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KR101337091B1 - 테라헤르츠 무선 통신을 위한 수신기 및 수신 방법 - Google Patents

테라헤르츠 무선 통신을 위한 수신기 및 수신 방법 Download PDF

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KR101337091B1
KR101337091B1 KR1020100022804A KR20100022804A KR101337091B1 KR 101337091 B1 KR101337091 B1 KR 101337091B1 KR 1020100022804 A KR1020100022804 A KR 1020100022804A KR 20100022804 A KR20100022804 A KR 20100022804A KR 101337091 B1 KR101337091 B1 KR 101337091B1
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KR
South Korea
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frequency
frequency converter
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converter
band
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이원희
윤대영
정태진
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한국전자통신연구원
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Abstract

테라헤르츠 무선 통신을 위한 수신기 및 수신 방법이 제공된다. 복수개의 주파수 변환부를 직렬로 연결하고 동일한 저주파의 발진 주파수를 입력 받아서 순차적으로 하향 주파수 변환을 수행한다. 또한 능동 소자를 이용하여 변환 이득(conversion gain)을 갖는 주파수 변환기를 사용하여 수신 감도를 높일 수 있다. 그리고 저잠음 증폭기를 사용하여 하향 변환된 신호를 증폭할 수 있다.

Description

테라헤르츠 무선 통신을 위한 수신기 및 수신 방법{RECEIVER AND RECEIVING METHOD FOR TERAHERTZ WIRELESS COMMUNICATION}
본 발명의 실시예들은 테라헤르츠 무선 통신 환경에서 신호를 수신하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 한국산업기술평가관리원의 정보통신산업 원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2009-F-037-01, 과제명: 테라헤르츠 대역 전파환경 및 무선전송 플랫폼 기술연구].
최근 고속의 데이터 전송(High Data-Rate)을 요구하는 무선 통신 시장의 추세에 따라 높은 주파수 대역의 중심 주파수(Carrier Frequency)가 사용된다. 그러나 테라헤르츠 대역에서 무선 통신을 하기 위한 송수신 시스템은 다음과 같은 문제를 갖는다.
높은 중심 주파수를 가짐에 따라 이러한 중심 주파수 신호에 대한 차단 주파수(cut-off frequency; fT)를 만족하는 능동 소자(active device)를 찾기 어려워 신호를 증폭하기 위한 증폭기의 설계가 용이하지 않다. 따라서 수신기에서 높은 수신감도를 얻기가 어렵다.
또한, 국부 발진기의 설계 중 발생하는 기생 캐패시턴스(Parasitic Capacitance)에 의해 발진 주파수가 낮아지고 출력 파워 레벨의 감소로 인해 주파수 변환기의 구동이 어렵다.
본 발명의 실시예는 테라헤르츠 대역의 높은 주파수 환경에서도 효율적으로 무선 통신을 하기 위한 수신기 구조를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신을 위한 수신기는 쇼트키 다이오드를 이용하여 안테나에서 수신된 신호의 주파수 대역을 하향 변환하여 제1 출력 신호를 생성하는 제1 주파수 변환부; 상기 제1 주파수 변환부에 연결되고 능동 소자를 이용하여 상기 제1 출력 신호의 주파수 대역을 하향 변환하여 제2 출력 신호를 생성하는 제2 주파수 변환부; 및 상기 제1 주파수 변환부 및 상기 제2 주파수 변환부에 연결되어 동일한 발진 주파수를 공급하는 국부 발진기를 포함한다.
상기 국부 발진기는 상기 발진 주파수가 무선 주파수(Radio Frequency)와 기저대역 주파수 사이의 차이의 1/2이 되도록 상기 제1 주파수 변환부 및 상기 제2 주파수 변환부 각각에 상기 발진 주파수를 공급할 수 있다.
상기 제1 주파수 변환부는 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기 및 대역 통과 필터를 포함할 수 있고, 상기 제2 주파수 변환부는 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기, 저잡음 증폭기 및 저역 통과 필터를 포함할 수 있다.
상기 제1 주파수 변환부는 상기 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기의 출력을 증폭하는 저잡음 증폭기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신을 위한 수신기는 쇼트키 다이오드를 이용하여 안테나에서 수신된 신호의 주파수 대역을 하향 변환하여 제1 출력 신호를 생성하는 제1 주파수 변환부; 상기 제1 주파수 변환부에 연결되고 능동 소자를 이용하여 상기 제1 출력 신호의 주파수 대역을 하향 변환하여 제2 출력 신호를 생성하는 제2 주파수 변환부; 상기 제2 주파수 변환부에 연결되고 능동 소자를 이용하여 상기 제2 출력 신호의 주파수 대역을 하향 변환하여 제3 출력 신호를 생성하는 제3 주파수 변환부; 및 상기 제1 주파수 변환부, 상기 제2 주파수 변환부 및 상기 제3 주파수 변환부 각각에 연결되어 동일한 발진 주파수를 공급하는 국부 발진기를 포함한다.
