링-하이브리드 커플러를 이용한 가변 전력 분배기 회로

박웅희,Park, Ung-hee 한국정보통신학회 2016 한국정보통신학회논문지 Vol.20 No.2

본 논문은 $1:{\infty}$ 또는 ${\infty}:1$의 전력 분배 비율을 가지는 가변 전력 분배기 회로를 제안하였다. 제안된 가변 전력 분배기 회로는 안정된 입력 정합 특성을 가지며 입력 신호를 두 개의 경로로 분배하는 브랜치라인 커플러, 브랜치라인 커플러의 두 출력에 연결되어 90도 위상 변화량을 가지는 두 개의 가변 위상 변환기, 가변 위상 변환기를 거친 두 신호를 결합하는 링-하이브리드 커플러로 구성된다. 제안된 가변 전력 분배기 회로는 가변 위상 변환기에서 90도 위상 변화에 따라 가변 전력 분배기의 두 출력 단자의 출력 전력 비율을 원하는 값으로 설정할 수 있다. 제안된 가변 분배기 회로는 2GHz에서 Taconic사의 RF-35 20mil을 이용하여 제작하였다. 제작된 가변 전력 분배기 회로는 1.9-2.1 GHz 주파수 대역에서 두 개의 출력 단자에 1:1000에서 5000000:1의 전력 분배 비율의 변화가 가능하였다. 또한, 제작된 가변 전력 분배기는 전력 분배 비율에 관계없이 입력 반사계수 -20 dB 이하, 전력 손실 약 -1.0 dB, 두 출력 단자의 격리 특성 -17 dB 이하의 안정적인 특성을 보였다. This paper introduces a new variable power divider circuit with an arbitrary power division ratio ranging from $1:{\infty}$ to ${\infty}:1$. The proposed power divider circuit consists of one branch-line coupler to be a good input matching characteristic, two variable phase shifters with 90-degree phase variation to be connected two output paths of the branch-line coupler, and one ring-hybrid coupler to combine output signals of two variable phase shifter. The power division ratio between the two output ports of the proposed power divider can be easily controlled by the phase variation of the two phase shifter. The proposed power divider circuit fabricates on laminated RF-35 (h = 20 mil, er=3.5; Taconic) with a center frequency of 2 GHz. The power division ratio of the fabricated prototype varies from about 1:1000 to 5000000:1, with an input reflection characteristic(S11) of below -20 dB, an insertion loss of about -1.0 dB, and an isolation characteristic of below -17 dB between two output ports in the range 1.9-2.1 GHz.

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.

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.

임피던스 변환회로의 신호 전달특성(S₂₁) 측정 방법

박웅희,Park, Ung-hee 한국정보통신학회 2019 한국정보통신학회논문지 Vol.23 No.10

임피던스 변환회로의 신호 전달특성(S21)을 측정하기 위해서는 두 개의 임피던스 변환회로를 대칭 연결하여야 한다. 하지만 두 개의 임피던스 변환회로를 대칭 연결한 회로의 신호 전달특성은 중간 연결 선로의 길이에 의해 영향을 받는다. 본 논문에서는 임피던스 변화회로의 정확한 신호 전달특성을 얻기 위한 중간 연결 선로의 길이를 수식으로 유도하였다. 수식을 이용하여 계산하면 4:1(50-Ω:12.5-Ω) 임피던스 변환회로의 정확한 신호 전달특성을 얻기 위한 중간 연결 선로의 전기적 길이는 약 45°이다. 계산된 연결 선로의 길이를 적용하여 1GHz에서 λ/4-마이크로스트립 임피던스 변환회로를 제작하여 신호 전달특성을 측정하였다. 제작된 대칭 연결된 임피던스 변환회로의 신호 반사 특성(S11)은 0.980GHz에서 -40.64dB, 신호 전달 특성(S21)은 -0.154dB였다. 이는 제작 회로에 대해 이론적으로 살펴본 중심 주파수의 987MHz 변화, 마이크로스트립 선로의 신호 손실 -0.15dB 값과 거의 동일한 값이다. In order to measure the transfer characteristic(S21) of the impedance transformer, two impedance transformers must be symmetrically connected. However, the transfer characteristic of two symmetrically connected impedance transformers is influenced by the length of the intermediate connection line. This paper theoretically examines closely the length of the intermediate connection line to obtain the accurate transfer characteristic of the impedance transformer. The electrical length of the intermediate connection line for obtaining the accurate transfer characteristic of the 4:1(50-Ω:12.5-Ω) impedance transformer is calculated about 45°. Using the calculated length of the connection line, The λ/4-microstrip impedance transformer is fabricated at 1 GHz to measure the transfer characteristic. The symmetrically connected impedance transformer is measured the reflection characteristic(S11) of -40.64dB and the transfer characteristic(S21) of -0.154dB at 0.980GHz. This value is approximately equal to the theoretical calculated 987MHz center frequency and -0.15dB transfer loss value of the λ/4-microstrip impedance transformer.

