Design of Lossy Matching Network for Microwave Broadband Amplifier Using the Relationship Between Gain and Reflection Coefficients

구경헌,이충웅,Koo, Kyung-Heon,Lee, Choong-Woong 대한전자공학회 1989 전자공학회논문지 Vol. No.

마이크로와 광대역증폭기용 유손실 정합회로를 설계하기 위한 새로운 방법을 제시한다. 이 방법은 트랜지스터를 모델링 없이 측정된 산란계수를 이용하여 표시하며, 유손실 정합회로를 무손실 정합회로 사이에 유손실 직렬 임피던스 또는 병렬 어드미턴스가 삽입된 구조로 생각한다. 증폭기의 이득과 반사계수사이의 선형관계식을 유도하고 이를 이용하여 적절한 이득과 반사계수를 선택하는 법을 제시한다. 증폭기의 이득 및 반사계수와 유손실 정합 소자의 임피던스 사이에는 쌍 일차 변환의 관계가 있으며 일정 이득 원이나 일정 반사계수원을 임피던스 평면 또는 스미스 차트에 그려 적절한 정합 소지값을 선택 할 수 있다. 본 논문에서 제안된 방법이 유용함을 보이기 위하여 증폭기설계 예를 제시하였다. A new design method of lossy matching network for the microwave broadband ampilfier is presented by using seattering parameters instead od modeling of transistor. A lossy matching network is represented as the combination of 2 lossless networks between which lossy serial or parallel immittance is inserted without using specific topology, and so many useful matching cireuits can be realized. Also it is shown that linear transforming relation exists between gain and reflection coefficient of the amplifier, and the transforming equation is derived using scattering parameters. With this equation some constant gain circles can be drawn on reflection coefficient plane to get adequate reflection coefficient and gain. And since the relations between amplifier gain/reflection coefficient and the immittance of passive element are bilinear transformations. constant gain or reflection coefficients circles. Illustrative examples are presented to show the usefulness of proposed method.

실 주파수 기법을 이용한 광대역 다단 마이크로파 증폭기 설계에 관한 연구

구경헌(Kyung Heon Koo),이충웅(Choong Woong Lee) 대한전자공학회 1986 대한전자공학회 학술대회 Vol.1986 No.12

기반 기술 : 6.0~18.0 GHz 주파수용 광대역 DFD 위상 상관기 설계 및 제작

최원 ( Won Choi ),구경헌 ( Kyung Heon Koo ),최원 ( Won Choi ),구경헌 ( Kyung Heon Koo ) 한국항행학회 2014 韓國航行學會論文誌 Vol.18 No.4

본 논문은 6.0 ~ 18.0 GHz 대역에서 동작하는 광대역 디지털 주파수 변별기(DFD, digital frequency discriminator)의 위상 상관기(phase correlator)를 설계하고 제작하였으며, 제작된 DFD 위상 상관기의 I와 Q 신호를 측정하고, 주파수 변별 오차를 분석하였다. 믹서형 위상 상관기의 동작 특성에 대한 해석적 관계식을 유도하였으며, 위상 상관기에 포함되는 IQ 믹서(mixer)와 8-way 전력분배기(power divider)는 RF 시뮬레이션 툴(tool)을 이용하여 모델링하였다. 설계된 위상 상관기는 제작되어 측정하였다. 제작된 위상 상관기의 I와 Q 출력신호를 측정하여 제시하였으며, 측정된 I와 Q 출력신호를 이용하여 위상오차(phase error)와 주파수 변별 오차(frequency discrimination error)를 나타내었다. 위상 상관기의 평균 위상오차(phase error)는 4.81°, RMS(root mean square)이고, 주파수 변별 오차는 1.49 MHz, RMS 이다. This paper has presented the design and fabrication of phase correlator for wideband digital frequency discriminator (DFD) operating over the 6.0 to 18.0 GHz frequency range. Fabricated DFD phase correlator has been measured I or Q output signal, and analyzed frequency discrimination error. The operation of the proposed mixer type correlator has been analyzed by deriving some analytic equations. To design the phase correlator, this paper has modeled and simulated IQ mixer and 8-way power divider by using RF simulation tool. Designed phase correlator has fabricated and measured. The phase error and frequency discrimination error have been presented using by measured I and Q output signal. Over the 6.0 ~ 18.0 GHz range, the root mean square(RMS) phase error is 4.81°, RMS and frequency discrimination error is 1.49 MHz, RMS.

