함정용 레이다 운용을 위한 전광변환장치

손범익,최재흥,김종만 한국전자파학회 2022 한국전자파학회논문지 Vol.33 No.4

Generally, the signal source of active phased array multi-function naval radars is located inside the ship; thus, when an electrical signal source is transmitted to the antenna of the ship, it is difficult to supply a sufficient source to the antenna owing to the distance. In this study, we designed and fabricated an electro-optical conversion device that overcomes this problem by converting electrical sig- nals into optical signals before supplying them. The fabricated device performed electro-optical conversion of the reference signal, local signal, and timing pulses and amplified them using an erbium-doped fiber amplifier ​module. The sampling and measuring results of 60 output ports showed that the average optical outputs were approximately 2 dB higher than the expected output. Additionally, to protect the operator from high-output optical signals, an interlock function that automatically cuts off the output was applied, and it was confirmed that the interlock function operates normally.

유전체 공진기 결합 구조 개선을 통한 저위상 잡음 전압 제어 유전체 공진기 발진기 설계

손범익(Beom-Ik Son),정해창(Hae-Chang Jeong),이석정(Seok-Jeong Lee),염경환(Kyung-Whan Yeom) 한국전자파학회 2012 한국전자파학회논문지 Vol.23 No.6

본 논문에서는 유전체 공진기와 마이크로스트립 라인 간의 결합 구조를 개선시켜 저위상 잡음을 갖는 전압제어 유전체 공진기 발진기(Vt-DRO: Voltage-tuned Dielectric Resonator Oscillator)를 설계, 제작하였다. 설계된 발진기는 유전체 공진기, 위상천이기, 증폭기로 구성된다. 발진기의 위상 잡음은 공진기의 군지연과 밀접하게 관계되며, 이러한 관계를 수식적으로 도출하고, 이를 예측하는 방법을 제안하였다. 유전체 공진기와 마이크로스트립 라인간의 결합 구조를 조정하여 약 53 nsec의 높은 군지연을 갖도록 설계하였다. 각 부의 측정은 측정의 편의성을 위해 웨이퍼 프로브를 이용하였으며, 이를 위하여 각 부의 입출력 포트를 CPW(Coplanar Waveguide)로 설계하였다. 각 부를 연결하여 측정한 S-파라미터는 개루프 발진 조건을 만족하였다. 설계된 개루프의 입출력을 연결하고 폐루프로 구성하여 전압 제어 유전체 공진기 발진기를 구현하였다. 측정 결과, 5.3 ㎓의 발진 주파수에서 위상 잡음은 수식으로부터 도출한 값과 근사한, 100 ㎑ offset 주파수에서 -132.7 ㏈c/㎐를 얻었다. 이때 출력 전력은 약 4.5 ㏈m, 전기적 주파수 조정 범위는 0~10 V의 조정 전압에서 약 5 ㎒를 보였다. PFTNFOM(Power Frequency Tuning Normalized Figure of Merit)은 약 -31 ㏈를 보였다. In this paper, we present a Vt-DRO with a low phase noise, which is achieved by improving the coupling structure between the dielectric resonator and microstrip line. The Vt-DRO is a closed-loop type and is composed of 3 blocks; dielectric resonator, phase shifter, and amplifier. We propose a mathematical estimation method of phase noise, using the group delay of the resonator. By modifying the coupling structure between the dielectric resonator and microstrip line, we achieved a group delay of 53 nsec. For convenience of measurement, wafer probes were inserted at each stage to measure the S-parameters of each block. The measured S-parameter of the Vt-DRO satisfies the open-loop oscillation condition. The Vt-DRO was implemented by connecting the input and output of the designed open-loop to form a closed-loop. As a result, the phase noise of the Vt-DRO was measured as -132.7 ㏈c/㎐(@ 100 ㎑ offset frequency), which approximates the predicted result at the center frequency of 5.3 ㎓. The tuning-range of the Vt-DRO is about 5 ㎒ for tuning voltage of 0~10 V and the power is 4.5 ㏈m. PFTN-FOM is ?31 ㏈m.

