본 논문에서는 위상 고정 루프 PLL(Phase Locked Loop)의 궤환 성질을 이용한 Ku-band(10.95-11.70GHz)용 위상고정 유전체 공진 발진기를 설계 및 제작하였다. 직렬 궤환형의 유전체 공진 발진기를 제작한 후, 발진기의 주파수를 전압 제어하기 위해 전압 가변 캐패시터로 작용하는 바랙터 다이오드를 사용하여 전압제어 유전체 공진 발진기를 구현하였다. 이와 같이 제작된 전압제어 유전체 공진 발진기에 샘플링 위상비교기를이용하여 위상고정 유전체 공진 발진기를 제작하였다. 위상고정 유전체 공진 발진기는 X-band 주파수 대역의 전압제어 유전체 공진 발진기 신호를 샘플링 위상 비교기를 이용하여 VHF 대역의 기준 신호에 위상고정시켜 높은 주파수 안정도를 얻는 것으로 유럽형 FSS(Fixed Satellite Service)를 위한 10.00 GHz를 구현하였다. 측정 결과 본 논문의 위상고정 유전체 공진 발진기는 전압제어 유전체 공진 발진기보다 높은 주파수 안정도를 보였으며, 10.00 GHz에서 출력전력 10 dBm 이상이었고 carrier로 부터 10 KHz 벗어난 점에서 -80dBc/Hz의 위상 잡음을 얻었다.
본 논문은 Ku-band(12.4-18 GHz) 위성통신 시스템 및 이동통신 중계기용 송수신부에 사용되는 고안정도 전압제어 유전체 공진기(Voltage Controlled Dieletric Resonator Oscillator)의 설계 및 제작에 대해 논하였다. 유전체 공진기(Dielectric Resonator)의 등가회로 모델을 이용하여 유전체 공진 발진기(Dielectric Resonator Oscillator)를 설계 알고리즘화 하였다. 유전체 공진 발진기와 바렉터 다이오드를 이용하여 13.4 GHz의 전압 제어 유전체 공진 발진기를 제작하였다. 이때의 출력 전력은 +12dBm이고 위상잡음은 offset 주파수 100kHz에서 -105 dBc/Hz로 측정되었다.
본 논문에서는 직접결합에 의한 저 위상잡음 유전체 공진기 설계를 위하여, 고유전율의 유전체 공진기와 마이크로스트립선로 사이의 결합계수에 대해 분석하였으며, 고유전율로 인한 Q값의 보완을 위한 병렬궤환 회로 적용한 유전체 공진 발진기의 위상잡음을 분석하였다. 유전체 공진기의 위상잡음 분석과 결합계수의 분석을 통하여 고안정 유전체 공진 발진기를 최적화 설계한 결과 20.25GHz 유전체 공진 발진기의 ${\epsilon}_r$=30인 유전체 공진기를 사용한 경우 결합계수가 약 3.6의 값을 나타낼 때 20.25GHz에서 위상잡음은 -84.3dBc/Hz@1KHz를 나타냄을 확인하였다. 본 연구의 결과로 K-Band 에서도 주파수 체배 방식에 의한 위상잡음 손실을 방지하는 직접결합 설계 방안을 제시하였다.
본 논문에서는 저렴하고 성능이 우수하면서 간단한 구조를 갖는 새로운 저 위상잡음 유전체 공진 병렬 궤환 발진기가 제안된다. 제안된 유전체 공진 병렬 궤환 발진기는 저잡음 증폭기, 전력증폭기, 전력 감쇠기, 전력 분배기, 그리고 두 개의 마이크로스트립 선로와 결합된 유전체 공진기로 이루어지는 병렬 유전체 공진 궤환 요소로 구성된 궤환 루프 발진기 구조를 가지고 있다. 유전체 공진 병렬 궤환 발진기의 측정된 위상잡음은 캐리어 주파수 10.75 GHz, 오프셋 주파수 1kHz에서 81dBc/Hz 보다 작게 나타났으며, 온도에 따른 주파수 안정도는 주변온도 -4$0^{\circ}C$에서 6$0^{\circ}C$까지 +/- 200kHz를 나타내었다.
본 논문에서는 낮은 위상잡음을 갖는 전압제어 유전체 공진 발진기를 비선형 설계하였으며 그 위상잡음을 Lesson식과 비교하여 잘 일치함을 확인하였다. 전압제어 유전체 공진 발진기의 위상잡음을 개선하기 위하여 유전체 공진기와 결합하는 마이크로스트립 라인으로 고임피던스 변환기를 이용함으로써 공진회로의 Q값이 그대로 능동소자에 전달되도록 하였다. 전압제어 유전체 공진 발진기의 고신뢰성을 확보하기 위해 worst case 해석과 part stress 해석을 수행하였으며 이를 바탕으로 신뢰도 분석을 수행하여 위성중계기의 EOL(End of Life)에서 전압제어 유전체 공진 발진기가 정상적으로 동작할 수 있는 확률을 예측하였다. 제작된 전압제어 유전체 공진 발진기는 0-l2V의 제어전압에서 0.56MHz/V의 튜닝계수를 가지고 있으며 136mw의 DC 전력을 소모한다. 또한 -116.3dBc/Hz (a)100KHz와 -94.18dBc1Hz (a)10KHz의 우수한 위상잡음 특성과 7.33dBm 이상의 출력특성을 얻었다.