월킨슨 분배기와 90도 위상차 분배기를 이용한 RF 마이크로스트립 발룬

박웅희,임종식,김종면,Park Ung-Hee,Lim Jong-Sik,Kim Joung-Myoun 한국전자파학회 2005 한국전자파학회논문지 Vol.16 No.3

3단 월킨슨 분배기와 등전력 90도 위상차 커플러를 이용하여 발란스드 수신 다이폴 안테나를 위한 저손실 구조의 RF 마이크로스트립 발룬을 설계 및 제작하였다. 광대역 전력 분배를 위해 사용된 월킨슨 분배기는 Cohn에 의해 제안된 최적 의 3단 전력분배기 구조와 이를이용한 소형화된 3단 전력분배 기를 이용하여 구현하였으며, 180도 위상차를 위해 사용된 등전력 90도 위상차 커플러는 이중 권선 케이블 선로를 이용하였다. 제작된 마이크 로스트립 발룬은 400$\~$l,000 MHz주파수 범위에서 최적의 3단 전력분배기를 이용하는 경우 입력 손실 0.5 dB 이하, 발란스드 단자간의 세 기차 $\pm$0.2 dB, 위상차 180$\pm$2.3도 이하, 소형화된 전력분배 기를 이용하는 경우 입 력 손실 1.0 dB 이하, 발란스드 단자간의 세기차 $\pm$0.7 dB, 위상차 180$\pm$8.8도 이하에서 동작함을 확인하였다. A RF microstrip balun having low transmission loss for the balanced receiving dipole antenna is designed and fabricated using a three-section Wilkinson divider and two 3-dB quadrature couplers. It considers two types of the three-section Wilkinson dividers, the Cohn's optimum three-section structure and the miniaturized three-section structure, for wideband power splitting. Also, two 3-dB quadrature couplers for 180 degrees of phase difference adopt a twist-wire coaxial cable. The fabricated first balun having the Cohn's optimum three-section Wilkinson divider has 0.5 dB of transmission loss, $\pm$0.2 dB of amplitude imbalance, and 180$\pm$2.3 degrees of phase imbalance over 400 to 1000 MHz by measurement. The second one using the miniaturized three-section Wilkinson divider shows 1.0 dB of transmission loss, $\pm$0.7 dB of amplitude imbalance, and 180$\pm$8.8 degrees of phase imbalance over the same frequency band.

