KR920003859B1 - 온도 안정화 rf 검출기 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

온도 안정화 RF 검출기
제 1 도는 본 발명에 따른 RF 검출기 회로의 개략도.
제 2 도는 제 1 도의 더 상세한 회로를 도시한 개략도.
제 3 도는 종래 기술의 RF 검출기 회로의 개략도.
제 4 도는 다양한 동작 온도에서 다이오드의 이상적 I-V 특성을 도시한 그래프.
제 5 도는 다양한 동작 온도에서 다이오드의 실제 I-V 특성을 도시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 검출 다이오드 2 : 보상 다이오드
3 : 입력 단자 6 : 가산기
7, 11 : 쵸크 코일 21 : 감산기
23 : RF 스톱핑 회로 24, 25 : 연산 증폭기
26 : 필터
본 발명은 반도체 다이오드를 사용하는 RF(고주파) 검출기, 특히 온도 안정화 RF 검출기에 관한 것이다.
RF 검출기에서는 RF 입력의 넓은 동적 범위에 걸쳐 선형 검출특성을 얻기 위해서 검출 다이오드를 통해 흐르는 DC 바이어스 전류를 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, 다이오드의 순방향 전압이 동작온도에 따라 변하기 때문에, 이러한 RF 검출기는 검출된 출력 전압이 온도에 따라 변한다는 단점을 갖는다. 이 영향은 RF 입력이 작은 경우에 특히 현저하다. 작은 RF 입력에 대한 향상된 온도 특성을 갖고 있는 RF 검출기는 예를들어 1982년 5월 23-26일, 제32차 IEEE Vehicular Technology Conference Record, 231-242페이지에 알.제이.터너(R.J.Turner)가 기고한 'A Temperature Stabilized RF Detector with Extended Dynamic Range"란 제하의 논문에 기술되어 있다. 이 RF 검출기의 상세한 설명은 후술한다. 기본적으로, 터너의 검출기는 온도 주위 환경이 동일하도록 온도 안정화 다이오드를 검출 다이오드에 접속시킴으로써, 온도 변화로 인한 검출된 출력 전압의 변화를 제거한다. 그 결과, 온도 변화로 인한 검출 다이오드내의 DC 바이어스 변화가 보상될 수 있다. 그러나, 검출 전류가 RF 신호가 인가되는 검출 다이오드만을 통해 흐르기 때문에, 검출 다이오드와 온도 안정화 다이오드를 통해 흐르는 전류는 서로 상이하게 된다. 그러므로, 양 다이오드 양단의 순방향 전압은 필연적으로 서로 상이하게 된다. 그러므로, 터너의 검출기에 의해서는 완전한 온도 안정화를 달성할 수 없다.
본 발명의 목적은 RF 입력의 넓은 동적 범위에 걸쳐 RF 신호를 정확하게 검출할 수 있는 RF 검출기 회로를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 온도 안정화 RF 검출기 회로는 RF 신호를 검출하기 위한 검출 다이오드, 검출 다이오드에 DC 바이어스를 공급하기 위한 수단, 및 온도 안정화 다이오드로 구성된다. 검출 및 온도 안정화 다이오드는 동일한 전류가 동일 방향으로 양 다이오드를 통해 흐르도록 배열된다.
먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위해, 제 3 도를 참조하여 상술한 논문에 기술된 종래의 RF 검출기 회로에 대해서 설명한다.
제 3 도에서, 입력 단자(3)에서의 RF 전압은 검출 다이오드(1)에 의해 검출되고, 캐패시터(9 및 10)과 쵸크 코일(11)로 구성된 필터에 의해 평활화되며, 최종적으로 단자(4)에 출력 Vout1로서 공급된다. 바이어스전압 VB는 저항기(15), 및 쵸크 코일(7)과 캐패시터(8)로 구성된 RF 스톱핑(stopping) 회로를 통해 검출 다이오드(1)에 인가된다. 단자(22)에서의 전압 Vout2는 출력 전압 Vout1과 다이오드(13), 저항기 (16과 20) 및 캐패시터(18과 19)로 구성된 회로의 출력 전압 VREF간의 차인 감산기(21)의 출력이다. 즉,
Vout2=Vout1-VREF…………………………………………………………………(1)이다.
이제부터, 저항기(15, 16, 17 및 20)의 저항값을 각각 R15, R16, R17및 R20로 나타낸다. 저항기(17)양단 전압, 즉 단자(4)에서의 전압 Vout1은 저항기(15와 17)로 구성된 분압기에 의해 분할된 DC 바이어스 전압과 검출된 전압 VDET의 합이다. 즉,
Vout1=(VB-VD1) (R17/(R15+R17))+VDET…………………………………………(2)이다. 여기서, VD1은 다이오드(1)의 순방향 전압을 나타낸다.
