Ohasto, Hitoshi;Tsunooka, Tsutomu;Ando, Minato;Ohishi, Yoshihiro;Miyauchi, Yasuharu;Kakimoto, Ken ichi
한국세라믹학회지
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제40권4호
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pp.350-353
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2003
Millimeter-wave dielectric ceramics have been used like applications for ultrahigh speed wireless LAN because it reduces the resources of electromagnetic wave, and Intelligent Transport System (ITS) because of straight propagation wave. For millimeterwave, the dielectric ceramics with high quality factor (Q$.$f), low dielectric constant($\varepsilon$), and nearly zero temperature coefficient of resonant frequency ($\tau$) are needed. No microwave dielectric ceramics with these three properties exist except Ba(Mg$\_$1/3/Ta/sub1/3/)O$_3$ (BMT), which has a little high s: In this paper, alumina (Al$_2$O$_3$) and fosterite (Mg$_2$SiO$_4$), candidates for millimeter-wave applications, were studied with an objective to get high q$.$f and nearly zero $\tau$$\_$f/ For alumina ceramics, q$.$f more than 680,000 GHz was obtained but it was difficult to obtain nearly zero Qf. On the other hand, for forsterite ceramics, q$.$f was achieved from 10,000 GHz of commercial for sterite to 240,000 GHz of highly purified MgO and SiO$_2$ raw materials, and $\tau$$\_$f/ was reduced a few by adding TiO$_2$ with high positive $\tau$$\_$f/.
현재 이동통신망에서 요구되는 많은 통신량을 수용하기 위해서 새로운 주파수 대역을 사용하는 5G New RAT(: Radio Access Technology) 에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 이러한 새로운 New RAT 기술이 이동통신에 적용되었을 때에 이를 유선 이동통신망에서 수용할 수 있을지에 대해서는 제대로 연구된 바가 없다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 New RAT 기술을 RoF(: Radio over Fiber) 기술로 이동통신망의 Fronthaul에서 수용이 가능한지에 대한 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 New RAT 의 기술로 밀리미터파 통신기술, 테라헤르츠파 통신기술, 무선 광통신 기술 등을 고려하고, 이들 각각에 대한 RoF 기술의 응용 가능성을 연구하였다. 연구의 결론을 요약하면, 10 년 이내의 범위에서 세 가지 New RAT 기술 중에 밀리미터파 통신기술에 대해서만 RoF 수용성을 고려하면 되는 것으로 판단되며, 빔포밍을 사용하는 경우에는 밀리미터파 통신기술의 요구 전송 대역폭이 너무 많아 Fronthaul 에서 RoF 기술로도 수용이 쉽지 않은 것으로 결론이 내려졌다.
밀리미터파 대역은 주파수가 30GHz-300GHz이고, 파장이 10mm-1mm인 EHF (Extremely High Frequency) 대역이다. 밀리미터파 대역에서는 장애물이 있는 경우 전파 감쇠가 심하기 때문에 Line-of-Sight (LoS)가 아닌 경우 신호가 잘 잡히지 않는다. 그렇기 때문에 밀리미터파 대역에서 신호 감쇠 측정을 할 경우에 측정 장비가 noise와 구별할 수 없는 신호들이 관찰된다. 이와 같이 감쇠가 심한 환경에서 신호 감쇠 data를 보면 특정한 값에서 제한을 받는 것이 관찰된다. 특정한 값에서 제한 받는 것을 그대로 두고 일반적인 Least square로 추정을 하는 경우에는 감쇠 exponent를 과소평가 할 수도 있다. 본 논문에서는 특정한 값에서 제한을 받아도 정확한 추정이 가능한 Tobit Maximum Likelihood Estimation, Heckman Two-stage Model 그리고 Truncation Regression model의 성능 비교를 하였다.
본 논문에서는 밀리미터파 대역에서 다양한 매질들에 대한 유전적 특성의 측정을 통해 유전율 결과를 제시하였다. 밀리미터파는 짧은 파장과 넓은 대역폭을 가지고 있어 부품의 소형화, 경량화가 가능하고, 정보의 대량 전송이 가능하다는 장점을 가지고 있기 때문에 그 연구의 필요성이 높아지고 있다. 이 대역의 전파는 직진성이 뛰어나고 회절성이 작으며 여러 물질들에서 전파가 흡수되어 불필요한 간섭이 잘 발생하지 않는 특징을 가지고 있다. 그렇기 때문에 밀리미터파 대역의 전파가 진행하는 과정에서 반사 투과하는 다양한 매질들의 전기적인 특성에 대한 분석이 중요할 것이다. 따라서 본 논문에서는 밀리미터파 대역에서 Free Space 방식을 이용하여 물질의 반사 투과 특성을 측정하였다. 이를 활용하여 Nicolson-Ross Weir 유전율 계산법을 이용해 다양한 매질들의 유전율을 도출하였다.
패키지는 전기적인 특성에 있어서 우수한 고주파 전송 특성을 지녀야한다. 그러나 집적회로면이 위로 향하는 세라믹 패키지(Face-up Package)는 본드와이어 연결 시 고주파의 기생 특성이 크게 증가하여 시스템 전체의 성능에 큰 제한을 가져온다. 본 논문에서는 향상된 정합특성을 갖는 새로운 밀리미터파 세라믹 패키지 급전구조를 제안하였고, 유한요소법(FEM: Finite Element Method)을 이용하여 20 ∼ 50 GHz에서 해석 및 설계를 하고 제작하였다. 측정 결과, 삽입된 금속판 (Embedded Metal Sheet)을 가지는 세라믹 패키지 급전구조는 47GHz까지 기존의 세라믹 패키지보다 0.85dB 그리고 본드와이어 부분에 일반적인 에폭시( ε/sub γ/ = 4)를 사용하여 몰딩한 세라믹 패키지보다 0.4dB가 개선된 삽입손실의 특성을 얻을 수 있었다. 따라서 본 해석결과는 소형의 세라믹 패키지 및 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 모듈 개발에 효과적으로 활용될 수 있으리라 기대된다.
