본 논문에서는 멀티암(multi-arm) 스파이럴 안테나용 디지털 위상천이기(digital phase-shifter)를 힐버트 변환(Hillbert transform)을 이용하여 설계하였다. 힐버트 변환은 입력신호에 포함된 모든 주파수 성분을 $90^{\circ}$ 위상천이 시키며, 퓨리에 변환(Fourier transform)과 역퓨리에 변환(Inverse FIT)을 통해 구현된다. 디지털 위상천이기는 ADC(Analog-digital converter)로 샘플링된 입력신호에 힐버트 변환을 적용하여 위상차가 $90^{\circ}$인 두 신호를 생성하고, 이 두 신호를 이용하여 입력신호의 위상을 천이위상만큼 천이시키게 한다. 힐버트 변환 기반의 디지털 위상천이기는 Xilinx사의 System generator로 설계되었고, 입력 잡음, FFT 포인트 수, 샘플링 주기, 입력신호의 초기위상 및 천이 위상각 등에 따른 위상천이 성능을 시뮬레이션 하였으며, Matlab 결과와 비교하여 일치함을 확인하였다.
본 논문은 결함 접지 구조(DGS)를 이용하여 높은 위상 천이 특성을 갖는 새로운 위상 천이기를 제안하였다. 결함 접지 구조의 공진점 부근에서 발생하는 큰 위상 변화를 위상 천이기에 이용하기 위해 결함 접지 구조를 갖는 위상 천이기 부하에 바렉터 다이오드를 실장하였다. 두 가지 방식의 위상 천이기를 branch-line hybrid와 coupled line hybrid를 이용하여 구현하였으며, 실험 결과 제안된 위상 천이기는 기존의 방식을 이용한 것의 최대 위상 천이 값과 비교하여 각각 $135\%$와 $221\%$의 위상 천이값 증가를 보였다.
위상 천이 광섬유 격자를 직렬로 연결하였을 경우 파장 투과 특성에 대해서 이론 및 실험적으로 분석하였다. $\pi$만큼의 위상 천이가 유도된 장주기 격자의 파장 투과 특성은 직렬 연결되는 위상 천이 장주기 격자의 개수에 따라 변화하며 개수를 증가시킴에 따라 파장 투과 대역폭을 증가시킬 수 있다. 또한 $\pi$-위상 천이 장주기 격자의 파장 투과 대역폭은 격자 길이를 변화시킴에 따라 조절할 수 있으며 길이가 다른 두 개의 $\pi$-위상 천이 장주기 격자를 직렬로 연결하면 파장 투과 및 제거 대역폭을 조절할 수 있다 그리고 장주기 격자의 반을 UV에 노출 시켰을 때, 위상 천이 장주기 격자가 형성됨을 관찰하였고, 초기 커플링 세기에 따라 격자의 형성이 달라짐과 인가되는 인상 천이 크기에 따라서 다양한 형태의 위상 천이 장주기 광섬유 격자의 투과 특성을 나타내었다.
현대의 레이다나 통신 시스템에 있어 위상 배열안테나는 필수 구성요소이고 이러한 위상 배열 안테나에는 수 천개의 독립적인 위상제어기가 사용되어지고 있다. 따라서 대량생산이 가능하면서도 성능이 우수한 저손실, 저가격의 True-Time Delay (TTD)를 지원하는 위상천이기가 크게 요구되고 있는 실정이다. 최근 몇 년 동안 MEMS 공정을 이용한 저손실 RF 스위칭 소자와 가변 캐패시터가 성공적으로 개발되었으며 이러한 저손실의 MEMS 스위칭 소자를 이용한 위상천이기 구현이 가능하게 되었다. 본 논문에서는 크기나 전력소모, 삽입손실 등에서 우수한 고주파 특성을 갖는 RF MEMS (Micro-Electro Mechanical System) 스위치에 대해서 간략히 언급하고 이를 이용한 위상천이기와 기존의 위상천이기를 비교 분석하였다.
본 논문에서는 스크램블 연산(Scramble Operation) 및 위상 천이 디지털 홀로그래피(PSDH; Phase Shift Digital Holography) 기반 영상 이중 암호화 방법을 제안한다. 암호화하고자 하는 영상을 스크램블 연산을 통해 디지털적으로 1차 암호화를 수행한 후, 위상 변조하고, 위상을 천이시킨 기준파와의 간섭을 통해 2차 암호화 정보를 얻는다. 복호화 과정은 암호화 과정의 역순으로 진행된다. 두 개의 암호화된 영상들을 적절하게 산술 처리하는 위상 천이 디지털 홀로그래피 기술을 통해 디지털적으로 1차 복호화하고, 위상 복조를 한 후, 스크램블 연산 시에 사용한 암호화 키 정보를 이용하여 원래의 영상을 복원한다. 제안된 암호화 방법은 스크램블 연산에 사용된 두 개의 키 정보와 위상 천이 디지털홀로그래피 기술에서 사용된 거리 정보, 광원의 파장 등의 정보를 모두 정확하게 알아야만 원래의 영상을 복원할 수 있다.