한편, 저항기(20) 양단 전압 VD1는 다음과 같이 주어진다.
VREF=(VB-VD13) (R20/(R16+R20))…………………………………………………(3)여기서, VD13은 다이오드(3)의 순방향 전압을 나타낸다. R15=R16이고 R17= R20이면, 식(1), (2) 및 (3)으로부터 다음 식이 얻어진다.
Vout2=Vout1-VREF=(VD1-VD13) (R17/(R15+R17))+VDET…………………………(4)
동일한 온도 특성을 갖고 있는 다이오드가 동일한 온도 주위 환경내에서 다이오드(1 및 13)으로서 사용되면, 다음 관계를 유지하게 된다.
VD1=VD13………………………………………………………………………………(5)
그 결과,
Vout2=VDET……………………………………………………………………………(6)
로 된다.
그러므로, 다이오드(13)을 사용하면, 온도 변화로 인한 DC 바이어스 변화가 제거될 수 있고, 최종 검출 전압의 대응 변화가 억제될 수 있다.
상술한 터너의 검출기 회로내에서, 제 4 도에 도시한 바와 같이, 다이오드의 순방향 전압은 동작 온도에 따라서만 변하고, 이를 통해 흐르는 전류에 따라서는 변하지 않는다고 가정한다. 이 가정하에서, 온도 안정화는 제 3 도내의 회로에 의해 완전하게 실현될 수 있다.
그러나, 실제 다이오드는 제 4 도에 도시한 I-V 특성을 갖지 않고, 제 5 도에 도시한 I-V 특성을 갖는다. 다시 말하면, 다이오드의 순방향 전압 Vd는 다음과 같이 주어진다.
Vd=Vd(i, T)
여기서, T는 다이오드의 동작 온도를 나타낸다.
동작 온도 T가 일정하다고 가정하면, 정전류 iD13이 다이오드(13, 제 3 도)을 통해 흐르는데, 이 전류는 RF 입력 신호가 없을 경우에 다이오드(1)을 통하는 전류 iD1과 동일하다. 그렇지 않으면, iD13외에 검출 전류가 다이오드(1)을 통해 흐른다. 즉
iD1=iD13+iDET…………………………………………………………………………(7)
여기서, iDET는 검출에 의해 발생된 리플 전류의 DC 성분을 나타낸다. 식(7)로부터 명백해지는 바와 같이, iD1
Figure kpo00001
iD13이므로,
Vd(iD1, T)=Vd(iD13, T)
이다. 그러므로, 식(5)의 관계는 유지될 수 없는데, 이것은 온도 안정화가 불완전하다는 것을 의미한다.
저항기(15, 16, 17 및 20)의 값들이 적당히 선택되면, 관계 iD1=iD13은 소정의 RF 입력 레벨에 대해서만 유지된다. 그러나, 이 관계는 다른 RF 입력 레벨에 대해서는 유지되지 않으므로, 불완전한 온도 안정화를 다시 발생시키게 된다.
이제부터, 제 1 도를 참조하여 본 발명에 대해 설명한다. 제 1 도에서, RF 검출기 회로는 검출 다이오드(1) 및 캐패시터(9 및 10)과 쵸크 코일(11)로 구성되고 단자(3)에 인가된 RF 신호가 검출되어 단자(4)에 공급되도록 평활화되는 필터(26)을 포함한다. RF 스톱핑 회로(23)은 쵸크 코일(7)과 캐패시터(8)로 구성된다. 저항기(5)와 보상 다이오드(2)의 직렬 접속부는 단자(4)와 접지사이에 접속된다. 바이어스 전압 VB1저항기(5)와 다이오드(2)의 접속점에서의 전압과 가산기(6)에 의해 단자(12)에 인가된 바이어스 전압 VB를 합산함으로써 발생된다. 이 바이어스 전압 VB1은 RF 스톱핑 회로(23)을 통해 검출 다이오드(1)에 인가된다.
검출 다이오드(1)과 보상 다이오드(2)는 다이오드(1)에 인가된 바이어스 전압 VB1의 전류 루우프에 관하여 동일한 극성을 갖는다. 더우기, 동일한 전류가 양 다이오드를 통해 흐르게 된다. 다시말하면, 다이오드(1)을 통하는 전류 iD1은 항상 다이오드(2)를 통하는 전류 ID2와 동일하다. 그러므로, 다이오드(1과 2)가 동일한 온도 영향을 받도록 열적 결합되면, 다이오드(1과 2)의 순방향 전압은
VD1=Vd(iD1, T)=VD2=Vd(iD2, T)
가 된다. 그러므로, 단자(4)에서의 출력 전압 Vout은 다음과 같이 주어진다.
Vout=VB1-VD1+VDET
여기서, VDET는 검출된 전압을 나타낸다.
