KR970004441B1 - 이동통신 단말기의 주파수 혼합기 - Google Patents

Abstract

내용없음

Description

이동통신 단말기의 주파수 혼합기

제1도는 일반적인 이동통신 단말기에서 무선수신단의 블럭 구성도.

제2도는 종래의 하이브리드를 이용한 주파수 혼합기의 등가 블럭 구성도.

제3도는 제2도의 구체적인 일 실시예의 회로 구성도.

제4도는 본 발명에 의한 이동통신 단말기의 주파수 혼합기의 블럭 구성도.

제5도는 제4도의 구체적인 일 실시예의 회로 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 입력 신호 정합수단200 : 잡음 제거수단

300 : 필터부

본 발명은 이동통신 단말기에 관한 것으로서, 특히 이동통신 단말기의 핵심구성요소인 주파수 혼합기 설계시 기존 하이브리드 형태의 회로나 복잡한 정합회로를 제거하고, 새롭게 능동 정합(Active Matching)회로를 삽입하므로서, 기존 제품의 크기를 줄이고, 분리(Isolation) 특성 또한 50dB 이상 대폭 향상시킬 수 있는 회로를 설계하도록 하고 90MHz 대 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuits) 주파수 혼합기 설계를 용이하도록 하는 이동통신 단말기의 주파수 혼합기에 관한 것이다.

일반적인 주파수 혼합기가 구비된 이동통신 단말기의 무선 수신단은 제1도에 도시한 바와 같이 안테나(ANT)로 수신된 RF(Radio Frequency)를 RF필터(1)를 통해 필터링한 주파수의 저잡음을 증폭하는 저잡음 증폭기(LNA)(2)와, 전압 제어 발진부(4)로부터 발생된 신호를 증폭하는 버퍼 증폭기(5)와, 상기 버퍼 증폭기(5)로부터 출력된 신호에서 국부 발진(Local Oscillator : 이하 "LO"라 약칭함)신호를 필터링하는 LO필터(6)와, 상기 저잡음 증폭기(2)로부터 출력된 RF를 필터링하는 RF입력 필터(3)를 통해 수신된 주파수와 상기 국부 발진 필터(6)를 통해 수신된 주파수를 혼합하여 중간주파(Intermediate Frequency : 이하 "IF"라 약칭함)신호를 출력하는 주파수 혼합기(7)와, 상기 주파수 혼합기(7)에서 IF신호를 증폭하는 IF증폭기(8)로 구성된다.

여기서 제2도는 종래 하이브리드를 이용한 일반적인 주파수 혼합기의 등가 블럭구성도이고, 제3도는 제2도의 상세회로 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 LO신호와 RF신호를 3dB, 90°의 변환이득을 갖는 하이브리드회로(10)와, 상기 하이브리드회로(10)의 IF출력신호의 잡음을 제거하는 잡음제거부(21)와, 상기 잡음제거부(21)를 통과한 신호에 따라 제어되는 제1FET(FET1)의 드레인 단자에 연결되어 두 입력신호 가운데 상대적으로 신호의 세기가 큰 LO신호를 IF출력으로 내보내기 전에 제거하는 필터부(22)를 포함한 RF수신부(20)와, 상기 필터부(22)를 통과한 IF출력신호를 최대로 전달하기 위해 정합하는 IF출력 정합부(30)와, 상기 IF출력 정합부(30)에서 출력된 IF신호에서 불필요한 부분을 제거하는 IF필터(31)와, 상기 IF필터(31)로부터 출력된 IF신호를 증폭하기 위해 임피던스를 정합하는 입력정합부(41)와, 상기 입력 정합부(41)의 출력신호에 따라 채널 저항을 변화시켜 IF증폭기의 출력 임피던스를 정합하는 출력 정합부(42)를 제어하는 제2FET(FET2)를 포함하는 IF증폭기(40)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래 주파수 혼합기의 동작은 헤테로다인(Heterodyne) 통신방식이 고안된 이래 레이다, 고주파 계측장비 등과 같은 주파수 변환이 요구되는 장치에서 핵심적인 역할을 해오고 있다.

먼저, 주파수 혼합기는 어떤 전기적인 신호의 주파수를 변환하는 장치로서 LO신호와 RF신호를 입력으로 받아서 두 신호 주파수의 합 또는 차를 주파수로 갖는 IF신호를 출력하는 중요한 기능을 한다.

또한 주파수 혼합은 반도체 소자의 비 선형성에 의해 이루어지는 것이지 선형성에 의해 이루어지는 것은 아니다.

즉, 이와 같은 비 선형성을 갖는 반도체 소자는 다이오드, BJT(Bipolar Junction Transister), FET, HEMT, HBT 등이 있으나 변환이득을 가지면서 MMIC화가 용이한 FET를 최근에 많이 사용하고 있다.

비선형 소자는 RF신호에 비하여 상대적으로 크기가 훨씬 큰 LO신호에 의해 그 특성이 좌우되는데, FET의 경우 이 LO신호가 어느 단자에 인가되는가에 따라서 게이트 합성기(Gate Mixer), 드레인 합성기(Drain Mixer), 소스 합성기(Soure Mixer)로 분류할 수 있다.

특히 FET를 사용한 주파수 혼합기의 가장 큰 장점으로는 최적의 혼 변조(Intermodulation) 특성을 얻으면서 1dB게인 압축점이 크기 때문에 입력 전원의 동작범위가 그 만큼 크다는데 있다.