이중 특성 임피던스 선로를 이용한 Gysel 3:1 가변 전력분배기

박웅희,Park, Ung-hee 한국정보통신학회 2021 한국정보통신학회논문지 Vol.25 No.10

The Gysel divider has the advantage of easily setting the resistor in the circuit. If the line impedance in the Gysel divider is set differently, the input signal can be distributed to the two output ports at various distribution ratios. This paper proposes the Gysel divider that can change the power distribution to 1:3 or 3:1 by changing the line impedance. The impedance change of the line can be implemented by placing a floating copper plate on the bottom of the microstrip-line. When the floating copper plate and the ground plane are connected, the line operates as the microstrip-line, and when the floating copper plate and the ground plane are disconnected, the line operates as the coplanar-line. The proposed Gysel divider was fabricated at the center frequency of 1.5GHz. The fabricated 3:1 Gysel divider has a stable value S₁₁ of below -17dB, S₂₁/S₃₁ of 4.8±0.2dB, S₂₁(to high output port) of -1.39±0.12dB and S₃₁(to low output port) of -6.15±0.08dB over 1.3~1.7GHz. Rat-race 구조의 변형인 Gysel 전력분배기는 분배기내 저항을 쉽게 설정할 수 있는 장점을 가지고 있다. Gysel 전력분배기 내에서 선로 임피던스를 다르게 설정하면 두 개의 출력단자에서의 출력 전력 비율을 다양하게 분배할 수 있다. 본 논문에서는 Gysel 전력분배기에서 선로 임피던스를 변화하여 두 개의 출력 단자의 출력 비율을 1:3 또는 3:1로 선택할 수 있는 회로를 제안하였다. 선로의 임피던스 변화는 마이크로스트립 선로 형태의 전송선로 밑면에 비접지 동판을 위치시켜 구현할 수 있다. 비접지 동판과 접지면이 단락 연결하면 전송 선로는 마이크로스트립 선로로 동작하고, 비접지 동판과 접지면을 연결하지 않으면 전송 선로는 코플라나 선로로 동작하게 된다. 제안된 Gysel 가변전력분배기는 중심주파수 1.5GHz에서 제작하였다. 제작된 Gysel 가변 전력분배기는 1.3~1.7 GHz에서 입력 반사계수(S₁₁) -17dB 이하, 두개의 출력 단자의 전력차는 4.8±0.2dB, 높은 출력 전력을 가지는 단자로의 신호 전달계수(S₂₁)는 -1.39±0.12dB, 낮은 출력 전력을 가지는 단자로의 신호 전달계수(S₃₁)는 -6.15±0.08dB의 안정된 값을 가졌다.

위성을 이용한 인터넷 통신용 이동 안테나의 수신시스템 설계 및 제작

박웅희,손성호,노행숙,이경희,전순익,Park Ung Hee,Son Seong Ho,Noh Haeng Sook,Lee Kyoung Hee,Jeon Soon Ik 대한전자공학회 2004 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.41 No.12

정지 위성을 이용하여 양방향 통신을 위한 이동 단말 안테나의 구조는 송신 시스템과 수신 시스템으로 구성된다. 송신 시스템은 위성으로 신호를 전송하기 위한 송신부이며, 반면 수신 시스템은 위성으로부터의 신호를 수신하는 수신부 외에 위성추적을 위한 위성추적 제어부로 구성된다. 한편, 이동 환경에서 정지 위성을 이용한 양방향 통신은 다른 위성 통신에 피해가 없도록 국제적 기준의 안테나 패턴 특성과 안정적인 위성 추적이 요구된다. 본 논문에서는 Ku 대역 정지 위성의 양방향 통신 서비스를 위하여 제작된 이동형 위상 배열 안테나의 안테나 패턴과 안정적인 위성 추적이 가능하도록 하는 위성 추적 제어부를 포함한 수신 시스템의 설계 및 제작 특성에 대해 살펴보았다. The land mobile antenna for two-way communication using geostationary satellite consists of a transmitting and receiving systems. The transmitting system plays the role of sending the signal to the satellite while the receiving system does the role of receiving signal from the satellite and tacking the target satellite. Especially, the land mobile antenna for satellite communication must be met with the international regulation such as antenna pattern, transmitting power and tracking error to protect the damage of the neighbor satellites. On the other hand, this paper thoroughly examined a receiving system to satisfy a stable satellite tracking performance and antenna pattern specified by the international regulation for Ku-band geostationary satellite.

