본 논문에서 고효율 평형 증폭기는 기본적으로 두 개의 FET와 입력 전력 분배기, 출력 전력 결합기, 입력 정합회로, 출력 정합회로, 2차 고조파 상호 연결 회로로 구성된다. 2차 고조파 상호 연결 회로는 FET출력 정합회 로의 출력 단자사이에 끼워지므로 2차 고조파 정재파는 두 FET 출력사이에서 발생된다. 전기벽 종단은 단락 회로 종단과 등가이고 고효율을 얻기 위해 펼요한 FET 출력 종단 조건 실현이 가능하다. 실험 결과 증폭기는 1.75 G GHz에 맞추어 설계, 제작되었고 실험 결과 2차 고조파 성분은 기본파에 비해 약 20 dBc 이상을 나타냈고 왜곡 이 1% 이하이다. 또한 약 3W의 출력을 얻었고, 이 출력점에서 75 %의 효율을 얻을 수 있었다. 증폭기의 입력, 출력 VSWR은 각각 1. 27, 1.18을 나타내었다.
일반적으로 발진기 설계에서 출력에 가장 큰 영향을 미치는 부분이 출력단 정합부분인데 기존의 출력단 정합 방법은 스미스차트의 무한대 임피던스 근방에서 정합회로를 설계해야 하므로 최적의 출력 정합회로를 구현해 주기가 어렵다. 본 논문에서는 초고주파 발진기를 설계하는데 있어서 보다 쉽게 최대 발진출력을 얻기 위한 출력단 정합방법에 관하여 연구하였다. 출력단이 정합되지 않은 발진기에 3-dB Coupler Tuner를 연결하고 발진기가 동작하고 있는 상태에서 Tuner 의 가변 단락회로를 조정하여 최대출력이 나오는 지점을 확인하고, Tuner의 S 파라미터를 측정한 후 이를 마이 크로스트립으로 구현하는 벙법을 이용하여 최대 발진출력이 나오는 발진기를 쉽게 설계 제작할 수 있었다. 본 논문에서 제안한 방법으로 설계 제작한 발진기 출력과 기존 정합방법에 의한 발진기 출력을 비교해 보면, 기존의 정합방법에 의한 발진기 출력은 발진주파수 1.0338 GHz에서 6.45 dBm을 나타내었고, 본 논문에서 제시 한 방법으로 제작된 발진기의 출력은 9.71 dBm으로 기존의 정합방법에 의한 발진기 출력보다 3.26 dBm 높은 출력을 나타내었다.
본 논문은 출력전류를 증가하기 위해서 L과 C를 공진 탱크회로로 구성하는 고주파 공진을 이용한 전류형 고주파 공진 U-U 컨버터를 보여주고 있다. 이 회로구성은 L과 C를 공진 탱크회로로 구성하였고, 스위칭 양단에 커패시터를 삽입하여 공진과 ZVS(Zero Voltage Switching) 커패시터로 동시에 사용하였다. 따라서, 컨버터는 턴ㆍ온, 턴ㆍ오프에서 스위칭 손실과 집음, 전압 스트레스를 줄일 수 있고, U전원 공급으로부터 리플이 적은 일정한 전류를 공급하기 위한 U 리액터는 공진 리액터와 연결되어 있기 때문에 부하 단락시 안정하게 동작하는 장점이 있다. 본 컨버터의 회로해석은 무차원화 파라미터 기법을 도입하여 행하였고, 또한 ZVS영역특성, 출력전력특성, 출력전압특성, 출력전류특성 등 여러 특성평가를 하였다. 여러 특성평가를 바탕으로 설계하였고, 실험을 통한 실험치와 이론치를 비교하여 이론해석의 정당성도 입증하였다.
