Six-port 위상 상관기는 한 개의 power divider 와 세 개의 hybrid coupler로 구성되어 진다. 본 논문에서는 광대역 특성을 갖는 three-arm branch $90^{\circ}$ hybrid coupler를 사용한 six-port 위상 상관기를 ADS2003A을 사용하여 중심 주파수 11.85 GHz에서 설계하여 시뮬레이션을 통해 성능을 분석하였다. 모의 실험결과 three-arm branch $90^{\circ}$ hybrid coupler를 이용한 six-port 위상 상관기의 대역폭은 약 1.5GHz$(10.8{\sim}12.3)$로 기존의 $90^{\circ}$ hybrid branch-line coupler를 이용한 six-port 위상 상관기보다 약 5배 정도의 광대역 특성을 보였다. Six-port 위상 상관기의 port간 위상 오차는 $5^{\circ}$ 이하로 양호한 특성을 보였으며, 모의 실험한 결과를 바탕으로 six-port 위상 상관기의 실질적인 성능을 비교 검증하기 위하여 six-port 위상 상관기를 제작하고 성능을 측정하였다. 측정된 six-port 위상 상관기의 특성은 시뮬레이션 데이터와 거의 일치하였다.
본 논문에서는 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기를 설계하고 제작하였다. 이중 주파수 대역에서 신호를 수신 처리할 수 있는 집중소자형 메타물질 구조를 해석하고, 해석된 결과를 기반으로 다중대역 직접변환 수신 전처리기에 적합한 소형화 메타물질 구조 6단자 위상상관기를 제안하고 구현하였다. 다중대역 6단자 위상상관기를 구성하는 저항성 전력 분배기와 메타물질 $90^{\circ}$ 하이브리드 결합기의 산란 계수를 기반으로 동일한 특성을 갖는 6단자 위상상관기 구성 요소를 제작하고 측정하였다. 측정된 메타물질 구조 6단자 위상상관기는 모의실험 결과와 일치하였으며, 이중 주파수 대역에서 -20 dB 이하의 정합과 1 dB 이내의 전달 이득차, 그리고 ${\pm}4.1^{\circ}$ 이하의 전달 위상차 특성으로 양호한 다중대역 6단자 위상상관기 성능을 나타내었다.
본 논문에서는 $90^{\circ}$ hybrid branch-line coupler와 three-arm branch $90^{\circ}$ hybrid coupler를 이용하여 설계한 six-port 위상 상관기를 ADS2003A을 사용하여 모의 실험하고 성능을 분석하였다. Three-arm branch $90^{\circ}$ hybrid coupler를 이용한 six-port 위상 상관기가 기존의 $90^{\circ}$ hybrid coupler를 이용한 six-port 위상 상관기보다 약 5배정도의 광대역 특성을 보였다. 두 개의 six-port 위상 상관기의 성능을 비교 검증하기 위하여 six-port 위상 상관기를 제작 평가하였다 측정된 두 개의 six-port 위상 상관기의 특성은 시뮬레이션 데이터와 거의 일치하였다.
본 논문에서는 six-port 위상 상관기와 신호 검파부 그리고 I 및 Q 채널 신호를 복조하는 간단한 구조를 갖는 six-port 직접 변환 QPSK 수신기를 설계하고 제작하였다. Six-port 위상 상관기의 출력 단자간 출력 위상 신호를 해석하고, 출력 단자 신호 간 $90^{\circ}C$ 위상 관계로부터 QPSK신호를 복조하는 간단한 회로의 직접 변환 수신기 구조를 갖는다. Six-port 위상 상관기는 $90^{\circ}C$ 하이브리드 branch line 및 전력 분배기를 가지며, $11.7{\sim}12.0\;GHz$ 주파수 대역에서 설계된 six-port 위상 상관기의 출력 신호는 $^{\circ}$ 이내의 양호한 위상 오차 특성을 갖는다. 또한 직접 변환 수신기 구성 소자간 양호한 정합도 및 진폭 특성에 의해 약 $5^{\circ}$ 이내의 위상 오차를 갖는 I, Q 데이터를 복원하였다.
