본 논문에서는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기를 설계하고 이를 바탕으로 도파관 혼합기 모듈을 제작 측정하였다. 설계된 모드 변환기는 반사손실을 최소화하기 위하여 50 $\Omega$ 마이크로스트립 라인의 패턴을 변화시킴으로서 도파관 내 릿지와 마이크로스트립 사이의 불연속부분의 영향을 보상하였다. 이렇게 제작된 모드 변환기를 사용함으로써 밀리미터파 대역에서 개발된 MMIC 칩을 저 손실 guiding이 가능하도록 도파관 내에 장착시켜 시스템으로의 적용이 가능하도록 하였다. 제작된 도파관 혼합기 모듈의 측정 결과, 제공된 MMIC에서 얻어진 혼합기의 사양의 성능저하가 거의 없음을 알 수 있었다.
Chebyshev 함수에 의하여 테이퍼형 선로를 설계할 때 Chebyshev 함수는 테이퍼 길이가 한 파장근처에서 임 피던스 불연속을 발생시켜 실제 제작된 선로는 그 특성이 나빠진다. 이를 보완하기 위하여 이 함수들을 중첩시켜 불연속이 제거된 새로운 함수를 이 논문에서 제안하였다. 이 개선된 함수를 이용하여 구형과 원형 도파관과의 트랜지션을 설계하였으며 기존 방법으로 설계하였을 때보 다 반사손실이 5dB 이상 개선되었음을 보여주었다.
본 연구에서는 94 GHz 송수신 시스템에 응용이 가능한 평면형 회로 내의 전송 선로 방식의 하나인 CPW(Coplanar Waveguide)와 구형 도파관 간의 신호를 원활히 전달해주는 94 GHz CPW-구형 도파관 변환기를 설계하고 제작하였다. 제안된 변환기는 단일 면에 구현된 Fin-line 테이퍼와 Open 타입의 CPW-Slot-line 변환기 구조로 구성되어 있으며, 이는 MMIC의 플립칩 본딩을 위해 기존의 MMIC 기술을 이용하여 단단하고 구부러지지 않는 사파이어($Al_2O_3$)기판위에 구현되었다. Ansoft사의 HFSS 툴을 이용하여 최적화된 Single-section 변환기를 Back-to-back 구조의 지그로 제작하였고 Anritsu ME7808A Vector Network Analyzer 장비를 이용해 $85{\sim}105$ GHz를 대역에서 S-파라미터들을 측정하였다. 측정 결과, 3 mm 길이를 갖는 CPW의 삽입 손실을 고려하여 94 GHz에서 약 1.7 dB의 삽입 손실과 25 dB 이상의 반사손실을 확인 하였다.
본 논문에서는 낮은 삽입 손실을 가지는 광대역 마이크로스트립-도파관 전이구조를 제안하였다. 제안하는 전이구조는 자연스러운 전계분포의 필드 변환과 마이크로스트립 선로와 fin-line 사이의 임피던스 정합의 관점에서 설계되었다. Offset DSPSL (double-sided parallel stripline)을 이용한 fin-line 테이퍼로 전이구조의 길이 및 그 구조를 결정할 수 있도록 하였다. 제작된 전이구조의 특성은 전이구조 당 85 ~ 108 GHz의 대역에서 0.67 dB 이하의 낮은 삽입 손실을 가지고 있으며, 83 ~ 110 GHz 이상의 대역에서 1 dB 이하의 삽입 손실을 가짐을 확인하였다. 본 논문에서 제시한 전이구조를 이용하여 W-대역의 초소형 레이다 및 다양한 응용 분야에 적용 가능하리라 예상된다.
A curvature variable taper is proposed for a waveguide-microstrip transition. It is applied to a ridge waveguide. The curvature depends on the taper length and difference of waveguide's height and microstrip substrate's height. The taper is manufactured easier than the other tapers. It's reflection coefficient is smaller than the parabolic taper's below one wavelengrh. The results of experiment show that S$_{11}$ is below -20dB and SS$_{21}$ is about -0.5dB in the band of 10~15 GHz. These results are good agreement with the theoritical values.