가변IF 광대역 하이브리드 믹서 설계

문경윤(Kyung Youn Moon),서현석(Hyun Seok Seo),이병찬(Byung Chan Lee),박현우(Hyun Woo Park),구경헌(Kyung Heon Koo) 대한전자공학회 2007 대한전자공학회 학술대회 Vol.2007 No.11

This paper presents the design of broadband dual-gate mixer for WiBro, WLAN, and UWB application. Dual gate mixer can improve isolation between RF and LO. Also its conversion gain is better than single device mixer. The mixer can be used for direct conversion receivers.

UAM 복합 항법을 위한 C 밴드 지상기반 전파 항법 시스템 연구

이경순 ( Kyung-soon Lee ),조용운 ( Yong-un Cho ),김민정 ( Min-jung Kim ),구경헌 ( Kyung Heon Koo ) 한국항행학회 2023 韓國航行學會論文誌 Vol.27 No.4

본 연구는 기존 UAM에서 주로 사용하는 GNSS 항법과 협동 운용할 수 있도록 지상기반 C밴드 주파수 (5.03~5.15GHz)를 이용한 전파항법 VOR/DME 구현에 관한 것이다. 이것은 항공우주를 감독하는 미연방항공국 규칙 Title 14 CFR- Aeronautics and Space 135.165에서 제시한 ‘2개 이상의 독립적인 항법소스를 비행체에 적용’ 규정사항을 충분히 만족할 수 있는 항법기술 중 하나이다. 본 연구에서는 무인항공기용 주파수 5.03~5.15 GHz를 사용하였으며, 무인항공기에서 도착 버티포트까지의 방위각과 거리정보를 획득에 필요한 VOR/DME 시스템 구현을 수행하였다. 이를 위하여, 전파 전파경로 손실분석에 의한 링크버짓 도출, 소형화된 도플러 VOR용 안테나 형상설계 및 기존 항공기용 보다 측위거리 해상도가 향상된 DME 설계 등을 수반하였다. 본 연구 결과물은 지상기지국과 UAM에 장착할 수 있는 단말기로 구성되며, 각각 시제품 제작 및 주요 성능검증을 수행하였다. This study focuses on the implementation of C-band radio navigation in the 5.03 ~ 5.15 GHz terrestrial band to cooperate with GNSS navigation mainly used in existing UAMs. This is one of the navigation technologies that can fully satisfy the requirements of Title 14 of CFR-135.165. According to the FAA, the use of two or more independent navigation sources for aircraft is proposed for aircraft. This study proceeded with the link budget derivation through radio wave propagation path loss analysis, and antenna shape design for miniaturized Doppler VOR, and DME design with enhanced positional distance resolution compared to conventional aircraft. The ground navigation system which is the result of this study, consists of a VOR/DME ground station and a terminal that can be mounted on UAM. Significant performance was confirmed through the production and testing of each prototype.

다중배열 디지털필터를 이용한 위성비콘 수신기 설계

이경순(Kyung-Soon Lee),구경헌(Kyung-Heon Koo) 한국전자파학회 2016 한국전자파학회논문지 Vol.27 No.10

비콘 수신기는 위성에서 송출된 비콘 신호를 검출하여 그 신호세기를 측정하는 장치이다. 위성에서 송출된 비콘 신호는 지구국의 안테나를 목표 위성 방향으로 이동시키는 포지셔너의 조정 및 송신출력 제어 목적을 위한 것으로 무변조 저전력 연속파(CW)로 구성되어 있다. 일반적으로 비콘 신호 검출은 협대역 아날로그 필터를 사용한 RSSI(Received Signal Strength Intensity) 방식이 대표적으로 사용되고 있으나, 온도변화 및 장시간 동작에 따른 위성 송출 비콘 주파수 변동이 발생됨에 따라 비콘 수신기에서 주파수를 추적하는 스캔 기능 구현을 필요로 한다. 본 설계에서는 보다 빠른 비콘 신호 검출을 위하여 협대역 디지털필터를 다중 배열하여 비콘 주파수를 추적하고, SNR(Signal to Noise Ratio) 방식에 의한 비콘 신호 검출방식 수신기로 설계한다. 이를 위하여 위성과 지구국 사이의 강우감쇠를 고려한 무선채널 링크 버젯을 사용하여 비콘 신호 수신 C/No 및 비콘 신호 검출을 위한 필요 C/N을 고려한 뒤 디지털필터의 대역폭 및 배열 개수를 도출한다. The beacon receiver is an equipment which detects and measures the signal strength of transmitting satellite beacon signal. Beacon signals transmitted by satellites are low power continuous wave(CW) signals without any modulation intended for antenna steering to satellite direction and power control purposes on the earth. The beacon signal detection method using a very narrow band analog filter and RSSI(Received Signal Strength Intensity) has been typically used. However, it requires the implementation to track the frequency at the beacon receiver, thus a beacon frequency variation of the satellite due to temperature changes and long-term operation. Therefore, in this paper, the beacon signal detection receiver is designed by using a very narrow band digital filter array for a faster acquisition and SNR(Signal to Noise Ratio) method detection. For this purpose, by calculating the satellite link budget with the rain attenuation between satellite and ground station, and then extracting the received C/No of the beacon signal, this work derives the bandwidth and the array number of the configured digital filter that gives the required C/N.

