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KR101095958B1 - 주파수 조정방법 및 이를 적용한 스펙트럼 분석기 - Google Patents

주파수 조정방법 및 이를 적용한 스펙트럼 분석기 Download PDF

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KR101095958B1
KR101095958B1 KR1020090061663A KR20090061663A KR101095958B1 KR 101095958 B1 KR101095958 B1 KR 101095958B1 KR 1020090061663 A KR1020090061663 A KR 1020090061663A KR 20090061663 A KR20090061663 A KR 20090061663A KR 101095958 B1 KR101095958 B1 KR 101095958B1
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Abstract

주파수 조정방법 및 이를 적용한 스펙트럼 분석기가 개시된다. 본 주파수 조정방법은, 전류값을 입력함으로써 주파수를 출력하는 단계 및 상기 출력된 주파수가 기준 주파수와 다른 경우, 기설정된 DAC 코드를 변경함으로써 상기 출력된 주파수를 조정하는 단계를 포함한다. 그리하여, 스펙트럼분석기 내/외부 온도 및 사용환경에 따라 변동되는 신호의 중심주파수 변동량만큼 YTF를 제어하여 항상 일정한 위치에 중심주파수가 위치한다.
주파수, 스펙트럼 분석기, YTF

Description

주파수 조정방법 및 이를 적용한 스펙트럼 분석기{THE METHOD FOR CALIBRATING FREQUENCY AND THE SPRECTRUM ANALYZER}
본 발명은 스펙트럼 분석기에 관한 것으로, 상세하게는 주파수 조정방법 및 상기한 방법이 적용된 스펙트럼 분석기에 관한 것이다.
일반적으로 YTF(YTF;Yttrium Iron Garnet Tuned Filter)는 스펙트럼분석기의 측정주파수, 혹은 신호발생기의 주파수 확장을 위해 필수적으로 사용되는 부품으로, 전압을 제어하여 이에 흐르는 전류량을 조절함으로써 중심주파수를 가변시킨다.
이러한 YTF는 광대역에서 동작할 수 있는 대역폭 최대 120MHz를 가지며, 공급 전류에 의해 대역을 정할 수 있는 소자로서, 상기 스펙트럼분석기에서는 중요한 소자이다.
그러나 상기 YTF는 온도에 대해 민감한 소자로서, 주변온도에 따라 필터특성이 변화하게 되어, 정확한 직류레벨을 측정하기 위한 스펙트럼분석기에서 상기 YTF의 온도 특성 즉 저온, 상온, 고온에서 중심주파수가 이동하므로 이를 고려하여 설계에 적용하는 것을 필수적이다.
따라서 상기 YTF를 사용한 스펙트럼분석기는 측정하고자 하는 고주파신호가 YTF에 입력되게 되면, 상기 YTF를 통과한 고주파신호는 상기 YTF의 특성상 온도에 따라 중심주파수가 변동되어 설정된 중심주파수에 따라 변동량이 달라지고, 이러한 변동은 통과 대역에서의 리플 및 컷오프 특성에 의해 통과 신호의 직류 레벨에 영향을 주게 되어 스펙트럼분석기는 온도에 따라 직류 레벨의 정확도가 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 스펙트럼분석기 내/외부의 온도 및 사용환경에 따라 변동되는 신호의 중심주파수 변동량만큼 YTF를 제어하여 항상 일정한 위치에 중심주파수가 위치하도록 조정하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 중심주파수의 위치를 조정하기 위해 기설정된 DAC 코드를 일률적으로 변경시킴으로써 온도특성에 민감한 YTF를 용이하게 보정하여 스펙트럼분석기 정밀도를 향상하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 주파수 조정방법은, 전류값을 입력함으로써 주파수를 출력하는 단계; 및 상기 출력된 주파수가 기준 주파수와 다른 경우, 기설정된 DAC 코드를 변경함으로써 상기 출력된 주파수를 조정하는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 출력된 주파수는 온도에 따라 변경되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 DAC 코드는 상기 입력된 전류값 및 상기 기준 주파수와 각각 일대일하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 DAC 코드는 가용 주파수 범위, 가용 비트 수, 특정 주파수 대역의 최대 주파수 및 특정 주파수 대역의 최소 주파수를 기초로 생성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 출력된 주파수가 상기 기준 주파수보다 크면 상기 DAC 코드를 작게 변경시키고, 상기 출력된 주파수가 상기 기준 주파수보다 작으면 상기 DAC 코드를 크게 변경시키는 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 스펙트럼 분석기는, 신호를 표시하는 표시부; 및 상기 표시된 신호의 주파수가 기준 주파수와 다른 경우, 기설정된 DAC 코드를 변경함으로써, 상기 표시된 신호의 주파수를 조정하는 제어부;를 포함한다.
