본 논문에서는 위성중계기용 Ku-대역 증폭기에 사용되어질 수 있는 온도보상회로에 대하여 기술하였다. 위성중계기용 증폭기에서 요구하는 온도 규격과 다양한 온도보상 방식의 장단점을 살펴본 후 위성중계기용 증폭기에 적합한 온도보상회로로서 능동 바이어스 회로, 감쇄기를 이용한 온도보상회로, ALC Loop를 이용한 온도 보상회로를 선정하여 각자의 회로를 설계하였다. 각각의 온도보상회로는 설계 결과와 일치하는 실험 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 결과는 실제 Ku-대역 위성중계기용 능동부품인 채널증폭기, 저잡음 증폭기, 중간 주파수 증폭기 등에 사용되어졌으며, 설계 규격을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 증폭기의 온도에 따른 균일한 출력특성을 구현하기 위한 개선된 보상특성을 갖는 증폭기용 온도보상회로를 제안한다. 제안된 온도보상회로는 직렬로 연결된 2개의 브랜치라인(Branchline) 결합기와 결합기 사이에 위치한 2개의 다이오드로 구성된다. 그리고, 회로의 주변온도에 따라서 저항값이 반비례하는 특서을 갖는 써미스터(Thermistor)와 써미스터를 포함하는 오피엠프(Operational amplifier, OP-Amp.)회로로 다이오드의 동작 특성을 조정함으로써 기존의 온도보상회로에 비하여 보다 효율적인 보상특성을 갖도록 설계하였다.
본 논문에서는 온도 센서와 OP-AMP를 이용하여 X-밴드용 전압제어 발진기를 위한 온도 보상 회로를 구현하였다. 온도 변화에 대해 선형적인 특성을 갖는 온도 센서의 출력 전압을 튜닝 전압에 더해서 전압제어 발진기에 인가함으로써 온도에 따른 주파수 이동을 보상할 수 있었다. -30~+$60^{\circ}C$의 온도 범위에서 9.95~10.05 GHz의 대역에 대해 온도 보상을 한 결과, 전체 대역폭에서 출력 주파수는 온도 보상 전 71~73 MHz가 변화했으나, 온도보상 후에는 6.6~4.4 MHz의 변화를 보였다.
본 연구에서는 Ku-대역 위성통신 중계기에 사용되는 전압제어형 PIN 다이오드 감쇄기를 설계, 제작, 측정하고 이 감쇄기의 온도 특성 변화를 보상하기 위한 온도보상회로를 제안하였다. PIN 다이오드 감쇄기는 박막 하이브리드 기술을 이용하여 설계되었으며 PIN 다이오드 감쇄기를 전압제어형으로 사용할 경우 최대 선형 특성을 얻을 수 있는 부하 저항(R$_{L}$)의 값을 Simulation 및 실험에 의해 결정되었다. 최적의 부하 저항값은 사용한 PIN 다이오드의 특성에 의해 달라지며, 본 논문에서 사용한 APD-0805의 경우 150$\Omega$의 부하저항으로 PIN 다이오드 한 개에 10 dB 까지 선형 감쇄범위를 얻을 수 있었다. 또한 부하 저항을 포함한 PM 다이오드 감쇄기의 온도 특성을 측정하였고, 측정결과 관찰된 PIN 다이오드 감쇄기가 전압제어형으로 사용되어질 경우의 가장 큰 단점인 온도 특성의 심각한 변화를 보상할 수 있는 온도보상회로를 제안하였다. 제안된 온도보상회로를 갖는 PIN 다이오드 감쇄기는 동작온도에 대해 선형적인 특성을 보이며 동작온도 범위에 걸쳐 0.6 dB 이하의 오차만을 가짐을 확인하였다.
마이크로프로세서를 사용하여 디지털 방식에 의해 온도보상을 하는 버스트 모드 광송신기를 구현하였다. 기존 실시간으로 신호를 처리하는 아날로그 방식의 온도보상 방법에 비하여, 본 연구에서 구현한 디지털 방식의 온도보상은 신호를 샘플링 처리함으로써 고속 버스트 모드 광신호를 효과적으로 처리할 수 있다. 온도보상을 위한 디지털 자동전력조절 방식은 데이터 전송속도에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라, 아날로그 방식에 비해 보다 정확하고 효율적이므로 Gb/s 이상의 고속 버스트 광신호 처리에 유용하게 사용될 수 있다.