본 논문에서는 Ku-밴드의 마이크로파 대역에서 위상배열 안테나에 사용 가능한 결합선로를 이용하여 위상천이기에서 기존에 고려하지 않았던 주파수에 따른 분산특성을 전파(Full-wave) 해석방법인 SDA(Spectral Domain Approach)를 사용하여 정확히 해석하였다. 또한 비대칭 결합선로를 사용하는 위상천이와 유전치 덮개층이 부가된 위상천이기의 설계를 제안하였다. 현재 사용되고 있는 대칭 결합선로를 이용한 쉬프만 위상천이기와 비교하여, 이에 대한 위상응답의 특성변화에서 통과대역의 위상편차가 줄고 대역폭이 확대되어 광대역 특성이 개선되는 것을 이론적으로 해석하고 실험을 통하여 검증하였다.
본 논문에서는 최대길이 의사무작위 이진 시퀀스(m-시퀀스)의 쉬프트-덧셈 특성에 근거한 위상천이를 이용하여 회로 출력에 나타나는 X-값을 효과적으로 마스크 함으로써 내장된 자체 테스트를 실현할 수 있는 기법을 제안한다. 이 기법은 패턴생성기인 LFSR의 출력을 적절하게 위상천이 하여 마스크 패턴을 생성할 수 있는 위상천이 네트워크를 이용한다. 테스트 절차 동안에 각 스캔 체인에 인가되는 마스크 패턴의 위상 천이 수는 재구성 가능하다. LFSR의 출력을 적절하게 위상 천이하여 모든 스캔 체인 마스크 패턴을 생성할 수 있는 위상천이 네트워크 합성 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 X-마스크 회로는 각 스캔 체인 마스크 패턴을 생성할 수 있는 후보 위상천이 수가 많기 때문에 하드웨어 오버헤드를 효과적으로 감축할 수 있다. 실험을 통하여 제안된 위상천이를 이용한 X-마스크 회로는 기존의 연구 결과보다 훨씬 적은 저장공간과 하드웨어 오버헤드를 필요로 함을 증명한다.
커플링 수가 1개이고, 2.3GHz에서 사용할 수 있는 새로운 45$^{\circ}$ Schiffman 위상 천이기가 측정 결과와 함께 제시되었다. 제안한 테플론 기반 위상 천이기는 기존의 Schiffman 위상 천이기에 비해 더 작은 면적과 저 비용으로 제작할 수 있다. 이외에도 제작된 위상 천이기의 특성들이 추출되었고 또한 비교되었다. 제안한 위상 천이기는 특히 장래 2.3GHz 무선 응용에 유용할 것으로 보인다.
복합 위상천이기 구성은 배열안테나를 부 배열로 구성한 후, 부 배열 내부에는 일반적인 위상천이기를 사용하고, 부 배열 단위에는 실시간 지연 위상천이기를 사용하는 구성이다. 상기 구성은 빔 편이 현상을 효율적으로 개선할 수 있으나, 배열 구성이 적절하지 않으면 위상배열안테나 주 빔의 주파수 별 이득 편차가 발생하게 된다. 이와 같은 문제를 해소하기 위해 시스템 설계 주요 요구사항인 비 대역폭, 최대 빔 조향 각도 그리고 최대 이득 편차 제한 기준을 기반으로 효율적인 배열을 구성할 수 있는 간소화된 수식을 제시하였다.
본 논문에서는 2 GHz 선형 위상 천이 특성을 갖는 위상천이기를 설계 및 제작하여 보였다. 소형의 위상 천이기 구현을 위해 집중소자로 구성된 전통과 회로망(all pass network)을 기반으로 위상천이기를 구성하고, 박막세라믹 공정을 이용하여 제작하였다. 또한, 선형의 위상 천이 특성을 얻기 위해 버랙터(varactor) 다이오드에 직렬 커패시터를 연결하여, 전압에 대한 커패시턴스를 선형화함으로써 비선형성을 개선하였다. 전통과 회로망에 나타나는 인덕터는 스파이럴 인덕터로 구현하고, 이를 다이오드 바이어스 회로에 활용하여 $4\;mm{\times}4\;mm$ 면적을 가지는 소형 위상천이기를 구성할 수 있었다. 또한, 온-웨이퍼(on wafer)로 측정을 위해 입출력은 CPW(Coplanar Waveguide) 형상으로 구현하였으며, 제작된 위상천이기는 버랙터 조정 전압 0~5 V에 대하여, 2 GHz에서 삽입 손실은 약 4.2~4.7 dB, 위상 변화량은 약 $79^{\circ}$였으며, 예상한대로 선형 위상 천이 특성을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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