그리고, 상기 표시된 주파수는 스펙트럼 분석기의 온도에 따라 변경되는 것이 바람직하다.
또한, 전류값을 입력하는 입력부;를 더 포함하고, 상기 DAC 코드는 상기 입력된 전류값 및 상기 기준 주파수와 각각 일대일하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 DAC 코드는 가용 주파수 범위, 가용 비트 수, 특정 주파수 대역의 최대 주파수 및 특정 주파수 대역의 최소 주파수를 기초로 상기 DAC 코드를 생성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 표시된 주파수가 상기 기준 주파수보다 크면 상기 DAC 코드를 작게 변경시키고, 상기 표시된 주파수가 상기 기준 주파수보다 작으면 상기 DAC 코드를 크게 변경시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 신호의 중심주파수가 변동되더라도 변동량만큼 YTF를 제어하기 때문에 항상 일정한 위치에 중심주파수가 위치하게 된다.
또한, 중심주파수의 위치를 조정하기 위해 기설정된 DAC 코드를 일률적으로 변경시키기 때문에 온도특성에 민감한 YTF를 용이하게 보정하고, 스펙트럼분석기 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 분석기(100)의 블럭도이다. 도 1에 의하면, 스펙트럼 분석기(100)는 체배기(110), YTF(120), 증폭기(130), 표시부(140), 저장부(150), 조작부(160) 및 제어부(170)를 포함한다.
체배기(110)(multipler)는 입력된 신호의 주파수를 기설정된 배수로 체배하여 YTF(120)로 인가한다.
YTF(120)는 체배기(110)에서 출력된 신호 중 불요파신호를 제거시킨다. 구체적으로, 체배기(110)가 입력된 신호를 N배 체배시킨다 할지라도 체배기(110)에서 출력된 신호에는 체배된 N배의 주파수 이외에 기존의 주파수, N-1배의 주파수 등의 신호가 포함되어 있다. 그리하여 YTF(120)는 N배의 주파수 이외의 주파수 신호를 제거시킨다.
증폭기(130)는 YTF(120)에서 출력된 신호의 손실을 보상하여 표시부(140)로 출력한다.
저장부(150)에는 중심주파수, 디지털 아날로그변환 코드 및 전류값이 일대일 대응되어 있는 룩업테이블이 저장되어 있다.
조작부(160)는 사용자의 명령을 입력받는다. 본 발명과 관련하여 스펙트럼 분석기(100)의 모드는 일반 모드와 조정 모드가 있다. 일반 모드는 스펙트럼 분석 기(100)의 고유한 기능 예를 들어, 주파수와 진폭을 측정하거나, 변조파의 형태 및 변조량을 측정하는 모드이다. 조정 모드는 YTF(120)가 주변 온도 등의 변화로 인해 중심주파수가 변경된 경우, 상기한 중심 주파수를 조정시키기 위해 DAC 코드를 변경시키는 모드이다.
제어부(170)는 디지털 아날로그변환 코드를 이용하여 YTF(120)에서 출력되는 주파수를 조정한다. 보다 구체적으로, 제어부(170)는 조작부(160)를 통해 입력된 전류값에 대응되는 DAC 코드를 저장부(150)로부터 검색한다. 그리고, 아날로그 디지털 변환 코드에 대응되는 전류값을 YTF(120)에 입력함으로써 YTF(120)에서 특정 중심주파수를 갖는 신호가 출력되도록 한다.
또한, 온도가 변경됨으로써 YTF(120)에서 출력된 주파수가 변경되면, 제어부(170)는 전류값과 중심 주파수에 대응되는 DAC 코드를 변경시키고, 변경된 DAC 코드를 기저장된 룩업테이블에 업데이트시킨다. 그리고, 업데이트된 룩업테이블에 기초하여 YTF(120)를 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DAC 코드와 중심주파수가 포함된 룩업테이블을 생성하는 방법에 관한 흐름도이다.
