본 논문에서 는 Ka-band 위 성 중계 기용 국부발진기 의 EM(Engineering Model)을 설계 및 제작하였다. 루프 대역 밖의 위상잡음을 개선하기 위해서 고임피던스 변환기를 이용한 낮은 위상잡음의 전압제어 발진기를 설계하고 샘플링위상비교기(Sampling Phase Detector)를 사용하여 전압제어 발진기를 고안정의 OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator)에 위상 고정시킴으로써 루프 대역 내의 위상잡음을 개선하였다. 개발된 국부발진기는 43.83 dBc 이상의 고조파 억압특성을 가지고 있으며 공급전력은 15 V, 160 mA를 필요로 한다. 위상잡음은 -102.5 dBc/Hz @10 KHz와 -104.0 dBc/Hz @100 KHz의 특성을 나타내며 출력전력은 -20 - +7$0^{\circ}C$의 온도 범위에서 13.50 dBm$\pm$0.33 dB의 특성을 얻었다.
위상 잡음 특성이 마이크로파 발진기에서 중요한 설계 요소가 되면서 위상잡음을 줄이기 위한 여러 방법의 연구 결과가 제안되었다. 이러한 방법들은 위상잡음을 줄이기 위해 공진기의 Q 값을 증대시키는데 초점을 맞추었다. 유전체 공진기는 높은 Q 값을 갖기 때문에 그동안 낮은 위상잡음을 갖는 마이크로파 발진기에 널리 사용되어 왔다. 그러나 이것은 입체적 구조로 되어 있기 때문에 초고주파 집적회로(MMIC)에 적용할 수가 어려웠다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 평면형 구조이면서 위상잡음 특성을 개선할 수 있는 새로운 구조의 개방 링형 DGS 공진기를 제안하고, 이것을 이용하여 위상잡음 특성이 개선된 5.8GHz 대역의 발진기를 설계하였다. 개방 링형 DGS 공진기는 $50{\Omega}$ 전송선로 밑면에 링 모양으로 식각된 접지면을 갖는 구조로 되어있다. 발진기의 특성은 5.8GHz의 기본 주파수에서 6.1dBm의 출력레벨과 -82.7 dBc@100kHz의 위상잡음 특성을 나타내었다. 이것은 ${\lambda}/4$ 마이크로스트립 공진기를 이용한 것보다 위상잡음 특성이 96.5dB 정도 개선되었다.
본 논문에서는 부성저항 특성을 갖는 발진기 이론을 적용하여 직렬 궤환형 유전체 공진 발진기를 구성하고 바랙터 다이오드를 삽입하여 전압 제어 유전체 공진 발진기를 제작한 후, 샘플링 위상비교기와 루프 필터를 결합한 PLL방식을 도입하여 고안정 주파수 발생기인 위상고정 유전체 공진형 발진기를 설계 및 제작하였다. 설계 제작한 PLDRO는 주파수 12.05 GHz에서 13.54 dBm의 출력 전력을 얻었으며, 이때의 주파수 가변 동조 범위는 중심 주파수에서 약 ${\pm}7.5\;MHz$ 이며, 전력 평탄도는 0.2 dBm으로서 매우 우수한 선형 특성 결과를 얻었다. 또한 데이터 전송시 오율특성에 상당한 영향을 미치는 위상 잡음은 carrier로부터 100 KHz 떨어진 offset 지점에서 14.5 dBc/Hz을 얻었다. 고조파 특성은 2 차 고조파에서 -41.49 dBc 이하의 특성을 나타내었다. 이러한 특성은 위상고정을 하기 전의 전압 제어 발진기보다 더욱 향상된 특성을 보였으며, 종전의 PLDRO보다 위상 잡음과 전력 평탄도면에서 개선시킬 수가 있었다.
링 레이저 자이로스코프는 회전각을 검출하는 센서로서 광학식이 가지는 정밀함과 견고성으로 관성항법을 비롯한 운동 제어를 필요로 하는 여러 분야에서 기존의 기계식 자이로스코프를 대체해 오고 있다. 링 레이저 자이로는 세 개 또는 네 개의 반사경으로 밀폐된 고리형 공진기를 구성하고 He-Ne 기체를 봉입하여 방전시킴으로써 서로 반대 방향으로 진행하는 레이저를 동시에 발진시키면 Sagnac 효과에 의해 공진기의 회전각에 비례하여 두 레이저의 주파수 차이가 발생하는 원리를 이용한다. (중략)
본 논문은 K-band에서 위상잡음과 출력파워를 향상시키기 위하여 메타 구조로 높은 Q값을 갖는 이중 H자 형태의 메타전자파구조의 공진기를 적용한 Push-Push 구조의 발진기를 제안하였다. 제안된 발진기는 낮은 위상잡음과 높은 출력 전압을 보여준다. 특히 이중 H자 형태의 메타 전자파구조(DHM)는 전기장의 커플링을 강하게 하여 발진 주파수에서 높은 Q 값을 갖도록 설계되었다. 또한 2개의 발진기를 Push-Push 구조로 결합시킴으로 출력 전력을 개선하였다. 실험결과 20.20 GHz에서 3.1 dBm의 출력을 나타내었고, 중심주파수 억압특성은 -23.7 dBc, 위상잡음은 -116.28 dBc @ 100kHz의 특성을 보였다.
