마이크로스트립 다층 구조 회로가 MMIC 분야에서 다양하게 적용되고 있다. 이에 따라 서로 다른 높이를 갖는 유전체 층 사이의 효율적인 마이크로스트립 선로 전송을 위해 3차원 계단형 불연속을 갖는 선로에서의 정확한 전달 특성 해석, 등가회로의 유도가 요구된다. 본 연구에서는 FDTD 수치해석 방법과 측정을 통해 얻어진 불연속면의 5 파라미터를 이용하여 T 형 등가회로와 소자 값들을 유도하였으며, 해석 및 측정 결과는 1~5 ㎓ 범위에서 잘 일치함을 확인할 수 있었다.
단일 직선선로의 불요 복사에 대한 이론을 확장하여, PCB와 같이 다수의 비직선 선로에 임의의 선로가 개별적으로 전송될때 이 PCB 전체에서 발생하는 불요전자파 복사의 크기를 정량적으로 구할수 있는 보다 일반화된 해석 방법을 얻기 위하여 복사현상의 회로모형을 배열 안테나 이론에 적용하여 구했다. 제안된 해석방법의 타당성을 확인하깅 ㅟ해 2개 및 3개의 사로 다른 임의의 비직선 각종선로에 600MHz의 신호원을 인가하여 시뮬레이션한 결과와 측정된 불요복사 특성과 비교하여 서로 잘 일치함을 확인하였다.
평판형 결합 선로를 이용한 Marchand 발룬의 합성 기법을 제시하였다. 이러한 형태의 발룬이 갖추어야할 설계 조건에 대해서 살펴보고, 설계 조건에 부합하는 발룬의 합성을 전송선 등가회로를 통해 간편하게 모델링 할 수 있음을 보였다. 합성된 발룬은 equi-ripple 대역 통과 특성을 나타내고, 일반적 인 평판 구조에서 구현하기 어려운 평형 선로 없이도 크기가 같고 위상이 반대인 평형 신호를 얻을 수 있다. 결합 선로를 이용한 Marchand 발룬의 구현에 많이 사용되는 다중 결합 선로의 물리적 구조와 발룬의 합성에 필요한 요소값들 사이의 관계를 해석하는 방법도 소개하였다. 이상의 방법들을 이용하면 평판 구조의 다중 결합 선로를 갖는 Marchand 발룬의 체계적인 설계가 가능하다.
직결합(direct coupling) 급전 방식을 사용한 대수 주기형으로 배열된 마이크로 스트립 안테나(Log Periodic Microstrip Array Antenna)를 7.2-12.4GHz주파수 대역에서 설계하였다. 전송 선로 해석 방법에 유전체 및 도체 손실과 불연속에 의한 영향을 고려하여 각 안테나 소자를 설계하였으며 주 전송 선로와 각 안테나 소자 간의 임피던스 정합을 위하여 급전 위치를 최적화하여 정하였다. 측정한 결과 전 주파수 대역에서 정재파비가 2.4이하여??며 53%의 대역폭을 얻었다.
전자파에 의한 산란현상의 해석은 지금까지 주로 시간조화함수의 형태를 지닌 전원에 의한 정 상상태의 산란에 관하여 이루어졌다. 그러나 레이다나 피파괴 검사, 전송선로 점검 등의 응용에서는 주로 펄스형태의 전자파를 사용하며, 따라서 시간에 따라 변화하는 함수형태의 전원에 의한 전자파의 산란해 석이 중요한 문제로 등장하였다. 또한 통신선로에서 외부의 잡음에 대한 혼신 등을 해석하거나, 낙뢰가 송 전선로에 미치는 영향을 해석하는 데에도 펄스신호의 산란해석이 필수적이다. 일반적인 함수의 형태를 지닌 전원에 의한 산란현상을 해석하기 위해서는 전원함수를 Fourier 변환하 여 주파수 영역의 스펙트럼을 구하고, 주파수영역에서의 산란해를 이용하여 Fourier 역변환을 하여 시간 영역의 해를 구할 수 있다. 주파수 영역에서의 산란판의 해를 Fourier 역변환 하기 위해서는 적분을 행하여야 하며, 일반적으로 적분과정에서 매우 복잡한 계산이 필요하고, 산란체의 구조가 복잡하여 해석 적인 해를 구할수 없는 경우에는 해석적으로 시간영역의 해를 구하는 것이 불가능하다. 시변 함수에 의 한 산란파를 구하기 위한 수치해석적 방법으로는 모멘트방법이나 유한요소법(Finite Element Method), 경계요소법(Boundary Element Method), 유한차분법(Finite Difference Method)등이 있으며, 해석적 해 를구할 수 없는 경우에 적용할 수 있는 반면에 많은 계산량이 요구된다.