상기 국부 발진기는 상기 발진 주파수가 무선 주파수(Radio Frequency)와 기저대역 주파수 사이의 차이의 1/3이 되도록 상기 제1 주파수 변환부, 상기 제2 주파수 변환부 및 상기 제3 주파수 변환부 각각에 상기 발진 주파수를 공급할 수 있다.
상기 제1 주파수 변환부는 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기 및 대역 통과 필터를 포함할 수 있고, 상기 제2 주파수 변환부는 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기, 저잡음 증폭기 및 대역 통과 필터를 포함할 수 있고, 상기 제3 주파수 변환부는 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기, 저잡음 증폭기 및 저역 통과 필터를 포함할 수 있다.
상기 제1 주파수 변환부는 상기 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기의 출력을 증폭하는 저잡음 증폭기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신을 위한 수신기는 쇼트키 다이오드를 이용하여 안테나에서 수신된 신호의 주파수 대역을 하향 변환하여 제1 출력 신호를 생성하는 제1 주파수 변환부; 상기 제1 주파수 변환부에 순차적으로 직렬 연결된 복수의 주파수 변환부들; 및 상기 제1 주파수 변환부 및 상기 복수의 주파수 변환부들 각각에 연결되어 동일한 발진 주파수를 공급하는 국부 발진기를 포함하고, 상기 복수의 주파수 변환부들 각각은 능동 소자를 이용하여 대응하는(corresponding) 입력된 신호의 주파수 대역을 순차적으로 하향 변환한다.
상기 국부 발진기는 상기 발진 주파수가 무선 주파수(Radio Frequency)와 기저대역 주파수 사이의 차이의 1/N이 되도록-N은 전체 주파수 변환부의 개수임- 상기 제1 주파수 변환부 및 상기 복수의 주파수 변환부들 각각에 상기 발진 주파수를 공급할 수 있다.
상기 제1 주파수 변환부는 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기 및 대역 통과 필터를 포함할 수 있고, 상기 복수의 주파수 변환부들 중 마지막에 연결된 주파수 변환부를 제외한 복수의 주파수 변환부들은 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기, 저잡음 증폭기 및 대역 통과 필터를 포함할 수 있고, 상기 복수의 주파수 변환부들 중 마지막에 연결된 주파수 변환부는 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기, 저잡음 증폭기 및 저역 통과 필터를 포함할 수 있다.
상기 제1 주파수 변환부는 상기 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기의 출력을 증폭하는 저잡음 증폭기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신을 위한 신호 처리 방법은 국부 발진기를 이용하여 발진 주파수를 공급받는 단계; 제1 출력 신호를 생성하기 위하여 상기 발진 주파수 및 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기를 이용하여 안테나에서 수신된 신호의 주파수 대역을 하향 변환하는 단계; 및 제2 출력 신호를 생성하기 위하여 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기를 이용하여 상기 제1 출력 신호의 주파수 대역을 하향 변환하는 단계를 포함한다.
상기 안테나에서 수신된 신호의 주파수 대역을 하향 변환하는 단계는 저잡음 증폭기를 이용하여 상기 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기의 출력을 증폭시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 발진 주파수를 공급받는 단계는 상기 발진 주파수가 무선 주파수(Radio Frequency)와 기저대역 주파수 사이의 차이의 1/2이 되도록 상기 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기 및 상기 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기 각각이 상기 발진 주파수를 공급받는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신을 위한 수신기는 직렬로 연결된 복수개의 주파수 변환부가 동일한 발진 주파수를 이용하여 순차적으로 주파수 변환을 수행하므로 낮은 주파수를 갖는 국부 발진 신호(1/NfLO)를 이용하여 주파수 변환이 가능하고, 차동 신호만으로도 RF대역에서 기저대역으로의 주파수 변환이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신을 위한 수신기는 능동 소자를 이용하여 변환 이득(conversion gain)을 갖는 주파수 변환기를 사용함으로써 수신 감도를 높일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신을 위한 수신기는 하향 변환된 신호를 저잡음 증폭기를 사용하여 증폭함으로써 시스템의 전체 잡음 지수(Noise Figure)를 낮출 수 있다.
