Six-port 위상 상관기는 한 개의 power divider 와 세 개의 hybrid coupler로 구성되어 진다. 본 논문에서는 광대역 특성을 갖는 three-arm branch $90^{\circ}$ hybrid coupler를 사용한 six-port 위상 상관기를 ADS2003A을 사용하여 중심 주파수 11.85 GHz에서 설계하여 시뮬레이션을 통해 성능을 분석하였다. 모의 실험결과 three-arm branch $90^{\circ}$ hybrid coupler를 이용한 six-port 위상 상관기의 대역폭은 약 1.5GHz$(10.8{\sim}12.3)$로 기존의 $90^{\circ}$ hybrid branch-line coupler를 이용한 six-port 위상 상관기보다 약 5배 정도의 광대역 특성을 보였다. Six-port 위상 상관기의 port간 위상 오차는 $5^{\circ}$ 이하로 양호한 특성을 보였으며, 모의 실험한 결과를 바탕으로 six-port 위상 상관기의 실질적인 성능을 비교 검증하기 위하여 six-port 위상 상관기를 제작하고 성능을 측정하였다. 측정된 six-port 위상 상관기의 특성은 시뮬레이션 데이터와 거의 일치하였다.
본 논문은 6.0~18.0 GHz 대역에서 동작하는 광대역 디지털 주파수 변별기(DFD, digital frequency discriminator)의 위상 상관기(phase correlator)를 설계하고 제작하였으며, 제작된 DFD 위상 상관기의 I와 Q 신호를 측정하고, 주파수 변별 오차를 분석하였다. 믹서형 위상 상관기의 동작 특성에 대한 해석적 관계식을 유도하였으며, 위상 상관기에 포함되는 IQ 믹서(mixer)와 8-way 전력분배기(power divider)는 RF 시뮬레이션 툴(tool)을 이용하여 모델링하였다. 설계된 위상 상관기는 제작되어 측정하였다. 제작된 위상 상관기의 I와 Q 출력신호를 측정하여 제시하였으며, 측정된 I와 Q 출력신호를 이용하여 위상오차(phase error)와 주파수 변별오차(frequency discrimination error)를 나타내었다. 위상 상관기의 평균 위상오차(phase error)는 $4.81^{\circ}$, RMS(root mean square)이고, 주파수 변별 오차는 1.49 MHz, RMS 이다.
본 논문에서는 $90^{\circ}$ hybrid branch-line coupler와 three-arm branch $90^{\circ}$ hybrid coupler를 이용하여 설계한 six-port 위상 상관기를 ADS2003A을 사용하여 모의 실험하고 성능을 분석하였다. Three-arm branch $90^{\circ}$ hybrid coupler를 이용한 six-port 위상 상관기가 기존의 $90^{\circ}$ hybrid coupler를 이용한 six-port 위상 상관기보다 약 5배정도의 광대역 특성을 보였다. 두 개의 six-port 위상 상관기의 성능을 비교 검증하기 위하여 six-port 위상 상관기를 제작 평가하였다 측정된 두 개의 six-port 위상 상관기의 특성은 시뮬레이션 데이터와 거의 일치하였다.
6-단자 위상 상관기는 동위상 전력 분배기 한 개와 3-dB 90도 위상차 전력 분배기 세 개로 구성된 회로로 입력 신호의 위상을 판별하는 복조 회로에 주로 사용된다. 본 논문에서는 37.5-Ω 동축선 3개를 이용한 광대역 2:1 임피던스 변환 회로 구조의 동위상 전력 분배기와 Wireline 이용한 3-dB 90도 위상차 전력 분배기를 사용하여 광대역에서 동작하는 6-단자 위상 상관기를 제안하였다. 중심 주파수 1000MHz에서 제작된 제안된 광대역 6-단자 위상 상관기는 640~1270MHz 주파수 범위에서 동위상 전력 분배기 입력 신호에 대한 4개의 출력 단자로의 신호 전달 특성(Si1)은 세기 -6.5±0.6dB와 위상 오차 ±3.4° 이내, 90도 위상차 전력 분배기 입력 신호에 대한 신호 전달 특성(Si2)은 세기 -6.1±0.6dB와 위상 오차 ±6.2° 이내, 입력 반사계수(S11 and S22) -14dB 이하의 안정적인 값을 가졌다.
본 논문에서는 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기를 설계하고 제작하였다. 이중 주파수 대역에서 신호를 수신 처리할 수 있는 집중소자형 메타물질 구조를 해석하고, 해석된 결과를 기반으로 다중대역 직접변환 수신 전처리기에 적합한 소형화 메타물질 구조 6단자 위상상관기를 제안하고 구현하였다. 다중대역 6단자 위상상관기를 구성하는 저항성 전력 분배기와 메타물질 $90^{\circ}$ 하이브리드 결합기의 산란 계수를 기반으로 동일한 특성을 갖는 6단자 위상상관기 구성 요소를 제작하고 측정하였다. 측정된 메타물질 구조 6단자 위상상관기는 모의실험 결과와 일치하였으며, 이중 주파수 대역에서 -20 dB 이하의 정합과 1 dB 이내의 전달 이득차, 그리고 ${\pm}4.1^{\circ}$ 이하의 전달 위상차 특성으로 양호한 다중대역 6단자 위상상관기 성능을 나타내었다.
