본 논문은 마이크로스트립과 슬롯라인 천이기술을 이용한 소형 전력분배기 설계를 제안하였다. 마이크로스트립과 슬롯라인 천이기술은 전력 분배기를 구성하는 ${\lambda}/4$ 전송선로를 멀티 레이어 구조 PCB를 이용하면 두개의 ${\lambda}/8$ 전송선로로 작게 구현할 수 있다. 여기서는 마이크로스트립과 슬롯라인 천이 지점에서 마이크로스트립 전송선로는 via를 사용하여 단락시켰고, 슬롯라인은 스파이럴 구조를 이용하여 전송선로의 길이를 짧게 사용하였다. 이러한 마이크로스트립과 슬롯라인 천이기술의 타당성을 보기위해서 중심주파수 2 GHz 에서 동작하는 전력분배기의 마이크로스트립 선로를 천이기술을 이용한 방법으로 구현하여 그 특성을 시뮬레이션, 제작 및 측정을 하여 기존의 전력분배기와 동일한 특성을 얻었다.
본 논문에서는 $90^{\circ}$ 하이브리드 결합기에 여파기 특성을 결합하여 전력분배와 하모닉 저지특성효과를 보여주고 있다. 일반적인 $90^{\circ}$ 하이브리드 결합기는 위상차를 갖고 전력을 분배, 합성하는 데에만 쓰이고 있기 때문에 비선형 소자와 결합함으로써 생기는 하모닉 성분을 억제하려면 여파기를 따로 설계해야 하는 단점이 있다. 그래서 본 논문에서는 하이브리드에 저역통과 여파기 특성을 결합함으로써 위상차와 전력분배는 물론 여파기 특성인 감쇠효과를 이용하여 하모닉 성분을 크게 감소시킬 수 있는 구조를 연구하였다.
본 논문은 20${\sim}$100 MHz 범위의 VHF 대역에서 동작하며 출력 포트간 $90^{\circ}$ 위상차를 갖는 4분기 $90^{\circ}$ 전력분배기의 설계 및 제작에 관하여 기술하였다. 4분기 $90^{\circ}$ 전력분배기는 3개의 2분기 동위상 전력분배기로 구성된 4분기 동위상 전력분배기와 출력 포트간 90도 위상차를 갖게 하는 2개의 2차 전대역 통과 필터로 설계되었다. 구현된 4분기 $90^{\circ}$ 전력분배기는 20${\sim}$100 MHz 주파수 범위에서 최대 6.6 dB의 삽입 손실, 19 dB 이하의 반사 손실 및 격리도, $90^{\circ}$ 위상차를 갖는 출력 포트에서 ${\pm}1^{\circ}$ 이하의 위상 오차 특성을 얻었다.
본 논문에서는 유한요소법을 이용한 전력용 변압기의 기초 설계에 대하여 다루고자 한다. 전력용 변압기 설계 및 해석을 위해 원하는 사양의 전력용 변압기 치수결정이 선행되어야 한다. 본 논문에서는 전력용 변압기의 치수결정을 위해 장하분배법을 기반으로 하는 기초 설계 프로그램를 제작하였다. 설계 프로그램을 이용해 결정한 치수에 의해 전력용 변압기를 모델링 하였고, 유한요소법을 이용하여 자계해석을 하였다. 유한요소해석에 의한 각 사양별 전력용 변압기의 자기적 특성값과 장하분배법에 의한 기초 설계 계산값을 비교.검토하였다.
본 논문에서는 근접 거리에서 평면파를 생성할 수 있는 도파관 배열 안테나의 급전부로 활용이 가능한 6-way 전력 분배기에 대하여 기술하고 있다. 원형으로 배치된 방사 소자를 급전하기 위하여 분배기의 중앙에 SMA 커넥터의 입력 단자가 존재하고, 분배기를 둘러싼 원형의 주변에 도파관 형태의 출력 단자가 존재한다. 본 논문은 분배기의 반사 손실을 낮추기 위하여 유도성 포스트를 활용하는 방법을 제안한다. 급전 핀의 높이, 유도성 포스트의 지름, 급전 핀과 유도성 포스트간의 간격에 대한 파라미터 분석을 수행하여 최적의 분배기를 설계하였다. 모의실험과 실제 측정을 수행한 결과, 약 -40 dB의 낮은 반사 손실을 가진다. 6개의 출력 단자의 계산 및 측정된 투과량은 각각 -7.78 dB와 -8.06 dB로써, 동진폭 및 동위상의 전력 분배가 이루어짐을 확인하였다. 본 논문에서 제안한 분배기는 다수 개의 출력 단자를 갖는 분배기로 손쉽게 확장이 가능하므로 다양한 형태의 배열 안테나의 급전 구조로 활용될 수 있다.
본 논문에서는 광대역 격리 특성을 갖는 개선된 기판 집적 도파관(substrate integrated waveguide) 전력 분배기를 제안한다. 제안된 전력 분배기는 2단 월킨슨 전력 분배기의 구조를 기판 집적 도파관에 적용함으로써 우수한 입출력 정합 특성과 광대역 격리 특성을 갖는다. 측정 결과, $13.12{\sim}16.14$ GHz의 주파수 대역에서 삽입 손실은 $4{\pm}0.5$ dB, 입력 반사 손실은 10 dB 이상으로 나타났다. 또한, $10.37{\sim}17.64$ GHz의 주파수 대역에서 출력 반사 손실과 격리 특성은 10 dB 이상을 나타냈다.