도 1은 서브하모닉 주파수 변환기를 이용한 테라헤르츠 대역의 수신기 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 주파수 변환부를 포함하는 테라헤르츠 대역의 무선 통신을 위한 수신기의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 수신기에 의해 주파수가 하향 변환되는 과정을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3개의 주파수 변환부를 포함하는 테라헤르츠 대역의 무선 통신을 위한 수신기의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 수신기에 의해 주파수가 하향 변환되는 과정을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 N개의 주파수 변환부를 포함하는 테라헤르츠 대역의 무선 통신을 위한 수신기의 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 수신기에 의해 주파수가 하향 변환되는 과정을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠 대역의 무선 통신을 위한 신호 처리 방법을 나타낸 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 서브하모닉 주파수 변환기를 이용한 테라헤르츠 대역의 수신기 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 서브하모닉(subharmonic) 주파수 변환기를 이용한 테라헤르츠 대역 수신기는 안테나(110), 서브하모닉 주파수 변환기(120), 저잡음 증폭기(130), 저역 통과 필터(140) 및 국부 발진기(local oscillator)(150)를 포함한다.
국부 발진기(150)는 주파수의 크기가 무선 주파수(Radio Frequency)와 기저대역 주파수 사이의 차이(fLO)의 1/2인(1/2fLO) 국부 발진 신호를 서브하모닉 주파수 변환기(120)에 공급한다.
서브하모닉 주파수 변환기(120)는 안테나(110)에서 수신된 무선 주파수(Radio Frequency) 대역의 신호를 국부 발진 신호(1/2fLO)를 이용하여 기저대역(Baseband)의 신호로 하향 주파수 변환을 한다.
저잡음 증폭기(130)는 하향 변환된 신호를 증폭하고, 저역 통과 필터(140)는 증폭된 신호 중 원하는 신호(기저대역의 신호)를 통과시킨다.
이처럼, 서브하모닉 주파수 변환기(120)를 이용하는 수신기는 국부 발진기(150)가 1/2fLO의 주파수로 발진 주파수를 생성하면 되므로, 기생 캐패시턴스에 의한 문제를 해결할 수 있고, 높은 출력 레벨을 만들 수 있다.
그러나 서브하모닉 주파수 변환기(120)를 사용하기 위해서는 4개 이상의 위상(Phase)을 갖는 국부 발진 신호를 생성해야 하며, 일반적인 주파수 변환기(Double-balanced Mixer, Passive-ring Mixer) 보다 더 높은 파워의 국부 발진 신호가 필요하다. 그리고 증폭기를 거치지 않고 안테나(110)에서 서브하모닉 주파수 변환기(120)로 바로 연결이 되기 때문에, 시스템의 잡음 지수가 높아져 충분한 수신 레벨(sensitivity)을 얻기 어려울 수 있다. 또한 서브하모닉 주파수 변환기(120)는 일반적인 주파수 변환기보다 변환 이득이 낮을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 주파수 변환부를 포함하는 테라헤르츠 대역의 무선 통신을 위한 수신기의 구조를 도시한 도면이다.
도2를 참조하면, 2개의 주파수 변환부를 포함하는 테라헤르츠 대역의 무선 통신을 위한 수신기는 안테나(210), 제1 주파수 변환부(220), 제2 주파수 변환부(230) 및 국부 발진기(240)를 포함한다.
제1 주파수 변환부(220)는 안테나(210)에 연결되고 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기(221) 및 대역 통과 필터(223)를 포함할 수 있다. 그리고 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기(221) 및 대역 통과 필터(223)는 서로 직렬로 연결될 수 있다. 그리고 하향 주파수 변환기(221) 및 대역 통과 필터(223) 사이에 저잡음 증폭기(222)를 더 포함할 수 있다.
제2 주파수 변환부(230)는 제1 주파수 변환부(220)에 연결되고, 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기(231), 저잡음 증폭기(232) 및 저역 통과 필터(233)를 포함할 수 있다. 이때 하향 주파수 변환기(231), 저잡음 증폭기(232) 및 저역 통과 필터(233)는 직렬로 연결될 수 있다.
국부 발진기(240)는 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기(221) 및 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기(231) 각각에 무선 주파수(Radio Frequency)와 기저 대역 주파수 사이의 차이의 1/2이 되는 발진 주파수(1/2fLO) 를 가지는 국부 발진 신호를 공급할 수 있다.
쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기(221)는 안테나(210)에서 수신된 무선 주파수(Radio Frequency, fRF) 대역의 신호를 국부 발진 신호(1/2fLO)를 이용하여 fRF-1/2fLO의 주파수를 갖는 신호로 하향 변환할 수 있다.
저잡음 증폭기(222)는 하향 변환된 fRF-1/2fLO의 주파수를 갖는 신호를 증폭하고, 대역 통과 필터(223)는 증폭된 신호 중 원하는 신호(fRF-1/2fLO대역의 신호)를 통과시켜 제1 출력 신호를 생성한다.
능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기(231)는 제1 출력 신호를 국부 발진 신호(1/2fLO)를 이용하여 fRF-1/2fLO-1/2fLO의 주파수를 갖는 신호로 하향 변환할 수 있다.
