광대역 동축선로 임피던스 변환회로의 동작 특성 분석

박웅희,Park, Ung-hee 한국정보통신학회 2019 한국정보통신학회논문지 Vol.23 No.2

두 개 이상의 동축선을 사용하여 한 쪽은 동축선을 직렬로 연결하고, 반대 쪽은 동축선을 병렬로 연결하면 광대역에서 동작하는 임피던스 변환회로가 된다. 동축선을 이용한 광대역 임피던스 변환회로는 동축선의 외곽 도체를 임피던스 변환에 이용하기 때문에 수식 또는 시뮬레이션 프로그램을 통한 예측이 매우 어렵다. 본 논문에서는 ${\lambda}/4$-마이크로스트립 선로 임피던스 변환회로의 선로 신호 감쇄에 대한 전달 특성(S21) 해석을 바탕으로 $25{\Omega}$ 동축선 두 개를 이용한 광대역 4:1($50{\Omega}:12.5{\Omega}$) 전송선로 임피던스 변환회로를 제작하여 동작 특성을 살펴보았다. 두 개의 동축선을 이용한 광대역 임피던스 변환기는 동축선의 길이를 90도(${\lambda}/4$)로 인식하는 주파수에서 신호 전달 특성(S21)이 급격히 감소하는 노치 특성이 발생하였다. 또한, 동축선 길이의 $0.06{\sim}0.2{\lambda}$에 해당하는 주파수 범위에서 신호 전달특성(S21) -0.2dB 이내의 값을 가졌다. 이러한 신호 전달특성(S21)은 출력 단에 연결된 마이크로스트립 선로의 길이 변화를 통해 약간의 동작 주파수 범위 변화와 원하는 주파수에서 최적의 신호 전달특성(S21)을 설정할 수 있음을 확인하였다. Using two or more coaxial lines, if one port is connected in series and the other port is connected in parallel, it can be implemented the wideband transmission line transformer(TLT). Because the wideband TLT utilizes the outer conductor of the coaxial line, it is difficult to predict the characteristics. In this paper, based on the analysis for the transfer characteristic(S21) according to the loss of the each line in ${\lambda}/4$-microstrip line TLT, the operating characteristic of the fabricated wideband 4:1 TLT using two $25{\Omega}$-coaxial lines is investigated. The fabricated wideband TLT shows the notch characteristic in which the transfer signal sharply decreases at ${\lambda}/4$ frequency of the coaxial line and has a value within -0.2dB of the transfer characteristic(S21) in $0.06{\sim}0.2{\lambda}$ frequency range of the coaxial line. This transfer characteristics(S21) can change the operating frequency range slightly and set the optimum transfer characteristic(S21) at the desired frequency by changing the length of the microstrip line.

동축선을 이용한 광대역 전력 분배기

박웅희,Park, Ung-Hee 한국정보통신학회 2012 한국정보통신학회논문지 Vol.16 No.4

높은 전력과 광대역에서 동작하는 동축선을 이용한 임피던스 트랜스포머는 추가적인 동축선을 이용하면 다양한 임피던스 변환 비율을 가질 수 있다. 50-${\Omega}$ to 25-${\Omega}$의 임피던스 변환 비율의 동축선 임피던스 트랜스포머에 50-${\Omega}$ 선로 두 개를 25-${\Omega}$ 지점에 병렬 연결하면 쉽게 광대역에서 동작하는 전력 분배기를 제작할 수 있다. 이런 동축선을 이용한 광대역 전력 분배기는 두 개의 출력 단자의 단자 정합 특성과 출력 단자사이의 격리 특성이 매우 낮아 개선이 필요하다. 본 논문에서는 단일 종단 여파기 설계 방식을 이용하여 동축선을 사용한 전력 분배기의 단자 정합 특성과 격리 특성을 개선하였다. 먼저, 저주파 대역 통과 단일 종단 여파기 계수를 이용하여 ADS 시뮬레이션을 통해 2-way 전력 분배기의 정합 단자 수와 Ripple에 따른 동작 특성을 살펴보았고, 종단 정합이 없는 전력 분배기와 2단 정합과 4단 정합을 가지는 전력 분배기를 제작하여 출력 단자의 정합 특성 및 격리 특성의 개선 정도를 살펴보았다. A coaxial-cable impedance transformer that can be used in high power and wideband frequency range is an arbitrary impedance transformation ratio by an additional coaxial cable. The coaxial-cable impedance transformer to be 50-${\Omega}$ to 25-${\Omega}$ impedance transformation ratio is easily operated an wideband power divider by connecting two 50-${\Omega}$ lines at 25-${\Omega}$ impedance point. This wideband power divider has a poor output matching characteristic and a poor isolation characteristic between two output ports. In this paper, it proposes a coaxial-cable power divider to be a good output matching and isolation characteristics as it uses the singly terminated filter design theory. The odd-mode operation characteristic of the suggested power divider to use singly terminated low pass filter coefficient due to matching order and ripple value is examined by ADS program. And, it fabricates and measures the operation characteristic of 2-way power divider with 2nd-order and 4th-order matching circuit.

