초음파의 비선형 음향 효과를 계측하는 방법이 재료 열화의 효과적인 평가를 위한 새로운 접근법으로 제시되었다. 비선형 음향 효과란 음파가 전파함에 따라서 2차나 그 이상의 고조파 성분이 발생하는 것으로 설명될 수 있다. 따라서, 먼저 비선형 효과에 의해 고조파 성분이 발생하는 메커니즘을 비선형 탄성론에 기초를 두고 설명하였다. 다음으로, 열화된 재료에서 어느 정도의 고조파 성분이 발생하는지를 계측하기 위하여, 헤테로다인 신호 검출법을 이용하는 초음파 신호 분석 장치를 기초로 계측계를 구성하였으며, 인장하중과 피로하중을 가하여 인공적으로 열화시킨 SS41과 SS45 시편에 대해 실험하였다. 실험 결과 열화의 정도와 비선형 효과가 강한 상관성을 보였으며 이로부터 비선형 음향 효과가 재료 열화 평가를 위한 유용한 수단이 될 수 있음을 확인하였다.
300GHz 대역의 캐리어 주파수를 이용하여 1.5Gbit/s 무선 데이터 전송 시스템을 구현하였다. RF Front-end는 송수신기 각각 쇼트키 다이오드 서브하모닉 믹서, 주파수 3배기, 혼안테나로 구성하였다. 송신기 및 수신기에 사용된 서브하모닉 믹서의 LO 주파수는 각각 150GHz, 156GHz이다. 변조방식은 ASK(Amplitude Shift Keying)이며, 수신기에서는 헤테로다인 방식의 Envelope 검출 방식을 사용하였다. 서브하모닉 믹서의 변환 손실은 9.8dB, 시스템 손실은 1.2dB로 측정되었다. HD-SDI 형식을 갖는 1.5Gbit/s 비디오 신호를 송신기 출력 $20{\mu}W$에서 광학 렌즈 없이 40cm까지, 광학 렌즈를 포함하여 4.2m까지 HDTV로 전송하였다.
본 논문에서는 상용 벡터 회로망 분석기를 사용하지 않고도, 신호 발생기, 벡터 전압 수신기, 방향성 결합기, 주파수 혼합기 등의 기본적인 초고주파 장비/소자를 활용하여 평가하고자 하는 초고주자 소자의 2-포트 산란 계수를 측정할 수 있는 시스템을 제안한다. 벡터 회로망 분석기를 대용할 수 있는 산란 계수 측정 시스템의 해석적 모델과 제작방법을 제시하고, 이를 1-포트와 2-포트 소자에 대하여 각각 적용한 산란 계수를 측정하여 구현된 시스템을 평가하였다. 평가 주파수 대역에 따라 비교적 낮은 대역에서는 단일 신호 발생기와 벡터 전압 수신기를 사용한 직접 수신법을, 높은 대역에서는 추가의 신호원과 주파수 혼합기를 사용하여 신호를 하향 복조하는 헤테로다인 방식을 사용하여 산란 계수를 결정짓는 벡터 전압을 수신하였다. 이들 각각의 수신 방법으로 UHF와 X 대역 초고주파 소자의 2-포트 산란 계수를 평가하였고, 그 유효성을 상용 벡터 회로망 분석기로 검증하였다.
다채널을 가진 광섬유 센서 시스템을 개발하기 위하여 이것의 기본적인 센서 배열로서 TDM(Time Division Multiplexing) 방식의 2채널 광섬유 센서 배열을 제작하여 그 특성을 실험으로 분석하였다. 2채널 배열의 위상구조는 Mach-Zehnder형 사다리 구조로 제작 되었고 감지 간섭계와 보상 간섭계가 있는 PMDI(Phase-Matched Differential Interferometer) 기법을 사용하여 배열의 신호처리를 용이하게 하였다. 신호처리는 합성 헤테로다인(Synthetic Heterodyne)을 이용한 신호처리 기법으로 2채널의 신호를 동시에 검출하였다. 실험 결과 각 채널의 감도는 센서 #1에서 ${\sim}60{\mu}rad/\sqrt{Hz}$ 센서#2에서 ${\sim}80{\mu}rad/\sqrt{Hz}$를 얻었으며, 상호 간섭량(crosstalk)은 -36dB로 측정되었다. 본 실험으로 TDM 방식으로 다중화 된 Mach-Zehnder형 사다리 구조 간섭계의 신호처리가 광섬유센서의 효율을 높이고 비교적 안정적으로 신호를 감지함을 확인하였다.
IEEE 802.11a 무선 랜 규격을 만족하는 RF 송수신기를 모듈의 형태로 제작하고 성능을 평가하였다. 주파수 변환 방식은 520MHz의 중간 주파수를 갖는 헤테로다인 구조를 채택하였다. 측정 결과 수신기는 잡음지수 5dB, 최대 이득 70dB, 그리고 61dB의 넓은 입력 동작 범위를 얻었다. 또한 중간 주파수 대역의 채널 선정 필터는 SAW 필터를 채용하여 채널간의 간섭 잡음을 최소화하였다. 송신기는 규격에 정의된 정격 출력을 만족하는 동시에 34dBm의 출력 P1dB를 가져 낮은 대역, 중간 대역에 대해 각각 18dB, 11dB의 출력 여유분을 보유함으로써 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 변조방식의 큰 평균대비 최고 출력 비율에 대응하였다.