LTCC(low temperature co-fired ceramic) 공정의 다층기판을 이용하여 push-push 유전체 공진 발전기를 설계 및 제작하였다. 중심주파수 8GHz를 갖는 직렬 궤환형의 단일 유전체 공진 발진기를 설계하고 이를 이용하여 중심주파수 16GHz인 push-push 유전체 공진 발진기를 설계하였다. 발전기의 회로 크기에 큰 영향을 미치는 바이어스 회로를 LTCC 다층구조의 중간층에 배치함으로써 일반적인 단층기판을 이용한 경우에 비해 발진기 회로의 크기를 크게 줄 일 수 있었다. 제작된 push-push 유전체 공진 발진기의 측정결과 기본 주파수 및 3차 고조파 억압특성은 각각 15dBc 및 25dBc 이상의 특성을 나타내었으며 발진기의 위상잡음 특성은 -102dBc/Hz@100KHz 및 -128dBc/Hz@1MHz의 특성을 각각 나타내었다.
스펙트럼 분석기의 2차 l$\infty$al oscillator(L이 신호인 3.2 GHz에서 동작하는 직렬 례환형 유전체 공진 발진기 를 설계 및 제작하였다. 트랜지스터의 소신호 산란계수를 이용하여 발진기를 설계하였으며, 유전체 공진기와 마이크로스트립 선로 사이의 결합계수로 인한 유전체 공진기의 반사계수를 조정하여 우수한 저잡음 특성을 얻었다. 제작된 유전체 공진 발진기의 측정 결과 출력전력은 10.50 dBm. 위상잡음은 10 kHz의 오프셋에서 -116 dBc/Hz. 고조파특성은 19.33 dBc를 얻었다.
본 논문에서는 PLL(Phase Locked Loop)의 궤환 성질을 이용한 Ku-band ($10.95\sim11.70Hz$)용 위상고정 유전체공진 발진기를 설계 및 제작하였다. 유전체 공진 발진기에 인가되는 바이어스 중 게이트 바이어스의 변화에 대한 중심 주파수의 변화를 이용하여 전압제어 주파수 변화부를 제거하였고 위상 s비교를 위해서는 샘플링 위상 비교기를 이용하였다. 위상고정 유전체 공진 발신기는 X-band 주파수 대역의 유전체 공진 발진기 신호를 샘플링 위상 비교기에 인가하여 VHF대역의 기준 신호에 위상고정 시켜 높은 주파수 안정도를 얻는 것으로 유럽형 FSS(Fixed Satellite Service)를 위한 10.00GHz로 구현하였다. 측정 결과 본 논문의 위상고정 유전체 공진 발진기는 유전체 공진 발진기보다 높은 주파수 안정도를 보였으며, 10.00GHz 에서 출력전력 8.67dBm과 2차 고조파는 -42dBc이하이었고, carrier로 보터 10kHz 벗어난 점에서 -81 dBc/Hz 이하의 위상 잡음을 얻었다.
본 논문에서는 Ku-band용 전압제어 유전체 공진 발진기를 위상잡음 특성을 고려하여 설계하였다. 유전체의 높은 Q값은 좋은 위상잡음특성에 영향을 주나 전압제어를 위해 바렉터 다이오드의 연결된 튜닝 마이크로스트립라인의 길이에 따라 Q값의 변화하고 이로 인해 위상잡음 특성이 변화하am로 이를 고려하여 최적의 튜닝 마이크로스트립라인 길이를 시뮬레이션 견과를 통해 얻은 후 전압제어 유진체 발진기를 설계 하였다.
본 논문에서는 X-band용 유전체 공진 발진기(TDRO)를 설계 제작하고 실험하였다. 유전체 공진 발진기는 마이크로 스트럽 라인과 유전체 공진기 사이의 결합 파라메타를 분석하여 설계된다. 이 결합 파라메타는 기판 특성, 접지면, 공진기 주변 경계면, 마이크로 스트립 라인과 공진기 사이의 거리에 의해서 결정된다. 외부 Q(Qext)와 결합계수는 TDRO의 설계 사양을 결정하기 위해 선택된다 본 논문에서 설계된 TDRO는 높은 안정성과 효율적인 발진 주파수를 요구하는 마이크로파 통신 시스템에 유용하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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