본 논문에서는 4개의 다이오드 감쇠기, 비대칭 커플드 라인 커플러, 대칭 커플드 라인 커플러 및 전력 합성기를 이용한 벡터 모듈레이터형 광대역 아날로그 위상변위기를 구현하였다. 가격, 회로의 크기 및 수동소자의 수에 그 장점이 있는 간단한 구조를 제안하였다. P-I-N 다이오드 감쇠기의 감쇠량에 따른 위상변화를 수식적으로 표현하여, 전체회로를 최적화하였다. 제작된 위상변위기는 1 GHz~3 GHz주파수 대역에서 360$^{\circ}$위상변화를 나타내며, $\pm$8.2$^{\circ}$의 최대 위상 오차 및 16$\pm$2.5 dB의 삽입 손실을 나타내었다.
고속 비행체의 궤적 추적을 위하여 사용하는 레이다 중계기의 경우, 짧은 폭의 펄스를 방사한다. 이러한 신호의 위상 변위를 위하여 branch type 위상 변위기가 사용 된다. 이 변위기는 branch 전송선 끝의 가변 리액턴스를 이용하여 전송선 상의 위상을 변화 시킨다. 또한 고출력 신호의 제어가 용이하고, 리액턴스의 고장 시에도 삽입 손실이 크지 않은 장점이 있다. 이 논문에서는 $0^{\circ}$, $30^{\circ}$, $60^{\circ}$, $90^{\circ}$로 순차적으로 위상을 변위 시키는 400 W급 위상 변환기를 제작 시험 결과를 논한다.
본 논문에서는 2 GHz 선형 위상 천이 특성을 갖는 위상천이기를 설계 및 제작하여 보였다. 소형의 위상 천이기 구현을 위해 집중소자로 구성된 전통과 회로망(all pass network)을 기반으로 위상천이기를 구성하고, 박막세라믹 공정을 이용하여 제작하였다. 또한, 선형의 위상 천이 특성을 얻기 위해 버랙터(varactor) 다이오드에 직렬 커패시터를 연결하여, 전압에 대한 커패시턴스를 선형화함으로써 비선형성을 개선하였다. 전통과 회로망에 나타나는 인덕터는 스파이럴 인덕터로 구현하고, 이를 다이오드 바이어스 회로에 활용하여 $4\;mm{\times}4\;mm$ 면적을 가지는 소형 위상천이기를 구성할 수 있었다. 또한, 온-웨이퍼(on wafer)로 측정을 위해 입출력은 CPW(Coplanar Waveguide) 형상으로 구현하였으며, 제작된 위상천이기는 버랙터 조정 전압 0~5 V에 대하여, 2 GHz에서 삽입 손실은 약 4.2~4.7 dB, 위상 변화량은 약 $79^{\circ}$였으며, 예상한대로 선형 위상 천이 특성을 보였다.
Varactor 다이오드와 branch coupler를 이용한 반사형 아날로그 위상 변위기 설계에 대하여 기술하였다. 1단의 위상 변위기로 위상 변위를 크게 하기 위하여 마이크로 스트립 stub기법을 사용하였으며 2.260GHz 주파수대에서 제작 결과 170$^{\circ}$의 위상이 변화함을 확인하였다. 측정된 삽입손실을 3㏈ 이하이었고. 반사 손실은 12㏈ 이상이었다. 본 논문에서는 설계 기법과 제자 및 실험 결과를 상세히 기술하였다.
