KR20230103155A - 주 기준 주파수발생기 시스템 - Google Patents

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장동필
문성모
이병선
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Abstract

주 기준 주파수발생기 시스템이 제공된다. 주 기준 주파수발생기 시스템은, 복수의 기준 주파수발생기; 상기 기준 주파수발생기의 신호를 입력받아, 동일한 신호 크기의 복수의 출력 신호를 출력하는 하이브리드 매트릭스를 포함하고, 상기 복수의 출력 신호 중 적어도 2 개의 출력 신호는 위상 차이를 가질 수 있다.

Description

주 기준 주파수발생기 시스템{MASTER REFERENCE OSCILLATOR SYSTEM}
본 발명은 위성 통신 탑재체 등에 사용되는 기준 주파수발생기 시스템에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 국부발진기를 사용하는 시스템에서 국부발진기의 위상 잠금을 위해 사용되는 기준 주파수발생기 시스템에 관한 것이다.
기준 주파수발생기(Reference Oscillator)는 통신 시스템에서 주파수 변환을 위해 사용되는 주파수변환기(Frequency converter)의 필수 부품인 국부발진기(Local Oscillator)가 안정적인 주파수 신호를 출력하도록 하기 위해 기준이 되는 주파수발생기이다. 국부발진기는 PLL(Phase-Locked Loop) 회로 등을 통하여 기준 주파수발생기 신호에 위상 잠금(Phase Lock)을 함으로써 안정적인 주파수 신호를 발생시킬 수 있다.
통신 중계기 시스템은 그 시스템의 구조에 따라 다수의 주파수변환기를 이용하여 구성될 수 있다. 위성 통신 탑재체 시스템과 같이 높은 신뢰성이 요구되는 시스템에서는 신뢰도 향상을 위해 예비기(Redundancy)를 포함하게 되는데, 이 경우 필요한 장치의 수는 더욱 늘어나게 된다. 시스템의 모든 주파수변환기의 국부발진기는 각각 기준 주파수 신호를 공급받아야 하는데, 이 때 하나의 기준 주파수 발생기의 출력 신호를 분기하여 각 주파수변환기(국부발진기)에 공급할 수 있으며 이것이 주 기준 주파수발생기(Master Reference Oscillator)이다.
본 발명은 주 기준 주파수발생기 시스템에 있어, 90도와 180도 하이브리드를 이용하여 전력 분배기를 구성하여 입력 임피던스에 변동이 적은 주 기준 주파수발생기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 주 기준 주파수발생기 시스템은, 복수의 기준 주파수발생기; 상기 기준 주파수발생기의 신호를 입력받아, 동일한 신호 크기의 복수의 출력 신호를 출력하는 하이브리드 매트릭스를 포함하고, 상기 복수의 출력 신호 중 적어도 2 개의 출력 신호는 위상 차이를 가질 수 있다.
상기 하이브리드 매트릭스는 90도 하이브리드 및 180도 하이브리드를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 매트릭스는 하나 이상의 종단 저항을 포함할 수 있다.
상기 기준 주파수발생기는 n:1 예비기 구조(n은 1보다 큰 자연수)를 가질 수 있다.
상기 기준 주파수발생기는 주기 및 예비기를 포함하고, 상기 주 기준 주파수발생기 시스템은, 상기 주기와 상기 예비기의 절체를 수행하는 스위치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 주 기준 주파수발생기 시스템은, 주기 및 예비기를 포함하는 복수의 기준 주파수발생기; 상기 주기와 상기 예비기의 절체를 수행하는 스위치; 상기 스위치의 출력 신호를 입력받아, 동일한 신호 크기의 복수의 출력 신호를 출력하는 하이브리드 매트릭스를 포함하고, 상기 복수의 출력 신호 중 적어도 2 개의 출력 신호는 위상 차이를 가질 수 있다.
상기 하이브리드 매트릭스는 90도 하이브리드 및 180도 하이브리드를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 매트릭스는 하나 이상의 종단 저항을 포함할 수 있다.
상기 기준 주파수발생기는 n:1 예비기 구조(n은 1보다 큰 자연수)를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 주 기준 주파수발생기 시스템은, 복수의 기준 주파수발생기; 상기 기준 주파수발생기의 신호을 입력받아, 동일한 신호 크기의 복수의 제1 출력 신호를 출력하는 제1 하이브리드 매트릭스; 및 상기 제1 하이브리드 매트릭스의 복수의 제1 출력 신호를 입력받아, 동일한 신호 크기의 복수의 제2 출력 신호를 출력하는 제2 하이브리드 매트릭스를 포함하고, 상기 복수의 제1 출력 신호 중 적어도 2 개의 출력 신호는 위상 차이를 갖고, 상기 복수의 제2 출력 신호 중 적어도 2 개의 출력 신호는 위상 차이를 가질 수 있다.
상기 하이브리드 매트릭스는 90도 하이브리드 및 180도 하이브리드를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 매트릭스는 하나 이상의 종단 저항을 포함할 수 있다.
상기 기준 주파수발생기는 n:1 예비기 구조(n은 1보다 큰 자연수)를 가질 수 있다.
본 발명의 구성에 따르면, 90도와 180도 하이브리드를 조합한 하이브리드 매트릭스를 통해 입력 임피던스의 변동을 최소화 한 전력분배기를 구현하고 이를 이용한 주 기준 주파수발생기 시스템을 구현할 수 있다. 본 발명의 주 기준 주파수발생기 시스템은 특히 위성 통신 탑재체 시스템과 같이 주기와 예비기를 갖추는 시스템에서 기준 주파수발생기의 주파수 변동(Pulling) 성능 개선에 유용하다. 본 발명의 주 기준 주파수발생기 시스템은 실시예에서도 보인 바와 같이 주 기준 주파수발생기를 사용하는 통신 시스템에서 다양한 구성으로 적용이 가능하다.
