목차
1. 믹서는 왜 필요한가?
2. 신호를”혼합한다”는 것은?

3. Passive Mixer

패시브 믹서는 수동소자를 이용하여 변환하기 때문에, 변환에 의한 손실이 발생합니다. (변환손실 : Conversion Loss) 패시브 믹서는 다이오드 사용 개수 등에 의해 여러 가지 타입이 있는데, 주로 사용되는 것은 <그림 8-4>에 나타낸 DBM(Double-Balanced Mixer)입니다. DBM은 4개의 다이오드와 2개의 트랜스포머로 구성되어 있으며, 수 GHz 이하의 주파수대라면 표면실장형으로 매우 소형의 DBM 칩을 구할 수 있기 때문에, 실제로 다이오드와 트랜스포머를 직접 PCB에 꾸려서 믹서를 구성하는 경우는 거의 없습니다. (물론 실무상에서 그렇단거고, 학교 등지에서 연구용으로는 만들어도 되겠죠)

<그림 8-4> DBM

DBM 이외에도, 다이오드 1개를 사용한 Single-Ended Mixer와 다이오드를 2개 사용한 Single- Balanced Mixer 등이 있습니다. 여기서 다이오드 1개를 사용한 패시브 믹서의 기본동작을 알아보도록 하겠습니다. 이러한 기본적인 믹서 회로를 <그림 8-5>에 나타내었습니다.

<그림 8-5> 기본적인 믹서회로

믹서로서의 동작을 알아보기 전에, 다이오드가 동작하는 전압과 그때에 흐르는 전류와의 관계 (I-V 특성)을 보도록 하겠습니다. 다이오드의 I-V 특성은 아래 식처럼 표현되며, 대부분의 전자회로 책에 잘 나와있습니다.

   (5)

Is : 다이오드의 포화 전류 , q : 전자의 전하 , V : PN접합에 인가된 전압
η : 1~2의 정수 , k : 볼츠만 정수 , T : 절대온도

여기서 PN접합에 인가되는 전압은, 아래식과 같이 직류 바이어스 Vo와 미세한 교류전압 δV와의 합으로 표현됩니다.

   (6)

식(5)에 식(6)을 대입하여 테일러 시리즈로 전개하면 아래와 같이 됩니다.

   (7)

여기서 Io는 직류 바이어스 전류, δI는 미세 교류전류입니다. 여기서

   라 하면,

   (8)

<그림 8-5>의 회로에 대해, 다이오드에 인가되는 교류전압 V는 아래 식처럼 표현됩니다.

   (9)

식(8)에 식(9)를 대입하여 전개하면 아래와 같이 됩니다.

식(10)의 내부를 잘 들여다 보면, 식(4)처럼 합과 차의 항이 있다는 것을 알 수 있습니다. 이를 통해, 합과 차의 새로운 주파수를 생성해내는 믹서로서 동작하고 있다는 것을 알 수 있습니다. 또한 식(10)을 보면 합과 차의 주파수 성분 이외에도 여러 가지 주파수성분을 만들어내고 있다는 것을 알 수 있지요. 구체적으로는 아래 식으로 표현되는 여러 주파수성분들이 무한 대로 출력되고 있는 상황입니다.

   (11)
(단, m과 n은－∞ ~＋∞의 정수일 때)

다이오드를 스위치처럼 간주하여 해당주파수에서 On/Off 시킬 수 있는 전압진폭을 가진 LO신호가 있다면, <그림 8-5>의 회로는 <그림 8-6>와 같은 스위치 회로로 볼 수 있습니다. 이 회로의 출력은 정현파 f_RF와 구형파 f_LO의 적분합이 되며, 구형파를 푸리에 급수로 전개하면 여러 가지 주파수 성분의 합으로 나타내집니다. (f_LO, 3f_LO, 5f_LO ... ) 그리하여 그 출력에서는 f_LO의 푸리에급수 주파수들과 f_RF와의 적분합들이 나타나면서 식(4)와 같은 합과 차의 주파수 성분을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있습니다. 다음으로 설명할 DBM은, 이러한 다이오드의 스위칭 동작을 이용하여 만들어지게 됩니다.

<그림 8-6> 스위치로서 표현한 믹서회로

다음 >> 4. DBM (Double Balanced Mixer)

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