저잡음 증폭기(232)는 하향 변환된 fRF-1/2fLO-1/2fLO의 주파수를 갖는 신호를 증폭하고, 저역 통과 필터(233)는 증폭된 신호 중 원하는 신호(fRF-1/2fLO-1/2fLO 대역의 신호)를 통과시켜 기저대역 신호인 제2 출력 신호를 생성할 수 있다.
여기서 제1 주파수 변환부(210)는 쇼트키 다이오드를 사용한 하향 주파수 변환기(221)를 통해 fRF-1/2fLO 대역으로 주파수를 하향 변환하기 때문에, 제2 주파수 변환부(230)는 능동 소자를 이용하여 변환이득(conversion gain)을 갖는 하향 주파수 변환기(231)를 이용할 수 있다. 따라서 도 1에 도시된 수신기보다 높은 수신 감도를 얻을 수 있다.
또한, 제1 주파수 변환부(220)는 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기(221)가 1/2fLO의 발진 주파수를 가지고 fRF-1/2fLO 대역으로 신호를 하향 변환하기 때문에 이에 대한 차단 주파수(cut-off frequency, fT)를 만족하는 능동소자를 이용한 저잡음 증폭기를 사용하여 신호를 증폭하는 것이 용이하다.
또한, 제1 주파수 변환부(220) 및 제2 주파수 변환부(230)는 서브하모닉 주파수 변환기가 아닌 일반적인 주파수 변환기들(쇼트키 다이오드 또는 능동소자를 이용한 주파수 변환기)을 포함하기 때문에 국부 발진기(240)의 국부 발진 신호가 차동 신호만으로 구성되어 있어도 주파수 변환이 가능하다.
도 3은 도 2에 도시된 수신기에 의해 주파수가 하향 변환되는 과정을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 안테나를 통해 수신된 무선 주파수(Radio Frequency) 대역의 신호(310)는 1/2fLO의 발진 주파수를 가지는 국부 발진 신호에 의해 fRF-1/2fLO 대역의 신호(320)로 하향 변환되고, 대역 통과 필터를 통과하여 다른 하모닉 성분들을 제거한다. 그리고 하향 변환된 fRF-1/2fLO 대역의 신호(320)는 다시 1/2fLO의 발진 주파수를 가지는 국부 발진 신호에 의해 기저 대역(fRF-1/2fLO-1/2fLO)의 신호(330)로 하향 변환되고 저역 통과 필터를 통과하여 다른 하모닉 성분들을 제거할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3개의 주파수 변환부를 포함하는 테라헤르츠 대역의 무선 통신을 위한 수신기의 구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 3개의 주파수 변환부를 포함하는 테라헤르츠 대역의 무선 통신을 위한 수신기는 안테나(410), 제1 주파수 변환부(420), 제2 주파수 변환부(430), 제3 주파수 변환부(440) 및 국부 발진기(450)를 포함한다.
제1 주파수 변환부(420)는 안테나(410)에 연결되고 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기(421) 및 대역 통과 필터(423)를 포함할 수 있다. 이때 주파수 변환기(421) 및 대역 통과 필터(423)는 직렬로 연결될 수 있다. 그리고 하향 주파수 변환기(421) 및 대역 통과 필터(423) 사이에 저잡음 증폭기(422)를 더 포함할 수 있다.
제2 주파수 변환부(430)는 제1 주파수 변환부(420)에 연결되고, 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기(431), 저잡음 증폭기(432) 및 대역 통과 필터(433)를 포함할 수 있다. 이때, 주파수 변환기(431), 저잡음 증폭기(432) 및 대역 통과 필터(433)는 서로 직렬로 연결될 수 있다.
제3 주파수 변환부(440)는 제2 주파수 변환부(430)에 연결되고, 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기(441), 저잡음 증폭기(442) 및 저역 통과 필터(433)를 포함할 수 있다. 이때 주파수 변환기(441), 저잡음 증폭기(442) 및 저역 통과 필터(433)는 서로 직렬로 연결될 수 있다.
국부 발진기(450)는 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기(421) 및 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기들(431, 441) 각각에 무선 주파수(Radio Frequency)와 기저 대역 주파수 사이의 차이의 1/3이 되는 발진 주파수(1/3fLO)를 가지는 국부 발진 신호를 공급할 수 있다.
쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기(421)는 안테나(410)에서 수신된 무선 주파수(Radio Frequency, fRF) 대역의 신호를 국부 발진 신호(1/3fLO)를 이용하여 fRF-1/3fLO의 주파수를 갖는 신호로 하향 변환할 수 있다.