이와 같은 FET를 이용한 주파수 혼합기는 제3도에 도시한 바와 같이 하이브리드회로(10)에서 RF신호와 LO신호를 입력으로 분리특성을 개선하는데, 이와 같은 하이브리드회로(10)의 가장 중요한 기능 가운데 하나가 분리특성을 얼마만큼 좋게 하는가인데 1GHz대 무선통신 기기에 사용하기엔 그 크기가 너무 클 뿐만 아니라, 설사 집중(Lumped)소자를 사용해서 크기를 줄인다 해도 분리특성은 약 9.0dB정도로 매우 나쁜 특성을 보이기 때문에 회로의 크기 문제와 분리특성을 얼마만큼 개선 시키느냐가 가장 중요하다.

상기 하이브리드회로(10)에서 분리특성을 개선한 신호의 잡음을 잡음제거부(21)에서 제거한 후 제1FET(FET1)의 게이트에 입력 제어한다.

상기 제1FET(FET1)의 드레인에 연결된 필터부(22)에서는 상기 RF, LO 두 입력 신호 상호간의 간섭이나 영향을 최대로 줄여야 하는데 상대적으로 신호의 세기가 큰 LO신호를 IF신호로 출력하기 전에 제거하게 된다.

상기 필터부(22)에서 출력된 신호를 IF출력 정합부(30)에서 IF출력 신호를 최대로 하기 위하여 출력 임피던스를 정합하고, IF필터부(31)에서는 상기 IF출력 정합부(30)에서 출력된 IF신호에서 많은 불필요한 부분을 제거하여 IF증폭기(40)로 출력한다.

그러나 이와 같은 종래의 주파수는 혼합기의 설계는 하이브리드회로를 분포정수 회로로 사용하면 크기가 커지고, 집중정수회로로 사용하면 분리특성이 약 9dB정도로 별로 좋지 않은 특성을 가지므로서 이동통신 시스템의 불안정을 가져오는 주요한 요인으로 지적되어 왔으며, 이를 개선하기 위하여 LO신호를 FET소자의 소스 단자에 인가하므로서 회로의 크기 문제는 개선이 되었으나 분리특성은 여전히 개선시키지 못하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 개선코자 이동통신 단말기의 핵심구성요소인 주파수 혼합기 설계시 종래의 하이브리드 형태의 회로나 복잡한 정합회로를 제거하고, 새롭게 능동 정합(Active Matching)회로를 삽입하므로서, 기존 제품의 크기를 줄이고, 분리(Isolation) 특성 또한 50dB 이상 대폭 향상시킬 수 있는 회로를 설계하도록 하고 900MHz 대 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuits) 주파수 혼합기 설계를 용이하도록 하는 이동통신 단말기의 주파수 혼합기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제5도는 이동통신 단말기의 주파수 혼합기의 회로 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 RF신호와 LO신호를 정합함과 아울러 분리특성을 향상시키는 입력 신호 정합수단(100)과, 상기 입력 신호 정합수단(100)으로부터 출력된 RF출력신호의 잡음을 제거하는 잡음제거수단(200)과, 상기 입력 신호 정합수단(100)으로 부터 출력된 LO신호에 따라 상기 잡음제거수단(200)의 출력신호를 혼합하는 제3전계효과 트랜지스터(FET3)와, 상기 제3FET(FET3)의 드레인에 연결되어 LO신호가 출력단에 영향주지 못하도록 제어하는 필터부(300)로 구성된다.

여기서 입력신호 정합수단(100)은 입력된 RF와 LO신호를 각 게이트단자에 입력 제어하여 능동정합시키는 제1,제2FET(FET1,FET2)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용, 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제4도는 본 발명에 의해 분리특성을 개선하기 위한 반도체 소자를 정합용으로 사용한 등가 블럭 구성도이고, 제5도는 제4도의 각부 상세회로 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 종래의 하이브리드회로 대신 제1 내지 제2FET(FET1,2)를 능동 정합용으로 사용하므로서, 정합회로의 크기도 줄일 수 있을 뿐만 아니라 주파수 혼합기의 중요한 특성가운데 하나인 분리 특성을 반도체 소자 고유의 특성을 최대로 활용하므로서, 기존에 설계 제작된 방식보다 대폭 향상된 50dB이상의 분리특성을 나타내는 회로이다.

회로의 주된 동작 가운데 RF입력신호와 LO이력신호가 서로 다른 반도체 소자인 제1,제2FET(FET1,2)에 인가됨으로서 보다 향상된 특성을 보이도록 한 것이다.

이와 같이 혼합된 IF신호의 증폭을 위한 필터링 및 입력 정합회로는 종래의 주파수 혼합기에서 설명한 바와 같으므로 이하 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 이동통신 단말기에 사용되는 핵심 부품인 주파수 혼합기의 주된 특성 가운데 분리특성을 50dB 이상 대폭 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 MMIC 주파수 혼합기의 회로 설계도 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 고주파신호와 국부 발진신호를 정합함과 아울러 분리특성을 향상시키는 입력신호 정합수단과, 상기 입력신호 정합수단으로부터 출력된 고주파신호의 잡음을 제거하는 잡음제거수단과, 상기 입력 신호 정합수단으로부터 출력된 국부발진 신호에 따라 상기 잡음제거수단의 RF신호를 혼합하는 제3전계효과 트랜지스터와, 상기 제3전계효과 트랜지스터의 드레인에 연결하여 국부 발진신호가 출력단에 영향주지 못하도록 제어하는 필터부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한 이동통신 단말기의 주파수 혼합기.
2. 제1항에 있어서, 상기 입력신호 정합수단은 입력된 고주파신호와 국부 발진신호를 각 게이트 단자에 연결 제어하여 능동정합시키는 제1,제2전계효과 트랜지스터(FET1, FET2)로 구성하여 된 것을 특징으로 한 이동통신 단말기의 주파수 혼합기.