트윈슬랩 모델 이론을 이용하여 자속밀도 제어형 페라이트 도파관 변위기를 설계 실험하였다. 설계 . 제작한 변위기의 측정 결과, 변위차는 이론적 계산치에 비해 8-9% 삭제 나타났다. Trans Tech사의 TT73-2200 페라이트플 이용한 변위기의 삽입손실과 VSWR은 통과대역 내에서 각각 0.45dB와 1.25이하로 만족할 만한 수준이었고, 임피던스 정합 변환기를 2단으로 사용한 경우에는 큰 삽입손실의 증가없이 대역폭을 현저히 증가시킬 수 있었다. TT73- 2900 페라이트플 사용한 변위기는 표준도파만 보다 높이가 낯아진 도파관플 사용하여 고차모드 발생을 억제시킴으로써 좋은 효과륜 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 평행 결합선로를 이용하여 구조가 간단하고 광대역 특성을 갖는 $180^{\circ}$ bit X-대역 위상 변이기를 설계하고 마이크로머시닝 (micromachining) 공정을 이용하여 제작하였다. 이 위상 변이 기는 한쪽 끝이 접지된 $90^{\circ}$ 평행 결합선로와 한쪽 끝이 단락된 $90^{\circ}$ 평행 결합선로를 병렬로 연결한 구조를 갖는다. 이분법 이론에 의해 $180^{\circ}$ bit 위상 변이기에 대한설계 공식을 유도하고, 이를 적용하여 중심주파수 10GHz에서 대역폭 6GHz, ${\pm}5^{\circ}$의 위상 변이를 갖는 광대역 $180^{\circ}$ bit위상 변이기를 설계, 제작하였다.
밀리미터파 위상배열시스템에 위상변환기는 개별안테나의 위상을 조절하는 핵심 부품이다. 본 논문은 손실이 큰 실리콘 웨이퍼의 위상변환기에 적용을 위한 설계 기법을 5GHz에서 검증한 내용을 담는다. 0/180도 2-State 위상변환기가 제작되었으며 그것은 2개의 2-Stage AMP를 병렬로 구성하였다. 각 State의 Gain을 동일하게 유지하기 위해서 0/180도 Delay 라인을 2-Stage AMP의 각 Stage 중간에 삽입하였다. 통상적으로 AMP를 병렬 연결할 때 Wilkinson Power Combiner/Divider과 같은 수동회로를 추가하지만 실리콘 웨이퍼에서는 이것으로 인해 큰손실이 발생할 수 있으므로 생략하고 직접 연결하였다. 제작결과 5GHz에서 12dB이득, 174도 위상차를 확인하여 본 설계 기법을 검증하였다.
본 논문에서는 Ku-밴드의 마이크로파 대역에서 위상배열 안테나에 사용 가능한 결합선로를 이용하여 위상천이기에서 기존에 고려하지 않았던 주파수에 따른 분산특성을 전파(Full-wave) 해석방법인 SDA(Spectral Domain Approach)를 사용하여 정확히 해석하였다. 또한 비대칭 결합선로를 사용하는 위상천이와 유전치 덮개층이 부가된 위상천이기의 설계를 제안하였다. 현재 사용되고 있는 대칭 결합선로를 이용한 쉬프만 위상천이기와 비교하여, 이에 대한 위상응답의 특성변화에서 통과대역의 위상편차가 줄고 대역폭이 확대되어 광대역 특성이 개선되는 것을 이론적으로 해석하고 실험을 통하여 검증하였다.
In this paper, we were designed the ferroelectric phase shifter using 3-dB, $90^{\circ}$ branch-line hybrid coupler with two ports terminated in symmetric phase-controllable reflective networks. The design of phase shifter is based on reflection theory of terminating circuits. In order to find the optimum conditions of reflect phase, the effect of a change of capacitance and transmission line connected with two coupled ports of a coupler have been investigated. To obtain more accurate design parameters, finite element method is applied. We were showed large phase variation with small capacitance variation in the parallel connection of capacitor and transmission line by using EM-simulation and circuit-simulation.
A phased array antenna was fabricated using four-element ferroelectric phase shifters with a coplanar waveguide (CPW) transmission line structure based on a $Ba_{0.6}Sr_{0.4}TiO_3(BST)/MgO$ structure. Epitaxial BST films were deposited on MgO (001) substrates by pulsed laser deposition. To attain the large differential phase shift and small losses for a ferroelectric CPW phase shifter, an impedance-matching-part adding technique between the effective transmission line and connecting cable was used. The return loss and insertion loss for this techniqueadapted BST CPW device were improved with respect to those for a normal BST CPW device. For an X-band phased array antenna system consisting of ferroelectric BST CPW phase shifters, power divider, dc block, patch antenna, and programmed dc power, the steering beam could be tilted by $15^{\circ}$ in either direction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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