앙각변동에 따른 Ku 밴드 안테나 G/T 분석 및 실험

이경순(Kyung-Soon Lee),구경헌(Kyung-Heon Koo) 한국전자파학회 2017 한국전자파학회논문지 Vol.28 No.7

위성 단말기가 차량 이동하면서 통신을 유지하려면 실시간 안테나 방위각과 앙각 보정이 필요하다. 앙각 보정은 안테나에 유입되는 외부 잡음온도 변동을 수반하여 시스템 G/T에 영향을 끼친다. G/T는 안테나이득 G(Gain)와 잡음온도 T(Noise temperature)의 비율로 표현되며, 안테나 이득설계에 필요한 중요 성능지수이다. 본 논문은 앙각변동을 고려한 G/T 분석 및 안테나 설계절차 수립을 목표로 한다. 이를 위해 ITU-R P.372 Radio Noise 권고사항에 따라 강우감쇠를 포함한 휘도온도와 앙각과의 관계를 분석하였다. 다음에 분석결과를 기반으로 안테나를 제작하여 G/T 측정에 의한 설계절차를 검증하였다. 이 실험을 통해 앙각에 따른 G/T를 확인하였으며, 시스템에서 요구되는 최소 안테나 이득 분석 및 설계절차를 수립할 수 있었다. In order to maintain communication while the vehicle is moving, satellite azimuth angle and elevation angle correction are needed in real time. The elevation angle correction affects the system G/T according to the variation of the external noise temperature flowing into the antenna. G/T is expressed as a ratio of power gain G to noise temperature T and is an important performance function required for antenna gain design. This paper aims to G/T analysis considering elevation angle change and the establishment of an antenna design procedure. For this purpose, the relationship between elevation angle and brightness temperature including rain attenuation was analyzed according to recommendation ITU-R P.372 radio noise. Next, an antenna was designed based on the analysis results and design procedure was verified by G/T measurement. Through this experiment, G/T according to elevation angle was confirmed, and the minimum antenna gain analysis and design procedure required in the system could be established.

CSB용 J급 전력증폭기 설계 및 바이어스에 따른 진폭 변조 특성

김수경 ( Su-kyung Kim ),구경헌 ( Kyung-heon Koo ) 한국항행학회 2023 韓國航行學會論文誌 Vol.27 No.6

본 논문은 LDMOS(Laterally Diffued Metal Oxide Semiconductor)를 이용하여 동작점 Class J를 적용하고, 2차 하모닉 임피던스가 리액턴스 임피던스가 되도록 출력 정합회로를 최적화하여 고효율 전력증폭기를 설계 하였다. 설계한 전력증폭기는 주파수가 108 ~ 110 MHz에서, 전력부가효율(PAE; Power Added Efficiency)은 PSAT 출력(54.5 dBm)에서 71.5%, P1dB 출력(51.5 dBm)에서 55.5%, 그리고 45 dBm에서 24.38%의 특성을 보였다. 공간변조 방식에서의 기준 신호인 CSB(Carrier with Sideband) 전력증폭기는 운용 출력이 45 dBm ~ 35 dBm이며, 그 출력에서 선형적인 SDM(Sum in the Depth of Modulation) 특성(40% ± 0.3%)을 얻었다. 전력증폭기의 바이어스 동작점에 따른 진폭 변조도 특성을 측정하고, 선형적인 변조도 특성을 얻을 수 있는 최적의 동작점을 제안한다. In this paper, a high-efficiency power amplifier was designed by applying the operating point Class J using LDMOS(Laterally Difuued Metal Oxide Semiconductor) and optimizing the output matching circuit so that the second harmonic impedance becomes the reactance impedance. The designed power amplifier has a frequency of 108 ~ 110 MHz, Characteristics of PAE(Power Added Efficiency) is 71.5% at PSAT output (54.5 dBm), 55.5% at P1dB output (51.5 dBm), and 24.38% at 45 dBm. The CSB(Carrier with Sideband) amplifier, which is the reference signal in the spatial modulation method, has an operating output of 45 dBm ~ 35 dBm, and linear SDM(Sum in the Depth of Modulation) characteristics(40% ± 0.3%) were obtained. We measure the characteristics in amplitude modulation according to the bias operating point of the power amplifier for CSB and propose the optimal operating point to obtain linear modulation characteristics.