루프 군지연을 이용한 저위상 잡음 5 GHz 전압제어 유전체 공진기 발진기 설계

손범익(Beom-Ik Son),정해창(Hae-Chang Jeong),염경환(Kyung-Whan Yeom) 한국전자파학회 2014 한국전자파학회논문지 Vol.25 No.3

본 논문에서는 루프 군지연을 이용하여 저위상 잡음을 갖는 5 GHz 전압제어 유전체 공진기 발진기(VTDRO: Voltage Tuned Dielectric Resonator Oscillator)의 체계적인 설계를 제안하였다. 설계된 발진기는 폐루프 구조로 공진부, 위상천이부, 증폭부로 구성된다. 먼저 기준 전압제어 유전체 공진기 발진기를 제작하고, 루프 군지연을 측정 후, 전기적 주파수 조정범위 및 위상 잡음을 측정하였다. 기준 전압제어 유전체 공진기 발진기의 측정 결과로부터, 루프 군지연만 조정될 경우 새로운 전압제어 유전체 공진기 발진기의 전기적 주파수 조정 범위 및 위상 잡음을 수식적으로 예측할 수 있다. 루프군지연이 높을수록 위상 잡음은 개선되고, 전기적 주파수 조정 범위는 좁아지게 된다. 이러한 루프 군지연은 주로 공진부에 의해 결정된다. 따라서 높은 군지연 특성을 갖는 공진부 설계방법의 체계적인 절차를 제안하였다. 측정 결과, 루프군지연은 약 700 nsec를 보였다. 또한, 5 GHz의 발진 주파수에서 위상 잡음은 수식으로부터 도출한 값과 근사한 100 kHz offset 주파수에서 -154.5 dBc/Hz를 얻었다. 전기적 주파수 조정 범위는 0~10 V의 조정 전압에서 448 kHz를 보였으며, 출력 전력은 약 4.39 dBm을 보였다. In this paper, a systematic design of a low phase noise voltage-tuned dielectric resonator oscillator(VTDRO) using loop group delay is proposed. Designed VTDRO is closed-loop type and consists of a cascade connection of a resonator, phase shifter, and amplifier. Firstly, a reference VTDRO is fabricated and its phase noise and electrical frequency tuning range are measured. Both the phase noise and electrical frequency tuning range depend on the loop group delay. Then, a required value of loop group delay for a new VTDRO with a low phase noise can be systematically computed. In addition, its phase noise and electrical frequency tuning range can be theoretically estimated using those obtained from the measurement of the reference VTDRO. When the loop group delay increases, the phase noise decreases and the electrical frequency tuning range also decreases. The former predominantly depends on the resonator structure. Therefore we propose a systematic design procedure of a resonator with high group delay characteristics. The measured loop group delay of the new VTDRO is about 700 nsec. The measured phase noise of the new VTDRO show a state-of-the-art performance of 154.5 dBc/Hz at 100 kHz frequency offset and electrical frequency tuning range of 448 kHz for a voltage change of 0~10V. The oscillation power is about 4.39 dBm.

소형화된 5.3 GHz 대역 360° 아날로그 위상천이기 설계

정해창,손범익,이동현,압둘 라흐만,염경환 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.6

본 논문에서는 주파수 5.3 GHz에서 소형화된 branch line 커플러와 360° 이상의 위상천이를 보일 수 있는 가변 리액턴스 부하를 결합하여 소형화된 위상천이기의 설계를 보였다. 위상천이기의 소형화를 위하여, branch line 커플러의 새로운 구조를 제안하였다. 새로운 branch line 커플러는 전송선의 T 및 π형 등가회로 변환 방법을 이용하여 소형화하였다. 소형화된 branch line 커플러는 일반적인 구조에 비해 50 % 이상 소형의 크기를 가진다. 넓은 위상천이량을 갖기 위하여 전송선에 버렉터 다이오드 두 개를 입력과 출력에 연결한 부하 구조를 채택하였다. 특히, 조정 전압에 대한 위상천이량이 완만하도록 임피던스 변환기 역할을 하는 전송선을 설계된 부하 구조에 추가하여 구조를 보완하였다. 추가된 임피던스 변환기에 사용된 전송선 및 선정된 부하 구조의 전송선은 소형화에 장애가 되기 때문에 이를 집중 소자로 등가하여 소형화하였다. 제작된 위상천이기는 15×15 mm2의 소형의 크기를 가지며, 조정 전압 0~10 V 범위의 경우, 중심 주파수 5.3 GHz에서 삽입 손실은 약 —4~—6 dB, 반사 손실은 —20 dB 이하, 약 480°의 넓은 위상천이를 보였다.