슬롯 결한 마이크로스트립라인-도파관 천이기에 대해 간략하지만 정확한 등가 회로 모델을 추출하기 위한 해석 방법을 제안한다. 이 등가회로는 이상적 변압기, 마이크로스트립 개방 스터브, 그리고 슬롯 중심에서 도파관 쪽과 급전선 쪽 반평면으로 바라보는 각각의 어드미턴스들로 구성된다. 관련된 회로 변수 값들은 가역 정리 (Reciprocity theorem), 푸리에 변환과 푸리에 급수(Fourier transform and series), 복소 전력 개념(Complex power concept), 파스발 정리(Parceval's theorem), 그리고 스펙트럼 영역 이미턴스 접근법(Spectral-domain immittance approach)에 의해 계산된다. 계산된 산란계수 값을 측정된 값과 비교하였으며 이들 사이의 상당한 일치도는 제안된 등가회로 모델의 간편성과 정확성을 뒷받침한다.
본 논문에서는 Q 대역에서 사용가능한 무인항공기 라디오미터 응용 소형 도파관-마이크로스트립 전이구조를 제안하였다. 제안된 전이구조는 간단하면서도 소형이며, 쉽게 정합이 되고, 크기와 제작 오차에 덜 민감한 특징을 가진다. E 평면 패치형태를 가지는 제안된 전이구조는 캐비티 장착뿐 아니라, 도파관-마이크로스트립 기판의 정렬오차에도 덜 민감한 것이 특징이다. 주요파라미터의 최적화에는 3차원 시뮬레이터인 ANSYS사의 HFSS를 사용하였다. Back-to-back 구조에 대하여 중심 주파수에서 20 dB 이상의 반사손실과 1 dB 이하의 삽입손실을 가졌으며, 36 GHz에서 42 GHz까지 반사손실 15 dB 이상의 우수한 성능을 가졌다.
도파관과 매칭구조를 이용하여 X-band에서 고효율 결합특성을 갖는 방사형 결합기를 설계 및 제작하였다. 특히 소형으로 제작하기 위해서 도파관 하나에 포트를 2개 매칭할 수 있는 이중 도파관-동축 변환 구조를 적용하였다. 이러한 구조를 적용하면 일반적인 동축-도파관 방사형 결합기보다 소형 제작이 가능해진다. X-band 대역인 9.2-10GHz 에서 측정결과 반사손실 -18.408dB 이하, 출력삽입손실 0.206dB 이하의 결과값을 얻었고 또한 출력결합효율은 95.37% 이상의 높은 값을 얻을 수 있었다. 향후 밀리미터파 대역에서 고출력 송신기용 결합부에 활용 가능할 것으로 기대된다. 특히 크기와 무게를 줄임으로서 활용범위가 더 늘어날 것으로 기대된다.
본 논문에서는 위성통신 대역인 Ku-대역에서 사용할 수 있는 마이크로스트립 선로 입출력의 기판 집적 도파관 및 빈 공간 기판 집적 도파관의 천이 구조를 제공한다. 기판 집적 도파관의 유전체 부분을 제거한 빈 공간 기판 집적 도파관의 효율적 활용을 위해 마이크로스트립 선로로의 천이 구조를 설계 및 제작하고, 그 결과를 기판 집적 도파관 천이 구조와 비교하였다. Back-to-back 구조의 마이크로스트립 선로 입출력의 기판 집적 도파관 천이 구조는 12~18 GHz에서 20 dB 이상의 반사 손실과 $1.5{\pm}0.2dB$의 삽입 손실이 측정되었고, back-to-back 구조의 빈 공간 기판 집적 도파관 천이 구조는 15 dB의 반사 손실과 $0.55{\pm}0.2dB$의 삽입 손실이 측정되었다.
In this paper, we show the design of a rotary joint transition for the X-band channel in a rotatable microwave communication system. The transition seems complicated to make a channel between two coaxial cables through a cylindrical waveguide. To make a broad-band performance in the X-band with low insertion loss and return loss given the constraint on the length and radius of this complicated-looking cylindrical structure, Genetic Algorithm optimization is adopted to check the validity of an intensive parametric study in the design. The structure is fabricated and tested to show how valid the design method is as well as good frequency responses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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