본 논문에서는 마이크로스트립 사각 개방 루프 다중 Split Ring 공진기 (OLMSRR)를 이용하여 전압 제어 발진기의 위상 잡음 특성을 줄이기 위한 새로운 구조를 제안하였다. 이러한 특성 실현을 위하여 마이크로스트립 사각 개방 루프의 형태를 갖는 사각 형태의 다중 Split Ring 공진기 (MSRR)에 대하여 연구하였다. 일반적인 마이크로스트립 선로 공진기뿐만 아니라 위상 잡음 특성을 개선하기 위하여 제안된 마이크로스트립 사각 개방 루프 공진기와 마이크로스트립 사각 개방 루프 Split Ring 공진기 (OLSRR)와 비교할 경우에도 마이크로스트립 사각 개방 루프 다중 SRR는 더 큰 결합 계수를 갖으며, 이로 인하여 얻을 수 있는 더 높은 Q 값을 통하여 전압 제어 발진기의 위상 잡음을 줄 일 수 있다. 1.7 V의 공급 전력을 갖는 전압 제어 발진기는 주파수 조절 범위, $5.746\;{\sim}\;5.84\;GHz$에서 $-124.5\;{\sim}\;-122.0\;dBc/Hz$ @ 100 kHz의 위상 잡음 특성을 갖는다. 이 전압제어 발진기의 Figure Of Merit (FOM)은 동일한 주파수 조절 범위에서 $-203.96\;{\sim}\;-201.6\;dBc/Hz$ @ 100 kHz를 갖는다. 기본적인 마이크로스트립 선로 공진기, 마이크로스트립 사각 개방 루프 공진기, 마이크로스트립 사각 개방 루프 SRR를 이용한 전압 제어 발진기와 비교할 경우, 제안된 공진기를 이용한 전압 제어 발진기의 위상 잡음 특성은 각각 25.66 dB, 8.34 dB, 4.5 dB 개선되었다.
본 논문에서는 기본 공진 주파수($f_o$)에서 단락 부하를 갖는 기존 $\lambda$/4-마이크로스트립 공진기의 Q값과 2차 직렬 공진 주파수(2$f_o$)가 천이되는 문제를 해결하여 2차 고조파 제거특성을 개선한 새로운 구조의 마이크로스트립 공진기를 제안하였으며 제안된 마이크로스트립 공진기는 마이크로웨이브 및 밀리미터 대역에서 비선형 회로들의 고조파 제거 특성을 개선하는데 적용할 수 있을 것이다.
본 논문에서는 마이크로스트립 사각 개방 루프 이중 Split Ring 공진기를 이용하여 전압 제어 발진기의 위상 잡음 특성을 줄이기 위한 새로운 구조를 제안하였다. 이러한 특성 실현을 위하여 마이크로스트립 사각 개방 루프의 형태를 갖는 사각 형태의 이중 Split Ring 공진기에 대하여 연구하였다. 일반적인 마이크로스트립 선로 공진기뿐만 아니라 위상 잡음 특성을 개선하기 위하여 제안된 마이크로스트립 사각 개방 루프 공진기와 마이크로스트립 사각 개방 루프 Split Ring 공진기와 비교할 경우에도 마이크로스트립 사각 개방 루프 이중 SRR는 더 큰 결합 계수를 갖으며, 이로 인하여 얻을 수 있는 더 높은 Q 값을 통하여 전압 제어 발진기의 위상 잡음을 줄 일 수 있다. 1.7V의 공급 전력을 갖는 전압 제어 발진기는 주파수 조절 범위, 11.74~11.75 GHz에서 -123.2~-122.0 dBc/Hz @ 100 kHz의 위상 잡을 특성을 갖는다. 이 전압 제어 발진기의 Figure Of Merit (FOM)은 동일한 주파수 조절 범위에서 -214.8~-221.7 dBc/Hz @ 100 kHz를 갖는다. 기본적인 마이크로스트립 선로 공진기, 마이크로스트립 사각 개방 루프 공진기와 비교할 경우, 제안된 공진기를 이용한 전압 제어 발진기의 위상 잡음 특성은 각각 26 dB, 10 dB 개선되었다.
공진기(cavity)이론을 적용하여 등각면을 이루는 구면사각패치 마이크로스트립 공진기를 해석한다. 후린징전자계(fringing field) 때문에 발생되는 공진주파수의 오차를 줄이기 위하여 실효유전상수를 고려하여 공진주파수를 계산한다. 해석된 결과식에 따라 Epsilam 10기판으로 3GHz에서 동작하는 전송형 구면사각패치 마이크로스트립 공진기를 설계 제작하였다. 측정 결과는 공진주파수 2.985GHz, 반사손실 -44.4dB로써 이론값과 거의 일치하였다.
본 논문에서는 마이크로스트립 사각 개방 루프 공진기와 가변 부성 저항을 이용한 향상된 push-push 전압제어 발진기를 제시하였다. 마이크로스트립 사각 개방 루프 공진기는 큰 결합 계수 값을 갖는데, 이는 Q값을 크게 만들고, 전압 제어 발진기의 위상 잡음을 줄인다. 1.8V의 공급 전압을 사용한 전압 제어 발진기는 $5.744{\sim}5.859GHz$의 주파수 조절 범위에서 $-124.67{\sim}-122.67dBc/Hz\;@\;100 kHz$의 위상 잡음 특성을 갖는다. 이 전압 제어 발진기의 FOM은 같은 주파수 조절 범위에서 $-202.83{\sim}-201dBc/Hz\;@\;100 kHz$의 값을 갖는다. 마이크로 스트립 사각 개방 루프 공진기를 이용한 단일 종단 전압 제어 발진기와 마이크로스트립 공진기를 이용한 push-push 발진기와 비교했을 때 개선된 위상 잡음 특성은 각각 -8.51 dB와 -33.67 dB이다.
