믹서(Mixer) 예비 레포트

목차

◎ 실험제목 : 믹서 (Mixer)

◎ 실험일시 : 2004년 10월 20일

◎ 실험목적 : TR 2SC1815 두개를 이용한 믹서의 동작 원리를 이해하
고 회로구성 능력을 향상시킨다.

◎ 기본이론 : 믹서가 하는일, 주파수 스펙트럼, 만드는 원리
믹서의 주요 특성

◎ 회로도

◎ 부품도

본문내용

ort 마다 간섭이 일어나서 각 port만의 고유의 신호들이 다른 port로 서로 넘나들지 않게 할 때 많이 사용하는 말이다. 자기 신호는 남에게는 방해물이고 잡음일 뿐이기 때문이다. 역으로 남의 신호가 간섭으로 들어와서 좋을 것은 하나도 없을 것이다.
RF Mixer의 port는 아시다시피 IF, LO, RF 의 3개이다. 당연히 이 3개의 포트는 각각 격리 되어 야지, LO신호가 RF port로 바로 가고 RF가 IF로 바로 간다던지 하는 교란이 일어나서는 안 된다. 이렇게 최대한 격리한 정도, 그것을 Mixer의 Isolation이라고 정의한다. 각 port마다 들어간 신호가 그대로 다른 port로 나와서는 안 되는 것이다.
이것은 결국 Mixer의 품질을 규정하는 중요한 요소가 된다. 예를 들어 IF port로 들어간 1의 신호 가 LO port로 전달되는 정도가 0.01정도라면, 1/100의 전력이 IF에서 LO로 바로 새 버린 것이다. 이 경우 IF - LO 간 isolation은 -20 dB라고 말한다. 이처럼Mixer의 모든 port에 대해서 각각의 전달계수를 Isolation이라는 특성으로 정의할 수 있다. 쉽게 생각하면 3port 인 Mixer에서 자신의 주파수에 해당하는 S12 (S21), S13 (S31), S23 (S32) 과 같은 것들이 각각 해당 port와 관련된 Isolation 값이 된다.
그래서 Mixer는 S파라미터에 기반 한 해석이나 측정보다는 스펙트럼 주파수 측정이나 Harmonic balance 해석에 기반 한 특성들이 많다.
Mixer는 애초부터 각각의 port끼리 direct로 뭔가 신호가 전달되게 만든 것이 아니고, Mixer 회로 를 통해 mixing된 무언가를 만들어내기 위해 존재하는 것이다. 그러므로 이렇게 direct로 통과해 버리는 신호들은 손실이면서 동시에 필요 없는 곳에선 잡음으로 동작하는 것이다. 잘 생각해보면 쉬운 개념이다. 바로 이러한 문제점을 해결 하는게 Mixer 설계의 주안점중 하나이고, 이것을 개선 해 나가는 과정을 이해할 수 있도록 Mixer의 기본적인 입출력 구조를 다시 알아본다.
Mixing 동작이야 잘 된다고 가정하면, 약간 잘못되어진 부분을 찾을 수 있다. 송신부에서는 IF와 LO가, 수신부에서는 RF와 LO가 같은 입력으로 들어가야 하는데, 그러다보니 둘이 겹쳐서 뭔가 잘못되어질 가능성이 있을 것 같다. 한마디로 어느 한쪽의 두 신호는 전혀 격리되어 있지가 않아서 문제가 발생할 거라는 예상을 할 수 있다. 이 문제를 해결하는 데는 뭔가 구조를 개선해야 할 필요가 있다.

Mixer의 주요 특성
▶ Dynamic range
Dynamic range(동작영역)이라 함은 보통 활용 가능한 전력대역을 말한다. ‘최소 얼마에서 최대 얼 마까지의 전력까지 사용 가능하다‘라는 개념이다. 최소 활용 가능한 전력대란 말은 최소한 잡음레 벨보다는 커야한다는 의미가 되므로 Mixer의 Noise figure와 관련이 있고, 최대 활용 가능한 전력 대는 1dB 압축점과 관련 있다. Mixer 역시 비선형소자를 이용하기 때문에 입출력관계 (conversion loss or gain)가 일정하게 유지되다가 어느 정도 전력이상이 되면 loss가 늘어나기 시 작한다. 그러한 1dB Conversion compression point에 따라 Mixer의 최대 활용 전력대가 결정된다. 다시 말해서 Dynamic range는 Mixer가 이용 가능한 (최대전력 - 최소전력) 범위를 지칭한다.
▶ 선형성 (IP3, IP2)
Mixer도 선형성이 중요하다. 비선형 회로는 어차피 비선형인데, 이 비선형성을 이용하면서도 정작 사용해야 하는 신호 입장에서는 선형성이 확보되어야 하는 딜레마가 있다. Mixer의 선형성은 IP3 를 주로 이용하며, 이 값을 통해 시스템 전체의 선형성이 어느 정도이냐를 계산하는데 사용하게 된다. Super heterodyne이 아닌 Direct conversion의 경우는 IP3가 아닌 IP2가 중요한 지표가 된 다.
▶ 잡음지수 (Noise figure)
수신 단 Mixer는 항상 LNA와 같이 다니게 된다. 만약 LNA가 품질이 아주 좋아서 뒷단의 잡음지 수가 별로 좋지 않아도 된다면 상관은 없다. 하지만 LNA 혼자서 그 역할을 모두 하기에는 힘든 경우도 많다. 아시다시피 잡음지수는 초단의 영향이 절대적이긴 하지만, 그 다음단의 잡음지수도 적지 않은 영향을 미치기 때문에 LNA 뒤에서 동작하는 비선형 회로인 Mixer의 noise figure도 수신감도 측면에서 만만치 않게 중요한 역할을 할 수 있다.
한 가지 추가적으로 언급할 만한 것은 SSB noise와 DSB noise 문제이다. 위에서 그려져 있듯이, Mixing을 하면 파생되는 image frequency 성분도 같이 써먹는 DSB(double side band)의 경우는 SSB(single side band)보다 잡음지수가 3dB 낮아진다. 왜냐하면 Mixer 입력에는 한 밴드의 주파 수신호가 입력 되도, 출력에서 Double side band로 image frequency 성분까지 출력되면 채널이 두 배가 되므로, DSB는 SSB에 비해 채널 전력합이 두배(+3dB)가 된다. 반면 잡음은 서로 corelation이 없어서 채널 sum이 안되므로 그대로이다. 그러므로 입력 신호 대 잡음비 / 출력 신 호 대 잡음비에 해당하는 잡음지수 값은 DSB가 SSB보다 3dB 낮아지는 것이다.
회로도
부품표
번호
재 료 명
규 격
단 위
수 량
비 고
1
TR
2SC1815
개
2
2
수정 발전자
10.7 ㎒
개
1
3
BPF
SFU455A
개
1
4
저항
28Ω, 1/4W
개
1
5
저항
100Ω, 1/4W,
개
1
6
저항
1KΩ, 1/4W
개
2
7
저항
1.5KΩ, 1/4W
개
1
8
저항
4.7KΩ, 1/4W
개
1
9
저항
47KΩ, 1/4W
개
1
10
가변 저항
10㏀, B형
개
1
11
커패시터
100㎊
개
2
12
커패시터
500㎊
개
1
13
커패시터
1000㎊
개
1
14
전해 커패시터
0.1㎌, 100V
개
1

키워드

무선통신,   믹서,   mixer,   무선설비기사