RF시스템에서 MIXER(믹서)란?

 

이번 시간은 믹서에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

참고할 믹서 파트 블록도는 아래에 있습니다.

MIXER 블록도

 

MIXER란?

믹서는 두 개 이상의 다른 주파수를 가진 신호를 입력받아, 이들을 곱하거나 합성하여 새로운 주파수를 생성하는 전자 장치입니다. 주로 주파수 변환, 신호 합성 및 복조 등의 작업에 사용되며, 무선 통신 시스템, 레이더 시스템, 위성 통신 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

 

구체적으로, 반도체 물질의 비 선형성을 이용하여 입력된 두 주파수(f1, f2)의 합(f1+f2)과 차(f1-f2)에 해당하는 주파수의 신호를 출력하는 회로로, 헤테로다인 시스템에서 반송파(Carrier) 신호를 처리하기 쉬운 중간 주파수(IF) 신호로 변환하기 위해 사용합니다.

 

비선형성

비선형 소자의 특성으로 인해 생기는 IMD 성분중 2승째 항에서 성분을 통해 주파수의 합과 차를 뽑아냅니다.

 

 

 

Mixer의 종류

종류	Active Mixer	Passive Mixer
전원	인가	비인가
소자	트랜지스터	다이오드
변환이득	Conversion Gain	Conversion Loss
회로구성	복잡	간단

 

 

Conversion Loss란?

Conversion Loss(변환 손실)이란 입력신호와 출력 신호의 전력 레벨 차이입니다. 믹서는 입력 신호들의 주파수를 변환하는 과정에서, 전력이 소실되거나 감소할 수 있습니다. 즉, Mixer의 입력 신호 전력보다 출력 신호 전력이 낮아집니다. 

 

Upconversion과 Downconversion이 있는데 RF신호를 IF로 변환시키는 것을 Downconversion이라고 하고 IF 신호를 RF 신호로 변환시키는 것을 Upconversion이라고 합니다.

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DNC와 UPC

믹서의 Conversion Loss를 측정하려면, 입력 신호의 전력과 출력 신호의 전력을 비교해야 합니다. Downconversion에서의 Loss는 입력 RF(dBm) - 출력 IF(dBm)이며 Upconversion에서의 Loss는 입력 IF(dBm) - 출력 RF(dBm) 입니다. 일반적으로 변환 손실은 약 2~9dB 정도입니다.

 

 

 

Isolation이란?

믹서의 성능을 평가하는 중요한 항목 중에 하나로 RF 간 서로 간섭하지 않는 격리도가 얼마나 우수한지에 대한 평가 압니다. 믹서에는 RF포트, LO포트, IF포트 이렇게 총 3가지가 있습니다. 

 

Mixer의 isolation

LO-RF isolation: IF신호와 LO 신호가 합쳐져 RF신호로 출력될 때 LO신호가 RF포트로 누설되는 정도를 의미합니다.

(만약 LO성분이 1/100만큼 누설된다면 LO to RF Isolation은 -20dB라고 합니다.)

 

LO-IF isolation: RF 신호와 LO 신호가 합쳐져 IF신호로 출력 될 때 LO신호가 IF포트로 누설되는 정도를 의미합니다.

(만약 LO성분이 1/100만큼 누설된다면 LO to IF Isolation은 -20dB라고 합니다.)

 

IF-RF isolation: IF 포트에서 RF포트로 이동할 때 IF신호가 얼마나 감쇠되는지 측정합니다. 두 포트 간의 전력 레벨 차이가 크기 때문에 해당 isolation은 위 두 가지 isolation만큼 중요하지 않습니다.

 

 

Isolation 예시상황

Upconversion에 사용되는 믹서의 경우 IF신호가 증폭되었으므로 높은 신호(5dBm)가 Mixer로 입력되는 상황을 가정하였습니다.  LO-IF Isolation(-20dB)을 고려해 IF주파수 신호가 LO로 -15dBm 정도 누설 되는 상황이 발생합니다. 이럴때 PLL 출력단에 역으로 다른 주파수 전력이 들어오는 상황이 발생할 수 있기 때문에 LO에도 필터를 달아서 PLL과 주변 회로를 지키는 것을 고려해야 합니다. 이상으로 RF 시스템에서 믹서의 역할과 원리에 대해 알아보았습니다.

 

[참고] RFDH사이트

 

 

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- RF열정무한-