국부 발진기

일렉트로닉스에서 국부 발진기(, LO)는 신호의 주파수를 변경하기 위해 믹서와 함께 사용되는 전자 발진기를 말한다. 헤테로다이닝이라고도 하는 이 주파수 변환 과정은 국부 발진기의 주파수와 믹서에 입력되는 신호의 주파수에서 합산 및 차이 주파수를 생성한다. 고정된 주파수에서 신호를 처리하면 무선 수신기의 성능이 향상된다. 많은 수신기에서 국부 발진기와 믹서의 기능은 "변환기"라고 불리는 하나의 단계로 결합되는데, 이는 두 기능을 하나의 능동 소자로 결합하여 공간, 비용 및 전력 소비를 줄인다.

'국부(local)'라는 용어는 발진기의 주파수가 외부 신호에 따라 조정될 수 있지만, 주파수가 회로 내에서 생성되며 외부 신호에 의존하지 않는다는 사실을 나타낸다.

 응용 
섬네일|upright=2.0|일반적인 단일 변환 슈퍼헤테로다인 수신기의 블록 다이어그램. 이 다이어그램은 슈퍼헤테로다인 수신기에 공통적인 블록을 포함한다. RF 증폭기는 선택 사항이다. 빨간색 부분은 수신되는 무선 주파수(RF) 신호를 처리하는 부분이고, 녹색 부분은 중간 주파수(IF)에서 작동하는 부분이며, 파란색 부분은 변조(오디오) 주파수에서 작동한다. 점선은 국부 발진기와 RF 필터가 함께 튜닝되어야 함을 나타낸다.

국부 발진기는 가장 일반적인 유형의 무선 수신기 회로인 슈퍼헤테로다인 수신기에 사용된다. 이 응용 분야에서 국부 발진기(LO)의 주파수는 안테나에서 수신되는 무선 주파수(RF)와 유사하게 선택되므로, 둘 사이의 차이가 RF보다 훨씬 작다. 고측 주입(LO 주파수가 RF보다 큰 경우) 또는 저측 주입(LO 주파수가 RF보다 작은 경우)이 사용될 수 있다. 그런 다음 차이를 합계에서 필터링하여 중간 주파수(IF)를 추출할 수 있다.
 고측 주입의 경우, .
 저측 주입의 경우, .
따라서 국부 발진기에 선택되는 주파수는 여야 한다.

또한 모뎀, 케이블 텔레비전 셋톱 박스, 전화 간선에 사용되는 주파수 분할 다중화 시스템, 마이크로파 중계 시스템, 원격 측정법 시스템, 원자 시계, 전파망원경, 군사 전자 방해 (대재밍) 시스템과 같은 많은 다른 통신 회로에서도 사용된다. 위성방송 수신에서는 위성에서 수신 안테나로 사용되는 마이크로파 주파수가 안테나에 장착된 국부 발진기와 믹서에 의해 더 낮은 주파수로 변환된다. 이는 수신된 신호를 원래 수신 주파수에서 허용할 수 없는 신호 손실이 발생할 수 있는 길이의 케이블을 통해 전송할 수 있게 한다. 이 응용 분야에서 국부 발진기는 고정 주파수이며 하향 변환된 신호 주파수는 가변적이다.

 성능 요구 사항 
신호 처리 시스템의 성능은 다른 요인들 중에서 국부 발진기의 특성에 따라 달라진다.
 방출 - 수신기 설계는 국부 발진기에 의해 스퓨리어스 신호가 방출되지 않도록 주의해야 한다. 이러한 신호는 다른 수신기의 작동에 간섭을 일으킬 수 있다.
 안정성 - 국부 발진기는 낮은 고조파를 가진 안정적인 주파수를 생성해야 한다.L. D. Wolfgang, C.L. Hutchinson, The ARRL Handbook for Radio Amateurs Sixty-Eighth Edition, ARRL1990 , page 12-10 안정성은 온도, 전압, 기계적 드리프트를 고려해야 한다.
 전력 - 발진기는 믹서 또는 주파수 승산기와 같은 후속 회로 단계를 효과적으로 구동하기에 충분한 출력 전력을 생성해야 한다.
 잡음 - 신호 타이밍이 중요한 곳에서는 낮은 위상 잡음을 가져야 한다.Peter Fortescue, Graham Swinerd, John Stark (ed.): "Spacecraft Systems Engineering", Wiley 2011 , sections 12.3.5 and 12.3.6.Bowick, Christopher; Blyler, John; Ajluni, Cheryl: RF Circuit Design (2nd Edition). Elsevier 2008  pp. 190–191.
 정밀도 - 채널화된 수신기 시스템에서 주파수 신시사이저의 튜닝 정밀도는 원하는 신호의 채널 간격과 호환되어야 한다.

 LO 유형 
결정 발진기는 비교적 저렴한 비용으로 우수한 안정성과 성능을 제공하는 일반적인 유형의 국부 발진기이지만, 주파수가 고정되어 있으므로 주파수를 변경하려면 결정을 교체해야 한다. 다른 주파수로 튜닝하려면 가변 주파수 발진기가 필요하며, 이는 안정성과 튜닝 가능성 사이의 절충을 가져온다. 고속 디지털 마이크로일렉트로닉스의 출현으로 현대 시스템은 주파수 신시사이저를 사용하여 안정적인 튜닝 가능한 국부 발진기를 얻을 수 있지만, 결과에서 적절한 잡음 특성을 유지하기 위해 여전히 주의를 기울여야 한다. 위상 고정 루프는 정밀한 LO 주파수를 생성하는 대안적인 방법이다. 다른 주파수 소스와 동기화하여 이 방법은 높은 수준의 정확성과 안정성을 보장한다.

 의도치 않은 LO 방출 
국부 발진기 방사 감지는 자동차 레이더 탐지기 탐지나 일부 국가에서 무면허 텔레비전 방송 수신기 탐지와 같이 수신기의 존재를 드러낼 수 있다. 제2차 세계 대전 동안 연합군 병사들은 추축국 병사들이 국부 발진기 방출을 감지할 수 있는 장비를 가지고 있었기 때문에 슈퍼헤테로다인 수신기를 소유하는 것이 허용되지 않았다. 이로 인해 병사들은 국부 발진기가 없는 간단한 임시 무선 수신기인 폭스홀 라디오를 만들게 되었다.

제2차 세계 대전의 더 나은 군사 통신 수신기는 국부 발진기 방출을 억제하도록 설계되었다. 예를 들어, 유명한 RCA AR-88은 우수한 차폐 기능을 갖추고 있다. 또한 슈퍼헤테로다인 믹서 앞에 두 개의 튜닝된 5극관 RF 단계를 사용한다. 5극관은 역방향 이득이 거의 0이므로 LO 방출이 안테나를 통해 역류할 수 없었다.

 같이 보기 
 직접 변환 수신기
 호모다인 검파
 헤테로다인 검파
 광 헤테로다인 검파
 NE612: 발진기 및 길버트 셀 승산기 믹서

 각주 

분류:무선공학
분류:피드백