이 글에서는 RF 변환기 설계에 대해 설명하며, RF 업컨버터와 RF 다운컨버터 설계에 대한 블록 다이어그램을 제시합니다. 또한, 이 C-밴드 주파수 변환기에 사용되는 주파수 구성 요소에 대해서도 설명합니다. 설계는 RF 믹서, 국부 발진기, MMIC, 신시사이저, OCXO 기준 발진기, 감쇠기 패드 등과 같은 개별 RF 부품을 사용하여 마이크로스트립 보드에서 수행됩니다.
RF 업컨버터 설계
RF 주파수 변환기는 한 주파수 값을 다른 주파수 값으로 변환하는 것을 의미합니다. 낮은 주파수 값을 높은 주파수 값으로 변환하는 장치를 업컨버터라고 합니다. 무선 주파수 대역에서 작동하기 때문에 RF 업컨버터라고 부릅니다. 이 RF 업컨버터 모듈은 약 52~88MHz 범위의 중간 주파수(IF)를 약 5925~6425GHz 범위의 무선 주파수(RF)로 변환합니다. 따라서 C-밴드 업컨버터라고도 합니다. 이 모듈은 위성 통신에 사용되는 VSAT에 탑재되는 RF 트랜시버의 구성 요소 중 하나입니다.
그림 1: RF 업컨버터 블록 다이어그램
RF 업컨버터 부품의 설계 과정을 단계별로 살펴보겠습니다.
1단계: 믹서, 로컬 오실레이터, MMIC, 신시사이저, OCXO 기준 오실레이터, 감쇠기 패드가 일반적으로 사용 가능한지 확인합니다.
2단계: 특히 MMIC 입력단을 비롯한 라인업의 여러 단계에서 전력 레벨 계산을 수행하여 장치의 1dB 압축점을 초과하지 않도록 합니다.
3단계: 설계 과정에서 믹서 이후의 다양한 단계에 마이크로스트립 기반 필터를 적절히 설계하여 통과시키고자 하는 주파수 범위의 어느 부분을 걸러낼지 결정합니다.
4단계: Microwave Office 또는 Agilent HP EEsof를 사용하여 시뮬레이션을 수행합니다. 선택한 유전체와 RF 캐리어 주파수에 필요한 PCB 상의 여러 위치에 적절한 도체 폭을 설정하십시오. 시뮬레이션 중에는 차폐재를 사용하여 회로를 구성하는 것을 잊지 마십시오. S 파라미터를 확인하십시오.
5단계: PCB를 제작하고 구매한 부품을 납땜합니다.
그림 1의 블록도에 나타낸 바와 같이, 장치(MMIC 및 믹서)의 1dB 압축 지점을 처리하기 위해서는 3dB 또는 6dB의 적절한 감쇠 패드를 중간에 사용해야 합니다.
적절한 주파수의 국부 발진기(LO)와 신시사이저를 사용해야 합니다. 70MHz를 C 대역으로 변환하는 경우, LO는 1112.5MHz, 신시사이저는 4680~5375MHz 주파수 범위를 권장합니다. 믹서를 선택할 때 일반적인 규칙은 LO 출력이 P1dB에서 가장 높은 입력 신호 레벨보다 10dB 높아야 한다는 것입니다. GCN은 아날로그 전압에 따라 감쇠량이 변하는 PIN 다이오드 감쇠기를 사용하는 이득 제어 네트워크(Gain Control Network)입니다. 원치 않는 주파수를 걸러내고 원하는 주파수를 통과시키기 위해 필요에 따라 대역 통과 필터와 저역 통과 필터를 사용해야 합니다.
RF 다운 컨버터 설계
높은 주파수를 낮은 주파수로 변환하는 장치를 다운 컨버터라고 합니다. 무선 주파수 대역에서 작동하기 때문에 RF 다운 컨버터라고도 합니다. RF 다운 컨버터 부품의 설계 과정을 단계별로 살펴보겠습니다. 이 RF 다운 컨버터 모듈은 3700~4200MHz 범위의 RF 주파수를 52~88MHz 범위의 IF 주파수로 변환합니다. 따라서 C-밴드 다운 컨버터라고도 합니다.
그림 2: RF 다운 컨버터 블록 다이어그램
그림 2는 RF 부품을 사용한 C 대역 다운 컨버터의 블록 다이어그램을 보여줍니다. 이제 단계별로 RF 다운 컨버터 부분의 설계를 살펴보겠습니다.
1단계: 헤테로다인 설계에 따라 RF 주파수를 4GHz에서 1GHz 범위로, 그리고 1GHz에서 70MHz 범위로 변환하는 두 개의 RF 믹서를 선정했습니다. 설계에 사용된 RF 믹서는 MC24M이고, IF 믹서는 TUF-5H입니다.
2단계: RF 다운 컨버터의 각 단계에서 사용할 적절한 필터가 설계되었습니다. 여기에는 3700~4200MHz 대역 통과 필터(BPF), 1042.5±18MHz 대역 통과 필터(BPF) 및 52~88MHz 저역 통과 필터(LPF)가 포함됩니다.
3단계: 블록도에 표시된 대로 적절한 위치에 MMIC 증폭기 IC와 감쇠 패드를 사용하여 장치의 출력 및 입력 전력 레벨을 충족합니다. 이들은 RF 다운 컨버터의 이득 및 1dB 압축점 요구 사항에 따라 선택됩니다.
4단계: 업컨버터 설계에 사용된 RF 신시사이저와 LO는 그림과 같이 다운컨버터 설계에도 사용됩니다.
5단계: RF 아이솔레이터는 RF 신호가 한 방향(즉, 순방향)으로만 통과하고 역방향으로의 RF 반사를 차단하기 위해 적절한 위치에 사용됩니다. 따라서 단방향 장치라고도 합니다. GCN은 이득 제어 네트워크(Gain Control Network)의 약자입니다. GCN은 가변 감쇠 장치로, RF 링크 버짓에 따라 원하는 RF 출력을 설정할 수 있도록 합니다.
결론: 본 RF 주파수 변환기 설계에서 언급된 개념과 유사하게, L 대역, Ku 대역 및 밀리미터파 대역과 같은 다른 주파수 대역에서도 주파수 변환기를 설계할 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 12월 7일