도 1은 기준 주파수발생기에 종래 기술에 따른 전력 분배기(1:4)를 결합한 주 기준 주파수발생기를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 주 기준 주파수발생기 시스템의 기본 회로를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 주 기준 주파수발생기 시스템의 임피던스 정확도를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 2의 주 기준 주파수발생기 시스템의 확장된 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6을 더욱 확장한 기준 주파수발생기가 4:1 예비기 구조를 갖는 1:16 주 기준 주파수발생기 시스템 구성도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 기준 주파수발생기에 종래 기술에 따른 전력 분배기(1:4)를 결합한 주 기준 주파수발생기의 구성도이다. 기준 주파수발생기(110)의 신호는 신호의 크기를 동일하게 나누어 출력하는 1:2 전력분배기(120) 3개를 이용한 1:4 전력분배기(130)를 통해 1/4 크기로 나뉘어 출력된다. 이러한 주 기준 주파수발생기에서는 출력(151, 152, 153, 154)에 연결되는 장치의 입력 임피던스와 정합이 이루어졌을 때에는 기준 주파수 발생기의 성능에 영향없이 동작하지만, 연결되는 장치와 정합이 잘 이루어지지 않으면 1:4 전력분배기(130)의 입력(140) 임피던스가 변동되어 기준 주파수발생기 신호의 주파수 변동(Frequency Pulling)을 초래할 수 있다.
특히 위성 통신 탑재체 시스템에서는 일반 모드에서 전원이 꺼져 있는 예비기가 존재하기 때문에 주기와 예비기의 큰 임피던스 차이로 인해 전력분배기의 입력(140) 임피던스는 더욱 크게 변화할 수 있어 기준 주파수발생기 신호의 주파수 변동 가능성은 더욱 커지게 된다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 주 기준 주파수발생기 시스템에 있어, 90도와 180도 하이브리드를 이용하여 전력 분배기를 구성하여 입력 임피던스에 변동이 적은 주 기준 주파수발생기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 90도와 180도 하이브리드 매트릭스 구조의 전력분배기를 갖는 주 기준 주파수발생기 시스템을 제공한다.
도 2에 본 발명의 주 기준 주파수발생기 시스템의 기본 회로를 도시하였다. 두 개의 기준 주파수발생기(210, 220) 중 하나는 예비기로 동작하는 2:1 예비기 구조이며, 주기와 예비기의 절체는 스위치(230)를 통해 이루어진다. 스위치의 4 단자 중 사용되지 않는 1 단자는 종단(termination) 저항(241)에 연결된다. 기준 주파수발생기(210 또는 220)의 신호는 하이브리드 매트릭스(270)로 입력되어 출력단(280)에서 4개의 동일한 크기의 신호로 분배된다.
하이브리드 매트릭스는 2개의 90도 하이브리드(251, 252)와 2개의 180도 하이브리드(261, 262)로 구성되는데 입력의 사용하지 않는 3 단자는 저항(242, 243, 244)으로 종단시킨다. 하이브리드 매트릭스 4단자 출력 신호의 크기는 입력 신호 크기의 1/4로 동일하게 출력되지만 각 출력 단자에서 위상은 입력 위상 대비 0도(281), 0도(282), 90도(283), 90도(284) 차이를 갖게 된다. 이러한 하이브리드 매트릭스 구조에서는 각각의 하이브리드에서 발생하는 위상차로 인해 출력단의 어느 한 단자 또는 다수의 단자에 연결된 장치와의 임피던스 부정합(mismatch)이 발생하더라도 하이브리드 매트릭스의 입력 반사손실의 열화를 최소화 할 수 있다.
본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 도 2의 하이브리드 매트릭스(270)에 대한 시뮬레이션 결과를 실시예로 제공한다. 도 3은 주 기준 주파수발생기(도 2)의 출력단(280)에 연결되는 장치가 모두 정상적으로 동작할 때, 그리고 4:2 예비기((281,282 중 1개), (283,284중 1개)) 동작 시 하이브리드 매트릭스의 입력단(290)의 임피던스 정합도를 보여준다. 장치가 동작하지 않을 때의 임피던스는 오픈(OPEN) 상태로 가정하였으며, 이 때는 임피던스가 정확히 기준 주파수발생기(스위치)와 정합되어 기준 주파수발생기(210 또는 220)에 아무런 영향없이 신호를 분배하여 출력하게 된다.
도 4는 주 기준 주파수발생기(도 2)의 출력단(280)에 연결되는 장치 4개 중 3개가 정상적으로 동작할 때, 그리고 어느 하나만 동작 시 하이브리드 매트릭스의 입력단(290)의 임피던스 정합도를 보여준다. 이 경우 입력 VSWR은 약 1.67:1(12 dB 반사손실)로 비교적 우수한 정합 성능을 나타내므로 기준 주파수발생기의 풀링(Pulling) 성능에 따른 주파수 변동을 최소화 할 수 있다.
도 5와 도 6은 도 2의 주 기준 주파수발생기 시스템의 확장된 구조로, 도 5는 기준 주파수발생기가 3:1 예비기 구조를 갖는 구조이며, 도 6은 기준 주파수발생기가 4:1 예비기 구조를 갖는 주 기준 주파수발생기 시스템 구성도이다.
도 7은 도 6을 더욱 확장한 기준 주파수발생기가 4:1 예비기 구조를 갖는 1:16 주 기준 주파수발생기 시스템 구성도이다. 이와 같이 도 2의 기본 구조를 바탕으로 주 기준 주파수 발생기 시스템은 1:4, 1:8, 1:16 등 다양한 구조로 확장 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되지 않으며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속한다.

