A $5^{th}$-order low-pass filter (LPF) chip implemented in a six-layer low-temperature co-fired ceramic (LTCC) dielectric substrate has been presented. Lumped elements constituting the LPF are designed three-dimensionally in multilayers. In order to improve the parasitic and mutual coupling effects between them, the LPF is designed by sequentially integrating the three-dimensional (3D) lumped elements, by comparing it to the results of the schematic circuit and 3D electromagnetic (EM) analysis. The designed 3D LPF chip was fabricated in a six-layer LTCC substrate as small as $4.0{\times}3.22{\times}0.68mm^3$. The measured return and insertion losses are less than -11 dB and -0.61 dB, respectively, below 1.5 GHz.
Physical interconnect such as Printed Circuit Board(PCB) traces introduces new challenges for parameter extraction and delay calculation for high-speed system design. PCB traces are dominated by frequency dependent LC propagation which makes precharacterization difficult for all possible configurations. Moreover, simulating the transient behavior of the trace for noise and delay analysis requries the combined used of a variety of models and techniques for efficiently handling lossy, low-loss, frequency dependent, and coupled transmission lines together with lumped elements. In this paper we explain how the frequency dependence caused by ground plane proximity and skin effects can be modeled using the adstracted models. These abstracted (lumped) models are SPICE-compatible and can be simulated in time-domain, along with precharacterized lumped parasitic elements and nonlinear driver and load models.
A multilayer two-stage bandpass filter using dissimilar low-temperature cofired-ceramic (LTCC) materials is proposed in this paper. The proposed bandpass filter is composed of ceramic substrates with different dielectric constant instead of single ceramic material from top to bottom layer. Inductive elements are designed in a low permittivity ceramic layer to reduce parasitic effects and loss, while capacitive elements are designed in a high pertimitivity ceramic layer for size reduction. The center frequency of the proposed filter is 1.842 GHz, and the performance of the filter is analyzed and compared with the conventional LTCC filter with single material in terms of integration density, size reduction, and performance improvement.
Park, Dongjin;Kim, Jintae;Lee, Youngsik;Koo, Gwanbon;Park, Youngbae
전력전자학회:학술대회논문집
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전력전자학회 2015년도 전력전자학술대회 논문집
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pp.49-50
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2015
Piezoelectric elements are one of good candidates able to replace motors in various electronics devices. It is slim and compact and low power consumption compare to motors. Linear regulator or class-D amplifier are generally used for piezoelectric element driver, however, suffers from severe power consumption. In this paper, electrical modeling of piezoelectric element will be presented and switching losses on the driver due to the parasitic capacitance will be analyzed. And new ZVS full bridge converter with an inductor will be proposed so as to reduce the power losses.
본 논문에서는 선행 연구된 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 적층형 대역 통과 필터 구조에 대해 기생 성분을 고려한 등가회로를 제시하고 SOC(Short-Open Calibration) 기법을 적용하여 소자값을 추출하는 과정을 보인다. 추출된 소자 값을 제시한 등가회로에 적용함으로써 위성 DMB에 적용 가능한 2차 LTCC 필터를 설계 제작하였다. 비유전율 7.8의 Dupont951을 사용하여 제작된 필터의 크기는 $2.4{\times}3.8{\times}0.378mm^3$이다. 측정 결과 1.4 dB의 삽입 손실과 32.3 dB의 반사 손실을 보였으며 설계 사양과 대체로 일치함을 보인다.
MIMO 시스템은 통신 시스템의 채널 용량을 증가시키기 위해서 다양한 분야에서 사용된다. 그러나 이러한 통신 시스템은 다수의 RF 단을 필요로 하기 때문에 안테나 소형화에 문제가 있다. 게다가 다수의 RF 단으로 인하여 아날로그 회로에서의 전력 소모가 증가하고, RF 단의 간섭으로 인하여 통신 효율이 심각하게 저하된다. 이러한 이유 때문에 단일 RF 단을 가지면서도 MIMO 통신이 가능한 BS-MIMO 통신 방식이 제안되었다. BS-MIMO 시스템은 기본적으로 ESPAR 안테나를 사용한다. 기존의 ESPAR 안테나는 5-element 구조를 가지고 있으며, $3{\times}3$ MIMO 전송 까지만 가능하다. 그러므로 MIMO 차원을 확장시키기 위해서는 ESPAR 안테나의 구조 확장이 필수적이다. 본 논문에서는 단일 원 형태의 ESPAR 안테나의 구조 확장을 통해서 BS-MIMO 의 차원을 기존 MIMO 기술처럼 증가시킬 수 있음을 보였다. 설계의 예로써, 13-ESPAR 안테나를 사용하면 $7{\times}7$ BS-MIMO 전송이 가능함을 보였다. 또한 기생 배열안테나의 수가 2개씩 증가할수록 전송 가능한 MIMO 차원이 일씩 증가한다.