본 연구에서는 RF 수신단에 적용할 수 있는 직접 변환 방식의 주파수 혼합기를 설계하였다. 직접 변환 방식의 주파수 혼합기는 기존의 헤테로다인 방식에 비해 고집적화가 가능하고 저전력 및 저가의 설계가 가능한 구조이다. 제안된 주파수 혼합기는 $0.35{\mu}m$ CMOS 공정을 이용한 2.4GHz대에서 동작하는 RF CMOS 주파수 혼합기로써, HSPICE를 이용하여 시뮬레이션 하였고, 레이아웃은 멘토사의 IC Station을 이용하여 수행하였다. 기본 single-balanced Gilbert Cell의 출력단에 추가 변환을 수행하였고, 각 변환단의 전달 컨덕턴스 값을 조절하여 결과적으로 출력단에 나타나는 2차 혼변조 성분이 differential 출력에 의해 충분히 개선되도록 하였다. 3.3V의 공급전압으로 29dB의 높은 전압이득을 얻었고 3.5mA의 전류소모가 발생하였다. 2차 혼변조 성분을 줄이기 위한 구조적인 변화를 통해 63dBm의 IIP2 값을 얻었다.
위성통신 시스템에서 모뎀의 성능을 시험하는 경우가 종종 발생한다. 하지만 일반적으로 위성단말 수신기는 높은 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)을 확보되도록 설계되어 있어서 시스템 단위에서의 모뎀 성능을 확인하기 위해서는 인위적인 악조건을 조성해야 한다. 대표적인 방법으로는 위성 중계기의 출력을 조절하거나 잡음 발생 계측기를 이용하는 것이지만, 현실적으로 이는 비용과 시간, 절차가 많이 소요된다. 이를 극복하기 위해 본 논문에서는 효율적인 위성단말 수신기의 잡음 레벨을 인위적으로 발생하여 SNR을 조절하는 방법을 제안한다. 우선, 일반적인 헤테로다인 위성단말 수신기의 SNR을 계산하였고, 수식에 기초하여 저잡음 증폭장치 앞 단에 가변 감쇠기를 추가한 모델을 제시하였다. 시뮬레이션 결과 가변 감쇠기가 추가된 위성단말 수신기에서는 인위적으로 잡음이 발생되었으며, 이를 통해 위성통신 시스템에서 모뎀 성능 시험이 가능하다는 것을 확인하였다.
H-대역(220~325 GHz)의 주파수 범위에서 동작하는 송신기와 수신기를 구현하였으며, 1.485 Gbps 비디오 신호 전송을 국내 최초로 시연하였다. H-대역의 RF front-end는 쇼트키 배리어 다이오드 기술을 이용한 서브 하모닉 믹서, 주파수 3배기, 대각선 혼 안테나로 구성하였다. 송신 및 수신 캐리어 주파수는 H-대역 중에서 246 GHz를 사용하여 구현하였고, 서브 하모닉 믹서의 LO 주파수는 각각 120 GHz, 126 GHz이다. 변조 방식은 ASK(Amplitude Shift Keying), IF 주파수는 5.94 GHz이며, 수신기는 헤테로다인 구조와 ZBD(Zero Bias Detector) 두 방식 모두를 이용하여 envelop 신호를 검출하는 방식이다. HD-SDI 형식을 갖는 1.485 Gbps 비디오 신호를 송신기 출력 20 ${\mu}W$에서 약 5 m까지 성공적으로 HDTV로 전송하였다.
주파수 합성기는 주로 PLL을 이용하여 설계하는데, PLL(Phase-lock loop)이란 출력신호 주파수를 항상 일정하게 유지하도록 구성된 주파수 부귀환 회로로써 기본적인 구성은 위상출력기, 저역통과필터, 전압 제어 발진기로 이루어진다. 이런 PLL의 기본적인 구성에 프로그래머블카운터를 VCO의 출력단에 부가하여 구성한 형태가 주파수합성기이다. 이 주파수합성기의 출력을 프로그래머블 디바이더에 입력하기 전에 주파수를 낮출 필요가 있는데, 현재 슈퍼헤테로다인 다운 컨버터방식과 프리스케일러방식과 펄스 스웰로 카운터를 사용하는 방식 등의 3가지 방법이 있다. 본 논문에서는 펄스 스웰로 카운터 방식의 주파수 합성기를 MATLAB의 GUI환경과 병행하여 시뮬레이션 과정을 통한 동작특성을 이해하고, 한 화면에서 이루어지는 조작에 의해 모든 주파수 합성기의 요소를 관찰할 수 있도록 모델링하였다. 그리고, 모델링한 주파수합성기와 실제 주파수합성기에서 예상되는 출력과 비교하여 그 결과에 있어서 얼마나 유사한지 살펴보았다.
본 논문은 마이크로파 슈퍼헤테로다인 수신기에서 발생되는 이미지성분을 효과적으로 제거하기위한 Cascode형 FETs구조를 이용한 Ku-Band 이미지 제거용 자기발진믹서을 분석하였다. 자기발진믹서는 두개의 FET에 의해서 동작되며 상위 FET는 유전체공진기에 의해서 발진기로 동작하며, 아래쪽 FET는 믹서로 동작시켰다. 모의실험 결과 초기 게이트바이어스 전압은 $V_{ gsl}$=-0.4V와 $V_{g2}$=-0.4V와 $V_{g2}$V선정 하였으며, 10.75GHz의 발진기 출력은 2.249dBm, 위상잡음은 -137.9dBc/1000KHz, 이미지 제거특성은 약 -26dBc 값을 얻었다.얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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