전자장 Ch13.4 Frequency Multiplier (RFDH 참조)

이론적배경

#Nonlinearity #2nd Harmonic #PushPush구조 #TRx구조

참조 : RFDH (RFDH - 대한민국을 RF강국으로!)

내용

1. Frequency Multiplier(체배기)란?

(1) 정의 : 주파수를 배수시켜주는 것

주파수 2배를 해주면 Frequency Doubler, 3배를 해주면 Frequency Trippler라고 부른다.

 (참고로 정확히 '정수배'해준다.)

(2) 용도1 : VCO/PLL 출력부에 활용된다.(Local Oscillator)

 - 높은 주파수(RF)에서 well-locked LO를 구현하기에 적합하다.

 - 이유 : 높은주파수에서 Phase Locking을 하는 것은 매우어렵다. 그래서 낮은 주파수에서 Locking을 해서 그것을 체배기로 주파수를 올리기만하면 손쉽게 Locking된 LO를 구현할 수 있다.

 

참고사항 )

 - 체배기는 일반적인 통신시스템(5GHz이하의 저주파)의 필수 회로가 아니다.

 - 체배기는 Up-Conversion 믹서랑 비슷하게 주파수를 올려주는 역할을 한다

 - PLL은 주로 2~3GHz 대역에서만 애용된다. (왜냐하면 주파수가 높을수록 PLL의 주파수분주, 위상비교등을 정밀하게 비교하는데 한계가 생기기때문이다.) 10GHz이상의 PLL은 아직 활발하게 개발중인가보다.

 

(3) 용도2 : 한개의 LO를 통해서 2개의 대역을 소화가능

예를들어 400MHz 신호원하나만 있다면 400MHz, 800MHz 신호를 동시에 발생시킬 수 있다.

 

 

 

2. Frequency Multiplier(체배기)의 원리

(1) 기본적인원리

 - 비선형소자에 Sinsoidal신호가 들어가면 고조파성분이생긴다. 이를 이용해서 체배기를 구성한다.

 

이를 구현하기위해서 대표적으로 Push Push 구조같은 구조를 사용한다.

 

 

(2) Push Push 구조 예시

위 사진은 Push Push 구조이다.

2개의 트랜지스터(M1,M2)의 Gate에 Differential 신호가 들어오면, Fundamental 신호(@f0)는 상쇄되고, 2nd Harmonic(2차고조파. @2f0)신호는 보강된다.

결과적으로 입력신호의 2차 고조파신호만 출력되는 것이다.(출력단은 우측상단의 C위쪽의 동그라미이다.)

 

(3) Harmonic 매칭

나머지 주파수 성분 걸러내기 by 출력단 @2f0 기준매칭

3. 특징

(1) Conversion loss 

# Mixer

고조파(harmonic)는 기본주파수(Fundamental freuqency)에 비해 매우 작은 출력을 갖는다. 그래서 그로인한 손실을 Conversion Loss라고한다. 이는 dB로 표현된다. 

당연히 높은 배율일수록 Loss는 커진다.

(2) Mixer와 달리 하나의 깨끗한 주파수 입력만 받는다

 

(3) 체배기의 결과는 그 특성상, 입력과 출력의 주파수가 다르기 때문에 S파라미터로 주요특성을 확인하지 않습니다.

주로 입력과 출력 주파수 스펙트럼을 보고 그 전력값을 읽게 됩니다.

4. 종류

(1) Single Ended Multiplier

Passive Multiplier와 Active Multiplier

Active고자가 없으면 Passive Multiplier이다.

 

(2) Balanced Multiplier for wideband

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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