본 논문에서는 다중 주파수 발생기의 설계를 위한 단일 인젝션 락킹 현상에 대한 연구를 진행한다. 다중 주파수 발생기 설계를 위하여 인젝션 락킹 현상에 대한 기본적인 이론을 서술하고 이를 토대로 단일 인젝션 락킹 실험에 대하여 서술한다. 실험은 인젝션 신호에 비해 불안정하게 진동하는 발진기에 일정하게 진동하는 안정된 신호인 인젝션 신호를 인가하는 방식으로 진행하였다. 인젝션 신호는 홀렌드 전류원을 사용하고 콜피츠 발진기를 사용하여 회로를 구성하였다. 실험결과 각각의 인젝션 신호(840kHz, 500kHz)를 주입하였을 때 각각의 발진기가 안정하게 진동하는 것을 확인하였다. 위의 단일 인젝션 락킹 실험결과를 통하여 다중 주파수 발생기 설계에 인젝션 락킹 현상을 응용 할 수 있음을 확인하였다.
Subharmonic injection locking 방식을 이용하여 디지털 위성방송 시스템의 신호원으로 사용될 수 있는 낮은 위상 잡음과 우수한 전력 효율을 갖는 X-band 주파수 합성기를 설계, 제작하였다. 주파수 합성기는 위상 고정 발진기의 역할과 동시에 고조파 발생기로 동작하는 1.75 GHz의 주 발진기(master발진기)와 10.5 GHz 부 발진기(slave 발진기)로 구성되어 있다. PLL 방법을 적용하여 구성된 1.75 GHz 주 발진기는 능동부를 형성하는 트랜지스터와 버퍼 증폭기의 역할을 하는 BJT 트랜지스터를 직렬 연결하여 사용하였는데 첫 단은 위상고정 발진기의 역할을 하고 둘째 단은 45 GHz의 차단 주파수(cutoff frequency)를 갖는BJT를 사용함으로써 고조파 발생기로 동작하게 하여 안정적으로 Injection Locking 될 수 있도록 인가될 신호인 6차 고조파의 크기를 충분히 크게 발생시키도록 하였다. 고조파 발생기로부터 발생한 6차 고조파는 뒤에 위치한 약 45 dB 이득을 갖는 증폭기로 동작하는 부 발진기에 인가되어 Injection Locking 된다. 이러한 특성을 갖는 회로 구조를 이용하여, ILO 방식을 이용함으로 얻는 간단한 회로 구조와 낮은 위상 잡음 특성은 물론 보다 우수한 전력 효율을 갖는 10.5 GHz 주파수 합성기를 설계 제작하였다. 제작된 10.5 GHz 주파수 합성기는 7.4 V/49 mA,-0.5 V/4 mA의 전력 소모와 4.53 dBm의 출력 전력, 그리고 10 kHz와 100 kHz 이격 주파수에서 각각 -95.09 dBc/Hz와-108.90 dBc/Hz의 위상 잡음 특성을 얻었다.
본 논문에서는 부고조파를 이용한 주입 동기 발진기를 설계, 제작하였다. 발진기는 Two Signal Method ( (TSM)의 방법을 사용하여 직렬 궤환회로로 설계하였다. 발진기의 발진주파수 9.4 GHz에서 출력전력 6dBm으 로 free-running하고 었고, 입력선호가 들어가연 주파수가 체배되어 locking되었다. 이때 원하는 출력 파형의 크 기는 다른 부고조파 신호에 비해 최소 40dB 이상이며, 2차 부고조파를 이용한 경우 locking range는 최대 220 MHz 정도이고,4차 부고조파를 이용한 경우 10 MHz이었다 이때의 위상잡음은 각각 100 KHz offset에서 -111dBe/Hz, - 104 dBelHz 정도의 특성을 나타내었다.
레이다에서 위상측정을 위해서는 송신신호의 위상에 동기된 안정된 신호를 발생하는 코히어런트 발진기(Coherent Oscillator, COHO)가 필요하다. 본 논문에서는 마그네트론에서 발생하는 송신 펄스 신호에 위상동기된 60 MHz의 안정된 신호를 발생하는 COHO Unit를 개발하였다. 송신 펄스의 일부분을 이용하여 ILO(Injection Locking Oscillator)에서 송신펄스에 위상동기된 신호를 발생한다. 게이트 회로, ILO, 완충증폭기, 펄스발생기 등으로 구성된 레이다 COHO를 설계, 제작하여 성능을 검증하였다.