Claims (13)

  1. 복수의 기준 주파수발생기;
    상기 기준 주파수발생기의 신호를 입력받아, 동일한 신호 크기의 복수의 출력 신호를 출력하는 하이브리드 매트릭스를 포함하고,
    상기 복수의 출력 신호 중 적어도 2 개의 출력 신호는 위상 차이를 갖는,
    주 기준 주파수발생기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 매트릭스는 90도 하이브리드 및 180도 하이브리드를 포함하는, 주 기준 주파수발생기 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 매트릭스는 하나 이상의 종단 저항을 포함하는, 주 기준 주파수발생기 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준 주파수발생기는 n:1 예비기 구조(n은 1보다 큰 자연수)를 갖는, 주 기준 주파수발생기 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기준 주파수발생기는 주기 및 예비기를 포함하고,
    상기 주기와 상기 예비기의 절체를 수행하는 스위치를 더 포함하는 주 기준 주파수발생기 시스템.
  6. 주기 및 예비기를 포함하는 복수의 기준 주파수발생기;
    상기 주기와 상기 예비기의 절체를 수행하는 스위치;
    상기 스위치의 출력 신호를 입력받아, 동일한 신호 크기의 복수의 출력 신호를 출력하는 하이브리드 매트릭스를 포함하고,
    상기 복수의 출력 신호 중 적어도 2 개의 출력 신호는 위상 차이를 갖는,
    주 기준 주파수발생기 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하이브리드 매트릭스는 90도 하이브리드 및 180도 하이브리드를 포함하는, 주 기준 주파수발생기 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 하이브리드 매트릭스는 하나 이상의 종단 저항을 포함하는, 주 기준 주파수발생기 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 기준 주파수발생기는 n:1 예비기 구조(n은 1보다 큰 자연수)를 갖는, 주 기준 주파수발생기 시스템.
  10. 복수의 기준 주파수발생기;
    상기 기준 주파수발생기의 신호을 입력받아, 동일한 신호 크기의 복수의 제1 출력 신호를 출력하는 제1 하이브리드 매트릭스; 및
    상기 제1 하이브리드 매트릭스의 복수의 제1 출력 신호를 입력받아, 동일한 신호 크기의 복수의 제2 출력 신호를 출력하는 제2 하이브리드 매트릭스를 포함하고,
    상기 복수의 제1 출력 신호 중 적어도 2 개의 출력 신호는 위상 차이를 갖고, 상기 복수의 제2 출력 신호 중 적어도 2 개의 출력 신호는 위상 차이를 갖는,
    주 기준 주파수발생기 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 하이브리드 매트릭스 및 상기 제2 하이브리드 매트릭스는 90도 하이브리드 및 180도 하이브리드를 포함하는, 주 기준 주파수발생기 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 하이브리드 매트릭스는 하나 이상의 종단 저항을 포함하는, 주 기준 주파수발생기 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 기준 주파수발생기는 n:1 예비기 구조(n은 1보다 큰 자연수)를 갖는, 주 기준 주파수발생기 시스템.
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