마이크로파 유전체의 Q 값 측정에 널리 사용되고 있는 유전체 공진기 방법에서 캐비티의 재질변화가 유전체의 Q 값 측정에 미치는 오차요인에 대해 HFSS 시뮬레이션과 실측평가를 병행하여 조사하였다. HFSS의 전자계 벡터 형상으로부터 $TE_{01\delta}$ 모드의 공진주파수를 결정하고 $S_{21}$ 파라메터의 3dB 대역폭으로부터 Q 값을 계산하였다. 캐비티 금속이 Cu, SUS, Au 등으로 변화할 경우 유전체 공진기의 Q 값 측정에 큰 오차는 발생하지 않았으나, 금속이 산화하여 전도도가 수 천 정도로 떨어질 경우 Q 값이 매우 낮게 측정되는 오차가 발생함을 확인하였다. 이러한 시뮬레이션 결과는 실제로 다양한 재질의 금속 캐비티를 가지고 유전체 공진기의 Q 값을 측정해 본 결과 서로 일치되는 관련성을 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.
위스퍼링 갤러리 모드가 동작하는 유전체 원판 공진기의 공진 특성은 모드를 여기시키기 위하여 원판 공진기 주위에 배치한 외부 회로에 의하여 영향올 받게 된다. 이러한 현상올 해석하기 위하여, 원판 공진기를 모드 결합이 일어나는 결합부와 결합이 일어나지 않는 비결합부로 나누어 해석하였다. 결합부에서는 원판올 정합회로로 임피던스 매칭한 후, 비평형 유전체 도파로의 결합 전송 방정식을 유도하였다. 결합 전송 방정식으로부터 결합 계수, 결합 전자계 분포, 전력의 이동량 및 모드 결합 현상을 고려한 공진 주파수를 계산하였다. 또한, 공진 특성에 관한 실험을 통하여, 공진 주파수의 계산치와 실험치 간의 오차가 약 1.28%이고 FSR의 경우 약 0.6%임을 알 수 있었다.
유전체 봉이 삽입된 원통형 공진기의 정밀한 필드 해석이 비소멸 모드와 컨투어 그래프 방법에 의해 제안되었다. 공진주파수들과 저차 모드들이 유전체 봉이 삽입된 원통형 공진기에 대해 계산되었다. 공진기의 설계를 위해 모드 차트가 제안되었다. 비소멸 모드 해석을 사용하여 하이브리드 모드들(TE, TM, HEM 모드)이 상세하게 해석되었고, 모드 차트를 완성하였다. 이론적 타당성은 실험에 의해 확인하였다. 이론과 실험 결과는 전반적으로 만족하였다. TE 모드, TM 모드, HEM 모드의 실험값과 이론값의 평균 오차는 각각 0.20 %, 0.14 %, 0.28 %이다.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제12권4호
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pp.247-253
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2012
This study presents a new, simple method for improving the front-to-back (F/B) ratio of a microstrip patch antenna. The back radiation of the microstrip patch antenna is reduced by removing some metallic parts around the ground plane and placing a new soft-surface configuration, consisting of an array of stand-up split-ring resonators on a bare dielectric substrate near the two ground plane edges. Compared to the F/B ratio of a conventional microstrip patch antenna with a full ground plane of the same size, our proposed microstrip patch antenna experimentally achieves an improved F/B ratio of 9.6 dB.
유전체가 삽입된 공동 공진기는 유전체에 대부분의 전자계가 집속되어 있기 때문에, 도체 손실이 매우 적고 높은 Q값과 온도 안정성이 뛰어나다. 동일한 주파수에서 동작하는 다른 필터에 비해 상대적으로 작기 때문에 소형화에도 적합하다. 본 논문에서는 유전체가 삽입된 공동 공진기의 전자기 분포와 특성을 수치해석과 HFSS(High Frequency Structure Simulator)를 이용하여 분석하였고 이 결과를 토대로 HFSS를 이용한 순차적 방법을 도입하여 4-pole 이중모드 대역통과 필터를 설계, 제작하였다.
