G-Band 도파관 산란 계수 정밀 측정

강진섭(Jin-Seob Kang),김정환(Jeong-Hwan Kim),조치현(Chihyun Cho),김대찬(Dae-Chan Kim) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.9

본 논문에서는 (서브)밀리미터파 대역에서 산란 계수 정밀 측정이 어려운 요인 및 보다 정확한 측정을 하기 위한 방안을 기술하였으며, G-band(140~220 ㎓)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. This paper discusses difficulties in precise measurements of the scattering parameters in (sub-)millimeter-wave range and tips for more accurate measurements, and provides measurement examples in the G-band(140~220 ㎓). First, one investigates the differences in operating principles of scattering parameters measurement systems used in microwave and (sub-)millimeter-wave ranges and describes tips for better operation of the (sub-)millimeter-wave scattering parameters measurement system. In addition, one describes tips for better transmission properties and connection repeatability of waveguides and a precise measurement method for devices with small reflection coefficients.

Micro-TEM Cell을 사용한 표준 전자기장의 발생 및 측정불확도 평가

강진섭(Jin-Seob Kang),김정환(Jeong-Hwan Kim),강웅택(Ung-Taek Kang),강노원(No-Weon Kang),강태원(Tae-Weon Kang) 한국전자파학회 2009 한국전자파학회논문지 Vol.20 No.1

본 논문에서는 micro-TEM cell을 사용한 표준 전자기장 발생법을 기술하고 측정불확도를 평가하였다. 표준전자기장 발생 시스템은 auto-leveling 기능을 가진 신호발생부, 최대 1.2 ㎓까지 동작하는 micro-TEM cell, 서미스터 마운트를 사용한 전력측정부로 구성된다. 표준 전자기장 발생법의 타당성을 보이기 위해 10 ㎒~1 ㎓ 대역에서 전자기장의 세기 20 V/m에 대해 실시된 전자기장의 세기 국제비교(CCEM.RF-K20)의 참여 결과를 제시하였다. In this paper, a standard field generation method using a micro-TEM cell is described and its measurement uncertainty is evaluated. The standard field generation system consists of an auto-leveling signal source, a micro-TEM cell operating up to 1.2 ㎓, and a power measuring instrument using a thermistor mount. Measurement results of a field strength key comparison (CCEM.RF-K20) for the field strength of 20 V/m at frequencies between 10 ㎒ and 1 ㎓ are presented for validating the standard field generation method.

자유공간 물질상수 측정법을 이용한 W-Band 유전율 측정

강진섭(Jin-Seob Kang),김정환(Jeong-Hwan Kim),조치현(Chihyun Cho),김대찬(Dae-Chan Kim) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.3

본 논문에서는 W-band(75~110 GHz) 자유공간 물질상수 측정법을 논의하였다. 우선 자유공간에서 주위 환경에 영향을 덜 받으면서 피측정물(MUT: Material Under Test)에 의한 산란계수를 정확하게 측정하기 위한 W-band quasi-optical 기술 기반 자유공간 물질상수 측정시스템을 논의하고, 관련 측정시스템의 GRL(Gated Reflect Line) 교정법을 기술하였다. 그리고 공기를 피측정물로 하여 제안된 측정법의 타당성을 보이고, 두께가 1.1 mm, 2 mm, 2.75 mm, 5 mm인 arystal 평판에 대한 측정 결과를 제시하였다. In this paper, a free-space material measurement technique is discussed in W-band(75~110 GHz). For the accurate measurement of S-parameters of an MUT(Material Under Test) in free space, a W-band quasi-optical free-space material measurement system, less affected by the measurement environments, is discussed, and GRL(Gated Reflect Line) method for calibrating the measurement system is described. Proposed technique is verified for ‘Air’ and measurement results for arystal plates of thickness 1.1 mm, 2 mm, 2.75 mm and 5 mm are also shown.