CTL cell에서의 우세장 발생과 특성

박웅희,Park, Unghee 한국정보통신학회 2013 한국정보통신학회논문지 Vol.17 No.5

전자파 내성 및 전자파 장해 측정을 위한 표준 전자파 발생 장치 중 하나인 CTL cell에서 두 개의 입력 단자에 동일 신호와 역위상 신호 입력에 따른 다양한 전계와 자계 발생에 대해 살펴보았다. 기본 공진주파수 TE011이 2.20GHz인 CTL cell을 이용하여 우세 전계장과 우세 자계장 조건에서 입력 전력의 변화에 따른 전계 특성, 측정 위치에 따른 전계 특성, 주파수 변화에 따른 전계 특성을 측정하였고, 이를 이용하여 CTL cell의 측정 영역에서의 동작 특성과 공진주파수의 영향을 받지 않고 사용 가능한 주파수 대역을 살펴보았다. CTL cell that is one of the standard electromagnetic generation equipment can measure the characteristic of the electromagnetic susceptibility and the electromagnetic interference. In case of being input the same magnitude signal with the phase difference of 0o or the phase difference of 180o at two input ports of CTL cell to be the fundamental resonant frequency(TE011) of 2.20GHz, the characteristics of the electric field and the magnetic field at the uniform area were measured. And, it measured the electric field characteristic due to the variation of the input power, the test position and the input frequency under the dominant E-field and the dominant H-field of CTL cell. Using these mesuremed data, it examined the operation characteristic and the available frequency band of CTL cell.

위성통신을 위한 송수신 겸용 삼중 적층 마이크로스트립 패치 배열 안테나 설계

박웅희,노행숙,Park, Ung-Hee,Noh, Haeng-Sook 한국정보통신학회 2007 한국정보통신학회논문지 Vol.11 No.5

본 논문은 Ku-대역 위성 통신에서 배열 안테나의 하나의 단일 안테나로 사용 가능한 송/수신 겸용 구조의 마이크로스트립 패치 배열 안테나에 관한 것이다. 본 논문에 제시된 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 단일소자인 하나의 마이크로스트립 패치 안테나는 고이득과 광대역 특성을 구현하기 위하여 한 개의 방사패치와 두 개의 기생패치로 구성된 삼중 적층 구조 형태로 설계하였다. 이러한 단일 패치 안테나 소자는 고이득의 특성을 얻기 위하여 $1{\times}8$ 배열 구조로 배열하였으며, 안테나 크기 및 급전 손실을 고려하여 직렬과 병렬 급전을 혼합하여 급전 회로를 설계하였다. 제안된 삼중 적층 송/수신 겸용 배열 안테나는 무궁화 3호 위성과의 방송 및 통신 송수신을 위해 송신 주파수대역($14.0{\sim}14.5GHz$)은 수직편파, 수신 주파수대역($11.1{\sim}12.75GHz$)은 수평편파로 설계하였다. 설계한 안테나의 타당성을 검증하기 위하여 삼중 적층 구조의 마이크로스트립 패치 안테나를 실제 제작 및 측정하였다. 그 결과 송/수신 대역 내에서 배열 안테나 이득은 $17{\sim}18dBi$이고, 임피던스 대역폭은 전대역에서 10% 이상의 결과를 보이며, 교차편파 레벨은 -25 dB 이하, 부엽레벨은 -9.4 dB 이하의 양호한 결과를 보였다. This paper presents a microstrip patch array antenna having transmission feed and reception feed for satellite communication in the Ku band. In this paper, the element of the patch array antenna is a three-stacked structure consisting of one radiation patch and two parasitic patches for high gain and wide bandwidth characteristics. To obtain higher gain, the unit elements are expanded into a $1{\times}8$ may using a mixture of series and parallel feeds. The proposed antenna has horizontal polarization for the Rx band and vertical polarization for the Tx band. To verify the practicality of this antenna, we fabricated a three-stacked patch array antenna and measured its performance. The gain of the array antenna in the Rx and Tx bands exceeds 17 and 18 dBi, respectively. The impedance bandwidth is over 10 % in both bands. The cross-polarization level is below -25 dB, and the sidelobe level is below -9.4 dB.