유전체 공진기를 이용한 4:1(50-Ω:12.5-Ω) 마이크로스트립-슬롯 선로 임피던스 변환기

박웅희,Park, Ung-hee 한국정보통신학회 2020 한국정보통신학회논문지 Vol.24 No.11

슬롯 선로는 슬롯을 통해 전계와 자계 신호가 전달되기 때문에 슬롯의 크기가 전력 손실에 크게 영향을 준다. 일반 적으로 슬롯 선로는 낮은 전력 손실로 동작하기 위해 상대적으로 높은 비유전율(er)의 기판에서 3GHz 이상의 높은 주파수에서 사용하게 된다. 본 논문에서는 상대적으로 낮은 비유전율(er)을 가지는 Taconic사의 TLC-30(er=3) 기판을 이용하여 중심주파수 1.85GHz에서 동작하는 슬롯 선로를 이용한 4:1 임피던스 변환기를 제안하였다. 제안된 임피던스 변환기에서의 슬롯 선로는 슬롯 선로 위에 유전체 공진기를 배치하여 슬롯 선로에서의 신호 손실을 줄였다. 비유전율(er) 38의 (Zr,Sn)TiO4을 이용하여 만든 유전체 공진기를 사용한 4:1 마이크로스트립-슬롯 선로 임피던스 변환기는 1.855GHz에서 삽입 특성(S21) -0.375dB와 반사 특성(S11) -27.6dB를 보였다. 이는 유전체 공진기를 이용하면 상대적으로 낮은 비유전율 기판과 낮은 주파수 영역에서도 안정적으로 슬롯 선로를 이용할 수 있음을 확인할 수 있었다. Since the slot line transmits electric and magnetic signals through the slot, the size of the slot greatly affects the signal power loss. In order to have low loss, the slot line is mainly used at a high frequency of above 3GHz on a substrate having a high dielectric constant(er). This paper proposes the 4:1 impedance transformer using a slot line on TLC-30 laminate (h=20mil, er=3.0; Taconic) being a relatively low dielectric constant at a frequency of 1.85GHz. In the proposed impedance transformer, the dielectric resonator is arranged on the slot line to reduce signal loss occurring at the slot line. The proposed 4:1 microstrip-slot line impedance transformer fabricated using a (Zr,Sn)TiO4 dielectric resonator(er=38) has the transmission loss(S21) of -0.375dB and the reflection value(S11) of -27.6dB at 1.855GHz. This confirms that the slot line can be stably used even in a low dielectric constant substrate and a low frequency region by using a dielectric resonator.

저손실 광대역 동작 특성을 가지는 동축 선로 임피던스 변환기 제작

박웅희,Park, Ung-hee 한국정보통신학회 2017 한국정보통신학회논문지 Vol.21 No.12

동축 선로 임피던스 변환기는 동일 길이의 두 개 또는 그 이상의 동축 선로 결합을 이용하여 임피던스 변환을 만드는 회로로서 높은 동작 전력, 광대역 동작 특성, 쉬운 제작 등 다양한 장점에 의해 상대적으로 낮은 주파수 영역의 임피던스 정합을 위해 자주 사용된다. 본 논문에서는 두 개의 100mm 동축 선로를 이용한 4:1 임피던스 변환기를 사용하여 동축 선로의 위상 및 세기 특성을 측정하였다. 이를 통해 보조 동축 선로의 길이가 주 동축 선로보다 약 5mm 짧게 하는 것이 보다 저손실의 동축 선로 임피던스 변환기 구현에 효과적임을 알 수 있었다. 또한 4:1 임피던스 변환기와 1:4 임피던스 변환기를 직접 연결하여 측정한 동축 선로 임피던스 변환기의 전달 특성 실험을 통해 접지면과 주 동축선로 외곽 도체 입력부에 약 1pF 캐페시터를 연결하는 것이 보다 광대역 동작 범위 및 대역 내 특성 개선에 도움이 됨을 알 수 있었다. The coaxial line impedance transformer that performs impedance conversion using the coupling of two or more coaxial lines of the same length is often used for impedance matching in the low frequency region due to many advantages. This paper measures the phase and magnitude characteristics of each coaxial line in a 4:1 coaxial line impedance transformer using two 100mm coaxial lines. This experiment shows that it is more effective to make the length of the auxiliary coaxial line shorter than the main coaxial line by about 5 mm in order to realize a low loss impedance transformer. In addition, it measures the transmission characteristics by directly connecting a 4:1 impedance transformer and a 1:4 impedance transformer. This experiment shows that it is effective to connect a 1pF capacitor between the ground and the outer conductor input point of the main coaxial line in order to increase the operating frequency range.

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.