Chapter 6 Transmitter and Oscillator Systems

6.1 Transmitter

송신기 블럭도

송신기의 기능: 안정된 RF 주파수를 변조 → 주파수 상향 → 증폭 → 안테나로 방사

송신기의 주요성능지표: 출력전력, 출력주파수, 안정도, 잡음

6.2 Transmitter noise (송신기 잡음)

송신기 잡음 종류: AM, 1/f, phase noise, jitter (신호주기의 불규칙한 변화)

송신신호 스펙트럼 곡선: dBm/Hz, dBc/Hz

발진기 위상잡음 (phase noise): Why is it more important than AM noise?

6.3 Frequency stability and spurious signals

Frequency stability: 온도변화에 따른 주파수 변화율, ±1 ppm/°C

Spurious signals: 송신기 발진기 기본주파수와 고조파 (기본주파수의 정수배 주파수)외의 신호

6.4 Frequency tuning, output power, and efficiency

- Frequency tuning: 발진기의 주파수를 지정한 주파수가 되게 하는 것

- Output power: 발진기의 출력전력. 보통 1-10 mW. 증폭하여 송신할 경우가 많음.

- Efficiency: 발진기의 RF 출력전력을 DC 입력전력으로 나눈 값. 주파수가 증가할 수록 발진기 효율 감소

- Harmonics (고조파): 기본 발진 주파수의 정수배 주파수. 대부분의 발진기에서 고조파가 발생한다.

6.5 Intermodulation

- Intermodulation (상호변조): 유사한 주파수 신호 f1, f2, f3, ...가 전력증폭기에 인가될 경우 전력증폭기의 비선형성에 의해 2*f2-f1 (two-tone third order intermodulation; IM3 products)와 같이 송신기의 송신 주파수 대역에 포함되는 신호가 발생하여 문제가 됨. 이를 피하는 방법은 전력증폭기를 선형화시키고 선형영역에서만 동작시키는 것임.

6.6 Crystal reference oscillator

수정발진기는 RF 송신기 캐리어 신호발생, 디지털 회로의 클록발생 등의 용도로 중요하게 사용된다.

Crystal oscillator: 수정공진기 (quartz resonator)를 발진회로에 사용한 발진기

XO (XTAL oscillator): ±15 ppm/°C

OCXO (oven compensated crystal oscillator): 항온공간에 발진기 설치. ±0.01 ppm/°C

TCXO (temperature compensated crystal oscillator): 온도변화에 따른 발진주파수 변화를 억제하기 위해 온도변화에 따라 발진주파수 제어전압을 적응적으로 변화시켜 줌. ±0.05 ppm/°C

6.7 Phase-locked oscillator

- 주파수 안정도가 우수한 수정발진기를 이용하여 안정한 송신기 신호 생성

- 위상고정 발진기: 안정된 수정발진기를 기준주파수 발생원으로 사용하고 출력주파수 (기본주파수의 정수배)의 위상을 feedback을 통해 기준주파수 신호의 위상과 비교하여 출력신호의 주파수를 안정화시키는 방법. 이 때 출력신호의 안정도는 수정발진기의 안정도와 같다. 출력신호 주파수는 수정발진기 주파수의 정수배로 고정되어 변하지 않음.

Fig. 6.16 PLL oscillator

6.8 Frequency synthesizer

- 지정된 주파수 범위 내에서 임의의 주파수를 발생

- 주파수 합성기: 위상고정발진기를 변형하여 마이크로컨트롤러 제어에 의해 일정한 분해능으로 주파수를 발생

아래 그림에서 f_R = 1MHz, N₂ = 1000이며(∆f = 1 kHz) N₁을 1, 2, 3, ..., 10⁶으로 하면 1 kHz부터 10 GHz까지 1 kHz 간격의 신호를 발생시킬수 있다.

Fig. 6.19 Frequency synthesizer

- 주파수합성기의 주파수 분해능을 높이고 주파수 변화속도를 증가시키기 위해 다중루프 주파수합성기 사용