Ka-band 대역의 급전 혼과 카셋그레인 안테나 개발

안승범,추호성,강진섭,Ahn, Seung-Beom,Choo, Ho-Sung,Kang, Jin-Seob 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.8

본 논문에서는 Ka-band에서 동작하는 스칼라 급전 혼을 가진 카셋그레인 안테나를 개발하였다. 카셋그레인 안테나의 효과적인 EM 시뮬레이션을 위해 계산된 급전 혼의 근거리장을 표면 등가 이론을 이용하여 카셋그레인의 등가 전원으로 사용하였다. 급전 혼은 $HE_{11}$ 모드로 동작하는 주름 원형 혼 안테나를 사용하였으며, 카셋그레인의 주 부경 각도 및 급전 중심점을 안테나 효율이 최대가 되도록 설계하였다. 제안된 급전 혼 안테나는 33 GHz에서 19 dBi 이득을 보이며, 부엽의 크기는 -25dB 이하, $20^{\circ}$의 반전력 빔 폭을 가졌다. 카셋그레인 안테나는 33GHz에서 41 dBi 이득을 가져 60%의 안테나 효율을 보이며 부엽기 크기는 -20dB 이하, $1.2^{\circ}$의 반전력 빔 폭을 보였다. In this paper, we propose a Cassegrain antenna with a scalar feed horn opt rating in Ka-band. For an effective EM simulation of the Cassegrain antenna, the near-field of the feed hone is used ai the equivalent source of the Cassegrain antenna using the surface equivalent theorem. A corrugated circular horn operating with $HE_{11}$ mode is used as the feed horn. The angle and feed center of the main and sub reflectors are optimized to achieve maximum antenna efficiency. The designed feed horn shows the gain of 19dBi, the side-lobe level of less than -25dB and the half power beam width of $20^{\circ}$ at 33 GHz. The Cassegrain antenna shows the gain of 41dBi, the efficiency of 60%, the side-lobe level of less than -20dB and the half power beam width of $1.2^{\circ}$.

K-대역 감소량 표준기의 설계 및 제작

이주광,김정환,강진섭,강태원,Lee Joo-Gwang,Kim Jeong-Hwan,Kang Jin-Seob,Kang Tae-Weon 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.4

K-대역에서 동작하는 3.5 mm 동축형 감쇠량 표준기를 개발하고 그 측정 불확도를 평가하였다. 전력비 전달방식의 4개의 모듈로 구성된 이 표준기는 18 GHz부터 26.5 GHz까지의 광대역에서 동작하며 각 모듈은 약 20 dB의 감쇠량을 가진다. 측정 가능한 최대 감쇠량은 80 dB이고 이때의 확장 불확도는 약 95% 신뢰수준에서 0.01 dB이다. In this paper, measurement scheme and uncertainty estimation of the K-band attenuation standard fitted with 3.5 mm coaxial connectors are described. The standard comprises a build-up chain of four steps of power ratio mea-surement and operates in the frequency range of 18 GHz to 26.5 GHz. The nominal attenuation of each step is around 20 dB and total dynamic range is 80 dB. The expanded uncertainty of the overall system is 0.01 dB at the confidence level of approximately 95%.

슬랏을 갖는 도파관형 공진기를 이용한 박막 필름의 유전율 측정

조치현(Chihyun Cho),강진섭(Jin-Seob Kang),김정환(Jeng-Hwan Kim) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.2

본 논문에서는 박막 필름의 유전율 측정이 가능한 슬랏을 갖는 도파관형 공진기를 제안하였으며, 시료에 의한 공진 주파수 천이 현상으로부터 유전율을 측정한다. 이를 위하여 공진기 한 쪽에 얇은 슬랏을 두고, 그 위에 부착된 시료에 의해 공진기 내부 전자기장 분포가 섭동되어 공진 주파수 천이 현상이 발생될 수 있도록 하였다. 유전율에 따른 공진 주파수 천이량은 수치 해석을 통하여 계산하였으며, 이를 기반으로 2~3 ㎓ 대역에서 65 ㎛ 두께의 박막 필름 유전율을 측정하였다. 측정 결과, 유전율은 평균 3.3492±0.0605(표준오차)를 보였으며, 유전체 공진기나 도파관 프로브 방법과 같은 다른 측정법들과 상호 비교를 통해 제안 방법의 유효성을 검증하였다. In this paper, a waveguide-type resonator with a slot is proposed to measure permittivity of thin film from resonant frequency shifting by an attached MUT(Material Under Test). The MUT on the slot shifts resonant frequency by perturbation of electromagnetic field. Amount of shifting resonance frequency is dependent on the permittivity of MUT, and that relation is obtained from numerical simulation. The measured relative permittivity of a thin film with thickness of 65 ㎛ is 3.3492 with standard error of ±0.0605 in the frequency range of 2 ㎓ to 3 ㎓. Also the proposed method is compared with other measuring methods such as dielectric resonator and waveguide probe systems.

