100-1000 MHz 대역 초고속 주파수합성기 설계 및 제작
저자
발행사항
대전 : 忠南大學校 大學院, 2010
학위논문사항
학위논문(석사) -- 忠南大學校 大學院 , 電波工學科 電波工學 專攻 , 2010. 8
발행연도
2010
작성언어
한국어
주제어
DDC
621.382 판사항(22)
발행국(도시)
대전
기타서명
Design and fabrication of 100-1000 MHz band high speed frequency synthesizer
형태사항
71 p. : 도표 ; 26 cm.
일반주기명
충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
指導敎授:洪性溶
참고문헌 : p.69
소장기관
This paper describes the design and fabrication of the 100 - 1000 MHz band high speed and the high resolution frequency synthesizer. The fabricated frequency synthesizer consists of DDS part, frequency converter part and last filter part. DDS has the characteristics of the fine frequency resolution, a fast switching time, and a low phase noise. but has a limitation of a low output frequency and narrow bandwidth.
To obtain a wide bandwidth of output frequency, we mixed the output signal of DDS with the local oscillator. And the mixed signal is multiplied by frequency doubler. Then doubed signal is down-converted to 100 ~ 1000 MHz bandwidth of the output frequency by two fixed PLL.
We design the DDS part using AD9912 with 1000 MHz reference clock. As a results of measurement, the fabricated DDS part has the output frequency of 1150~1375 MHz, phase noise of -73 dBc/Hz at 1 kHz offset from the carrier, and spurious of less than -60 dBc. The fabricated frequency synthesizer has the output frequency of 100~1000 MHz, the output power of 4 dBm, the phase noise of -70 dBc/Hz at 1 kHz offset from the carrier, and spurious of less than -55 dBc. And the frequency resolution and the switching time of this frequency synthesizer are less than 1Hz and less than 500 nsec, respectively.
From this results, this synthesizer is satisfied with the design specification except the output power, phase noise and spurious. Here after to increase of the output power of this synthesizer, we are supposed to apply the BPF and last filter part with low insertion loss. And improvement it's of phase noise, we are supposed to change the fixed PLL with low phase noise. And improvement it's of spurious, we are supposed to fiter's high skirt characteristic of the last filter part. If so, this synthesizer with high speed and fine resolution can be applicable to a military system, a frequency hopping and spread spectrum radios, a test equipments, etc.
주파수합성기는 통신 시스템에서 RF를 IF로 변환하거나 IF를 RF로 변환할 때 국부발진기로 사용되며, 여러 개의 채널을 갖는 송수신 시스템에서 원하는 채널을 선택하는 기능을 한다. 주파수합성기는 새로운 주파수의 합성방법에 따라 직접 아날로그 주파수합성기, 간접 주파수합성기(PLL), 그리고 직접 디지털 합성기(DDS : Direct Digital Synthesizer)로 나눌 수 있다.
직접 아날로그 합성기는 믹싱, 필터링, 대수적 계산 등에 의해 원하는 주파수를 합성하는 방법으로 그림 1.1에 나타내었다. 그림 1.2에 나타낸 PLL 방식은 현재 가장 많이 사용하고 있는 방식이다. VCO의 출력주파수를 궤환 루프를 통해 입력단으로 보내 안정된 기준 주파수와 동기시켜 원하는 주파수를 얻어내는 방법으로 구조가 간단하다.
그림 1.3에 나타낸 DDS 방식은 어큐뮬레이터, ROM 등의 디지털 회로를 이용해 아날로그 정현파 신호를 얻어내는 방법이다. DDS는 DDFS(Direct Digital Frequency Synthesizer), DSS(Direct Sine Synthesizer), 또는 NCO(Numerical Controlled Oscillator)로도 불린다. DDS에 대한 연구는 1970년대에 시작되었지만[5], 디지털 기술과 반도체 기술의 획기적인 발전이 있었던 1980년대 말부터 본격적인 연구와 개발이 이루어지기 시작했다. 현재에는 위성통신, radar, 계측기, 의료기기, 스프레드 스펙트럼 통신과 같이, 높은 주파수 해상도, 빠른 lock time 등의 특성을 요구하는 시스템에서 폭 넓게 사용되고 있다. 그런데 DDS 방식은 현재까지 상용화된 DDS IC는 기준 클럭이 최대 1000 MHz이하이기 때문에, 최대 출력 주파수가 500 MHz인 단점이 있다.
현재 주파수합성기는 무선통신의 핵심부품으로 해외 기술의존도가 높고 해외에서도 미국, 유럽 등 소수 전문 업체만이 기술을 보유하고 있다. 본 논문에서는 100 ~ 1000 MHz의 광대역 고해상도 초고속 주파수합성기를 설계 및 제작하고자 한다. 이를 위해 DDS의 장점인 높은 주파수 해상도, 빠른 lock time, 낮은 위상잡음 등의 특성을 유지하고, 출력 주파수를 높이기 위해 DDS와 Fixed PLL을 결합한 주파수 합성 방법을 이용하였다. DDS의 150 ~ 375 MHz의 출력신호와 Fixed PLL의 1500, 2750 MHz 신호를 혼합기 및 체배기를 사용하여 100 ~ 1000 MHz의 최종 출력을 얻었다.
본 논문의 구성은 다음과 같다. 2장에서는 100 - 1000MHz 대역 초고속 주파수합성기의 설계에 대해 기술하였으며, 3장에서는 DDS의 설계이론 및 제작 결과를 나타내었다. 4장에서는 DDS의 낮은 출력 주파수를 상⋅하향 변환하는 주파수 변환 부분의 설계 및 제작, 측정에 대해 기술하였다. 5장에서는 종단 필터부의 설계와 제작, 측정에 대해 기술하였다. 6장에서 100 - 1000MHz 대역 초고속 주파수합성기의 제작 결과를 나타내었다. 마지막으로 7장에서 결론을 맺었다.
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