저잡음 증폭기(422)는 하향 변환된 fRF-1/3fLO의 주파수를 갖는 신호를 증폭하고, 대역 통과 필터(423)는 증폭된 신호 중 원하는 신호(fRF-1/3fLO 대역의 신호)를 통과시켜 제1 출력 신호를 생성한다.
능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기(431)는 제1 출력 신호를 국부 발진 신호(1/3fLO)를 이용하여 fRF-1/3fLO-1/3fLO의 주파수를 갖는 신호로 하향 변환할 수 있다.
저잡음 증폭기(432)는 하향 변환된 fRF-1/3fLO-1/3fLO의 주파수를 갖는 신호를 증폭하고, 저역 통과 필터(433)는 증폭된 신호 중 원하는 신호(fRF-1/3fLO-1/3fLO 대역의 신호)를 통과시켜 제2 출력 신호를 생성할 수 있다.
능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기(441)는 제2 출력 신호를 국부 발진 신호(1/3fLO)를 이용하여 fRF-1/3fLO-1/3fLO-1/3fLO의 주파수를 갖는 신호로 하향 변환할 수 있다.
저잡음 증폭기(442)는 하향 변환된 fRF-1/3fLO-1/3fLO-1/3fLO의 주파수를 갖는 신호를 증폭하고, 저역 통과 필터(433)는 증폭된 신호 중 원하는 신호(fRF-1/3fLO-1/3fLO 대역의 신호)를 통과시켜 기저대역 신호인 제3 출력 신호를 생성할 수 있다.
여기서 제2 주파수 변환부(430)는 도 2의 수신기와 마찬가지로 한 번 주파수를 하향 변환한 후 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기(431)를 이용하여 변환이득(conversion gain)을 얻을 수 있다. 따라서 높은 수신 감도를 얻을 수 있다. 제3 주파수 변환부(440)도 마찬가지로 능동소자를 이용한 하향 주파수 변환기(442)를 이용하여 변환이득을 얻을 수 있으므로 높은 수신감도를 얻을 수 있다.
또한, 제1 주파수 변환부(420)는 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기(421)가 1/3fLO의 발진 주파수를 가지고 fRF-1/3fLO 대역으로 신호를 하향 변환하기 때문에 이에 대한 차단 주파수(cut-off frequency, fT)를 만족하는 능동소자를 이용한 저잡음 증폭기(422)를 사용하여 신호를 증폭하는 것이 용이하다.
그리고, 1/3fLO의 주파수를 이용하여 무선 주파수(Radio frequency) 대역의 신호를 기저대역으로 하향 변환하는 것이 가능하기 때문에 국부 발진기(450)의 발진 주파수를 낮출 수 있다.
또한, 제1 주파수 변환부(420), 제2 주파수 변환부(430) 및 제3 주파수 변환부(440) 각각은 서브하모닉 주파수 변환기가 아닌 일반적인 주파수 변환기들(쇼트키 다이오드 또는 능동소자를 이용한 주파수 변환기)을 포함하기 때문에 국부 발진기(450)의 국부 발진 신호가 차동 신호만으로 구성되어 있어도 주파수 변환이 가능하다.
도 5는 도 4에 도시된 수신기에 의해 주파수가 하향 변환되는 과정을 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 안테나를 통해 수신된 무선 주파수(Radio Frequency) 대역의 신호(510)는 1/3fLO의 발진 주파수를 가지는 국부 발진 신호에 의해 fRF-1/3fLO 대역의 신호(520)로 하향 변환되고, 대역 통과 필터를 통과하여 다른 하모닉 성분들이 제거된다. 그리고 하향 변환된 fRF-1/3fLO 대역의 신호(520)는 다시 1/3fLO의 발진 주파수를 가지는 국부 발진 신호에 의해 fRF-1/3fLO-1/3fLO 대역의 신호(530)로 하향 변환되어 대역 통과 필터를 통과한다. 그리고 상기 신호(530)는 다시 1/3fLO의 발진 주파수를 가지는 국부 발진 신호에 의해 기저 대역(fRF-1/3fLO-1/3fLO-1/3fLO )으로 하향 변환되고 저역 통과 필터를 통과한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 N개의 주파수 변환부를 포함하는 테라헤르츠 대역의 무선 통신을 위한 수신기의 구조를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, N개의 주파수 변환부를 포함하는 테라헤르츠 대역의 무선 통신을 위한 수신기는 안테나(610), 제1 주파수 변환부(620), N-2개의 복수의 주파수 변환부들(630), 제N 주파수 변환부(640) 및 국부 발진기(650)를 포함한다.
제1 주파수 변환부(620)는 안테나(610)에 연결되고 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기(421) 및 대역 통과 필터(623)를 포함할 수 있다. 이때, 주파수 변환기(421) 및 대역 통과 필터(623)는 서로 직렬로 연결될 수 있다. 그리고 하향 주파수 변환기(621) 및 대역 통과 필터(623) 사이에 저잡음 증폭기(622)를 더 포함할 수 있다.