가용 주파수 대역의 범위를 가용 비트수로 나눔으로써, DAC 해상도를 산출한다(S210). 예를 들어, 가용 주파수 대역이 2GHz에서 8GHz 이고, 가용 바이트가 16이면, DAC 해상도는 0.0915MHz/bit이다.
가용 주파수 대역을 복수 개의 중심주파수로 분리한다(S220). 가용 주파수 대역이 2GHz에서 8GHz 일때, 복수 개의 중심 주파수는 2GHz, 3GHz, 4GHz, 5GHz, 6GHz, 7GHz 및 8GHz일 수 있다.
각 중심 주파수와 최소 중심주파수의 차를 DAC 해상도로 나눔으로써, 각 중심 주파수에 대한 DAC 코드를 생성한다(S230). 여기서 최소 중심주파수는 상기 분리된 중심주파수 중에서 주파수가 최소인 것을 말한다.
그리고, DAC 코드는 정수인 것이 바람직하다. 예를 들어 특정 중심주파수와 최소 중심주파수의 차를 DAC 해상도로 나누면 유리수 또는 무리수가 나올 수 있다. 그러나, 상기한 유리수 또는 무리수를 반올림, 올림 또는 내림을 이용하여 정수로 만드는 것이 바람직하다. 이와 같이 정수인 DAC 코드를 이용하면 제어부(170)가 YTF(120)를 보다 용이하게 제어할 수 있다.
DAC 코드와 중심주파수가 매칭된 룩업 테이블을 생성한다(S240). 설명의 편의를 위해 룩업 테이블에 저장되어 있는 중심주파수를 기준 주파수라고 칭한다. 이는 표시부(140)에 표시된 신호의 중심주파수와 구별하기 위함이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 아날로 변환 코드와 전류값을 일대일 대응된 룩업테이블을 생성하는 방법에 관한 흐름도이다.
튜닝 코일(tuning coil)의 감도(sensitivity)를 DAC 해상도로 나눔으로써, 단위 전류당 비트값을 산출한다(S310). 본 실시예에서 튜닝 코일의 감도가 20MHz/mA이면, DAC 해상도가0.0915MHz/bit이므로 단위 전류당 비트값은 218bit/mA이다. 여기서 단위 전류당 비트값은 YTF(120)에 입력되는 전류를 1mA에 증가시키기 위해서는 DAC 코드는 218bit 변경시켜야 한다는 의미이다.
각 중심 주파수의 DAC 코드를 단위 전류당 비트값으로 나눔으로써, YTF(120)에 인가되는 전류값을 산출한다(S320). 예를 들어, 5000MHz의 중심주파수가 출력되도록 하고자 할 때 YTF(120)에 입력되는 전류값은 150mA이다.
DAC 코드와 전류값이 매칭된 룩업테이블을 생성한다(S330).
본 실시예에서는 DAC 코드와 중심주파수가 매칭된 룩업테이블 및 DAC 코드와 전류값이 매칭된 룩업테이블을 생성하는 방법을 별도로 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 도모한 것이다. 룩업테이블에는 DAC 코드, 중심 주파수 및 전류값이 함께 포함되어 있는 것이 바람직하다.
룩업테이블이 생성될 당시의 온도와 스펙트럼 분석기(100)를 사용하는 시기의 온도가 동일한 경우, 룩업테이블의 전류값은 조작부(160)를 통해 입력된 전류값 및 YTF(120)에 입력된 전류값과 동일하다. 그러나, 룩업테이블이 생성될 당시의 온도와 스펙트럼 분석기(100)를 사용하는 시기의 온도가 상이한 경우, 룩업테이블의 전류값은 조작부(160)를 통해 입력된 전류값으로 상정하는 것이 바람직하다. 그리고, 제어부(170)는 DAC 코드를 기초로 YTF(120)를 제어하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 룩업 테이블의 일 예를 도시한 표이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 사용자가 조작부(160)를 통해 특정 전류값을 입력하면, 제어부(170)는 특정 전류값에 대응되는 DAC 코드를 검색하고, 또한 검색된 DAC 코드에 대응되는 전류값을 산출하여 YTF(120)를 제어한다. 제어부(170)가 YTF(120)를 제어함에 있어서, 제어부(170)는 검색된 DAC 코드를 단위 전류당 비트값으로 나눔으로써, YTF(120)에 입력되는 전류값을 산출한다. 여기서 도 4의 기준주파수는 YTF(120)에서 출력되어야 할 이상적인 중심주파수이다.