초고주파 전력 트랜지스터의 Sweet spot에서의 위상 변화 특성 연구

박웅희,장익수,조한유,Park, Ung-Hee,Chang, Ik-Soo,Cho, Han-You 대한전자공학회 2001 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.38 No.1

초고주파 대역의 전력증폭기로 주로 사용되는 트랜지스터는 전력 효율 측면에서 AB급 또는 B급 바이어스로 동작하게 된다. 고출력 트랜지스터가 AB급 바이어스 또는 B급 바이어스로 동작하게 되면 트랜지스터의 입력전력의 증가에 따라 3차 혼변조 성분에 Sweet spot이 발생하게 된다. 본 논문은 고출력 트랜지스터를 AB급 바이어스로 동작시켜 발생한 Sweet spot에서의 3차 혼변조 신호의 상대적인 위상 변화량은 실험을 통하여 측정하였다. 실험 결과로 3차 혼변조 신호의 Sweet spot에서의 약 $180^{\circ}$ 정도의 상대적 위상 변화량이 발생함을 측정하였다. When the high power transistor is used for amplifier in microwave frequency, the bias of transistor is usually AB-class or B-c1ass because of power efficiency. The sweet spot point having small IMD signal compared with near neighborhood exicts frequently in the high power transistor using AB class bias or B-class bias. On the sweet spot, the magnitude and phase of the main and IMD signal of HPA output change as the input signal power change, respective the relative phase on the sweet spot changes rapidly. If we know exactly the magnitude and phase characteristics of IMD signal, we can design a more adequate linearizer and understand the characteristics of transistor. In this paper the magnitude and phase of the main and IMD signal of HPA output on the sweet spot are measured using the designed hardware.

이중 특성 임피던스 전송 선로를 이용한 전력 전송 또는 전력 분배가 가능한 회로 설계

박웅희,Park, Unghee 한국정보통신학회 2014 한국정보통신학회논문지 Vol.18 No.10

마이크로스트립 선로 형태의 전송선로 밑면에 플로팅 동판을 위치시키면 플로팅 동판과 접지면 사이의 단락 또는 개방 연결에 따라 전송선로는 마이크로스트립 선로 또는 코플라나 선로 형태로 동작하게 된다. 이러한 동작은 하나의 전송 선로 폭에 대해 서로 다른 두 개의 특성 임피던스를 가질 수 있음을 의미한다. 플로팅 동판이 존재하는 마이크로스트립 전송 선로를 이용하여 안정적인 입력 정합 상태를 가지며 조건에 따라 단순히 신호를 전달하는 2-단자 전력 전송 선로 또는 전력 분배가 가능한 2-way 전력 분배 회로로 동작할 수 있는 가변 전송선로를 제안 및 제작하였다. 제안된 회로는 코플라나 선로로 동작하는 경우에는 전력 전송 선로로 동작하고, 마이크로스트립 선로로 동작하는 경우에는 2-way 전력 분배 회로로 동작한다. 제작된 가변 전송 선로는 700 MHz 이상의 주파수에서 전력 전송 선로로 동작하는 경우 -0.2 dB 이내의 전달 손실($S_{21}$)과 -15 dB 이하의 반사 계수($S_{11}$)를 보였으며, 전력 분배 선로로 동작하는 경우에는 -10 dB 이하의 반사 계수($S_{11}$), -3.8 dB이내의 전달 손실($S_{21}$ or $S_{31}$), ${\pm}0.3dB$이내의 출력 전력차($S_{21}/S_{31}$)를 보였다. of a microstrip transmission line, this transmission line can operate as the microstrip line or the coplanar line according to open or short connection between the ungrounded copper plane and grounded plane on the base plane. Two different type operation of the transmission line means that one transmission line can have two different characteristic impedances. This paper proposes and fabricates the circuit to be operated 2-ports power transmission line or 2-way power divider with the stable input matching characteristic by using this dual-impedance transmission line. The proposed circuit operates 2-ports power transmission line in case of the coplanar line or 2-way power divider line in case of the microstrip line. The fabricated circuit shows $S_{21}$ > -0.2 dB and $S_{11}$ < -15 dB above 700 MHz when the circuit operates 2-ports power transmission line. And, it is $S_{21}$ > -3.8 dB, $S_{11}$ < -10 dB and $S_{21}/S_{31}$ < ${\pm}0.3dB$ above 700 MHz when the circuit operates 2-way power divider.

