삽입 손실은 EMI 필터의 노이즈 제거 성능을 나타내는 주된 지표로 쓰인다. 본 논문에서는 기존의 방법보다 좀 더 정확하고 편하게 삽입 손실을 측정할 수 있는 방법에 대하여 연구하였다. 이와 관련하여 EMI 필터의 비이상적인 특성들을 모두 고려하기 위해 4포트 S-파라메터 측정을 통한 임의의 전원/부하 임피던스에 대한 차동 모드와 공통 모드의 삽입 손실을 구하는 방법에 대하여 제시하였다. 이를 활용하여 EMI 필터가 사용될 회로의 전원/부하 임피던스를 알고 있을 때, 시스템에 적용된 EMI 필터의 차동 모드 삽입 손실과 공통 모드 삽입 손실를 구할 수 있다. 또한, 이를 바탕으로 적절한 소자 값을 선택하기 위해 혼합 모드 변환, 체인 혼합 모드 변환 그리고 4포트 모델링을 통하여 임의의 소자 값에 따른 전체 시스템의 삽입 손실을 예측하는 방법에 대하여 제시하였다.
입력임피던스를 크게 하기 위하여 널리 사용되는 접힌 안테나의 임피이던스 변환비와 견환비에 따른 입력어드미턴스의 변화모양을 Moment법에 의하여 계산했다. 계산결과는 Guertler의 공식에 의한 것과 비교하여 이론적타당성을 확인한다. 절힌 안테나의 입력콘덕턴스는 공진주파수보다 다소 낮은 고파수에서 최대로 되고 써셉턴스는 주기적 성질을 가져서 안테나 두 소자의 굵기가 매우 다르지 않을 때는 몇 경의 주파수에서 0으로 된다. 또한 안테나 두 소자의 굴기차가 심할 수록 입력어드미턴스의 주파수에 대한 변화가 완만하여 좋은 주파수특성을 갖는다.
본 논문은 GHz 대역 소자 응용을 위한 프로그램 가능 보상 회로를 제안한다. 이러한 회로는 5.2GHz대에서 동작하는 고주파 회로의 칩 제작과정에서 예기치 않게 발생한 미세한 PVT (공정, 전압, 온도) 변동을 검출하여 미세 변동된 회로 성능 변수들을 자동으로 보상한다. 자동으로 보상 가능한 고주파 회로 성능 변수들은 중요한 요소인 입력 임피던스, 전압이득과 잡음지수를 포함한다. 이러한 회로는 미세 변동을 자동으로 보상할 수 있도록 고주파 신호를 직류 신호로 변환하는 DFT (Design-for-Testability) 회로를 포함한다.
본 논문에서는 전력분배기의 설계에 필수적인 분포정수 임피던스 변환기의 합성법을 제시하고, 이에 의하여 광대역 전력분배기를 설계한다. 변환기의 전달함수는 Chebyshev 근사로 합성하며, 변환기의 소자값은 최소 삽입손실(MIL)과 리플에 대하여 계산된다. 변환기의 요구 성능은 전달함수의 MIL과 리플을 최적화함으로써 구할 수 있다. 이의 응용 예로써 $2{\sim}8GHz$에서 동작하는 4-경로 전력분배기(four-way power divider)를 설계하였다. 실험 결과, 전력분배기는 주어진 주파수 대역에서 설계치에 근접하는 성능을 나타내어, 분포정수 회로합성에 의한 변환기의 설계는 전력분배기의 설계에 유용하게 사용될 수 있음을 입증하였다.
본 논문에서는 손실이 있는 전송선로의 전달 임피던스를 적용한 열전형 전압 변환기(TVC)의 모델을 제안하였으며, TVC의 교류-직류 변환 차이를 계산하기 위한 프로그램을 개발하였다. 제안된 TVC는 열전소자(TE)와 열전소자의 측정범위를 확대하기 위한 저항선이 동축형 실린더의 중심에 직선형태로 직렬로 연결되었다. 제안된 TVC의 교류-직류 변환 차이를 실린더의 직경, 열전도도 등의 특성을 적용하여 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션 값이 불확도 이내에서 측정값과 잘 일치하였다. 일치도는 주파수 $40Hz\~10kHz$에서는 $1{\mu}V/V$이하였고, $20kHz\~100kHz$에서는 $5{\mu}V/V$이하였으며, $200kHz\~1MHz$에서는 최대 $12{\mu}V/V$이하의 차이를 보였다.
본 논문에서는 부성 임피던스 변환기(Negative Impedance Converter: NIC)를 적용한 무선전력전송 시스템을 제안하였다. 차폐물질의 영향을 고려하여 전송 시스템을 구성하였다. 전송효율 개선을 위하여 부성 임피던스 변환기에서 발생한 부성저항을 적용하여 송신단의 Q 인자가 향상했다. NIC는 연산증폭기와 저항 소자로 구현하였으며, 특정 저항에 따른 부성저항 특성을 얻었다. 송신 코일의 크기는 $250mm{\times}250mm{\times}0.8mm$이며, 임피던스와 Q 인자는 각각 $31+j1874{\Omega}$, 60이다. 부성저항이 약 $30{\Omega}$일 때, 송신단의 저항이 감소하여 Q 인자는 약 900으로 증가했으며, 이는 기존 대비 약 15배 향상된 결과이다. 제안하는 시스템에 대하여 전송 효율을 측정하였으며, 기존 시스템과 비교하여 효율이 크게 향상되었다. 따라서 NIC의 효과로 전송 효율이 개선될 수 있는 것을 검증하였다.