개선된 Wheeler Cap 방식을 이용한 안테나 효율 측정

조치현,추호성,박익모,강진섭,Cho Chi-Hyun,Choo Ho-Sung,Park Ik-Mo,Kang Jin-Seob 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.4

기존의 Wheeler cap 방법은 안테나의 등가회로가 간단한 직렬 또는 병렬 RLC 회로로 나타날 경우 동작 주파수 부근에서 안테나의 효율을 정확하게 계산할 수 있지만, 안테나의 등가회로가 복잡한 형태로 나타날 경우에는 적용할 수 없는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 기존 Wheeler cap 효율 측정 방법의 적용 조건과 그로 인하여 발생되는 문제점을 살펴보고, 고차회로를 기반으로 개선된 Wheeler cap 효율 측정방법을 제안하였다. 제안된 방법은 안테나의 동작원리가 복잡하더라도 넓은 주파수 범위에서 비교적 정확하게 안테나의 효율을 계산할 수 있다. 복잡한 손실구조를 가지는 몇 가지 안테나들의 효율을 개선된 방식을 이용하여 측정하고, 시뮬레이션 결과와 비교 검토하여 제안된 방법을 검증하였다. The conventional Wheeler cap method can extract the reliable efficiency of the antenna when the antenna operates as a simple series or parallel RLC circuit model. This method, however, may give an unreliable efficiency when the antenna under test has a complicated operating principle. In this paper, we revisit the conventional Wheeler cap method and propose a modified Wheeler cap method basedon the high-order circuit model. The proposed method can provide an accurate efficiency even for the antenna with a more complicated operating principle. Then we calculate efficiencies of other antennas with different operating principles and compare the results with the simulations.

유전자 알고리즘을 사용한 안테나 고차 변압 회로 구성과 변압 회로를 사용한 Wheeler Cap 효율 측정법

조치현,추호성,박익모,강진섭,Cho Chi-Hyun,Choo Ho-Sung,Park Ik-Mo,Kang Jin-Seob 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.8

일반적으로 소형 안테나의 효율 측정에는 Wheeler cap 측정법이 많이 사용되지만 이 방법은 안테나의 동작 원리가 복잡할 경우 정확한 효율을 측정할 수 없는 단점이 있다. 그러나 고차 회로를 이용하여 안테나의 입력 임피던스를 정확히 나타낼 수 있으면 보다 정확한 안테나의 효율 측정이 가능하다. 본 논문에서는 변압기 회로를 이용하여 보다 쉽게 고차 회로를 구성할 수 있는 고차 회로 모델 구성법과 이를 최적화하는데 소요되는 시간단축과 정확성 향상을 위한 각 소자 값들의 효과적인 초기 값 설정 방법을 제안하였다. 고차 회로 모델의 각 소자 값들을 최적화하기 위해 유전자 알고리즘을 이용하였으며, 제안된 방법을 수동형 RFID 태그 안테나의 효율 측정을 통해 검증하였다. Generally, the Wheeler cap method is used to measure the efficiency of small antennas. This method often gives an unreliable efficiency when the antenna has a complicated operating principle. However, if the high-order circuit model which more closely represents the input impedance of the antenna is used in Wheeler cap method, then more accurate efficiency can be achieved. In this paper, we propose a novel method that can build the high-order circuit model using transformer circuits with the genetic algorithm(GA). To efficiently reduce the searching space in the GA and improve the convergence of the GA process, we suggest a novel scheme that finds appropriate initial values. Finally we verify the proposed method by measuring the efficiency of some passive RFID tag antennas.