고주파 회로에서 발생하는 전도 노이즈의 흡수율을 측정하는 방안의 하나로 50 $\Omega$ 특성 임피던스의 마이크로스트립 선로를 제작하고, 순철 압분체로 구성되는 자기손실재의 전력 흡수율 측정을 통하여 측정 및 해석 방법의 타당성을 제시하였다 제작된 마이크로스트립 선로는 S$_{11}$ < -60 dB, S$_{21}$=0 dB의 반사/투과 특성을 보여 전도 노이즈 흡수율 측정에 이상적인 전송특성을 보였다. Attrition milling에 의해 순철 압분체를 제작하고, 이를 고무와 혼합하여 두께 1mm정도의 복합재 sheet를 제작하였다. 이 재료를 마이크로스트립 선로에 장착한 결과 2~8 GHz대역에서 전력흡수율이 80% 이상인 대역저지 필터와 유사한 특성을 얻을 수 있었다. 주파수, 흡수 sheet 크기에 따른 노이즈 흡수율에 관한 분석을 통하여, 노이즈 흡수율에 주된 영향을 주는 인자는 자기손실임을 제안하였다.
전자기적 해석 시뮬레이션 프로그램인 유한요소 방식의 HFSS(High Frequency Structure Simulation)를 사용하여, 전도 노이즈 흡수 sheet의 흡수특성을 해석하고 그 결과 값을 실측값과 비교함으로써 해석방법의 타당성을 검토하였다. 마이크로스트립 선로는 $S_{11}\simeq-30dB,\;S_{21}=0dB$의 반사투과 특성을 보여 전도 노이즈 흡수율 측정에 이상적인 전송특성을 보였다. 순철 압분체-고무 복합체 sheet의 복소비투자율과 복소비유전율을 입력하여 노이즈 흡수율을 계산한 결과 실측치와 비교적 잘 일치하는 해석결과를 얻었다. 주파수, 흡수계의 크기(특히 선로를 덮는 길이)에 따라 노이즈 흡수율은 현저한 변화를 보였으며, 이는 재료의 손실 특성과 밀접히 연관되어 있음을 제시하였다. 이러한 해석방법은 다양한 조성 및 크기의 전도 노이즈 흡수체의 설계에 유용히 사용될 수 있음을 제안할 수 있다.
본 논문은 T-모양 급전션을 갖는 마이크로스트립 슬롯 안테나를 전송선로 모델로 해석을 하였다. 마이크로스 트립 선로와 슬롯 선로의 접합변을 트랜스포머로 모델링을 하였으며 실험적인 방법으로 트랜스포머의 turn ratio 를 유도하였다. 전송선로 모델을 이용하여 단일 안테나뿐만 아니라 $1\times2,l\times4$ 배열 안테나를 해석하여 설계하 였고 제착하여 전송선로 모델로 계산한 반사손실 값과 측정값의 비교를 통해 전송선로 모텔이 안테나 설계에 유 용함을 입증하였다. 측정한 단일 안테나, $1\times2,l\times4$배열 안테나의 대역폭은 VSWR $\leq2$를 기준으로 하여 각각 2 28.5%, 47.8% 50.9% 였고 $1\times4$배열 안테나의 E-명변에서 주빔의 3dB 빔폭은 약$27^{\circ}$ 이득은 7.97 dBi 였다.
본 논문에서는 결함접지구조와 포토닉 밴드갭과 같은 주기구조가 삽입된 전송선로의 특성 임피던스 계산에 대하여 기술한다. ${\lambda}$/4 전송선로 이론을 이용한 계산하는 종래 방법을 고찰하고, 이 방법에 의한 계산 결과가 주파수 의존성이 커서 신뢰도가 낮다는 문제점을 제시한다. 균일한 유전체 기판에 구현된 전송선로의 특성 임피던스 계산에 적용되는 해석적인 방법을 주기구조가 결합된 전송선로에서도 적용될 수 있음을 보인다. ${\lambda}$/4 전송선로 방법과 대신 해석적 방법으로 특성 임피던스를 구하고, 후자의 결과가 주파수에 관계없이 비교적 고정된 값을 가짐을 제시한다. 또한 종래에 특성 임피던스 계산 사례가 없었던 PBG 구조를 지닌 전송선로에 대해서도 특성 임피던스를 계산한다. 시뮬레이션뿐만 아니라 직접 제작하여 측정한 S-파라미터로부터 각각 특성 임피던스를 계산하고 서로 비교하여 상당히 유사함을 보인다. 그리고 이를 통하여 해석적 방법에 의한 특성 임피던스의 결정 방법이 DGS와 PBG와 같은 주기구조가 결합된 전송선로의 특성 임피던스 계산에 잘 적용될 수 있음을 보인다.
본 논문에서는 2차원 유한차분 시간영역 방법을 사용하여 균일 평변 전송선로의 고차 모드 주파수 분산 특성을 해석하였다. 전자계 스펙트럼의 크기만을 사용하는 기존 방볍과는 달리, 퓨리에 계수의 크기 및 위상 특성을 동시에 사용함으로써, 다른 공진모드에 비하여 스펙트럼의 크기가 상대적으로 착을 경우에도 모드 식 별이 용이하도록 하였다. 수치해석 결과, 20 GHz 이내에서 스트립 선로에서는 고차 모드가 몇 개 발생되지 않았지만, 접지된 coplanar waveguide에서는 상당히 많은 고차 모드가 발생되며, 특히, 첫 번째 고차 모드가 기본 모드에 매우 근접해 았었다 이와 같이, 기본 모드와 고차 모드가 매우 근접하여 있는 경우 또는 고차 모드가 매우 많이 발생되는 평변형 전송선로의 해석에 본 연구에서 해석 방볍이 효과적으로 적용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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