본 논문에서는 DGFET를 이용한 초고주파용 분포형 믹서가 연구되었다. 분포형 믹서 회로는 게이트, 드레인 전송선로와 입, 출력단에서 정합회로 및 DGFET들로 구성된다. RF와 LO신호가 각 게이트 전송선로의 입력 단에 인가되면, DGFET의 전달 컨덕턴스를 통해 드레인 전송선로로 전달되며, 각 드레인단의 출력된 신호들은 설계에 따라 동위상으로 더해지게 되고, 이러한 형태의 믹서는 변환이득을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 각 소자의 임피던스가 전송선로에 흡수되므로 초광대역을 특성을 갖는다. 또한, 보다 높은 주파수까지 광대역 특성을 갖게 하기 위해서 각 전송선로의 입 출력 단에 m-유도 영상 임피던스 개념을 도입하여 입 출력 단을 정합 하였다, 이러한 분포형 믹서를 마이크로스트립 기판 위에 설계 및 제작하였고 광대역 특성 및 변환이득, RF/LO 분리도 등을 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험을 통해 검증하였다.
마이크로와 광대역증폭기용 유손실 정합회로를 설계하기 위한 새로운 방법을 제시한다. 이 방법은 트랜지스터를 모델링 없이 측정된 산란계수를 이용하여 표시하며, 유손실 정합회로를 무손실 정합회로 사이에 유손실 직렬 임피던스 또는 병렬 어드미턴스가 삽입된 구조로 생각한다. 증폭기의 이득과 반사계수사이의 선형관계식을 유도하고 이를 이용하여 적절한 이득과 반사계수를 선택하는 법을 제시한다. 증폭기의 이득 및 반사계수와 유손실 정합 소자의 임피던스 사이에는 쌍 일차 변환의 관계가 있으며 일정 이득 원이나 일정 반사계수원을 임피던스 평면 또는 스미스 차트에 그려 적절한 정합 소지값을 선택 할 수 있다. 본 논문에서 제안된 방법이 유용함을 보이기 위하여 증폭기설계 예를 제시하였다.
본 논문에서는 주파수 5.3 GHz에서 소형화된 branch line 커플러와 $360^{\circ}$ 이상의 위상천이를 보일 수 있는 가변 리액턴스 부하를 결합하여 소형화된 위상천이기의 설계를 보였다. 위상천이기의 소형화를 위하여, branch line 커플러의 새로운 구조를 제안하였다. 새로운 branch line 커플러는 전송선의 T 및 ${\pi}$형 등가회로 변환 방법을 이용하여 소형화하였다. 소형화된 branch line 커플러는 일반적인 구조에 비해 50 % 이상 소형의 크기를 가진다. 넓은 위상천이량을 갖기 위하여 전송선에 버렉터 다이오드 두 개를 입력과 출력에 연결한 부하 구조를 채택하였다. 특히, 조정 전압에 대한 위상천이량이 완만하도록 임피던스 변환기 역할을 하는 전송선을 설계된 부하 구조에 추가하여 구조를 보완하였다. 추가된 임피던스 변환기에 사용된 전송선 및 선정된 부하 구조의 전송선은 소형화에 장애가 되기 때문에 이를 집중 소자로 등가하여 소형화하였다. 제작된 위상천이기는 $15{\times}15mm^2$의 소형의 크기를 가지며, 조정 전압 0~10 V 범위의 경우, 중심 주파수 5.3 GHz에서 삽입 손실은 약 -4~-6 dB, 반사 손실은 -20 dB 이하, 약 $480^{\circ}$의 넓은 위상천이를 보였다.
본 논문에서는 LS 밴드에서 동작하는 공액 위상변위기(phase conjugator)용 HEMT 혼합기를 설계 제작하였다. 역지향성 안테나(retrodirective antenna) 시스템의 공액위상변위기로 사용되는 혼합기의 특징은 RF 및 IF 신호의 주파수가 비슷하며, 모두 고주파 신호라는 점이다. 따라서 LO 신호의 주파수는 RF 주파수의 약 2배가 되며, 두 입력신호의 합성 및 임피던스 정합이 쉽지 않게 된다. 본 연구에서는 p-HEMT 소자를 사용하여, LO4.00 GHz, RF 2.01 GHz, IF 1.99 GHz에서 동작하는 게이트 혼합기를 제작하였다. 제작된 혼합기는 -7 dBm의 LO 신호를 인가하였을 때, 변환이득이 12.5 dB이며, 1-dB cmpression point는 -34 dBm으로 측정되었다. 본 연구에서 제작된 혼합기는 single-ended 구조로서, RF 및 IF 주파수가 비슷하므로 RF 누설신호가 관찰되었으며, 평형구조(balanced type)의 혼합기 및 공액 위상변위기의 설계에 직접 적용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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