A low phase noise frequency synthesizer at X-Band which employs the subharmonic injection locking was designed and tested. The frequency synthesizer consists of two oscillators - master and slave : A 1.75GHz master oscillator made of PLL synthesizer produces 6th harmonic at 10.5GHz, which excites the following 10.5GHz slave oscillator. The realized frequency synthesizer has a 4.5dBm of output power, and a phase noise of -108dBc/Hz at the 100kHz offset frequency.
A 3-stages Active Microstrip Phased Array Antenn(AMPAA) is implemented using Injection-Locking Coupled Oscillators(ILCO). The AMPAA is a beam scanning active antenna with capability of electrical scanning by frequency varation of ILCO. The synchronization of resonance frequencies in array elements is occured by ILCO, and the ILCO amplifies the injection signal and functions as a phase shifter. The microstrip ptch is operated as a radiation element. The unilateral amplifier is a mutual coupling element of AMPAA, eliminates the reverse locking signal and controls the locking bandwidth of ILCO. The possibility of Monolithic Microwave Integrated Circuits(MMIC) of T/R module is proposed by simplified and integrated fabrication process of AMPAA. The 0.75.$lambda_{0}$ is fixed for a mutual coupling space to wide the scanning angle and minimize the multi-mode. The AMPAA has beam scanning angle of 31.4.deg., HPBW(Half Power Beam Widths) of 26.deg., directive gain of 13.64dB and side lobe of -16.5dB were measured, respectively.
본 논문에서는 전압 제어 특성을 이용하여 광대역에서 사용 가능한 주입 동기 발진기를 제안하였다. 주입 동기 발진기의 공진 회로에 바렉터 다이오드를 포함시켜 다이오드의 바이어스 전압을 제어하여 자유 발진 주파수를 가변 가능하도록 하였으며, 이를 통해 주입 동기 신호의 입력 레벨이 낮더라도 광대역에서 동작이 가능하도록 하였다. 제안된 주입 동기 발진기는 0.8 mm 두께를 갖는 FR-4 기판을 사용하여 제작되었으며, 0~5 V의 제어 전압을 주어졌을 때, 자유 발진 주파수는 2.39~2.52 GHz로 가변이 가능하였다. 주파수 고정시 -10 dBm의 입력 신호 레벨에서 주파수 동기 범위가 50 MHz 이상이며, 주파수 가변을 통해 -30 dBm의 낮은 주입 신호레벨에서 90 MHz의 주파수 동기 범위를 얻을 수 있었다.
In this paper, the Single-stage Transmission type Injectiong-Locked Oscillator(STILO) was designed and fabicated for the Active Integrated Phased Array Antenna(AIPAA) system. The STILO, which was designed and fabricated by injection-locked technique and hair-pin resonator, has the same 210MHz frequency tuning range of the Voltage Controlled Oscillator(VCO) used by varactor. The locking bandwidth of STILO with 11.5MHz bandwidth, is much better than that of the Injection-Locked Dielectric Resonator Oscillator(ILDRO), And the STILO has the improved noise characteristics in AM, FM, and PM. This STILO is useful for the AIPAA, the coupled VCO array, an the MMIC structure.
In this paper, Self-Oscillating Mixer is designed by oscillator that was based on a general nonlinear input-output model for the subharmonic injection locked oscillator is analysed. We have designed and fabricated the Self-Oscillating Mixer for 5GHz by proposed subharmonic injection locked oscillator based frequency synthesizer structure that have characteristic of good frequency sensitivity, good phase noise. The design strategy leading to an optimized SILO with regards to its locking range is described and a test SOM circuit is demonstrated a 4dB conversion gain at 280MHz IF frequency from the carrier.
본 논문에서는 링 발진기와 다중 푸쉬 주파수 체배기 기반의 ${\times}49$ 주파수 체배기가 제안되었다. 제안된 주파수 체배기는 두 단의 ${\times}7$ 주파수 체배기를 주입-잠금 방식으로 결합하여 입력된 신호를 49 체배하는 회로이다. 각 ${\times}7$ 주파수 체배기는 14 위상 신호를 출력하기 위해 7 단의 링 셀을 갖는 링 발진기와 14 위상 신호를 받아 주파수를 7 체배하는 7-푸쉬 주파수 체배기로 구성되어 있다. 제안된 ${\times}49$ 주파수 체배기는 입력 신호 주파수가 56.7~57.7 MHz일 때 2.78~2.83 GHz의 출력 신호 주파수로 49배 체배된다. 이 동작 주파수는 체배된 원 신호와 스퍼(spur)의 전력의 크기가 10 dB 이상 차이가 있을 때를 기준으로 측정되었고, 13.93 mW의 DC 전력을 소모한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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