I&Q Demodulator를 이용한 RF 고정 위상 제어기 설계

박웅희,장익수,허준원,강인호,Park, Ung-Hee,Chang, Ik-Soo,Huh, Jun-Won,Gang, In-Ho 대한전자공학회 1999 電子工學會論文誌, D Vol.d36 No.1

고주파에서 사용되는 능동소자들은 입력전력의 세기에 의하여 위상변화량이 달라지게 된다. 특히 증폭기에 사용되는 트랜지스터는 효율을 고려하여 포화영역 근처에서 사용하게 되면, 입력전력의 변화에 따른 위상 변화량이 크게 나타난다. 본 연구는 능동소자를 통과할 때 발생하는 위상변화량을 고정시키는 회로에 관한 것이다. 회로내의 임의의 가변 위상 벼노한기를 이용하여 위상을 변화시킬 시, 입력부에서 커플링 한 기준신호의 위상과 출력부의 비교신호의 위상을 비교하여 회로내의 또 다른 자동 위상 변환기를 동작하여 자동적으로 고정된 위상 변화량을 가진 신호가 출력되는 회로를 제작하였다. 약 10dB 동작 범위에서 위상이 고정됨과 2개 이상의 신호 입력과 FM 신호 입력시에도 전체회로를 통한 위상 변화량이 측정되고 또한 고정될 수 있음을 확인하였다. 실험주파수는 1960 MHz이고, 실험 기판은 두께가 31mil이고 비유전율 3.2인 테플론을 이용하였다. The active devices used at microwave frequency have the different phase shift according to input power. Especially, The difference of the phase shift is large in the saturation region of the amplifier. In this paper, we disigned the phase control system for fixing the different phase shift at device. With the high frequency nonlinear amplifier, we fabricated such system that the phase shift to be fixed automatically using the varible phase shifter. The variable phase shifter fixed total phase variation of the circuit using the information that was obtained from the comparison of imputsignal phase with output signal phase. Even though the input signal is 2-tone or FM type, we could estimate and also fix the phase variation on DUT Dynamic range is about 10dB. It has been experimented at 1960MHz using Teflon (H=31mil, ${\varepsilon}r$=3.2)

저위상 변화 특성을 갖는 $\pi$-형 가변 감쇠기

박웅희,안길초,Park, Ung-Hee,Ahn, Gil-Cho 한국정보통신학회 2009 한국정보통신학회논문지 Vol.13 No.10

본 논문에서는 한 개 PIN 다이오드와 두 개 저항을 이용하여 $\pi$-형 고정 감쇠기 구조 형태의 전압 제어 방식의 가변 감쇠기를 설계 및 제작하였다. 제안된 가변 감쇠기는 저항과 외부 인가 전압에 따른 PIN 다이오드의 저항 값의 변화에 따라 원하는 일정 감쇠 범위에서 동작하며, 작은 크기의 회로로 낮은 입력 VSWR 특성과 혼변조 발생 특성을 갖는다. 또한, 제안된 가변 감쇠기에서는 PIN 다이오드에 추가적인 개방 선로를 연결하여 감쇠량의 변화에 따른 위상 변화량을 적게 하였다. 추가적인 개방 선로의 길이는 Deloach 방법과 초고주파 회로 특성을 이용하여 계산하였다. 제안된 가변 감쇠기의 특성을 살펴보기 위하여 2110~2170 MHz 주파수 대역에서 마이크로스트립 기판을 이용하여 가변 감쇠기를 제작하였다. 제작된 감쇠기는 0~2.7 V의 전압 범위에서 4 dB의 감쇠량의 변화를 가졌으며, 이 때 위상 변화량은 2도 이내, 반사계수(S11)는 -20 dB 이하의 값을 가졌다. A voltage controlled attenuator using a PIN diode and two resistors of the $\pi$-type fixed attenuator is described in this paper. The proposed variable attenuator operating for a fixed attenuation range has a good input VSWR and a low intermodulation signal. For the low phase shift, a PIN diode is connected with open stub for the purpose of phase compensation. The stub for phase compensation is calculated by the Deloach method and the related circuit theory. This attenuator is easily fabricated on the microstrip and can be normally used in fine control circuits within small attenuation range. The fabricated attenuator for 2110~2170 MHz frequency band has about 4 dB of an attenuation range, $2^{\circ}$ of phase variance, and -20 dB of S11 according to the input voltage from 0 to 2.7 V.