본 논문에서는 급격한 감쇄율 특성을 갖는 독창적인 초광대역(UWB: Ultra Wideband) 스트립라인 대역 통과 여파기(BPF)를 소개한다. 초광대역의 특성은 기본적으로 "+"자 공진기와 주 전송 선로간의 용량성 결합으로부터 얻어진다. "+" 자 공진기는 ${\lambda}/2$의 전송 선로의 중심에 두 개의 스터브를 병렬 연결된 구조를 가진다. 하나는 ${\lambda}/8$ 단락 회로 스터브로 ${\lambda}/2$ 전송 선로의 상측에 연결되고, 다른 하나는 ${\lambda}/8$ 개방 회로 스터브로 ${\lambda}/2$ 전송 선로의 하측에 연결된다. 이 두 개의 스터브들은 통과 대역의 하단과 상단의 차단주파수에서 두 개의 감쇄극을 제공한다. "+" 자 공진기 상측에 위치하여 용량성 결합을 이루는 주 전송 선로는 입력과 출력 선로에 또 한 번의 ${\lambda}/4$ 길이의 용량성 결합을 하여 통과 대역 하부과 상부의 저지 대역에서 원하지 않는 신호를 억압하기 위해 구성하였다. 본 여파기는 미국에서 허가한 초광대역(3.1~10.6 GHz)의 대역에서 선택도가 우수한 대역 통과 특성을 얻기 위해 2.4 GHz와 11.1 GHz에서 81 dB/GHz와 86 dB/GHz의 기울기를 제공하는 두 개의 전송 영점(감쇄극)을 갖도록 설계되었다. 본 여파기는 유전상수 7.8을 갖는 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 그린테이프로 제작되었다. 측정 결과는 HFSS 해석 결과와 거의 일치하였다. 통과 대역에서 0.7 dB 이하의 삽입 손실과 14 dB 이상의 반사 손실이 측정되었다. 중심 주파수 군 위상 지연은 0.27 ns이고, 통과 대역에서 군 위상 지연의 변화량은 0.5 ns 이하이다. 본 여파기의 크기는 $6{\times}18{\times}0.6\;mm^3$이다.
본 논문에서는 낮은 위상잡음과 고신뢰성을 갖는 전압제어 발진기를 비선형 설계하였으며 그 위상잡음을 Lesson식과 비교하여 잘 일치함을 확인하였다. 전압제어 발진기의 위상잡음을 개선하기 위하여 유전체 공진기와 결합하는 마이크로 스트립 라인을 고임피던스 변환기를 이용함으로써 공진회로의 Q값이 그대로 능동소자에 전달되도록 하였다. 또한 worst case 해석 및 part stress 해석을 수행함으로써 전압제어 발진기의 신뢰도를 높였다. 제작된 전압제어 발진기는 0$\~$12 V의 제어전압에서 0.56 MHz/V의 튜닝대역을 가지고 있으며 160 mW의 DC 전력을 소모한다. 또한 -116.5 dBc/Hz @100KHz와 -96.51 dBc/Hz @10KHz의 우수한 위상잡음 특성과 7.33 dBm의 출력을 얻었다.
본 논문에서는 Ka-band 위성 중계기용 국부 발진기에 사용하게 될 전압제어 발진기의 EM(Engineering Model)을 비선형 방법으로 설계하였다. 전압제어 발진기의 위상잡음을 개선하기 위하여 공진기로 사용되는 유전체 공진기와 결합하는 마이크로스트립 라인을 high impedance inverter로 구현함으로써 공진회로의 quality factor를 우수하게 유지하여 능동소자에 전달되도록 하였다. 개발된 전압제어 발진기는 0~12 V의 제어전압으로 9.7965~9.8032 GHz의 튜닝범위를 가지며 공급전력은 8V, 17mA를 필요로 한다. 제작된 전압제어 발진기의 위상잡음은 -96.51 dBc/Hz ⓐ10 KHz와 -116.5 dBc/Hz ⓐ100 KHz의 특성을 나타내며 출력전력은 7.33 dBm을 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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