IEEE 802.11g OFDM 무선랜용 2.4GHz 전력증폭기의 비선형 왜곡분석

오정균,최재홍,구경헌,Oh Chung Gyun,Choi Jae Hong,Koo Kyung Heon 대한전자공학회 2005 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.42 No.3

무선랜용 전력증폭기의 비선형특성과 출력 ACPR 관계를 분석하기위해, 최대 54Mbps의 전송속도를 가지는 IEEE 802.11g OFDM 변조부와 송신부를 모델링하였다. 2.4GHz 전력증폭기의 비선형특성은 behavioral model을 이용하여 An-to-AM과 AM-to-PM으로 모델링하였으며, 위상 왜곡특성에 따른 출력스펙트럼 특성을 해석하였다. IEEE 802.11g 무선랜 시스템의 요구 출력스펙트럼 마스크를 만족하기위한 P1dB로부터 back-off값을 구하기 위하여 모델링한 위상왜곡 크기에 따른 전력증폭기의 ACPR 특성을 시뮬레이션하고 사전위상 왜곡방식을 이용하여 증폭기의 위상왜곡을 변화시키며 측정한 결과와 시뮬레이션 특성을 비교 제시하였다. The OFDM modulation and transmission block have been modeled in order to analyse the relationship between the 2.4GHz power amplifier distortion and output ACPR for the IEEE 802.11g wireless LAN. The nonlinear characteristic of the power amplifier has been modeled as AM-to-AM and AM-to-PM using the behavioral model, and the output spectrum is analysed with the phase distortion variation. Also, amplifier back-off value from P1dB to satisfy the required IEEE 802.11g standard spectrum mask s been simulated with modeled phase distortion, and the simulation data have been compared to the measured result by using the pre-distortion technique.

자기공진방식 무선전력전송 등가회로 추출 및 특성 분석

박대길,김영현,구경헌,Park, Dae Kil,Kim, Young Hyun,Koo, Kyung Heon 한국항행학회 2017 韓國航行學會論文誌 Vol.21 No.4

본 논문에서는 6.78 MHz 에서 공진하는 대형 코일을 이용한 자기공진방식 무선전력전송 시나리오를 제시하고 3차원 전자계 시뮬레이션, 자기공진방식 무선전력전송 등가회로를 통한 특성을 비교하였다. 본 논문에서 제시한 자기공진방식의 무선전력전송 등가회로는 기존 등가회로에 추가적으로 코일 간에 발생하는 기생 커패시턴스를 고려하였다. 이를 바탕으로 제작한 자기공진방식 무선전력전송 코일을 측정하고 시뮬레이션 예측과 비교하였다. 비교 결과 전송 특성 및 공진 주파수 천이 정도를 예측할 수 있었다. 제시한 자기공진방식 무선전력전송 등가회로 특성과 측정치의 오차는 ${\Delta}{\mid}S11{\mid}$이 최대 1.31 dB, ${\Delta}{\mid}S21{\mid}$이 최대 1.36 dB로 유사하게 예측하였다. In this paper, we propose a magnetic resonant WPT(wireless power transfer) scenario using a large coil resonating at 6.78 MHz, and compare the characteristics through a three-dimensional electromagnetic field simulation and a magnetic resonant WPT equivalent circuit. The magnetic resonant WPT equivalent circuit proposed in this paper considers the parasitic capacitance generated between the coils in addition to the conventional equivalent circuit. Based on this analysis, we fabricated the magnetic resonant WPT coil and compared it with simulation prediction. As a result of comparison, the transfer characteristics and the resonance frequency shift can be predicted. Error proposed characteristics of equivalent circuit for the magnetic resonant WPT and the measured values are estimated to be ${\Delta}{\mid}S11{\mid}=1.31dB$ and ${\Delta}{\mid}S21{\mid}=1.21dB$, respectively.