성된 제4마이크로 스트립선로(6)가 상기 제1마이크로 스트립선로(1)와 제3마이크로 스트립선로(5)사이에 연결되어 상기 제2마이크로 스트립선로(4)로 입력되는 소정의 바이어스만을 상기 제1마이크로 스트립선로(1)에 공급되도록 하는 직류리턴회로와, 상기 제1마이크로 스트립선로(1)의 입력선단(7)으로 부터 소정의 거리 l에 이격되어 위치되고 상기 제1마이크로 스트립선로(1)상으로 부터 소정간격 d에 위치되어 음의 유전상수를 갖어 열적안정을 꾀하는 유전체공진기(8)로 구성됨을 특징으로 하는 건다이오드 발진회로.
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