본 논문에서는 TSMC 0.13 ${\mu}m$ CMOS 공정을 사용하여 3가지 종류의 근거리 레이더용 저전력 교차 결합 전압 제어 발진기를 설계, 제작하였다. 기본적인 교차 결합 전압 제어 발진기는 24.1 GHz를 중심으로 발진하도록 설계되었고, 이를 기본으로 저전력 동작을 위한 subthreshold 발진기가 설계되었다. 특히 큰 트랜지스터를 사용해야 하는 subthreshold 발진기에서 기생 캐패시터에 의해 발진 주파수가 낮아지는 문제점을 개선하기 위해 이중 공진 회로 구조를 발진기에 사용하는 것이 시도되었다. 제작된 CMOS 전압 제어 발진기는 종류에 따라 1 MHz offset 주파수에서 -101~-103.5 dBc/㎐의 위상 잡음, -11.85~-15.33 dBm의 출력 전력, 그리고 475~852 MHz의 주파수 조정 범위들을 보였다. 전력 소모 측면에서는 기본적인 발진기가 5.6 mW를 사용하였고, 저 전력 subthreshold 회로는 3.3 mW를 사용하였다. 이중 공진 회로 구조의 subthreshold 발진기는 기본 발진기와 유사한 주파수 조정 범위를 유지하면서 상대적으로 작은 전력을 소모하고 개선된 위상 잡음 특성을 보였으며, 1 mW DC 전력 기준의 figure-of-merit(FOM)이 약 3 dB 가량 개선되어 -185.2 dBc의 값을 가졌다.
RFID(Radio frequency IDentification)는 그 응용 분야가 매우 광범위하다. 예로서 주차관리 시스템, 도서관 사서 관리 시스템 등이 있다. 이런 응용 시스템은 응용 목적에 따라 먼저 반송파 선정을 해야 한다. 반송주파수가 낮을 경우에는 인식거리가 짧고, 반송주파수가 높으면 인식거리가 매우 길며, 인식 대상물이 빨리 움직일 경우 사용한다. 그리고 Tag의 수급의 원활함이 있어야 한다. 시스템의 개발이 완료되더라도 Tag의 구매가 어려우면 개발품은 무용지물이 된다. 본 논문에서는 125KHz를 반송파로 사용하고 있는 RFID 칩인 EM4095칩을 이용하여 RFID 시스템에 대해서 연구하였다. EM4095는 저소비 전력 고효율 칩으로 주변회로는 매우 간단하다. 그리고 MCU와는 4선을 연결함으로서 쓰기와 읽기가 가능하다. MCU는 Atmega128을 사용하였다. 결과로서 각 부분에 대한 회로와 제어 프로그램을 설명하였으며, Reader를 이용한 Tag의 ID 수신 상태를 그림으로 보여 주었다.
본 논문에서는 LCP(Liquid Crystal Polymer) 기판을 적용하여 35 GHz 대역 회로에서 사용될 수 있는 커패시터 및 인덕터를 다양한 용량으로 구현하였다. 회로에 적용하는 데에 따라 높은 용량을 갖는 수동소자가 필요하고, 이는 기본 구조인 전극형 커패시터와 Spiral 구조 인덕터로 설계할 수 있으나, 이 구조는 SRF(Self-Resonant Frequency)가 사용 주파수인 35 GHz 보다 낮아 고주파 영역에서는 사용 불가능하다. 이러한 주파수 한계를 발견하여, 본 논문에서는 DC와 고주파 영역 사용 수동소자를 분류하여 고안하였다. 기본 구조는 DC와 같은 낮은 주파수 사용에 적합하며, 35 GHz 대역인 고주파용으로는 마이크로스트립 λ/8 길이 stub 구조로 설계하였으며, open 및 short stub 구조는 각각 커패시터 및 인덕터로 동작하고, stub의 임피던스로부터 계산식을 통해 용량 값을 추출할 수 있다. 유전율 2.9인 LCP 기판으로 제작하고 측정하여, DC 사용 기본 구조 커패시터와 인덕터는 각각 1.12 ~ 13.9 pF, 0.96 ~ 4.69 nH 용량의 라이브러리를 구성하였다. 고주파 영역에서 사용 가능한 stub 구조의 커패시터와 인덕터는 각각 0.07 ~ 2.88 pF, 0.34 ~ 1.27 nH 으로 라이브러리를 구축하였다. 측정을 통해 용량 값을 다양화하는 방법을 검증하였으므로 더욱 세분화된 라이브러리를 구축할 수 있으며, 이들은 사용 주파수 35 GHz 대역의 TRM(Transmit-Receive Module)에서 동작 회로와 집적화가 가능하고, 회로에 적절히 활용될 수 있는 수동소자의 대안이 될 것이다.