본 논문에서는 다중밴드 직접 변환 수신기를 위한 Octa-Phase 전압 제어 발진기를 제안하였다. Octa-Phase 신호와 저 위상잡음을 얻기 위해 4개의 LC VCO를 직렬 커플링 트랜지스터를 이용해 연결하였다. 멀티 밴드 특성을 얻기 위해 밴드 튜닝 회로가 제안되었다. MOS 스위치가 켜짐/꺼짐에 따라서 주파수 범위는 변화한다. 2개의 veractor를 사용해 VCO의 발진 주파수의 공정상의 오차를 최소화하였다. 본 논문에서는 0.18 um CMOS 공정을 이용해 발진기를 설계하였다. 측정 결과 1.8V 공급전압에 12mA의 전류를 소모하였고, $885MHz^{\sim}1342MHz$ 사이의 범위에서 동작하여 3개의 표준(CDMA 20001x, WCDMA, WiBro)에서의 sub-harmonic 혼합기를 구동시킬 수 있는 동작 범위를 만족시킨다. 측정된 위상잡음은 각각 CDMA 2000 1x 대역에서는 -105dBc@100kHz, WCDMA 대역에서는 -115dBc@1MHz, WiBro 대역에서는 -130dBc@10MHz으로 나타났다.
본 논문에서는 사각 분리형 링 공진기를 기본으로 하는 새로운 노치형 공진기를 제안한다. 이 공진기와 마이크로 스트립 선로가 결합된 R-SRR구조에 대해 전기적인 특성을 시뮬레이션과 측정 결과를 비교하여 나타내었다. 제안된 구조의 공진 특성으로 부터 등가회로를 나타내었고, 공진기의 구조에서 셀의 간격, 셀 사이즈, 셀의 개수 등의 변화에 대한 공진기의 공진 특성의 변화를 나타내었다. 구조적 변수 중에서 셀의 크기 요소가 공진 주파수의 가장 큰 변화 요인이다. 본 연구의 결과는 주파수 가변 대역통과 필터 설계 및 전압 제어 발진기 등의 설계에 활용할 수 있다.
회로 구성 요소의 집적도가 꾸준히 증가하는 경박단소화 추세에 따라, 회로와 각종 전자 시스템들의 전자파 내성(EMS: Electromagnetic Susceptibility) 문제가 대두되고 있다. 그 중에서도 VCO(Voltage Controlled Oscillator)는 RF 시스템에서 중요한 역할을 하는 만큼, 해당 회로의 전자파 내성에 대한 연구를 필요로 하는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 전기적 발진기에서 발생하는 위상 잡음을 선형시불변(LTV: Linear Time Variant) 시스템으로 해석하는 위상 잡음 이론을 적용하여, 1.2 GHz 의 기준 발진 주파수를 갖는 링 VCO와 LC VCO에 대해 전원 전압에 가해진 잡음에 따른 전자파 내성을 분석하였다. 시간 영역 시뮬레이션 결과로, 위상잡음 특성을 나타내는 지표가 되는 임펄스 강도를 추출하는 알고리즘을 구현하였다. 전원 잡음이 존재하지 않는 경우에는 두 VCO에서 발생하는 지터의 크기가 2.1 ps로써 비슷하였으나, 다양한 전원 잡음이 인가됨에 큰 차이를 보이며, LC VCO의 EMS 특성이 링 VCO에 비해 우수한 것을 임펄스 감도 함수와 eye-diagram을 통해 확인하였다.
본 논문에서는 도플러 레이더 시스템의 신호원이 되는 전압제어 발진기를 설계 및 제작하였다. 제안된 VCDRO는 CPW라인 형태를 이용하여 동조시키는 새로운 방법을 이용하였다. 유전체 공진기 기판 됫면에 바랙터 다이오드가 실장된 $\lambda$_{g}$/2 길이를 갖는 CPW 회로를 구현하여 유전체공진기와 커플링을 시켰다. 바랙터 다이오드는 CPW 한쪽 끝에 실장을 하였다. 제안된 CPW 동조회로는 여러 개의 다이오드를 실장 할 수 있어 동조대역폭을 쉽게 늘일 수 있다. 동조된 전압제어 발진기는 바랙터 다이오드의 전압을 0$\~$15V 로 가변시 12MHz 의 동조대역폭을 나타내었다. 제안된 CPW라인으로 동조된 위상고정 유전체 발진기는 10.5250Hz에서16.5dBm의 출력을 나타내었으며, 위상잡음은 -l15dBc/Hz@100kHz,-105dBcHz@10kHz,-102dBc/@1kHz 의 위상잡음 특성을 나타내었다.
컨버터 제어를 위한 피크 전류 모드는 기존의 전류 모드 제어 기법에 비해 빠른 응답과 간단한 구조로 인해 많은 컨버터 애플리케이션에서 사용된다. 그러나 듀티가 0.5를 초과하면, 서브 하모닉 발진이 전류에서 발생한다. 이러한 현상을 방지하기 위해 제어기를 안정적으로 동작 할 수 있도록 보상 기울기를 추가 한다. 그러나 기울기 보상의 방법은 구조를 복잡하게 만들고 출력 전압이 가변적 일 때 때때로 기울기를 변화시켜야 하는 문제가 있다. 따라서 본 논문에서는 기울기 보상 없이 새로운 하이브리드 모드 전류 제어 방법을 제안한다. 밸리 전류 모드에서 트레일 링 에지 변조를 사용하는 제안 된 방법에서, 서브 하모닉 발진 문제는 쉽게 해결 될 수 있다. 제안 된 제어기는 Psim 시뮬레이션에 의해 검증된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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