본 논문에서는 전압제어 발진기에서 변형된 구조의 주파수 동조회로를 갖는 push-push 전압제어 유전체 공진 발진기를 설계 및 제작하였다. Push-push 전압제어 유전체 공진 발진기는 중심주파수 16GHz에서 설계되었으며, LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic) 기술 공정의 장점을 이용하여 주파수 동조 회로를 A6 기판의 중간 layer에 삽입하여 설계하였으며 이로 인해 회로의 전체 크기를 줄일 수 있었다. 제작된 push-push 전압제어 유전체 공진 발진기의 측정결과 기본 주파수의 억압특성은 30dBc 이상 특성을 나타내었으며 0~12V의 제어전압 범위에서 0.43MHz의 주파수 튜닝 대역폭을 얻었다. 또한 커리어로부터 100KHz 떨어진 지점에서 -103dBc/Hz의 위상잡음 특성을 나타내었다.
위상 잡음 특성이 마이크로파 발진기에서 중요한 설계 요소가 되면서 위상잡음을 줄이기 위한 여러 방법의 연구 결과가 제안되었다. 이러한 방법들은 위상잡음을 줄이기 위해 공진기의 Q 값을 증대시키는데 초점을 맞추었다. 유전체 공진기는 높은 Q 값을 갖기 때문에 그동안 낮은 위상잡음을 갖는 마이크로파 발진기에 널리 사용되어 왔다. 그러나 이것은 입체적 구조로 되어 있기 때문에 초고주파 집적회로(MMIC)에 적용할 수가 어려웠다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 평면형 구조이면서 위상잡음 특성을 개선할 수 있는 새로운 구조의 개방 링형 DGS 공진기를 제안하고, 이것을 이용하여 위상잡음 특성이 개선된 5.8GHz 대역의 발진기를 설계하였다. 개방 링형 DGS 공진기는 $50{\Omega}$ 전송선로 밑면에 링 모양으로 식각된 접지면을 갖는 구조로 되어있다. 발진기의 특성은 5.8GHz의 기본 주파수에서 6.1dBm의 출력레벨과 -82.7 dBc@100kHz의 위상잡음 특성을 나타내었다. 이것은 ${\lambda}/4$ 마이크로스트립 공진기를 이용한 것보다 위상잡음 특성이 96.5dB 정도 개선되었다.
본 논문에서는 위성 통신 대역에서 사용할 수 있는 기판 집적형 도파관(SIW: Substrate Integrated Waveguide) 공진기에 관하여 논의된다. 기판 집적형 도파관은 기판에 비아 홀을 삽입하여 근사적으로 도파관을 구현한 것으로써 다른 회로와 집적화 시킬 수 있다는 장점을 지닌다. 측정을 위해 설계된 back-to-back 트랜지션은 18 GHz 에서 0.4 dB의 삽입 손실을 갖는다. 또한, 측정된 기판 집적형 도파관을 이용한 공진기의 Q 값은 back-to-back 트랜지션을 포함하였을 때 222를 나타낸다. 이러한 높은 Q 값을 갖는 기판 집적형 도파관을 이용한 공진기는 필터, 발진기, 전압 제어 발진기 등에 이용될 수 있다.
본 논문에서는 공진기의 임피던스 변화에 근거한 생체 신호 센서를 제안한다. 제안된 생체 신호 센서는 호흡과 심장 박동 같은 생체 신호를 감지할 수 있고, 시스템은 공진기, 발진기, SAW 필터, 그리고 파워 감지기로 구성되어있다. 인체와 같은 유전체의 주기적인 움직임은 근거리 장 영역 안에서 공진기의 임피던스 변화를 야기하며, 따라서 공진기의 공진 주파수의 변화는 발진기의 발진 주파수 변화에 영향을 끼친다. 여기서 SAW 필터 저지대역의 가파른 주파수 응답특성은 작은 양의 주파수 편차를 큰 변화로 바꿀 수 있다. 기존의 센서의 감지 거리를 확장시키는 것을 목적으로 ISM 대역 870 MHz 대역에서 동작 시켰으며, 최대 거리 120 mm에서 호흡과 심장 박동신호의 검출을 확인하였다.
본 논문에서는 낮은 위상잡음을 갖는 전압제어 유전체 공진 발진기를 비선형 설계하였으며 그 위상잡음을 Lesson식과 비교하여 잘 일치함을 확인하였다. 전압제어 유전체 공진 발진기의 위상잡음을 개선하기 위하여 유전체 공진기와 결합하는 마이크로스트립 라인으로 고임피던스 변환기를 이용함으로써 공진회로의 Q값이 그대로 능동소자에 전달되도록 하였다. 전압제어 유전체 공진 발진기의 고신뢰성을 확보하기 위해 worst case 해석과 part stress 해석을 수행하였으며 이를 바탕으로 신뢰도 분석을 수행하여 위성중계기의 EOL(End of Life)에서 전압제어 유전체 공진 발진기가 정상적으로 동작할 수 있는 확률을 예측하였다. 제작된 전압제어 유전체 공진 발진기는 0-l2V의 제어전압에서 0.56MHz/V의 튜닝계수를 가지고 있으며 136mw의 DC 전력을 소모한다. 또한 -116.3dBc/Hz (a)100KHz와 -94.18dBc1Hz (a)10KHz의 우수한 위상잡음 특성과 7.33dBm 이상의 출력특성을 얻었다.
The MESFET can be used as a three-terminal varactor by employing gate depletion capacitance Cg. In this paper, a novel VCDRO(voltage controlled dielecric resonator oscillator) is designed to apply VCDRO with this concept. The VCDRO produced 6.33dBm output power at a frequency of 11.058GHz and tunning bandwidth of 45MHz. The advantage of using the MESFET as a three-terminal varactor is to let the MESFET play both roles at the same time, thus simplifying the circuit configuration and fabrication. This finding demonstrates the potential of using both real and imaginary parts of the equivalent impedance of the active device.
본 논문에서는 MMC(Microwave Micro Cell)장비와 ITS용 무선장비에 사용될 수 있는 PLDRO를 설계하였다. 일반적인 PLDRO구조에 이중루프구조를 이용해 위상을 고정하였다. 제안된 이중루프구조 PLDRO의 측정결과 주파수 18.7GHz에서 0dBm의 출력레벨과 기준주파수에서 1kHz 떨어진 지점에서 -804Bc/Hz, 10kHz에서 -83dBc/Hz의 위상잡음 특성을 얻었다.
본 논문은 접지면에 새로운 형태의 PBG(photonic band gap) 구조와 바랙터에 서로 다른 바이어스 전압을 인가하여 전압에 따른 주파수의 선형성이 향상된 12㎓ VCDRO(voltage controlled dielectric resonator oscillator)를 설계하였다 접지면의 PBG 구조는 출력단에 부가적인 필터 없이 2, 3차 고조파를 억압하였으며, 마이크로스트립 라인과 결합된 유전체 공진기의 공진주파수를 정확히 해석하기 위하여 FEM(fuite element method) 시뮬레이션을 이용하여 추출된 산란계수를 VCDRO 설계에 사용하였다. 측정된 결과를 통하여 본 논문에서 제안한 기법의 유용함을 보여주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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