이 논문에서는 split-ring 공진기와 spiral 공진기를 complementary 형태로 구현한 새로운 형태의 두 가지 마이크로스트립 대역저지 필터를 제안하였다. 첫 번째는 마이크로스트립 전송 선로의 중앙 선로에 세 개의 split-ring 공진기를 일렬로 배열시켜 에칭 시킨 것이다. 중앙 선로에 구현된 세 개의 split-ring 공진기와 수직으로 시간에 따라 변하는 전계가 걸리면 특정 공진 주파수에서 유효 투자율이 음이 되는 현상이 벌어지며, 이에 따라 전파가 더 이상 진행하지 못하게 된다. 이는 특정 공진 주파수에서 대역저지 현상이 나타나는 것을 의미한다. 두 번째는 첫 번째 것과 비슷하게 마이크로스트립의 중앙 선로에 spiral 공진기를 세 개 나열하여 에칭하였다. Spiral 공진기는 그 축에 수직한 방향으로 전계가 걸렸을 때 특정 공진 주파수에서 self-resonance 현상이 일어나며, 이것이 대역저지 특성으로 나타난다. 제안된 두 필터는 쉽게 공진 주파수와 대역저지 폭을 결정할 수 있고, 매우 작은 크기를 갖으며, 통과대역 내에서 삽입손실이 거의 없으며, 매우 날카로운 스커트 특성을 갖는다. 또한 제작하기 쉽고, 향후 MMIC에 적용하기 쉬울 것으로 예상한다.
본 논문에서는 대역통과 필터특성을 위해 통과대역의 상단과 하단의 저지대역에서 감쇄극을 갖는 두 종류의 새로운 마이크로스트립 구조를 제안한다. 이 구조는 TEM모드의 유전체 공진기를 마이크로스트립선로에 용량성 또는 유도성의 병렬 포스트와 연결하여 구성된다. 제안한 구조에 대한 등가회로를 추출하였다. 이 구조의 S-파라미터를 실험과 등가회로 시뮬레이션으로 구하였고, 그리고 유도성포스트의 경우는 3D-FDTD 계산을 추가하여 서로를 비교하였는데 등가회로 모델이 이들 결과와 매우 잘 일치하였다.
본 논문에서는 모우멘트법을 사용하여 공진기 구조(cavity-backed) 마이크로스트립 방사 소자를 해석, 설계하고 이를 제작하여 검증하였다. 또한 본 논문에서 제안한 알고리즘을 설명하고 이러한 알고리즘을 구현 한 해석 프로그램을 사용하여 공진기 구조 마이크로스트립 방사 소자의 주요 설계 치수를 변화 시키면서 방사 소자의 특성 변화를 살펴 봄으로써 실제 설계에서 사용되어질 수 있는 지표를 도출하고자 하였다. 또한 이러한 구조가 배열 안테나로 사용될 경우 실제로 음영각(scan blindness) 발생을 억제할 수 있는 지를 해석해 봄으로써 공진기 구조 마이크로 스트립 안테나의 유용성을 확인해 보았다.
본 논문에서는 교차 및 결합 선로를 갖는 마이크로스트립 개방루프 공진기를 이용한 협대역 대역통과 여파기를 설계.제작하였다. 이 여파기는 크기가 작고 경량이며, 협대역 타원함수 대역통과 특성과 같은 우수한 특성을 가지고 있다. 여파기는 두 개의 동일한 마이크로스트립 개방루프 공진기와 교차 및 결합선로로 구성되어 있다. 개방루프 공진기를 사용함으로서 여파기 크기는 링 공진기와 비교하여 50% 정도가 축소된다. 교차선로는 억제대역에서 두 개의 노치를 제공하므로, 통과대역에서 예리한 선택도를 가진다. 중심주파수 2.455GHz로 설계된 마이크로스트립 대역통과 여파기는 1.22%의 대역폭을 가지며, 이는 무선LAN의 응용에 매우 적합하다. 여파기는 포토 에칭법으로 제작하였다 제작된 대역통과 여파기는 2.458GHz대에서 0.85%의 대역폭을 가지며 크기는 $2.6cm\times1cm$이다.
본 논문에서는 깍지낀 마이크로스트립 대역통과 여파기를 설계 및 제작하였다. 깍지낀 마이크로스트립 대역통과 여파기는 일반적인 결합 선로 대역통과 여파기에 비해 주파수 선택성과 삽입 손실과 반사 손실 특성이 우수하며, 크기가 작고, 넓은 대역폭을 가진다. 깍지낀 마이크로스트립 대역통과 여파기의 구조는 평행접지판 사이의 준 TEM-모드 마이크로스트립 선로 공진기이다. 각각의 공진 소자의 길이는 중심주파수의 $\lambdag/4$이고, 선로의 한쪽은 단락회로로 종단되고 다른 한쪽은 개방회로로 종단되어 있다. 여파기는 Ensemble(version 5.0) 소프트웨어를 사용하여 최적 설계하였다. 제작된 여파기는 중심주파수 11.2GHz에서 대역폭이 2.52GHz(22.5%), 삽입손실 -1.8dB, 반사손실 -17.0dB의 특성을 나타냈다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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