한편, YTF(120)는 온도에 민감한 소자이기 때문에 온도가 변경되면 스펙트럼 분석기(100)에서 출력되는 중심 주파수도 변경되게 된다.
도 5는 온도에 따른 중심 주파수의 변경을 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 온도 T0에서 출력되는 중심 주파수가 f0라 할지라도 주변온도가 T+으로 상승하면 출력되는 중심 주파수는 f-로 낮아지고, 주변 온도가 T-로 하강하면 YTF(120)에서 출력되는 중심 주파수는 F+로 상승하게 된다. 그리하여 스펙트럼 분석기(100)가 외부 환경에 영향을 받더라고 YTF(120)에서 출력되는 중심 주파수는 고정될 수 있도록 할 필요가 있다. 상기와 같이 YTF(120)에서 출력되는 중심 주파수가 고정될 수 있도록 룩업테이블을 업데이트시키는 것이 바람직하다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 룩업테이블을 업데이트시키는 방법에 대한 흐름도이다.
먼저 제어부(170)는 스펙트럼 분석기(100)의 모드가 조정모드인지 판단한다(S610). 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 분석기(100)의 모드를 조정모드로 설정하는 방법을 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 사용자는 하나의 케이블(250)을 이용하여 스펙트럼 분석기(100)의 입력단자(180)와 출력단자(190)를 연결시킨다. 그러면 제어부(170)는 스펙트럼분석기의 모드가 조정모드인 것으로 판단한다.
스펙트럼 분석기(100)의 모드가 조정모드인 것으로 판단되면(S610-Y), 제어부(170)는 조작부(160)를 통해 특정 전류값이 입력되었는지 판단한다(S620).
특정 전류값이 입력되었다고 판단되면(S620-Y), 제어부(170)는 입력된 전류값에 대응되는 DAC 코드로 YTF(120)를 제어한다(S630). 구체적으로, 제어부(170)는 입력된 전류값에 대응되는 DAC 코드를 저장부(150)에 저장되어 있는 룩업테이블에서 검색하고, 검색된 DAC 코드로 YTF(120)를 제어한다.
YTF(120)는 제어부(170)의 제어하에 체배기(110)에서 출력된 신호 중 불요파신호를 제거한 신호를 출력하고, YTF(120)에서 출력된 신호는 증폭기(130)에서 증폭된 후 스펙트럼 분석기(100)의 표시부(140)에 표시된다(S640).
한편, 제어부(170)는 표시부(140)에 표시된 신호의 중심주파수를 산출한다(S650). 중심 주파수를 측정하기 위해 제어부(170)는 표시부(140)에 표시된 신호 중 특정 세기 이상의 주파수 대역을 측정하고, 측정된 주파수 대역의 평균을 중심주파수로 산출한다. 무론 중심주파수를 측정하는 방법으로 신호의 최대 전력을 이용할 수 있음도 물론이다.
제어부(170)는 중심주파수가 기준 주파수와 상이한지 판단한다(S660).
중심주파수가 변경되었다고 판단되면(S660-Y), 제어부(170)는 YTF(120)를 제어하는 DAC 코드를 변경시켜고, 변경된 DAC 코드로 YTF(120)를 제어한다(S670). 제어부(170)는 DAC 코드값을 비트단위로 변경시키면서 측정된 중심주파수와 룩업테이블에 저장된 기준주파수가 일치하는지 확인한다. 일반적으로, 온도가 상승할수록 중심주파수는 하강한다. 그리하여, 하강된 중심주파수를 보상하기 위해 DAC코드 값을 상승시키는 것이 바람직하다. 그리고, 상승된 중심주파수를 보상하기 위해서는 DAC 코드값을 하강시키는 것이 바람직하다.
이와 같은 방법으로, 중심주파수가 기준주파수와 일치할 때까지 S640 내지 S670 을 반복한다.
