본 논문에서는 KOMPSAT 3호의 S-대역 트랜스폰더용 주파수 체배기를 설계 및 제작하였다. 수신부 첫째 단의 국부 발진 신호(2008.8MHz)를 생성하는 108배 주파수 체배기의 구성은 X9 주파수 체배기, 1st X2 주파수 체배기, 2nd X2 주파수 체배기, 최종단의 X3 주파수 체배기로 구성된다. 측정 결과, 최종단의 X3 주파수 체배기의 출력주파수인 2008.8MHz에서의 8.17dBm의 출력전력과 -56.67dBc의 고조파 억압 특성을 보였다. 또한 -3dB 이상의 변환이득을 갖는 대역폭은 14MHz로 나타났다.
초공동 수중비행체는 수중에서 시속 300 km 이상의 속력을 가진다. 초공동 수중비행체는 로켓추진을 동력으로 사용하기 때문에 초공동 수중비행체의 수치해석은 물과 수증기, 배기가스로 이루어진다상 유동을 다루게 된다. 배기가스가 수중비행체에 미치는 영향은 초공동 수중 비행체 성능연구에 중요한 부분이다. 본 연구에서는 초공동 수중비행체 주변의 유동장에 대한 수치해석을 통하여 배기가스가 비행체의 항력에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. 배기가스가 없는 경우, 수중비행체를 둘러싼 초공동으로 물이 유입되는 재유입현상에 의해 수중비행체 항력의 변화가 발생한다. 추진체가 있는 경우 배출되는 가스는 재유입현상에 의한 영향을 감소시킨다. 또한 배기가스는 마하디스크를 생성하며 그 영향을 받아 항력 변화가 발생한다.
본 논문에서는 composite right/left-handed 전송 선로를 이용한 주파수 체배기를 제안하였다. 제안된 주파수 체배기의 left-handed 전송 선로는 기본 주파수($f_0$) 성분을 억압하였고, composite right/left-handed ${\lambda}/4$ 개방 스터브는 원하지 않는 고조파 신호 성분들을 제거하였다. Left-handed 전송 선로와 composite right/left-handed ${\lambda}/4$ 개방 스터브를 조합하여 사용함으로, 오직 3차 및 4차 고조파와 같은 원하는 고조파 신호들만을 효과적으로 얻을 수 있었다. 본 논문의 타당성을 보이기 위해 기본 주파수를 1 GHz로 하는 주파수 체배기를 설계하고, 측정하였다. 설계된 주파수 체배기의 입력 전력을 0 dBm으로 하였을 때, 측정된 3차 체배기와 4차 체배기의 출력 전력은 각각 -5.67 dBm과 -6.43 dBm이다.
본 논문에서는 링 발진기와 다중 푸쉬 주파수 체배기 기반의 ${\times}49$ 주파수 체배기가 제안되었다. 제안된 주파수 체배기는 두 단의 ${\times}7$ 주파수 체배기를 주입-잠금 방식으로 결합하여 입력된 신호를 49 체배하는 회로이다. 각 ${\times}7$ 주파수 체배기는 14 위상 신호를 출력하기 위해 7 단의 링 셀을 갖는 링 발진기와 14 위상 신호를 받아 주파수를 7 체배하는 7-푸쉬 주파수 체배기로 구성되어 있다. 제안된 ${\times}49$ 주파수 체배기는 입력 신호 주파수가 56.7~57.7 MHz일 때 2.78~2.83 GHz의 출력 신호 주파수로 49배 체배된다. 이 동작 주파수는 체배된 원 신호와 스퍼(spur)의 전력의 크기가 10 dB 이상 차이가 있을 때를 기준으로 측정되었고, 13.93 mW의 DC 전력을 소모한다.