VB1=VB+VD2=VB+VD1
이기 때문에, 출력 전압은
Vout=VB+D1-D1+VDET=VB+VDET…………………………………………………(8)가 된다. 따라서, 검출된 출력 전압 Vout은 소정의 RF 입력 신호레벨 및 소정의 동작 온도에 대한 다이오드의 순방향 전압 변화의 영향을 받지 않는다. 전압 VB1및 저항기(5)의 값은 다이오드의 선형동작이 가정되고, 출력 전압 Vout의 동적 범위가 원하는 범위내에 놓이도록 결정된다.
제 2 도에 도시한 회로내에서, 제 1 도 회로내의 가산기(6)은 연산 증폭기를 사용하는 회로에 의해 실현된다. 연산 증폭기(24)는 고입력 임피던스 반전 가산기이고, 연산 증폭기(25)는 저임피던스 전압원으로서 작용하는 저 출력 임피던스 인버터이다. 증폭기(24와 25)의 이득을 결정하는 저항기들의 모든 값들이 동일하게 R로 선택되면, 식(8)의 결과가 얻어질 수 있다. 단자(4)에 접속된 외부 회로는 거의 무한대에 가까운 입력 임퍼던스를 갖고 있는 전압 구동회로로 되는 것이 양호하다. 실제로, 단자(4)에는, 입력 임피던스가 RF 검출기로부터 외부 회로로 전류가 거의 흐르지 않게 하기에 충분히 큰 외부 회로가 접속될 수 있다.
상기 설명내에서, 제 1 도내의 검출된 전압용 RF 스톱핑 회로(23)과 필터(26)은 도시된 것에 제한되지 않는다. 다이오드(1과 2)를 통해 흐르는 전류들이 바이어스 전압 VB1의 DC 루우프에 관하여 상호 동일한 경우에는 소정의 다른 회로가 사용될 수 있다. 제 1 도 및 제 2 도내의 바이어스 전압 VB1이 정(+)이라고 가정되면, 다이오드(1과 2)의 극성은 부(-) 바이어스 전압이 사용되는 경우에 반전되어야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 검출기 회로는 동일한 DC 전류가 검출 다이오드와 보상 다이오드를 통해 흐르도록 검출 다이오드와 접지 사이에 접속된 보상 다이오드와 저항기의 직렬 접속부를 포함한다. 이 검출기 회로는 직렬 접속부의 접속점에서의 전압과 선정된 DC 전압의 합을 RF 스톱핑 회로를 통해 검출 다이오드에 공급한다. 그 결과, 최종 검출된 전압은 다이오드 순방향 전압의 영향을 받지 않는다. 따라서, 동작 온도 변화로 인한 영향은 배제되고, RF 입력 신호레벨에 걸쳐 매우 정확한 RF 검출이 달성될 수 있다.

Claims (4)

  1. RF 신호를 검출하기 위한 검출 다이오드(1), 및 동일한 DC 전류가 동일 방향으로 상기 검출 다이오드(1)와 보상 다이오드(2)를 통해 흐르도록 상기 검출 다이오드(1)와 접지 사이에 접속되는 상기 보상 다이오드(2)와 저항기(5)의 직렬 접속부를 포함하고, 상기 저항기(5)와 상기 보상 다이오드(2)의 접속점에서의 전압과 선정된 DC 전압의 합이 RF 스톱핑 회로(23)를 통해 상기 검출 다이오드(1)에 인가되는 것을 특징으로 하는 온도 안정화 RF 검출기.
  2. RF 신호를 검출하기 위한 제 1 다이오드 수단(1), DC 바이어스를 상기 제 1 다이오드 수단(1)에 공급하기 위한 바이어스 수단(6, 23) 및 상기 제 1 다이오드 수단을 통해 흐르는 동일한 전류가 동일방향으로 흐르도록 상기 제 1 다이오드 수단과 상기 바이어스 수단에 접속된 제 2 다이오드 수단(2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 검출기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 다이오드 수단에 의해 검출된 검출 출력을 필터링하여 이 필터된 출력을 거의 무한대에 가까운 입력 임피던스를 갖고 있는 회로에 공급하기 위한 필터 수단(26), 및 상기 필터 수단과 상기 제 2 다이오드 수단 사이에 접속된 저항기 수단(5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 검출기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 바이어스 수단이, 상기 제 2 다이오드 수단에 인가된 DC 전압과 선정된 DC 전압을 가산하기 위해 거의 무한대에 가까운 입력 임피던스를 갖고 있는 가산 수단(6), 및 상기 제 1 다이오드 수단에 인가된 RF 성분을 스톱핑시키고 상기 DC 바이어스로서의 상기 가산 수단의 출력 전압을 상기 제 1 다이오드 수단에 공급하기 위한 수단(23)을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 검출기.
KR1019880005650A 1987-05-15 1988-05-14 온도 안정화 rf 검출기 KR920003859B1 (ko)

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