N-2개의 복수의 주파수 변환부들(630)은 제1 주파수 변환부(620)에 순차적으로 직렬로 연결된다. N-2개의 복수의 주파수 변환부들(630) 각각은 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기(631), 저잡음 증폭기(632) 및 대역 통과 필터(633)를 포함할 수 있다. 이때, 주파수 변환기(631), 저잡음 증폭기(632) 및 대역 통과 필터(633)는 서로 직렬로 연결될 수 있다.
제N 주파수 변환부(640)는 N-2개의 복수의 주파수 변환부들(630)중 마지막으로 연결된 주파수 변환부에 연결되고, 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기(641), 저잡음 증폭기(642) 및 저역 통과 필터(633)를 포함할 수 있다. 이때, 주파수 변환기(641), 저잡음 증폭기(642) 및 저역 통과 필터(633)는 서로 직렬로 연결될 수 있다.
국부 발진기(650)는 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기(621) 및 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기들(631, 641) 각각에 무선 주파수(Radio Frequency)와 기저 대역 주파수 사이의 차이의 1/N이 되는 발진 주파수(1/NfLO)를 가지는 국부 발진 신호를 공급할 수 있다.
쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기(621)는 안테나(610)에서 수신된 무선 주파수(Radio Frequency, fRF) 대역의 신호를 국부 발진 신호(1/NfLO)를 이용하여 fRF-1/NfLO의 주파수를 갖는 신호로 하향 변환할 수 있다.
저잡음 증폭기(622)는 하향 변환된 fRF-1/NfLO의 주파수를 갖는 신호를 증폭하고, 대역 통과 필터(623)는 증폭된 신호 중 원하는 신호(fRF-1/NfLO 대역의 신호)를 통과시켜 제1 출력 신호를 생성한다.
복수의 주파수 변환부들(630) 중 제1 주파수 변환부(620)에 연결된 주파수 변환부는 다음과 같이 동작할 수 있다.
능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기(631)는 제1 출력 신호를 국부 발진 신호(1/NfLO)를 이용하여 fRF-1/NfLO-1/NfLO의 주파수를 갖는 신호로 하향 변환할 수 있다.
저잡음 증폭기(632)는 하향 변환된 fRF-1/NfLO-1/NfLO의 주파수를 갖는 신호를 증폭하고, 저역 통과 필터(633)는 증폭된 신호 중 원하는 신호(fRF-1/NfLO-1/NfLO 대역의 신호)를 통과시켜 제2 출력 신호를 생성할 수 있다.
각각의 복수의 주파수 변환부들(630)은 상기와 같은 원리로 순차적으로 신호의 주파수를 각각 1/NfLO씩 하향 변환할 수 있다. 그래서 복수의 주파수 변환부들(630)중 마지막에 연결된 주파수 변환부는 fRF-(N-1)(fLO)의 주파수로 하향 변환된 신호를 출력하여 제N 주파수 변환부(640)에 인가한다.
능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기(641)는 fRF-(N-1)(fLO)의 주파수로 하향 변환된 신호를 국부 발진 신호(1/NfLO)를 이용하여 fRF-fLO의 주파수를 갖는 신호로 하향 변환할 수 있다.
저잡음 증폭기(642)는 하향 변환된 fRF-fLO의 주파수를 갖는 신호를 증폭하고, 저역 통과 필터(633)는 증폭된 신호 중 원하는 신호(fRF-fLO 대역의 신호)를 통과시켜 기저대역 신호를 생성할 수 있다.
여기서 복수의 주파수 변환부들(630) 및 제N 주파수 변환부(640) 각각은 도 4의 수신기와 마찬가지로 한 번 주파수를 하향 변환한 후 각각의 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기(631,641)를 이용하여 변환이득(conversion gain)을 얻을 수 있다. 따라서 높은 수신 감도를 얻을 수 있다. 또한, 제1 주파수 변환부(620)는 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기(621)가 1/NfLO의 발진 주파수를 가지고 fRF-1/NfLO 대역으로 신호를 하향 변환하기 때문에 이에 대한 차단 주파수(cut-off frequency, fT)를 만족하는 능동소자를 이용한 저잡음 증폭기(622)를 사용하여 신호를 증폭하는 것이 용이하다.
그리고, 1/NLO의 주파수를 이용하여 무선 주파수(Radio frequency) 대역의 신호를 기저대역으로 하향 변환하는 것이 가능하기 때문에 국부 발진기(650)의 발진 주파수를 낮출 수 있다.