본 논문에서는 집중 소자형 6단자 위상 상관기 구조를 설계 제작하고, 이를 바탕으로 집중 소자형 6단자 위상 상관기를 이용한 L-대역 직접변환 수신 성능을 분석하였다. 제작된 L-대역 집중 소자형 6단자 위상 상관기 소자는 저항형 전력 분배기와 twist-wire 동축케이블을 사용하였으며, 낮은 대역에서 소형화 구조가 가능하고, 광역 특성을 갖는다. 집중 소자형 6단자 위상 상관기를 사용한 L-대역 직접변환 수신 성능은 집중 소자형 6단자 위상 상관기의 LO 단자와 RF 입력 단자에 각각 중심 주파수가 1.69 GHz이고 전력이 -20 dBm인 LO 신호와 QPSK 신호를 입력하여 측정하였다. 집중 소자형 6단자 위상 상관기를 사용한 직접변환 구조는 양호한 I/Q 디지털 신호를 복원할 수 있었다.
본 논문에서는 six-port 위상 상관기와 신호 검파부 그리고 I 및 Q 채널 신호를 복조하는 간단한 구조를 갖는 six-port 직접 변환 QPSK 수신기를 설계하고 제작하였다. Six-port 위상 상관기의 출력 단자간 출력 위상 신호를 해석하고, 출력 단자 신호 간 $90^{\circ}C$ 위상 관계로부터 QPSK신호를 복조하는 간단한 회로의 직접 변환 수신기 구조를 갖는다. Six-port 위상 상관기는 $90^{\circ}C$ 하이브리드 branch line 및 전력 분배기를 가지며, $11.7{\sim}12.0\;GHz$ 주파수 대역에서 설계된 six-port 위상 상관기의 출력 신호는 $^{\circ}$ 이내의 양호한 위상 오차 특성을 갖는다. 또한 직접 변환 수신기 구성 소자간 양호한 정합도 및 진폭 특성에 의해 약 $5^{\circ}$ 이내의 위상 오차를 갖는 I, Q 데이터를 복원하였다.
기존의 six-port 위상 상관기는 한 개의 Wilkinson power divider와 세 개의 $90^{\circ}$ Hybrid coupler로 구성된다. 일반적으로 Wilkinson power divider의 대역폭은 최대 18%이고 $90^{\circ}$ hybrid coupler의 대역폭은 최대 10%이기 때문에 기존 six-port 제작시 10% 미만의 대역 특성을 갖는다. 본 논문에서는 대역폭이 33 %인 2 단 Wilkinson power divider와 15 % 대역폭 향상을 갖는 정합된 $90^{\circ}$ hybrid coupler를 이용하여 six-port 위상 상관기를 중심 주파수 2.5 GHz에서 설계 및 제작하였다. ADS를 이용한 시뮬레이션 결과 제안된 six-port 위상 상관기의 RF port와 LO port에서의 대역폭이 약 14% 증가하였으며, 실제 제작한 six-port 위상 상관기의 대역폭은 시뮬레이션 결과와 비슷하게 약 12% 이었다. 또한 대역폭내의 최대 위상 오차와 삽입 손실은 각각 $6^{\circ}$와 2.5 dB를 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 6-단자 위상 상관기를 적용한 PSK 반송파 신호 복원 회로를 해석하고 구조를 제안한다. 하나의 전력 분배기와 3개의 hybrid branch line coupler로 구성되는 6-단자 위상 상관기와 변조 신호에 대응하는 반사소자를 갖는 제안된 반송파 신호 복원 회로 구조는 간단하면서 구현이 용이하다. 이 위상편이 방식(BPSK) 신호와 직교 위상편이 방식(QPSK) 신호의 코히어런트 반송파 신호를 복원하며, 기본 구조를 사용하여 고차 모드 PSK 반송파 신호 복원 회로 구조가 가능하다. 모의 실험 결과, 직교 위상편이 방식 신호의 반송파 신호는 일정한 위상값($23.4^{\circ}$)을 갖는 지속파와 반사 소자 스위칭에 의해 발생되는 위상 편차가 ${\pm}0.8^{\circ}$ 이내인 양호한 PSK 반송파 신호 특성을 나타내었다.
본 논문에서는 유도 무기와 같이 고속으로 운동하는 항체에서 GPS 신호 탐색 시간을 줄이기 위하여 INS와 다중 상관기를 이용한 신호 획득 기법을 제안한다. 신호의 코드위상을 여러 개의 상관기에서 동시에 탐색하도륵 다중 상관기를 구성하여 코드위상 검색에 소요되는 시간을 단축시키며 INS로부터의 속도와 위치를 이용하여 도플러 주파수를 추정하고 이것을 도플러 검색 초기 값으로 사용하여 검색시간을 줄인다. 제안한 기법을 검증하기 위하여 GPS와 IMU 시뮬레이터를 이용하여 실험을 수행하였다. 실험 결과 INS와 다중 상관기를 이용하였을 때 TTFF가 매우 크게 단축되는 것을 알 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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