SIW 구조를 이용한 저 위상잡음 전압 제어 평판형 복합공진기 발진기 설계

이동현(Dong-Hyun Lee),손범익(Beom-Ik Son),염경환(Kyung-Whan Yeom) 한국전자파학회 2014 한국전자파학회논문지 Vol.25 No.5

본 논문에서는 저 위상잡음을 갖는 전압 제어 평판형 복합공진기 발진기(Vt-PCRO: Voltage-tuned Planar Composite Resonator Oscillator)를 설계, 제작하였다. 설계된 발진기는 공진기, 2개의 위상천이기, 증폭기로 구성된다. 공진기는 dual mode SIW(Substrate Integrated Waveguide) 공진기를 이용하여 구성하였으며, 약 40 nsec의 높은 군지연을 갖도록 하였다. 2개의 위상천이기 중(PS1, PS2: Phase Shifter 1 및 Phase Shifter 2) PS1은 360°의 위상천이량을 가지며, 제작된 발진기의 전송선로 길이에 관계없이 개루프 이득(open loop gain) 발진조건을 만족하도록 한다. PS2는 약 70°의 위상천이량을 가지며 발진 주파수 조정용으로 사용된다. 증폭기는 제작 시 발생한 큰 삽입손실의 문제를 보완하기 위해 2단으로 구성하였다. 개루프 이득 측정을 통해 발진 조건을 만족하는 PS1의 전압을 측정한 뒤, 폐루프로 구성하여 발진기를 구현하였다. 발진기 측정 결과, 5.345 GHz의 발진 주파수에서, 위상 잡음은 100 kHz offset 주파수에서 ?130.5 dBc/Hz를 얻었다. 이때 출력 전력은 약 3.5 dBm, 전기적 주파수 조정 범위는 0~10 V의 조정 전압에서 약 4.2 MHz를 보였다. In this paper, we present a design and implementation of a Voltage-tuned Planar Composite Resonator Oscillator(Vt-PCRO) with a low phase noise. The designed Vt-PCRO is composed of a resonator, two phase shifters, and an amplifier. The resonator is designed using a dual mode SIW(Substrate Integrated Waveguide) resonator and has a group delay of about 40 nsec. Of the two phase shifters (PS1 and PS2), PS1 with a phase shift of 360° is used for the open loop gain to satisfy oscillation condition without regard to the electrical lengths of the employed microstrip lines in the loop. PS2 with a phase shift of about 70° is used to tune oscillation frequency. The amplifier is constructed using two stages to compensate for the loss of the open loop. Through the measurement of the open loop gain, the tune voltage of the PS1 can be set to satisfy the oscillation condition and the loop is then closed to form the oscillator. The oscillator with a oscillation frequency of 5.345 GHz shows a phase noise of ?130.5 dBc/Hz at 100 kHz frequency offset. The oscillation power and the electrical frequency tuning range is about 3.5 dBm and about 4.2 MHz for a tuning voltage of 0~10 V, respectively.

임의의 고조파 임피던스를 갖는 출력 정합 회로를 이용한 GaN HEMT 전력증폭기의 설계

정해창(Hae-Chang Jeong),손범익(Bom-Ik Son),이동현(Dong-Hyun Lee),Abdul-Rahman Ahmed,염경환(Kyung-Whan Yeom) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.11