또한, 제1 주파수 변환부(620), 복수의 주파수 변환부들(630) 및 제3 주파수 변환부(640) 각각은 서브하모닉 주파수 변환기가 아닌 일반적인 주파수 변환기들(쇼트키 다이오드 또는 능동소자를 이용한 주파수 변환기)을 포함하기 때문에 국부 발진기(650)의 국부 발진 신호가 차동 신호만으로 구성되어 있어도 주파수 변환이 가능하다.
도 7은 도 6에 도시된 수신기에 의해 주파수가 하향 변환되는 과정을 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 안테나를 통해 수신된 무선 주파수(Radio Frequency) 대역의 신호(710)는 1/NfLO의 발진 주파수를 가지는 국부 발진 신호에 의해 fRF-1/NfLO 대역의 신호(720)로 하향 변환되고, 대역 통과 필터를 통과하여 다른 하모닉 성분들이 제거된다. 그리고 하향 변환된 fRF-1/NfLO 대역의 신호(720)는 다시 1/NfLO의 발진 주파수를 가지는 국부 발진 신호에 의해 fRF-1/NfLO-1/NfLO 대역의 신호(730)로 하향 변환되어 대역 통과 필터를 통과한다. 그리고 다시 1/NfLO의 발진 주파수 신호를 이용하여 하향 주파수 변환을 N-1번 더 수행하여 fRF-N(1/N)fLO의 주파수의 기저대역 신호(740)를 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠 대역의 무선 통신을 위한 신호 처리 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도8을 참조하면, 국부 발진기를 이용하여 발진 주파수를 공급받는다(810). 이때 상기 발진 주파수를 공급받는 단계는 상기 발진 주파수가 무선 주파수(Radio Frequency)와 기저대역 주파수 사이의 차이의 1/2이 되도록 상기 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기 및 상기 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기 각각이 상기 발진 주파수를 공급받는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 발진 주파수는 주파수 변환기의 개수(N)에 따라 무선 주파수(Radio Frequency)와 기저대역 주파수 사이의 차이의 1/N이 될 수 있다.
그리고 제1 출력 신호를 생성하기 위하여 상기 발진 주파수 및 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기를 이용하여 안테나에서 수신된 신호의 주파수 대역을 하향 변환한다(820).
그리고 제2 출력 신호를 생성하기 위하여 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기를 이용하여 상기 제1 출력 신호의 주파수 대역을 하향 변환한다(830). 여기서 능동소자를 이용한 하향 주파수 변환기의 개수만큼 주파수 하향 변환을 반복할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 테라헤르츠 대역의 무선 통신을 위한 수신 방법에 대해 설명하였다. 본 테라헤르츠 대역의 무선 통신을 위한 수신 방법은 앞서 도 2내지 도 7와 관련하여 다양한 실시예를 통하여 상술한 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.
또한, 지금까지 설명한 수신기 및 수신 방법들은 테라헤르츠 대역의 신호뿐만이 아니라 밀리미터 대역 등 기타 높은 주파수 대역의 무선통신을 위한 수신기 및 수신 방법에도 적용될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. (컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.)
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
220: 제1 주파수 변환부

Claims (15)

  1. 쇼트키 다이오드를 이용하여 안테나에서 수신된 신호의 주파수 대역을 하향 변환하여 제1 출력 신호를 생성하는 제1 주파수 변환부;
    상기 제1 주파수 변환부에 연결되고 능동 소자를 이용하여 상기 제1 출력 신호의 주파수 대역을 하향 변환하여 제2 출력 신호를 생성하는 제2 주파수 변환부; 및
    상기 제1 주파수 변환부 및 상기 제2 주파수 변환부에 연결되어 동일한 발진 주파수를 공급하는 국부 발진기를 포함하고,
    상기 제1 주파수 변환부는
    쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기 및 대역 통과 필터를 포함하고,
    상기 제2 주파수 변환부는
    능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기, 저잡음 증폭기 및 저역 통과 필터
    를 포함하는 무선 통신을 위한 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 국부 발진기는
    상기 발진 주파수가 무선 주파수(Radio Frequency)와 기저대역 주파수 사이의 차이의 1/2이 되도록 상기 제1 주파수 변환부 및 상기 제2 주파수 변환부 각각에 상기 발진 주파수를 공급하는 무선 통신을 위한 수신기.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수 변환부는 상기 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기의 출력을 증폭하는 저잡음 증폭기
    를 더 포함하는 무선 통신을 위한 수신기.