본 논문에서는 이중 대역 꼬인 역 F 안테나가 제안되었다. 기존의 역 F 안테나의 방사하는 안테나 부를 한번 꼬아 이중 대역을 구현하고, 기생선을 넣어 높은 주파수에서 추가적인 공진을 일으켰다. 꼬인 구조에 의한 높은 주파수 공진과 기생선의 추가 공진을 가까이 하면 높은 주파수에서 광대역 특성을 얻을 수 있다 안테나는 꼬인 구조의 특성에 의해 그라운드를 제외한 안테나의 전기적 크기가 가로, 세로, 높이가 각각 $0.109{\lambda}{\times}0.025{\lambda}{\times}0.0025{\lambda}$가 되어 기존의 역 F 안테나에 비해 44%의 길이를 갖는다. 안테나는 FR4 기판에 제작되었으며, 960 MHz 대역과 1.8GHz 대역에서 $S_{11}$<-5 dB 기준으로 47 MHz와 289 MHz의 대역폭을 갖는다. 그리고 최대 방사 효율은 각 대역에서 49%와 57%이다.
최근 대용량, 초고속 통신 서비스의 비중이 높아짐에 따라 배열 안테나를 사용하는 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템의 활용이 중요하게 평가되고 있다. 하지만 기존의 MIMO 시스템은 다수의 안테나를 사용하기 때문에 안테나의 개수만큼 RF(Radio Frequency) 체인이 요구되며, 이로 인해 복잡도와 전력 소모가 크다는 단점을 가진다. 이러한 기존 MIMO 시스템의 단점을 해결하기 위해서 단일 능동 소자와 다수의 기생 소자를 이용하는 방식의 ESPAR(Electronically Steerable Parasitic Array Radiator) 안테나를 사용하는 빔 공간 MIMO 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. ESPAR 안테나를 사용하는 빔 공간 MIMO 시스템은 단일 RF 체인으로 구성되어 있기 때문에 기존 MIMO 시스템의 단점을 해결할 수 있다. 본 논문에서는 시스템의 보안성을 향상시키기 위해 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조 방식의 ESPAR 안테나를 사용하는 빔 공간 MIMO 시스템에 비예측성, 비주기성, 구현의 용이성, 민감한 초기조건 등의 특징을 가지고 있는 카오스 통신 알고리즘을 적용하여 QPSK 변조 방식의 ESPAR 안테나를 사용하는 카오스 빔 공간 MIMO 시스템을 구성하고 성능을 평가한다.
본 논문에서는 5.8GHz ISM 대역(5.725GHz~5.825GHz)의 저가 3차원 빔 조향을 위한 단일급전 마이크로스트립 기생 배열 안테나를 설계 및 제작하였다. 안테나는 단일 급전 능동소자와 가변 리액턴스 부하를 갖는 4개의 기생소자로 구성된다. 제작된 안테나의 빔 조향 범위는 가변 리액턴스 부하의 조절에 의해 방위각 ${\Phi}=0^{\circ}$, ${\Phi}=45^{\circ}$, ${\Phi}=90^{\circ}$, ${\Phi}=135^{\circ}$에서 ${\pm}28^{\circ}$의 3차원 빔 조향을 이룰 수 있었다. 빔 조향 범위 내에서 안테나의 최대이득은 7.23dBi~9.36dBi를 가지고, -10dB 이하 반사손실대역폭은 빔 조향각도에 상관없이 항상 5.8GHz ISM 대역을 포함하였다.
ESPAR(Electronically Steerable Parasitic Array Radiator) 안테나는 기존의 다중 안테나 시스템이 가지는 다중 RF-체인으로 인한 공간적인 제한과 에너지 효율의 문제를 극복하는 기술이다. 다중 안테나와 다중 RF-체인을 사용함으로써 발생하는 문제를 해결하기 위해 단일 RF 체인을 갖는 ESPAR 안테나를 사용하여 다수의 데이터를 동시에 전송할 수 있는 빔 공간 MIMO 시스템이 제안되었다. 기존 연구에서는 PSK 변조 계열에서의 빔 공간 MIMO 시스템에 대해 제안되었다. 본 논문에서는 1개의 능동소자와 2개의 기생소자를 가지는 ESPAR 안테나를 사용하여 PSK 변조뿐만 아니라 QAM 변조에서도 빔 공간 MIMO 시스템이 가능하다는 것을 밝히기 위해 16, 64-QAM 변조방식을 이용한 2x2 빔 공간 MIMO 시스템을 제안하고 성능을 평가하였다. ESPAR 안테나의 기생 소자의 리액턴스를 조절하여 리액턴스 셋을 생성하여 QAM 계열의 심볼을 생성할 수 있다는 것을 확인하고 시뮬레이션을 통해 이를 전송하여 빔 공간 MIMO 시스템의 통신성능이 기존의 MIMO 시스템과 유사하게 되는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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