기존의 six-port 위상 상관기는 한 개의 Wilkinson power divider와 세 개의 $90^{\circ}$ Hybrid coupler로 구성된다. 일반적으로 Wilkinson power divider의 대역폭은 최대 18%이고 $90^{\circ}$ hybrid coupler의 대역폭은 최대 10%이기 때문에 기존 six-port 제작시 10% 미만의 대역 특성을 갖는다. 본 논문에서는 대역폭이 33 %인 2 단 Wilkinson power divider와 15 % 대역폭 향상을 갖는 정합된 $90^{\circ}$ hybrid coupler를 이용하여 six-port 위상 상관기를 중심 주파수 2.5 GHz에서 설계 및 제작하였다. ADS를 이용한 시뮬레이션 결과 제안된 six-port 위상 상관기의 RF port와 LO port에서의 대역폭이 약 14% 증가하였으며, 실제 제작한 six-port 위상 상관기의 대역폭은 시뮬레이션 결과와 비슷하게 약 12% 이었다. 또한 대역폭내의 최대 위상 오차와 삽입 손실은 각각 $6^{\circ}$와 2.5 dB를 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 집중 소자형 6단자 위상 상관기 구조를 설계 제작하고, 이를 바탕으로 집중 소자형 6단자 위상 상관기를 이용한 L-대역 직접변환 수신 성능을 분석하였다. 제작된 L-대역 집중 소자형 6단자 위상 상관기 소자는 저항형 전력 분배기와 twist-wire 동축케이블을 사용하였으며, 낮은 대역에서 소형화 구조가 가능하고, 광역 특성을 갖는다. 집중 소자형 6단자 위상 상관기를 사용한 L-대역 직접변환 수신 성능은 집중 소자형 6단자 위상 상관기의 LO 단자와 RF 입력 단자에 각각 중심 주파수가 1.69 GHz이고 전력이 -20 dBm인 LO 신호와 QPSK 신호를 입력하여 측정하였다. 집중 소자형 6단자 위상 상관기를 사용한 직접변환 구조는 양호한 I/Q 디지털 신호를 복원할 수 있었다.
Six-port 위상 상관기는 한 개의 divider와 세 개의 coupler로 구성되어 진다. 일반적인 wilkinson power divider와 $90^{\circ}$ hybrid coupler를 결합하여 제작시 10% 미만의 대역특성을 갖는다. 본 논문에서는 대역폭이 33%인 2 section power divider와 15%인 external matching $90^{\circ}$ hybrid coupler 세 개를 이용하여 six-port 위상 상관기를 시뮬레이션 후 제작하였다. ADS를 이용한 시뮬레이션 결과 중심 주파수 2.5GHz에서 RF port, LO port 모두 15%의 대역폭을 얻을 수 있었다. 이러한 시뮬레이션 결과를 바탕으로 실제 제작한 six-port 위상 상관기는 손실이 증가 하였으나 비슷한 대역폭(600MHz)을 얻을 수 있었다. 또 이 구간에서의 위상 오차는 약 $5^{\circ}$로 양호한 특성을 얻었다.
본 논문에서는 6-단자 위상 상관기를 적용한 PSK 반송파 신호 복원 회로를 해석하고 구조를 제안한다. 하나의 전력 분배기와 3개의 hybrid branch line coupler로 구성되는 6-단자 위상 상관기와 변조 신호에 대응하는 반사소자를 갖는 제안된 반송파 신호 복원 회로 구조는 간단하면서 구현이 용이하다. 이 위상편이 방식(BPSK) 신호와 직교 위상편이 방식(QPSK) 신호의 코히어런트 반송파 신호를 복원하며, 기본 구조를 사용하여 고차 모드 PSK 반송파 신호 복원 회로 구조가 가능하다. 모의 실험 결과, 직교 위상편이 방식 신호의 반송파 신호는 일정한 위상값($23.4^{\circ}$)을 갖는 지속파와 반사 소자 스위칭에 의해 발생되는 위상 편차가 ${\pm}0.8^{\circ}$ 이내인 양호한 PSK 반송파 신호 특성을 나타내었다.
본 논문에서는 다층형 결합 선로를 이용한 6-단자 위상 상관기와 동일한 구조를 갖는 반송파 복원기 그리고 위상 변위기를 갖는 일원화된 6-단자 직접변환 수신 전처리부를 설계 제작한다. 전력 분배기와 하이브리드 결합기로 구성되는 6-단자 소자는 다층형 결합 선로 구조로 이루어지며, 수신부 위상 상관기와 반송파 복원기 그리고 위상 변위기의 기본 구조 요소로 작용한다. 다층형 결합 선로 구조로 구성되는 일원화된 수신 전처리부는 구성이 간단하고 집적화가 용이하다. 설계 제작된 다층형 결합 구조 6-단자 수신 전처리부는 일정한 반송파 신호를 재생하고, PSK 전송 신호를 복원한다.
본 논문에서는 다층형 결합 선로를 이용한 PSK 반송파 신호 복원 회로를 해석하고 설계 제작한다. 다층형 결합 선로 구조의 coupled line으로 구성되는 반송파 복원 6단자 소자는 다층형 구조를 가지며, 수신 전처리부의 6 단자 위상 상관기 구조와 동일한 구조를 갖는 일원화된 수신 구조 구현이 가능하다. 아울러 다층 결합 선로 6 단자 위상 상관기를 이용한 RML 기반 다중 모드 동기 복조형 반송파 신호 복원이 가능한 다층형 결합 선로 반송파 복원 회로 구조를 제안한다. 설계 제작된 다층형 결합 선로 구조 반송파 복원회로에 의한 직교 위상편이 방식 신호의 반송파 신호는 일정한 위상값과 반사 소자에 의해 발생되는 ${\pm}3o$ 이내인 위상차를 갖는 양호한 PSK 반송파 신호 특성을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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