  5. 쇼트키 다이오드를 이용하여 안테나에서 수신된 신호의 주파수 대역을 하향 변환하여 제1 출력 신호를 생성하는 제1 주파수 변환부;
    상기 제1 주파수 변환부에 연결되고 능동 소자를 이용하여 상기 제1 출력 신호의 주파수 대역을 하향 변환하여 제2 출력 신호를 생성하는 제2 주파수 변환부;
    상기 제2 주파수 변환부에 연결되고 능동 소자를 이용하여 상기 제2 출력 신호의 주파수 대역을 하향 변환하여 제3 출력 신호를 생성하는 제3 주파수 변환부; 및
    상기 제1 주파수 변환부, 상기 제2 주파수 변환부 및 상기 제3 주파수 변환부 각각에 연결되어 동일한 발진 주파수를 공급하는 국부 발진기를 포함하고,
    상기 제1 주파수 변환부는
    쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기 및 대역 통과 필터를 포함하고,
    상기 제2 주파수 변환부는
    능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기, 저잡음 증폭기 및 대역 통과 필터를 포함하고,
    상기 제3 주파수 변환부는
    능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기, 저잡음 증폭기 및 저역 통과 필터
    를 포함하는 무선 통신을 위한 수신기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 국부 발진기는
    상기 발진 주파수가 무선 주파수(Radio Frequency)와 기저대역 주파수 사이의 차이의 1/3이 되도록 상기 제1 주파수 변환부, 상기 제2 주파수 변환부 및 상기 제3 주파수 변환부 각각에 상기 발진 주파수를 공급하는 무선 통신을 위한 수신기.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 주파수 변환부는 상기 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기의 출력을 증폭하는 저잡음 증폭기
    를 더 포함하는 무선 통신을 위한 수신기.
  9. 쇼트키 다이오드를 이용하여 안테나에서 수신된 신호의 주파수 대역을 하향 변환하여 제1 출력 신호를 생성하는 제1 주파수 변환부;
    상기 제1 주파수 변환부에 순차적으로 직렬 연결된 복수의 주파수 변환부들; 및
    상기 제1 주파수 변환부 및 상기 복수의 주파수 변환부들 각각에 연결되어 동일한 발진 주파수를 공급하는 국부 발진기
    를 포함하고,
    상기 복수의 주파수 변환부들 각각은 능동 소자를 이용하여 대응하는(corresponding) 입력된 신호의 주파수 대역을 순차적으로 하향 변환하며,
    상기 제1 주파수 변환부는
    쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기 및 대역 통과 필터를 포함하고,
    상기 복수의 주파수 변환부들 중 마지막에 연결된 주파수 변환부를 제외한 복수의 주파수 변환부들은
    능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기, 저잡음 증폭기 및 대역 통과 필터를 포함하고,
    상기 복수의 주파수 변환부들 중 마지막에 연결된 주파수 변환부는
    능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기, 저잡음 증폭기 및 저역 통과 필터
    를 포함하는 무선 통신을 위한 수신기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 국부 발진기는
    상기 발진 주파수가 무선 주파수(Radio Frequency)와 기저대역 주파수 사이의 차이의 1/N이 되도록-N은 전체 주파수 변환부의 개수임- 상기 제1 주파수 변환부 및 상기 복수의 주파수 변환부들 각각에 상기 발진 주파수를 공급하는 무선 통신을 위한 수신기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 주파수 변환부는
    쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기 및 대역 통과 필터를 포함하고,
    상기 복수의 주파수 변환부들 중 마지막에 연결된 주파수 변환부를 제외한 복수의 주파수 변환부들은
    능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기, 저잡음 증폭기 및 대역 통과 필터를 포함하고,
    상기 복수의 주파수 변환부들 중 마지막에 연결된 주파수 변환부는
    능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기, 저잡음 증폭기 및 저역 통과 필터
    를 포함하는 무선 통신을 위한 수신기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 주파수 변환부는 상기 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기의 출력을 증폭하는 저잡음 증폭기
    를 더 포함하는 무선 통신을 위한 수신기.
  13. 국부 발진기를 이용하여 발진 주파수를 공급받는 단계;
    제1 출력 신호를 생성하기 위하여 상기 발진 주파수 및 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기를 이용하여 안테나에서 수신된 신호의 주파수 대역을 하향 변환하는 단계; 및
    제2 출력 신호를 생성하기 위하여 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기를 이용하여 상기 제1 출력 신호의 주파수 대역을 하향 변환하는 단계를 포함하고,
    상기 발진 주파수를 공급받는 단계는
    상기 발진 주파수가 무선 주파수(Radio Frequency)와 기저대역 주파수 사이의 차이의 1/2이 되도록 상기 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기 및 상기 능동 소자를 이용한 하향 주파수 변환기 각각이 상기 발진 주파수를 공급받는 단계
    를 포함하는 무선 통신을 위한 신호 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 안테나에서 수신된 신호의 주파수 대역을 하향 변환하는 단계는 저잡음 증폭기를 이용하여 상기 쇼트키 다이오드를 이용한 하향 주파수 변환기의 출력을 증폭시키는 단계를 더 포함하는 무선 통신을 위한 신호 처리 방법.
  15. 삭제
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