This paper presents a study on the permittivities of the carbon black/epoxy composite at microwave frequency. The measurements were performed at the frequency band of $1 GHz\~18GHz$. The results show that the complex permittivities of composites depend strongly on the natures and concentrations of the carbon black dispersion. The frequency spectrums of dielectric constants and ac conductivities of composites show the good conformities with descriptions of the percolation theory. The carbon black concentration dependencies do not have conformities with the descriptions of percolation theory and there is no peculiar concentration like percolation threshold, on that concentration, the conductivity of composite jumps up. A new scheme, that is a branch of Lichtenecker-Rother formula, is proposed to obtain a mixing law to describe the complex permittivities of the composites as function frequency and concentration of carbon black.
In this study, the composites containing carbon black (CB) or carbon fibers were prepared, and the microwave absorbing properties and the absorption mechanism of them were investigated and discussed in the frequency range of 2-18 GHz, respectively. The optimum mass fraction of CB has been found as 6%, and the carbon fibers were discovered to absorb radar wave either under parallel or vertical polarization, the suitable gap distance between each bundle of which was 5 mm. According to the results of the single constitute absorber samples, the structured composites with the two kinds of absorbers combination were fabricated and studied at 2-18 GHz. The top layer absorbers affect the absorption performance a lot; the maximum reflection loss of composites with CB as top layer absorbers was -31.8 dB with the frequency range of 2.4 GHz below -10 dB, and the other type with CFs as the top layer absorbers obtained the reflection loss peak value of -31.4 dB with 2 GHz below-10 dB.
본 논문에서는 퍼콜레이션 이론적 관점에 기초한 복소 유전율의 수치모델을 제시하고, 전기 전도성이 뛰어난 카본 블랙을 혼합한 유리섬유/에폭시 복합재료 적층판의 복소 유전율을 이용하여 이 깃을 검증하였다. 제시된 모델은 카본 블랙의 함유율이 퍼콜레이션 임계함유율 보다 높고, 주파수가 충분히 높아서 복합재료의 교류 전기전도도가 주파수에 비례하는 구간에서의 복소 유전율을 모사한다. 복합재료의 복소 유전율은 벡터회로망분석기와 7 mm 동축관을 이용하여 $0.5\;GHz\;{\sim}18\;GHz$ 대역에서 측정되었다. 제시된 모델은 퍼콜레이션 이론에서 유용하게 사용되는 축척(눈금잡이) 법칙의 함수형태와 실험을 통하여 구한 상수들로 구성되어 있으며, 복소 유전율을 주파수와 가본 블랙의 함유율의 함수로 나타내었다. 제시된 모델은 복소 유전율을 측정결과와의 비교를 통하여 검증되었다.
유전율(${\varepsilon}_r$) 126, $Q{\cdot}f_{0}(GHz)$값은 2240, 공진주파수의 온도계수(${\tau}_f$) $+68\;ppm/^{\circ}C$의 특성을 갖는 $0.3CaTiO_3-0.7(Li_{1/2}Nd_{1/2})TiO_3에\;Nd_2O_3$를 첨가하였을 때의 마이크로파 유전특성의 변화에 대해 고찰하였다. 유전율(${\varepsilon}_r$)은 5wt% $Nd_2O_3$ 첨가시 131로 가장높은 값을 나타내었으며, 이후 첨가량이 증가함에 따라 유전율은 감소함을 보였다. $Q{\cdot}f_{0}(GHz)$값은 9wt% $Nd_2O_3$ 첨가시까지 입계의 치밀화 등에 의해 3533까지 증가하다가 이후 l8wt% $Nd_2O_3$첨가시까지는 비정상적 입계성장의 영향으로 감소함을 보이고, 25 wt% 이상 첨가시에는 제2상인 $Nd_2Ti_2O_7$상의 영향으로 다시 증가함을 보였다. 공진주파수의 온도계수($({\tau}_f$)는 $Nd_2O_3$첨가에 따라 최초의 $+68\;ppm/^{\circ}C$에서 30wt% $Nd_2O_3$ 첨가시 $-46\;ppm/^{\circ}C$까지 변화함을 알 수 있었다. $0.3CaTiO_3-0.7(Li_{1/2}Nd_{1/2})TiO_3에\;Nd_2O_3$를 9wt% 첨가하여 $1425^{\circ}C$에서 3시간동안 소결한 시편에서 유전율(${\varepsilon}_r$)은 108, $Q{\cdot}f_{0}(GHz)$값은 3533, 공진주파수의 온도계수(${\varepsilon}_f$)가 $+6\;ppm/^{\circ}C$인 우수한 마이크로파 유전특성을 얻을 수 있었다.
CaO-TiO2 이성분계에서 40~50 mol% CaO 조성범위를 선택하여 CaTiO3과 CaTiO3-TiO2세라믹스의 마이크로파 유전특성을 조사하였다. CaTiO3 단일상 (50 mol% CaO조성)일 때 유전율(er) 178, 공진주파수 (fo)의 온도계수(r,)+1000ppm/C, 픔질계수인 Q값 2760(fo=2.7 GHz)으로 가장 큰 값을 나타내었다. CaTiO3와 TiO2상이 혼합상으로 있는 유전체에서는 CaO 함량이 감소함에 따라서 유전율과 공진주파수의 온도계수는 점차 감소하였으나 Q값과 밀도는 47 mol% CaO조성에서 가장 낮았다. 이것은 이상 혼합 세라믹에서 TiO2상의 감소로 인해 CaTiO3의 결정립 성장이 급속하게 일어남으로써 입계와 입내에 큰 기공이 존재하지 때문으로 생각된다.