본 논문은 스위칭 소자의 턴.온과 턴.오프시에 발생하는 스위칭 손실을 저감사키기 위해서 ZVS을 이용한 Push Pull형 고주파 DC-DC 컨버터를 제안하고 있다. 직류전원으로 부터 리플이 적은 정전류를 공급하기 위혜 직류리액터가 공진리액터와 접속되어 있어서 부하단락시도 안정된 동작을 할 수 있다는 잇점이 있다. 스위치 양단에 연결된 커패시터$(C_1, C_2)$는 공진요 커패시터와 ZVS용 커패시터로 동시에 사용된다. 제안한 고주파 공전 DC-DC 컨버터의 해석시 정규화 파라미터를 도입하여 범용성 있게 해석 하였으며, 설계시 기초자료가 되는 특성 평가를 하고 있다. 실제 MOSFET를 사용한 실험장치를 제작하여 설함치와 이론치를 비교.검토하여, 이론해석의 정당성을 입증하고 있다.
This paper proposes an improved spread spectrum time domain reflectometry (ISSTDR) using time-frequency correlation and reference signal elimination method in order to have more accurate fault determination and location detection than conventional (SSTDR) despite increased signal attenuation due to the long distance to cable fault location. The proposed method has a two-step process: the first step is to detect a peak location of the reference signal using time-frequency correlation analysis, and the second step is to detect a peak location of the correlation coefficient of the reflected signal by removing the reference signal. The proposed method was validated through comparison with existing SSTDR methods in open-and short-circuit fault detection experiments of low voltage power cables. The experimental results showed that the proposed method can detect correlation coefficients at fault locations accurately despite reflected signal attenuation so that cable faults can be detected more accurately and clearly in comparison to existing methods.
This paper presents a novel analysis, design, and implementation of a battery charging three-phase high frequency semi-controlled power converter feasible for plug-in hybrid electric vehicles. The main advantages of the proposed topology include high efficiency; due to lower power losses and reduced number of switching elements, high output power density realization, and reduced passive component ratings proportionally to the frequency. Additional advantages also include grid economic utilization by insuring unity power factor operation under different possible conditions and robustness since short-circuit through a leg is not possible. A high but acceptable total harmonic distortion of the generator currents is introduced in the proposed topology which can be viewed as a minor disadvantage when compared to traditional boost rectifiers. A hysteresis control algorithm is proposed to achieve lower current harmonic distortion for the rectifier operation. The rectifier topology concept, the principle of operation, and control scheme are presented. Additionally, a dc-dc converter is also employed in the rectifier-battery connection. Test results on 50-kHz power converter system are presented and discussed to confirm the effectiveness of the proposed topology for PHEV applications.
본 논문에서 제안하는 안테나는 기존 내장형 안테나의 일종인 PIFA의 단점으로 협대역 문제를 해결하기 위하여, 복사 소자와 접지면 사이에 단락판을 위치시키는 변형된 안테나 형태인 PIFA(Planar Inverted-FAntenna) 구조를 제안하였다. 또한 보다 넓은 대역폭을 가지도록 방사 패치에 톱니모양의 perturbation을 주었다. 제안된 방식으로 단말기에 내장형으로 사용하기 위하여 안테나의 높이(h=0.015λ)를 최소한으로 하여 원하는 대역폭(5.2 %)을 얻었다. slim형으로 하기 위해 안테나의 특성을 급전위치(Yf, Zf), 단락 스트립(Short plate)의 위치 (Zs), 폭 (Ws), perturbation폭(w), 길이(d), 단락 스트립 높이(h), 유전율 변화($\varepsilon$$_{r}$)가 안테나에 어떤 변화를 미치는지를 조사하였다. 또한 기존 PIFA 안테나와의 대역을 비교하고, 제안된 패턴을 H, E plane으로 나타내었다. 논문의 객관성을 입증하기 위하여 FIM(Finite Integration Method) 방식에 기반인 MWS(Microwave Studio) 소프트웨어를 이용하여 Simulation 하였으며, 각각의 구조 파라미터 변화에 따른 안테나 특성을 분석하였다. 그리고 실제 제작한 안테나의 실험결과와 비교하여 증명한 결과, 제안된 방식의 PIFA 안테나 실용화가 가능성을 확인하였다..
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[게시일 2004년 10월 1일]
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