포항 방사광 가속기 2.5 GeV의 전자선형 가속기는 마이크로웨이브 발생원으로써 80 MW 클라이스트론(klystron) 11대와 입사부에 65 MW 클라이스 트론 1대를 사용한다. 전자빔 에너지의 효율적인 제어를 위하여 고출력 클라이스트론의 RF 전력과 입력 빔의 전력을 정확하게 측정해야 하며 응답특성이 양호한 측정장치와 정밀한 측정이 요구된다. 클라이스트론에 공급되는 전력은 캐소드에 인가되는 전압과 전류의 측정치로 계산된다. 비록 빔 전압측정에서의 작은 오차일지라도 클라이스트론 RF 출력 전력의 결과값에 큰 영향을 미친다. 따라서, 빔 전압의 측정시에 정확한 측정을 위하여 특별한 주의가 요구된다. 고전압 펄스전원장치 인 모듈레이터 (modulator)에서 발생되는 수백 kV(350-400 kV)의 전압을 측정하기 위하여 커패시터의 용량비로 입력전압을 분압하는 용량성 분압기(capacitive voltage divider, CVD)가 사용된다. 고압측 분압용 표준 콘덴서의 정전용량을 결정하는 주요인자는 고전압 절연유의 유전율(dielectric constant)이다. 그러므로, 측정범위 내의 전압, 주파수, 온도에 대하여 정전용량의 변화율이 작도록 설계하여야 한다. 본 논문에서는 펄스형 고전압 신호 측정을 위한 용량성 전압 분배기의 측정원리, 설계분석, 교정시험, 절연유의 온도변화에 따른 정전용량 변화 특성에 대한 실험 결과를 고찰하고자 한다.
본 논문에서는 Y-junction을 이용한 H-평면 8-way 구형 도파관 전력 분배기를 제안한다. 일반적인 N-way 전력분배기의 경우 T-junction을 이용하여 다단 형태로 구성이 되는데, 출력 포트 간의 간격이 가까운 경우 T-junction 만으로는 공간상의 제약으로 인하여 매칭 특성을 개선할 수 없다. 따라서 이 같은 경우에는 T-junction과 함께 다른 형태의 3포트 junction이 최종 출력단에 사용되어야 하는데, 본 논문에서는 Y-junction이 사용되었다. 제안된 Y-junction은 임피던스 매칭 특성을 향상시키기 위해 테이퍼드-라인 임피던스 변환기와 유도성 iris가 적용되었다. Y-junction을 이용한 8-way 전력 분배기를 제작하여 측정한 결과, 동작 주파수에서 반사 손실 값은 -30.8 dB, 삽입 손실은 약 -9.5 dB로 측정되었다. 또한, 출력 포트 간의 최대 위상차는 약 $1^{\circ}$로 측정되었다. 따라서 제안된 전력 분배기는 배열 안테나의 급전 구조와 같이 입력 전력을 동일한 크기와 위상으로 분기하는데 필요한 다양한 마이크로파 시스템에 적용하는데 있어서 매우 유용할 것으로 판단된다.
본 논문은 단락 또는 단선 스터브가 연결된 전송선로를 이용하여 높은 분배 비율을 갖는 비대칭 전력 분배기를 구현하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 2포트 전송선로 중앙에 임의의 임피던스로 변환할 수 있도록 별도의 포트를 추가한 3포트 전송선로와 단선 또는 단락 스터브가 각 포트에 병렬로 연결된 3포트 전송선로를 등가회로로 보고 회로를 해석한 것이다. 이러한 방법의 타당성을 증명하기 위해서, 분배 비율 k2 = 20 dB를 갖는 윌킨슨 전력분배기와 k2 = 17 dB를 갖는 Gysel 전력분배기를 3포트 전송선로 등가회로를 이용하여 중심주파수 1 GHz에서 설계하였으며, 전기적 특성의 실험 결과는 시뮬레이션과 잘 일치함을 확인하였다.
본 논문에서는 슬릿이 삽입된 미앤더(meander) 결합형태의 Wilkinson 전력 분배기의 설계방법을 제시하였다. 이 구조는 설계 시 요구되는 각 결합간격 및 슬릿의 크기에 따라 전기적 특성이 달라지기 때문에, 최적의 특성을 위한 각 변수들의 값은 매번 반복적 실험에 의해 결정해야 하는 상당히 번거로운 설계 작업이 요구된다. 따라서 설계하고자 하는 중심 주파수가 주어질 경우, 최적의 동작을 위한 각 결합간격 및 슬릿의 크기를 보다 쉽게 최적화 할 수 있도록 수식으로 표현하였다. 본 논문에서 얻은 설계 식을 사용한 설계 예로, 중심 주파수 1.5 GHz에서 동작하는 전력 분배기를 구현하였으며, 이는 기존에 비해 향상된 전기적 특성을 가졌을 뿐만 아니라, 측정 결과 또한 모의 실험 결과와 유사하여 설계 식의 유용성을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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