Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC (대한전자공학회논문지TC)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

Improvement of Connector Performance Using Analysis of Characteristic Impedance

특성임피던스 분석을 사용한 커넥터 성능향상

  • Yang, Jeong-Kyu (Department of Information and Communication Engineering, Kongju National University) ;
  • Kim, Moon-Jung (Division of Electrical Electronics and Control Engineering, Kongju National University)
  • 양정규 (공주대학교 정보통신공학과) ;
  • 김문정 (공주대학교 전기전자제어공학부)
  • Received : 2011.01.06
  • Accepted : 2011.09.16
  • Published : 2011.09.25
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Abstract

The signal transmission properties of the connector such as insertion loss and return loss are investigated using analysis procedure of S-parameter simulation, equivalent model extraction, and characteristic impedance calculation. S-parameter simulation is performed by connector's modeling and solving based on 3-dimensional finite element method. The connector's equivalent model of ${\pi}$ type is are proposed and extracted with an optimization process of circuit analysis simulator. The characteristic impedance of the connector is calculated with results of circuit analysis simulation and S-parameter data. According to the connector's characteristic impedance, it's revised design is carried out. In this work, the connector's effective contact area is increased and its body is applied as a high dielectric material in order to increase its capacitance and then obtain impedance matching. Therefore, return loss of the connector is improved by approximately 10 dB due to its design revision.

본 논문에서는 커넥터의 특성임피던스 추출, 분석 방법 및 설계 변경 방법을 제안하고 임피던스를 정합하여 신호 전달 특성을 개선한다. 3차원 FEM(Finite Element Method) 전자기장(Electro-Magnetic Field) 시뮬레이터를 이용하여 커넥터의 S-파라미터를 계산하고 반사손실 및 삽입손실을 추출한다. 커넥터의 신호 전달 특성은 반사손실이 0.9 GHz 이후부터 -20 dB 이상의 값으로 높게 나타났다. 신호 전달 특성이 낮은 원인을 파악하기 위해서 회로 해석 시뮬레이터를 이용하여 커넥터의 등가 회로 모델을 추출하고 특성임피던스를 계산하였다. 커넥터의 특성임피던스는 $90.3{\Omega}$으로 임피던스 부정합이 발생하여 신호 전달 특성이 저하되었다. 따라서 신호 전달 특성을 개선할 목적으로 임피던스를 정합하기 위해서 커넥터의 커패시턴스를 증가시켰다. 이러한 설계 방안으로 커넥터 신호선의 유효 면적을 확장하고, 커넥터의 몸체 소재로 고유전체를 사용하였다. 설계 변경된 커넥터의 특성임피던스는 $58.6{\Omega}$으로 임피던스 정합에 보다 근접하여 커넥터의 반사손실이 대략 10 dB 향상되었다. 신호선의 유효 면적 증가에 의한 반사손실 개선과 고유전체의 적용으로 전자기파의 신호선 주변 집중에 의해서 삽입손실 또한 개선되었다.

Keywords

References

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