본 논문에서는 임의의 고조파 임피던스를 갖는 출력 정합 회로를 이용한 GaN HEMT 전력증폭기의 설계를 보였다. 선정된 GaN HEMT 소자는 TriQuint사의 TGF2023-02이며, 전력증폭기 구성을 위하여 상용 패키지에 패키징하였다. 패키지 입·출력 기준면에서 로드-풀 시뮬레이션을 수행하였다. 기본파에서는 최대 출력, 2차 및 3차 고조파에서는 최대 효율을 갖는 최적 임피던스를 도출하였다. 도출된 임피던스는 fixture에 의하여 임의의 고조파 임피던스를 보였으며, 이를 정합하기 위하여 4개의 전송선으로 구성된 출력 정합 회로를 제안하였다. 최적 임피던스를 정합하기 위한 전송선의 특성 임피던스와 전기각을 수학적으로 도출하였다. 제안된 출력 정합회로를 PCB상에 구현하여 전력증폭기를 제작하였다. 제작된 전력증폭기는 54.6×40 ㎟의 크기를 가지며, 2.5 ㎓에서 8 W 이상의 출력을 보이고, 8 W 출력에서 효율 55 % 이상, 그리고 2차 및 3차 고조파는 모두 35 ㏈c 이상의 특성을 보였다. In this paper, a design of a GaN HEMT power amplifier using output matching circuit with arbitrary harmonic impedances is presented. The adopted GaN HEMT device, TGF2023-02 of TriQuint Semiconductor, was packaged in commercial package. The optimal impedances of the GaN HEMT package are extracted from load-pull simulation at package input and output reference planes. The targets of load-pull simulation are the highest output power at fundamental frequency and the highest efficiency at 2nd and 3rd harmonic frequencies. Because of fixture in the package, the extracted impedances shows arbitrary harmonic impedances. In order to match the optimal impedances, output matchin circuit which has 4 transmission lines is presented. Characteristic impedances and electrical lengths of the transmission lines are mathmatically calculated. The power amplfiier with 54.6×40 ㎟ shows the output power of 8 W at the fundamental frequency of 2.5 ㎓, the efficiency above 55 %, and harmonic suppression of above 35 ㏈c at the 2nd and the 3rd harmonics.

소형화된 5.3 ㎓ 대역 360° 아날로그 위상천이기 설계

정해창(Hae-Chang Jeong),손범익(Bon-Ik Son),이동현(Dong-Hyun Lee),압둘 라흐만(Abdul-Rahman Ahmed),염경환(Kyung-Whan Yeom) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.6

본 논문에서는 주파수 5.3 ㎓에서 소형화된 branch line 커플러와 360° 이상의 위상천이를 보일 수 있는 가변리액턴스 부하를 결합하여 소형화된 위상천이기의 설계를 보였다. 위상천이기의 소형화를 위하여, branch line 커플러의 새로운 구조를 제안하였다. 새로운 branch line 커플러는 전송선의 T 및 π형 등가회로 변환 방법을 이용하여 소형화하였다. 소형화된 branch line 커플러는 일반적인 구조에 비해 50 % 이상 소형의 크기를 가진다. 넓은 위상천이량을 갖기 위하여 전송선에 버렉터 다이오드 두 개를 입력과 출력에 연결한 부하 구조를 채택하였다. 특히, 조정 전압에 대한 위상천이량이 완만하도록 임피던스 변환기 역할을 하는 전송선을 설계된 부하구조에 추가하여 구조를 보완하였다. 추가된 임피던스 변환기에 사용된 전송선 및 선정된 부하 구조의 전송선은 소형화에 장애가 되기 때문에 이를 집중 소자로 등가하여 소형화하였다. 제작된 위상천이기는 15×15 ㎟의 소형의 크기를 가지며, 조정 전압 0~10 V 범위의 경우, 중심 주파수 5.3 ㎓에서 삽입 손실은 약 ?4~?6 ㏈, 반사 손실은 ?20 ㏈ 이하, 약 480°의 넓은 위상천이를 보였다. In this paper, a design and fabrication of miniaturized 5.3 ㎓ reflection type 360° analog phase shifter with branch line coupler and 360° variable reactance load. In order to miniaturize phase shifter, novel branch line coupler is proposed. The novel branch line coupler is miniaturized using transformation of transmission line to T and π type equivalent circuit. The miniaturized branch line coupler has small size of above 50 % compared with conventional branch line coupler. For wide phase shift range, 360° variable reactance load structure is adopted. Especially, the structure was improved for linear phase shift by adding transmission line which acts as an impedance transformer. The improved structure was miniaturized using the equivalent lumped-element of transmission line. The fabricated phase shifter with 15×15 ㎟ shows wide phase shift of above 480°, the insertion loss of ?4~?6 ㏈ and the reflection loss of below ?20 ㏈ at 5.3 ㎓ under 0~10 V control voltage range.