그리고, 중심주파수가 기준 주파수와 일치하게 되면(S660-N), 제어부(170)는 룩업테이블에 기저장된 DAC 코드를 상기한 중심주파수를 제어할 때 이용한 DAC 코드로 대체함으로써 룩업테이블을 업데이트시킨다(S680).
온도가 변경되었을 경우, 제어부(170)는 상기와 같은 방법으로 각 중심주파수를 조정할 수 있다. 그러나, 중심주파수와 온도는 선형관계에 있기 때문에 특정 중심주파수를 조정하는데 이용된 DAC 코드의 변화량을 각 중심주파수의 DAC 코드에 적용함으로써 일률적으로 룩업테이블을 업데이트시킬 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 분석기의 블럭도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DAC 코드와 중심주파수가 포함된 룩업테이블을 생성하는 방법에 관한 흐름도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 아날로 변환 코드와 전류값을 일대일 대응된 룩업테이블을 생성하는 방법에 관한 흐름도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 룩업 테이블의 일 예를 도시한 표,
도 5는 온도에 따른 중심 주파수의 변경을 도시한 도면
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 룩업테이블을 업데이트시키는 방법에 대한 흐름도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 분석기(100)의 모드를 조정모드로 설정하는 방법을 도시한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110: 체배기 120: YTF
130: 증폭기 140: 표시부
150: 저장부 160: 조작부
170: 제어부

Claims (10)

  1. 전류값을 입력함으로써 주파수를 출력하는 단계; 및
    상기 출력된 주파수가 기준 주파수와 다른 경우, 기설정된 DAC 코드를 변경함으로써 상기 출력된 주파수를 조정하는 단계;를 포함하며,
    상기 DAC 코드는 가용 주파수 대역의 범위를 가용 비트수로 나누어서 DAC 해상도를 산출하고 가용 주파수 대역을 복수 개의 중심 주파수로 분리한 후에 상기 복수 개의 중심 주파수 중에 최소의 중심 주파수와 각 중심 주파수의 차를 DAC 해상도로 나눔으로써 각 중심 주파수에 대하여 생성되는 것을 특징으로 하는 주파수 조정방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 출력된 주파수는 온도에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 주파수 조정방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 DAC 코드는 상기 입력된 전류값 및 상기 기준 주파수와 각각 일대일하는 것을 특징으로 하는 주파수 조정방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 DAC 코드는 가용 주파수 범위, 가용 비트 수, 특정 주파수 대역의 최대 주파수 및 특정 주파수 대역의 최소 주파수를 기초로 생성되는 것을 특징으로 하는 주파수 조정방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 출력된 주파수가 상기 기준 주파수보다 크면 상기 DAC 코드를 작게 변경시키고, 상기 출력된 주파수가 상기 기준 주파수보다 작으면 상기 DAC 코드를 크게 변경시키는 것을 특징으로 하는 주파수 조정방법.
  6. 신호를 표시하는 표시부; 및
    상기 표시된 신호의 주파수가 기준 주파수와 다른 경우, 기설정된 DAC 코드를 변경함으로써, 상기 표시된 신호의 주파수를 조정하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는 가용 주파수 대역의 범위를 가용 비트수로 나누어서 DAC 해상도를 산출하고 가용 주파수 대역을 복수 개의 중심 주파수로 분리한 후에 상기 복수 개의 중심 주파수 중에 최소의 중심 주파수와 각 중심 주파수의 차를 DAC 해상도로 나눔으로써 각 중심 주파수에 대한 DAC 코드를 생성하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 표시된 주파수는 스펙트럼 분석기의 온도에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석기.
  8. 제 6항에 있어서,
    전류값을 입력하는 입력부;를 더 포함하고,
    상기 DAC 코드는 상기 입력된 전류값 및 상기 기준 주파수와 각각 일대일하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석기.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    가용 주파수 범위, 가용 비트 수, 특정 주파수 대역의 최대 주파수 및 특정 주파수 대역의 최소 주파수를 기초로 상기 DAC 코드를 생성하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석기.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 표시된 주파수가 상기 기준 주파수보다 크면 상기 DAC 코드를 작게 변경시키고, 상기 표시된 주파수가 상기 기준 주파수보다 작으면 상기 DAC 코드를 크게 변경시키는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석기.
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