본 논문에서는 증폭기 및 체배기를 이용한 다기능 RF 모듈의 주요 연구 결과를 비고 제시하였다. 주파수 대역별로 별도의 블록을 갖는 다중대역 모듈에 비해 체배기를 이용하면 간단하게 다기능 모듈 구현이 가능하다. 별개의 증폭기 및 체배기를 스위칭하는 방법, 주파수 선택적 반사기 구조를 이용한 방법, 결함접지구조를 이용한 구조를 비교 제시하였다. 입력 주파수에 따라 증폭기 또는 주파수 체배기로 동작하는 회로로 다기능 모듈을 개발하였으며, 결함접지구조를 이용하여 입력 주파수 억압 및 출력 고조파 억압을 향상시켰다.
본 논문은 RF 전력증폭기용 트랜지스터의 주파수 체배기 활용을 위한 최대 효율 조건에 대해 분석하고, 고효율 달성을 위한 출력 정합 회로에서의 고조파 임피던스와 기생 성분에 의한 부정합 영향에 대해 고찰하였다. 이를 바탕으로 능동 주파수 체배기의 설계에 있어 입력 바이어스 제어를 통해 고조파 전류를 발생시키는 경우의 이론적인 고조파 전력을 예상하였으며, class-F 구조를 기반으로 하여 주파수 3체배기를 설계하고, 트랜지스터의 비선형 파라미터로써 정규화된 3차 고조파 전력을 예상하였다. 위의 분석 결과를 바탕으로 2.475 GHz에서 주파수 3체배기를 설계하였으며, 시뮬레이션 효율 약 19.5 % 및 측정 효율 22.9 %, 최대 변환 이득 9.5 dB의 결과를 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 C-band용 주파수체배기를 위상잡음 특성이 우수한 SRD를 이용하여 설계, 제작하였다. 1.13GHz의 신호를 체배기에 인가하여 5체배함으로써 5.65GHz대 신호를 얻는 방법을 이용하였다. 또한 원하는 5체배 신호만을 얻기위해서 출력단에 사용되는 대역통과 필터를 기존에 많이 사용되는 Coupled Line 필터 대신에 Microstrip Ring 공진 필터를 사용하는 방식을 이용하였다.
Feedforward와 defected ground structure(DGS)를 이용한 새로운 주파수 체배기를 제안하였다. 제한된 주파수 체배기는 feedforward 구조에 의해 기본 주파수$(f_0)$가 제거되고, 아령 또는 나선형 모양의 DGS 구조에 의해 2차, 3차 또는 4차의 원하지 않는 고조파 성분들을 제거할 수 있었다. 결국 feedforward와 DGS 구조에 의해서 체배하고자 하는 성분을 제외한 나머지 고조파들이 제거되었다. 기본 주파수를 1 GHz로 하여 주파수 체배기를 설계하고, 측정하였다. 입력 전력을 0dBm으로 하였을 때 2체배기, 3체배기와 4체배기의 출력 전력은 각각 -2.59 dBm, -5.36 dBm과 -4.57 dBm이었다.
비선형소자를 사용한 주파수체배기의 효율은 소자의 특성에 따라 변화한다. 비선형 저항소자를 사용하여 이체배된 마이크로파주파수를 얻었고 체배기의 효율은 이론치와 측정치로 비교하였다. 비선형 저항소자를 사용한 주파수체배기의 효율은 주파수에 관계없이 역방향대순방향의 저항비에 비례하여 증가함을 보았다.
본 논문에서는 로드풀 시뮬레이션을 이용하여 고효율 주파수 체배기를 설계하는 방법을 제시하고, 주파수 체배기의 비선형 왜곡을 분석하였다. 주파수 체배기는 변조된 신호원을 인가하였을 경우에는 비선형 특성으로 인해 신호 대역이 체배되는 심각한 왜곡이 발생하므로, 이러한 주파수 체배기의 왜곡을 보상할 수 있는 테이블 참조기법을 이용한 디지털 사전왜곡기법을 실행하였다. 주파수 체배기는 입력신호를 주파수 2 체배하여 5.8GHz 출력신호를 얻도록 설계되어 IEEE 802.11a 표준 무선 랜 대역의 동작주파수를 갖도록 설계하였다. 선형화 후의 출력 스펙트럼은 중심주파수에서 각각 +11MHz, +20MHz offset인 주파수에서 각각 12dB의 ACPR 특성이 향상되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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