유전자 알고리즘을 이용한 광대역 TEM 혼 안테나 설계

나영선,추호성,이주광,강진섭,Na, Young-Sun,Choo, Ho-Sung,Lee, Joo-Gwang,Kang, Jin-Seob 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.4

본 논문에서는 유전자 알고리즘을 이용하여 시간 영역 측정에 사용할 광대역 TEM 혼 안테나를 개발하였다. 안테나 개발에 고려된 설계 목표로는 $2{\sim}10\;GHz$의 주파수 영역에서 -10 dB 이하(VSWR<2)의 입력단 반사 손실과, 대역폭 내에서 높은 복사 이득 그리고 낮은 이득 편차이다. 또한 TEM 혼 안테나의 전체 크기를 줄이며 휴대가 용이하도록 하기 위해 안테나 본체와 급전부를 연결할 광대역의 balun을 설계하였다. 제작된 TEM 혼 안테나의 주파수 영역 측정 결과 $2{\sim}10\;GHz$에서 -10 dB 반사 손실을 만족하며, 기존의 삼각 플레이트 형태의 TEM 혼 안테나와 비교하였을 때 그 부피가 80 % 감소하였다. 안테나의 broadside 이득 값은 $2{\sim}10\;GHz$ 대역에서 12 dBi 기준으로 이득 편차가 6 dB 이하를 만족한다. 안테나의 시간 영역 측정 결과 group delay의 변화폭은 0.4 ns 이하를 만족하며, 펄스 측정시 송신과 수신 신호의 상승 시간은 각각 58.5 ps와 66.5 ps로 대략 10 % 이내의 변화를 보였다. In this paper, we propose a broadband TEM horn antenna optimized using a genetic algorithm. The characteristics required for the TEM horn are the broad matching bandwidth from 2 GHz to 10 GHz and high gain in broadside with a small gain deviation within that bandwidth. In addition, a broadband balun is designed to improve the portability and to reduce the total size of the antenna. The measured return loss of the proposed TEM horn with the broadband balun is less than -10 dB(VSWR<2) from 2 GHz to 10 GHz. Compared to a conventional triangular type TEM horn, the proposed antenna shows about 80 % reduced volume and gives the broadside gain about 12 dBi with a gain deviation less than 6 dB from 2 GHz to 10 GHz. The time domain measurement shows less than 0.4 ns group delay and the pulse measurement using the transmitting signal with the rising time of 58.5 ps shows the received pulse with the rising time of 66.5 ps, which is less than 10 % rising time variation.

잡음원 교정용 W-대역 도파관 잡음 측정 시스템의 성능 평가

강태원(Tae-Weon Kang),김정환(Jeong-Hwan Kim),권재용(Jae-Yong Kwon),강진섭(Jin-Seob Kang) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.2

W-대역 도파관 잡음원 교정을 위한 잡음 측정 시스템을 구성하고, 기본적인 특성에 대하여 논하였다. 잡음측정 시스템은 상용 잡음 지수 분석기, W-대역 주파수 변환기, 그리고 국부발진기로 구성되어 있다. 일반적으로 잡음원 교정에는 Y인자법이 사용된다. Y인자법에서는 잡음 수신 시스템의 출력이 입력 잡음 전력과 선형적이라는 가정을 전제한다. 그러므로 잡음 측정 시스템의 선형성은 시스템의 성능을 결정하는 기본적인 파라미터이다. 잡음 측정 시스템의 선형성은 믹서부, 중간 주파수(IF)부, RF부로 나누어 평가하였으며, 각각 0.24 ㏈, 0.05 ㏈, 0.20 ㏈이다. 또, 잡음 측정 시스템의 잡음 지수는 7~17 ㏈로 평가되었다. 이 잡음 측정 시스템은 잡음원 교정뿐만 아니라, 여러 가지 전기전자 소자, 기기, 그리고 시스템의 잡음 특성 평가에도 활용될 것이다. A W-band waveguide noise measurement system for calibrating noise sources was implemented and its basic characteristics were discussed. The measurement system consists of a commercial noise figure analyzer, a full W-band frequency converter, and a local oscillator. To measure the noise temperature of a noise source, the Yfactor method is generally used. Since the Y-factor method is based on the assumption that the receiving system is linear, linearity is one of important performance parameters of the measurement system. In this paper, the linearities for mixer, intermediate frequency(IF), and RF parts were evaluated to be 0.24 ㏈, 0.05 ㏈, and 0.20 ㏈, respectively. The noise figure of the measurement system evaluated is 5 ㏈ to 17 ㏈ in W-band. The measurement system can be used to measure thermal noise characteristics of electronic and electrical devices, equipments, and systems as well as to calibrate noise sources.