본 논문에서는 Ka-밴드 위성통신 송신주파수대역(30.085∼30.885 GHz)의 대역통과 필터를 유도성 fin-line 구조를 이용하여 분석, 설계 및 제작하였다. 도파관내의 공진기들이 전계면에 수직한 금속 fin으로 구성된 구조를 해석하는데 가장 적합한 모드정합법을 사용하여 설계하였다. 제작된 필터는 마이크로파대역 뿐만 아니라 밀리미터파대역의 주파수에서도 우수한 필터특성을 갖는다는 특징을 가지고 있으며, 상업용 도파관을 사용하는 대신에 가격이 저렴하고 가공이 용이한 알루미늄을 사용함으로써 대량생산이 가능하다. 또한 도파관내 금속삽입형태에 의한 대역 통과 필터의 구현이 아닌 유한한 두께를 갖는 포토-에칭된 유전체 기판을 삽입함으로써 제작성의 어려움을 해결하였다. 설계, 제작된 필터의 측정결과 통과대역내에서 1.6dBal만의 삽입손실과 18dB이상의 반사손실을 갖는 응답특성을 얻었으며 이론에 의한 계산치와 측정치와의 비교를 통해 본 논문에서 제안된 설계방법의 타당성을 입증하였다.
본 논문에서는 변형된 시간 지연 기법을 이용한 마이크로파 2차 주파수 체배기가 제안되었다. 제안된 주파수 체배기에서는 입력 신호와 지연된 신호 사이에 발생하는 군지연 시간 부정합을 전압 제어 지연 선로(VCDL)를 이용하여 보상하였다. 가변 슈미트 트리거를 이용한 군지연 시간 정합과 신호 파형의 성형(waveform shaping)으로 인해 원하지 않는 기본 주파수($f_0$)와 3, 4차 고조파 성분들이 충분히 제거할 수 있었다. 결과적으로 출력 단자에서는 오직 2 체배된 주파수 성분($2f_0$)만이 우세하게 나타난다 제안된 주파수 체배기는 1.15 GHz의 기본 주파수에서 설계되었고 TSMC 0.18 $\mu m$ 공정을 이용하여 제작되었다. 입력 신호 전력을 0 dBm 인가하였을 때, 2차 체배된 출력 주파수 성분의 측정된 전력은 2.57 dBm이었다. 2차 체배된 주파수 성분에 대해 $f_0,\;3f_0$, 그리고 $4f_0$ 성분의 제거율은 각각 43.65, 38.65, 그리고 35.59 dB이다.
The microstructure and microwave dielectric properties of $(1-x){Mg}_4{Ta}_2{O}_9-xTi{O}_2(x=0\sim0.9)$ ceramics were investigated. The specimens were prepared by the conventional mixed oxide method with sintering temperature of 140$0^{\circ}C$∼150$0^{\circ}C$. To improve the quality factor and the temperature coefficient of resonant frequency,$ Ti{O}_2(\varepsilon\Gamma=100, Q\times f_\Gamma=40,000 GHz,\ta_f= +450 ppm\diagup^{\circ}C $ was added in ${Mg}_4{Ta}_2{O}_9$ceramics. The dielectric and structural properties were investigated. According to the XRD patterns, $(1-x){Mg}_4{Ta}_2{O}_9-xTi{O}_2(x=0\sim0.9)$ ceramics had the ${Mg}_4{Ta}_2{O}_9$ phase(hexagonal) and ${MgTi}_2{O}_5$phase(orthorhombic). The dielectric constant($\varepsilon_r$). quality($Qtimes{f}_r$${\tau}_f$) of the $(1-x){Mg}_4{Ta}_2{O}_9-xTi{O}_2(x=0\sim0.9)$ ceramics were 8.12∼18.59, 18,750∼186,410 GHz and -36.02∼+3.46 ppm/$^{\circ}C$, respectively.
Goodved $SiO_2$ 박막을 갖는 Mach-Zehnder(M-Z)형태의 $Ti:LiNbO_3$ 진행파 광변조기의 전극구조를 변화시켜가며 유한요소법에 의한 해석을 수행하였다. 최적의 설계치를 추출하였으며, 제작된 전극에 대하여 특성임피던스($Z_o$), 마이크로파 유효굴절률($N_{eff}$), 감쇠정수($a_o$)를 측정하여 그 결과를 이론치와 비교하였다. 전극두께가 11${\mu}m$이고, $SiO_2$ 완중박막을 식각한 전극에 대하여, RF 측정결과로부터 계산된 3dB 변조대역폭은 18GHz로 나타났다.
In order to develop a tunable resonator which can be easily operated by DC bias and applied for microwave tunable filters and devices using ferroelectric thin or thick films, the non conductor backed-and conductor backed- coplanar stripline resonators have been designed and analyzed. They have been designed to be operated at 25 GHz which involve coplanar stripline input and output ports. The resonators have been simulated and analyzed using Ansoft HFSS. The research has been focused on the Quality factor of the coplanar stripline resonator. The conductor Q, box Q, and radiation Q of the resonators have been analyzed and calculated according to the substrate thickness & conductor width of the resonators. From these parameters, the loss factors of the coplanar stripline resonator have been investigated. The conducting Q of the coplanar stripline resonator has no relation with the thickness of dielectric substrate and increases as the conductor width increases. The box Q has no much relation with the thickness of substrate and the conductor width, which is above 2000. The radiation loss increases as the thickness of substrate and the conductor width increase. To decrease the radiation loss of the coplanar stripline resonator, a conductor backed coplanar stripline resonator has been proposed which has the unloaded Q of 170.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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