목차
1. 믹서는 왜 필요한가?
2. 신호를”혼합한다”는 것은?
3. Passive Mixer

4. DBM (Double Balanced Mixer)

<그림 8-7>에 DBM의 회로도를 나타내었습니다. (RF → IF 로 변환하는 Down conversion의 예)
문헌에 따라서는 아래처럼 다이오드가 크로스된 형태가 아니고, 동그랗게 링 형태로 배치된 회로도로 소개되는 경우도 있긴 합니다. 그렇다면 이 두가지는 다른 회로일까요?

<그림 8-7> DBM ①

<그림 8-7>의 접점에 표시한 1 ~ 4의 번호를 차례로 쫓아가보면 (1→2→3→4→1), 다이오드가 한줄로 연결되어 있다는 것을 알 수 있습니다. 이러한 <그림 8-7> 의 연결상태를 바꾸지 않고, 도면상에서 다이오드가 크로스하지 않게 고쳐 그린 회로도를 <그림 8-8>에 나타내었습니다. 보시다시피 <그림 8-7>과 <그림 8-8>의 다이오드 차례 (D1~D4)와 연결점 번호(1~4)는 동일합니다. 결국 어떻게 그리느냐의 문제일 뿐, 크로스 형태의 DBM이나 링 형태의 DBM이나 같은 회로 그림입니다.

<그림 8-8> DBM ②

이제 <그림 8-7> 회로(또는 8-8 회로)의 기본동작을 알아보도록 하겠습니다. DBM은 LO 입력신호에 의해 구동되며, 동작원리를 설명하기 위해 우선 LO 신호 입력은 충분히 큰 진폭 (직렬로 연결된 2개의 다이오드를 순방향 바이어스 ON 시킬 수 있는 진폭)을 가지는 Duty=50%의 구형파로 가정하겠습니다. 이러한 DBM의 동작은 LO 신호의 극성에 따라 3가지 상태로 나눌 수 있으며, 각 상태의 동작 상태는 아래와 같습니다.

(1) LO 신호 입력이 없을 때

LO 신호 입력이 없을 때, <그림 8-7>의 D1~D4 의 모든 다이오드들은 OFF 상태가 되버립니다. 이때 <그림 8-7>의 회로도는 아래 <그림 8-9>에 나타낸 회로와 등가가 됩니다. RF입력과 IF 출력이 완전히 끊어진 상태가 되어, RF입력은 전달되지 않고 IF 출력에는 아무런 신호가 나타나지 않습니다.

<그림 8-9> LO 입력 : 없음

 (2) LO 신호 입력이 + 반주기일 때 (positive half cycle)

LO신호에 의해 D1,D2 다이오드에 순방향 바이어스가 걸리면서 ON상태가 됩니다. 한편 D3,D4는 역방향 바이어스가 걸리면서 OFF 상태가 되어 버리죠. 이 경우 <그림 8-7>의 회로는 아래 <그림 8-10>의 회로와 등가가 되어, RF 입력신호는 그림의 화살표처럼 전달되어 IF 출력에 나타납니다.

<그림 8-10> LO 입력 : +반주기

 (2) LO 신호 입력이 - 반주기일 때 (negative half cycle)

LO 신호의 극성이 + 반주기 일 때와 정반대이기 때문에, D1,D2는 역방향 바이어스가 걸려 OFF 상태가 되고 D3,D4는 순방향 바이어스가 걸려 ON 상태가 됩니다. 이때 <그림 8-7>의 회로는 아래 <그림 8-11>에 나타낸 회로와 등가가 되어, RF 입력선호는 그림의 화살표처럼 전달되어 IF 출력에 나타납니다.

IF 출력의 트랜스포머에서의 신호흐름은 <그림 8-10>에 나타낸 +반주기와는 정반대로 되게 됩니다.  그 때문에 IF 출력신호의 위상은 +반주기 상태에 비해 반전한 모양을 가지는, 즉 위상이 180도 다른 파형이 됩니다.

<그림 8-11> LO 입력 : - 반주기

아래 <그림 8-12>에 RF  신호입력, LO 신호입력, 그리고 IF 신호 출력의 각 신호파형의 관계를 나타내었습니다. LO 신호의 극성에 의해 IF에 출력되는 RF 신호의 위상이 반전을 반복하고 있습니다. 그로 인해 위상이 반전되는 부분에서 신호가 불연속이 되는 바람에, 왜곡(distortion)을 일으키게 됩니다.

<그림 8-12> 입출력 파형으로 보는 DBM의 동작

바로 이 왜곡된 부분에서 비선형성이 발생하고, 그로 인해 오만가지 주파수 성분들이 믹싱되어 태어나게 됩니다. 그리고 이 불연속 부분은 LO 신호 주파수의 주기로 인해 발생하므로, 결국 RF 신호 주파수와 LO 신호 주파수가 합성된 주파수 성분이 발생하게 되는 것이지요. 

결국 스위칭 상태의 변화에 의해 나타나는 비선형성으로 인해 믹싱된 주파수 성분이 나타나고, 그러한 믹싱 주파수 성분들은 스위치를 껐다 키는 LO 신호의 주파수에 의존함으로써, 결과적으로  믹서로써 동작하게 됩니다.

여기까지의 동작 설명은 높은 주파수의 RF 신호를 낮은 주파수의 IF 신호로 변환하는, 즉 수신회로에서 DBM을 사용한 경우를 가정한 것이었습니다. (Down conversion) 그런데 <그림 8-10>, <그림 8-11>의 DBM 기본동작을 보면, 신호의 전달 방향은 RF → IF 뿐만 아니라 IF → RF 로도 똑같이 가능하다는 것을 눈치챌 수 있을 것입니다.

아래의 <그림 8-13>과 같이, IF 로부터 신호를 입력하고 RF로 신호를 출력해내는 것도 가능합니다. 이것은 낮은 주파수의 IF 신호를 높은 주파수의 RF 신호로 변환하는, 송신회로에서의 DBM 사용례입니다. (Up conversion), 즉 같은 DBM은 송신회로와 수신회로 어느쪽에서도 사용할 수 있으며, 대부분의 패시브 믹서는 이러한 쌍대성을 가지게 됩니다. 

<그림 8-13> 반대로 사용하기

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