[RF 기초] 중간주파수의 단점 - Image Frequency에 대해서

RF는 저도 잘 모르는 분야라서 공부하고 있는데, 같이 공부하는거라고 생각해주시면 될것 같습니다.

이글은 RF 기초 강의실이라는 책을 위주로 정리되었습니다.

슈퍼헤테로다인 방식의 가장 큰 문제점은 Image Frequency(이미지 주파수)입니다. 이는 중간주파수(이하 IF)로 발생하는 문제입니다. 이 글에서는 Image Frequency에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

Image Frequency란?

영상주파수(影像周波數)라고도 한다. 예를 들면 표준방송(標準放送)에서는 중간 주파수는 455kHz이며, 수신희망주파수에 국부발진주파수를 합해서 455kHz 높이 수신한다. 이때, 국부발진주파수인 455kHz보다도 더 높은 주파수가 이미지주파수이다. 이 주파수의 전파가 존재하면 국부발진주파수와 혼합하여 같은 중간주파수로 되어 수신이 방해될 가능성이 있다. 따라서 수신기의 고주파단(高周波段)으로 이미지 주파수를 억압하여야 한다.

<참조 : 두산백과>

주파수 변환(Up/Down Conversion)을 위해서 사용되는 Mixer는 비선형성 소자를 이용하는 회로입니다. 슈퍼헤테로다인 방식은 수신신호와 로컬오실레이터와 Mixer를 통해서 IF를 생성하게 됩니다. 

Mixer를 사용하여 주파수를 변환하면 주파수 변환으로 인해 발생하는 여러 필요없는 주파수가 발생을 하게 되는데, RF 신호 처리를 위해서는 이러한 신호를 없애야 합니다. IF를 사용한다는 것은 추가적인 Mixer를 사용해야 한다는 의미가 되므로, IF의 경우 추가적인 Spurious 주파수 제거 문제가 발생을 하게 됩니다.

Image Frequency는 Down/Up Conversion을 할 때 만들어지는 신호에 대해서 기준 신호의 반사되는 신호가 만들어지는 것을 말합니다. Up Conversion의 경우 F2에서 F1을 더하여 Conversion 결과가 나타나게 되는데, 이때 F2 - F1의 주파수에서도 동일한 신호가 만들어 지게 됩니다. 즉 Mixer를 통과하게 되면 항상 합과 차의 출력은 동시에 나오게 되는데, 이를 Image Frequency라고 부릅니다.

아래의 그림을 보면 이해가 편하실거라 판단이 듭니다. LO의 주파수로 부터 Down Conversion을 통해서 Desired Station의 신호가 만들어 질겁니다. 이 때  Desired Station의 반대쪽에도 동일하게 Image Frequency(Mirror Image)가 만들어진 것을 확인할 수 있습니다. 

455KHz 중간주파수를 처리하고, 580kHz 신호를 받는 AM Station이 있다고 가정을 하겠습니다. 이 Station은  580 + 455의 Desired Station이 만들어 집니다. 또한 로컬 오실레이터부터 455KHz 떠어진 580 + 455 + 455 신호도 생성을 하게 됩니다. 이를 로컬 오실레이터에서 Mix하게 되면 이상한 신호를 만들어 버리게 됩니다. 

Image Frequency를 제거하는 방법

RF 신호에 Image Frequency가 유입이 되면, 수신단에서는 이를 절대 원신호로 만들어 낼 수 없습니다. 따라서 Image Frequency는 반드시 제거를 해야 하는데, 이를 위해 사용하는 것이 Image Filter입니다. 

Image Filter는 아래의 그림처럼 Bandpass 필터링을 통해서 Image Frequency가 생기는 주파수 자체를 필터링 해버리게 됩니다. 안테나를 통해서 받은 신호를 이 필터를 이용하셔 필터링 하므로, IF 신호로 변환하기 위한 Mixer에서는 Image Frequency를 알지 못하게됩니다. 만에 하나 Image Frequency가 필터링이 되지 않으면 IF 주파수를 교란시키는 문제로 인해 송신측에서 보낸 신호를 제대로 받아올 수 없게 됩니다. 

이 글에서는 중간주파수의 단점인 Image Frequency에 대해서 알아보았습니다.

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