본 논문은 박막 히터형 유량센서의 온도보상을 위해 초기 불평형 전압을 이용한 새로운 온도보상 방법을 사용하였다. 온도보상을 위해서 본 논문에서는 휘스튼 브릿지의 비를 다르게 하는 방법으로 오픈루프에서 초기 불평형 전압을 온도에 따라 나타낸 그래프를 이용하여 센서 회로의 저항값을 구하는 방법을 사용하였다. 공기 온도가 $-20^{\circ}C{\sim}120^{\circ}C$ 범위에서 온도 보상을 실시한 결과 ${\pm}1%$이내의 온도 오차가 발생하여, 정밀한 박막 히터형 유량 센서를 제작할 수 있었다.
본 논문에서는 다이오드의 비선형 특성을 선형화하고 온도에 따른 특성 변화를 보상하는 방법에 대해 연구하였다. 입력전력에 대한 다이오드의 비선형성을 선형화학 위해 Square root 회로를 사용하였으며, 온도에 따른 다이오드의 특성변화를 보상하기 위해서는 2개의 동일한 다이오드와 기준전위를 가변시킬 수 있는 OP-Amp를 사용하였다. 그 결과로써, (Square root 회로와 온도보상회로를 이용하여) 설계된 다이오드 전력 검출기는 입력전력이 -6㏈m보다 큰 경우에 0.23$\pm$0.025 V/㏈m의 비율로 선형적으로 출력전력을 검출하였으며, 상온에서 8$0^{\circ}C$까지의 온도변화에 대해 출력전압의 변화없이 안정적으로 동작하였다.
트란지스터 착동증폭기의 해석은 이등분 정리의 응용으로 간단히 되며 온도 및 전원전압의 변화에 의한 drfit는 자체보상회로에 의해서 감소시킬수 있다. 베스-에미터전압을 같게하는 기본자체보상회로와 이 전압의 온도계수를 같게 하는 온도자체보상회로를 써서 실험하여 양호한 결과를 얻었으며 이 회로의 조절은 이론치와 잘 일치함을 확인하였다.
2002부터 미국에서 전기화재 보호를 위하여 AFCI(Arc Fault Circuit Interrupter)사용이 의무화되었으며 중성선의 선로저항을 이용하여 아크를 검출하는 방식의 AFCI의 경우 중성선 선로저항의 저항온도계수에 대한 온도보상이 필요하다. 이러한 온도보상회로를 주문형반도체(ASIC)에서 구현하는 방안을 제시하고 ARC 신호에 대하여 시뮬레이션하여 전기적 특성 및 온도특성을 검증하였다.
소형 콘은 해상도가 뛰어나 국부영역의 탐지를 위하여 다양하게 활용되고있다. 소형 콘은 변형률계 부착 면적이 부족하여 half-bridge 형태로 회로를 구성하고 있으며, 이는 주변온도 변화에 의하여 민감하게 반응하는 것으로 알려져있다. 본 논문의 목적은 이러한 온도영향을 해소하기 위하여 소형 콘의 온도보상 기법에 관한 연구를 수행하는 것이다. 본 연구를 수행하기 위하여 직경과 길이가 각각 15mm 그리고 56mm인 소형 콘을 개발하였다. 로드셀은 온도변화만을 반영할 수 있는 공간을 확보하기 위하여 후면으로 54mm 연장하여 제작되었다. 온도보상회로는 스트레인 게이지를 선단저항 부분, 주면마찰 부분 그리고 연장한 로드셀에 부착하여 소형 콘 내에서 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge) 회로를 구성하였다. 소형 콘의 일반적 회로구성인 half-bridge도 내부에 함께 구성하여 상호간의 결과값을 비교 및 고찰하였다. 여름과 겨울의 계절적인 온도변화에 따라 측정값의 오차를 검증하기 위하여 계절적 온도 변화 실험을 수행하였다. 또한 지반다짐 실험으로 지반의 상대밀도를 증가시켜 관입 시 주변 온도변화에 따라 측정값 변화도 관찰하였다. 측정결과 온도보상회로를 이용하여 측정한 값은 half-bridge 회로로 측정한 값과 차이를 보였으며, 더욱 안정화되고 이상적인 경향을 보였다. 본 논문은 소형 콘 사용시 온 도 영향에 대한 문제를 해소하고 더욱 신뢰성 높은 측정값을 획득할 수 있는 기법에 대하여 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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