향후 이동통신망에서 주파수 부족이 중요한 문제가 되고 있어 광대역의 주파수를 확보할 수 있는 30 GHz에서 300 GHz 대역의 밀리미터파(mmWave) 통신이 수 기가비트 서비스를 제공하기 위한 5G 백홀(backhaul) 통신망의 중요한 일부로서 제안되고 있다. 이에 WRC-19 의제 1.13에서는 24.25~86 GHz 범위에서의 IMT 용 주파수 결정을 추진하고 있으며, 통신용량을 증가시키기 위해 세계적으로 펨토셀(femtocell)과 같은 소형 셀과 이종망을 구축해 나가는 시점에서 광대역 이동통신서비스 제공을 위한 밀리미터파 주파수 개발이 중요시 되고 있다. 따라서 본 논문에서는 FCC의 밀리미터파 스펙트럼의 분배 현황, 전파특성, 최소 경로길이 기준 및 간섭분석 결과를 정리하여 국내의 5G 백홀 링크를 위한 밀리미터파의 효율적 이용방안을 제시한다.
본 논문에서는 (서브)밀리미터파 대역에서 산란 계수 정밀 측정이 어려운 요인 및 보다 정확한 측정을 하기 위한 방안을 기술하였으며, G-band(140~220 GHz)에서의 측정 사례를 제시하였다. 우선 마이크로파 대역과 (서브)밀리미터파 대역에서 사용되는 산란 계수 측정시스템(벡터회로망 분석기)의 동작 원리에 대한 차이점을 파악하고, (서브)밀리미터파 대역 산란 계수 측정시스템을 보다 잘 운영하기 위한 방안을 기술하였다. 그리고 더 좋은 도파관 전송 특성 및 연결 반복도를 얻기 위한 방안과 반사 계수 크기가 작은 피측정기를 정밀 측정하기 위한 방안을 기술하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제40권9호
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pp.818-823
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2016
밀리미터파(Millimeter wave) 통신 시스템은 밀리미터파 주파수 대역의 넓은 가용 주파수 자원을 이용해 높은 전송 용량을 제공할 수 있다. 밀리미터파 기반 시스템의 전송선 왜곡 허용치(link margin)를 확보하기 위해 최근 아날로그/디지털 빔포밍(beamforming)을 결합한 하이브리드(hybrid) 빔포밍 기술이 주목받고 있다. 본 논문에서는 무선 주파수 대역의 하드웨어 복잡도와 전력 소비를 절감하기 위해 이산푸리에변환(discrete Fourier transform) 기반 고정형 아날로그 빔포밍 장치를 포함하는 상향링크 하이브리드 빔포밍 시스템 구조를 소개하고, 사용자간 간섭을 제거하기 위해 기저대역 제로-포싱 (zero-forcing) 다중안테나 수신기 구조를 제시한다. 또한 고려하는 시스템의 전송 용량을 개선하기 위해 각 사용자들의 유효 채널이 서로 직교에 가깝도록 빔을 선택하는 알고리즘을 제안한다. 그리고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안하는 방법의 성능 개선 효과를 확인한다.
밀리미터파 대역인 W-대역에서 초고이득 반사배열안테나를 구현하기 위하여 이중 반사판형태 중 주 반사판으로 향하는 전파가 급전부로 되돌아오지 않도록 하여 안테나의 효율 및 이득 특성을 크게 개선한 축이동 그레고리안 안테나를 금속 반사배열안테나 형태로 구현하였다. 금속 반사배열안테나의 경우, 유전체를 이용한 반사배열의 안테나와 달리 기판에 의한 손실이 없으며, 금속가공만으로 제작될 수 있는 제작의 편의성을 갖고 있다. 본 논문에서는 사각형 금속 개구의 배열을 이용하여 50 dBi 이상의 초고이득 축이동 금속 반사배열안테나를 설계하고, 일반적인 기계 가공을 이용하여 안테나를 제작하였으며, 제작된 안테나는 밀리미터파 컴팩트 레인지 안테나 측정시스템을 이용하여 검증하였다.
밀리미터 레이더는 짧은 파장으로 근거리 접촉물을 정밀하게 측정할 수 있기 때문에 미래의 ITS 기술의 안전을 지원하는 핵심기술로써 대두되고 있다. 특히, 차량의 충돌방지용으로 밀리미터 레이더가 대두되며, 사용주파수는 $76\sim77GHz$가 이용되고 있다. 그러나 레이더는 반사에 의한 허상으로 오 신호가 발생할 수 있으며, 시스템간의 상호 간섭을 일으킬 수 있기 때문에 위험을 초래할 수 있다. 그러나 이러한 문제는 전파흡수체를 사용하여 제거할 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 차량 충돌방지 레이더용 전파흡수체 개발을 위해 연구가 수행되었으며, 측정된 복소비유전율과 복소 비투자율을 이용하여 시뮬레이션한 결과를 토대로 차량 충돌방지 레이더용 전파흡수체를 제작한 결과 조성비가 Permalloy:CPE=70:30 wt%에서, 두께 1.4mm, $76\sim77$ GHz에서 전파흡수능 18 dB 이상을 획득하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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