동축선을 이용한 광대역 임피던스 트랜스포머

박웅희,Park, Ung-Hee 한국정보통신학회 2011 한국정보통신학회논문지 Vol.15 No.4

광대역 주파수 영역에서 동작하는 동축선을 이용한 임피던스 트랜스포머는 일반적으로 고정된 임피던스 비율 (1:n2 or n2:1, n은 케이블 수)의 값으로 임피던스 변환을 하는 회로에 주로 사용되고 있다. 본 논문에서는 다양한 임피던스 변환 비율이 가능한 동축선 임피던스 트랜스포머 구조를 제안하였다. 또한, 제안된 임피던스 변환 회로의 동작 특성을 확인하기 위하여 $50-{\Omega}$ to $25-{\Omega}$, $50-{\Omega}$ to $20-{\Omega}$, $50-{\Omega}$ to $9-{\Omega}$ 임피던스 트랜스포머를 제작하여 반사 특성을 살펴보았다. 제작된 트랜스포머는 $50-{\Omega}$ to $25-{\Omega}$와 $50-{\Omega}$ to $20-{\Omega}$ 임피던스 트랜스포머는 3-옥타브 이상의 주파수 영역에서, $50-{\Omega}$ to $9-{\Omega}$ 임피던스 트랜스포머는 한 옥타브 주파수 영역 이상에서 입력 반사 계수(S11)의 값이 -15dB 이하의 값을 가졌다. A coaxial-cable impedance transformer used in wideband frequency range is generally restricted to the fixed impedance transformation ratio as n2:1 or 1:n2(n: the number of coaxial cables). In this paper, we propose a new coaxial-cable impedance transformer to have an arbitrary impedance transformation ratio. We have fabricated three impedance transformers($50-{\Omega}$ to $25-{\Omega}$, $50-{\Omega}$ to $20-{\Omega}$ and $50-{\Omega}$ to $9-{\Omega}$) to confirm the operation characteristic of the suggested impedance transformer. The reflection characteristics (S11) of the fabricated $50-{\Omega}$ to $25-{\Omega}$ and $50-{\Omega}$ to $20-{\Omega}$ impedance transformer were less than -15dB over about 3-octaves frequency range and the reflection characteristic (S11) of the fabricated $50-{\Omega}$ to $9-{\Omega}$ impedance transformer was less than -15dB over about 1-octave frequency range, respectively.

저위상 변화 감쇄기를 이용한 RF 자동 이득 조정 증폭기 설계

박웅희,장익수,허준원,강인호,Park, Ung-Hee,Chang, Ik-Su,Huh, Jun-Won,Gang, In-Ho 대한전자공학회 1999 電子工學會論文誌, D Vol.d36 No.1

저위상 변화 감쇄기를 이용한 RF 자동 이등 조정 증폭기 설계 방법을 제시하였다. RF 자동 이등 조정 증폭기를 사용함으로써, 증폭기의 출력 레벨을 일정하게 유지할 수 있으며 그 오차는 0.1dB 이하로 하였다. 이러한 장점 외에도, 임의의 RF 입력전력에 대하여 증폭기의 이득을 고정할 수도 있다. 만약 일정한 이득이 얻어진다면 원하는 혼변조 왜곡(IMD: Inter-modulation Distortion)을 얻는데 좀 더 신뢰성 있는 증폭기를 만들 수 있다. A new design of RF automatic gain control amplifier with low phase shift attenuator is proposed. By using the RF AGC amplifier, the output level of amplifier becomes to be constant. The error is 0.1dB. In addition, for arbitrary RF input power, it is possible to design the gain of amplifier to be fixed. If the constant gain is maintained, it is more reliable to make wanted IMD(Intermodulation Distortion) characteeristic amplifier.