본 연구에는 초고압 전력기기의 부분방전모니터링 시스템에 적용 가능한 광대역 LNA 및 격리도가 향상된 Mixer를 설계하였으며, 이를 활용한 RF 전단부를 제안하였다. 초고압 전력기기의 내부 공극 및 부유물 등 다양한 원인에 의하여 내부 절연파괴로 연결되어 전기 사고로 발전되기 전에 펄스형태의 부분방전이 발생하게 된다. 따라서 부분방전 ...
본 연구에는 초고압 전력기기의 부분방전모니터링 시스템에 적용 가능한 광대역 LNA 및 격리도가 향상된 Mixer를 설계하였으며, 이를 활용한 RF 전단부를 제안하였다. 초고압 전력기기의 내부 공극 및 부유물 등 다양한 원인에 의하여 내부 절연파괴로 연결되어 전기 사고로 발전되기 전에 펄스형태의 부분방전이 발생하게 된다. 따라서 부분방전 펄스를 사전에 감지하여 초고압기기의 내부 문제점을 예측할 수 있어 사고를 사전에 방지할 수 있도록 부분방전 모니터링 시스템의 RF 전단부를 제안하였다. 부분방전의 측정법에는 UHF법과 초음파법, 자외선 측정법, 화학적 검출법 등이 있으며, 본 논문에서는 널리 쓰이고 있는 UHF법을 활용하여 외부 잡음에 강한 UHF대역인 300MHz ~ 3000MHz대역에서에서 부분방전 펄스를 모니터링 함으로써 신뢰성 있는 결과가 되도록 하였다. UHF대역에서 부분방전 원인에 대한 위상 정보가 있는 모니터링 구간은 일반적으로 300MHz ~ 1500MHz대역이며, 본 연구에서는 3단 병렬구조 (300MHz ~ 500MHz, 500MHz ~ 1000MHz, 1000MHz ~ 1500MHz)로 하여 신속한 부분방전 펄스를 모니터링 할 수 있도록 제안하였으며, 그중 1차 대역인 300MHz ~ 500MHz를 목표로 설계하였다. 또한 실험된 결과에 의거하여 부분방전의 측정 레벨을 정하였다. 모니터링 시스템은 크게 센서, RF단, 디지털단으로 구성되었으며, 시스템의 민감도를 향상시키기 위해 RF단을 헤테로다인 구조로 구성하고 이에 맞는 시스템 설계를 통해 각 부품의 성능을 결정하였다. 그 중 저잡음 증폭기, 대역통과 필터, 주파수 혼합기 등의 소자를 하이브리드 회로로 구현하였으며, 12dB의 이득과 -3dB의 잡음지수를 얻기 위한 공통 게이트 및 공통 소스의 다단형태를 가진 광대역 저잡음 증폭기, -2dB의 삽입손실을 얻기 위한 미엔더 구조를 적용한 coupled-line 필터, 1dB의 변환이득과 -20dB의 IIP3점을 얻기 위한 이중게이트 구조를 활용한 격리도가 향상된 주파수 혼합기가 설계되었다. 그리고 각각의 부품들을 제작 및 측정한 결과 시스템에 적용 가능한 것을 확인하였다. 이후 부품들인 SAW 필터, IQ 모듈레이터, 가변 이득 증폭기 및 저역통과 필터 등을 상용칩으로 대체할 수 있도록 상용칩의 데이터를 통한 모의실험을 통하여 그 활용방안을 제안하였다. 마지막으로 설계된 모든 소자들의 모의실험을 통하여 입력 레벨에 따른 가변이득 증폭기의 이득값 변화에 따라 출력이 나오도록 하여, 향후 설계된 소자들을 활용한 모니터링 시스템의 제작을 통하여 부분방전을 모니터링함으로써 초고압 기기의 절연 파괴에 따른 사고를 예방할 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구에는 초고압 전력기기의 부분방전 모니터링 시스템에 적용 가능한 광대역 LNA 및 격리도가 향상된 Mixer를 설계하였으며, 이를 활용한 RF 전단부를 제안하였다. 초고압 전력기기의 내부 공극 및 부유물 등 다양한 원인에 의하여 내부 절연파괴로 연결되어 전기 사고로 발전되기 전에 펄스형태의 부분방전이 발생하게 된다. 따라서 부분방전 펄스를 사전에 감지하여 초고압기기의 내부 문제점을 예측할 수 있어 사고를 사전에 방지할 수 있도록 부분방전 모니터링 시스템의 RF 전단부를 제안하였다. 부분방전의 측정법에는 UHF법과 초음파법, 자외선 측정법, 화학적 검출법 등이 있으며, 본 논문에서는 널리 쓰이고 있는 UHF법을 활용하여 외부 잡음에 강한 UHF대역인 300MHz ~ 3000MHz대역에서에서 부분방전 펄스를 모니터링 함으로써 신뢰성 있는 결과가 되도록 하였다. UHF대역에서 부분방전 원인에 대한 위상 정보가 있는 모니터링 구간은 일반적으로 300MHz ~ 1500MHz대역이며, 본 연구에서는 3단 병렬구조 (300MHz ~ 500MHz, 500MHz ~ 1000MHz, 1000MHz ~ 1500MHz)로 하여 신속한 부분방전 펄스를 모니터링 할 수 있도록 제안하였으며, 그중 1차 대역인 300MHz ~ 500MHz를 목표로 설계하였다. 또한 실험된 결과에 의거하여 부분방전의 측정 레벨을 정하였다. 모니터링 시스템은 크게 센서, RF단, 디지털단으로 구성되었으며, 시스템의 민감도를 향상시키기 위해 RF단을 헤테로다인 구조로 구성하고 이에 맞는 시스템 설계를 통해 각 부품의 성능을 결정하였다. 그 중 저잡음 증폭기, 대역통과 필터, 주파수 혼합기 등의 소자를 하이브리드 회로로 구현하였으며, 12dB의 이득과 -3dB의 잡음지수를 얻기 위한 공통 게이트 및 공통 소스의 다단형태를 가진 광대역 저잡음 증폭기, -2dB의 삽입손실을 얻기 위한 미엔더 구조를 적용한 coupled-line 필터, 1dB의 변환이득과 -20dB의 IIP3점을 얻기 위한 이중게이트 구조를 활용한 격리도가 향상된 주파수 혼합기가 설계되었다. 그리고 각각의 부품들을 제작 및 측정한 결과 시스템에 적용 가능한 것을 확인하였다. 이후 부품들인 SAW 필터, IQ 모듈레이터, 가변 이득 증폭기 및 저역통과 필터 등을 상용칩으로 대체할 수 있도록 상용칩의 데이터를 통한 모의실험을 통하여 그 활용방안을 제안하였다. 마지막으로 설계된 모든 소자들의 모의실험을 통하여 입력 레벨에 따른 가변이득 증폭기의 이득값 변화에 따라 출력이 나오도록 하여, 향후 설계된 소자들을 활용한 모니터링 시스템의 제작을 통하여 부분방전을 모니터링함으로써 초고압 기기의 절연 파괴에 따른 사고를 예방할 수 있을 것으로 사료된다.
In this paper we present the design of broadband Low Noise Amplifier, high isolation mixer for RF front-end part of partial discharge monitoring system. The partial discharge in high voltage power machinery is occurred in less than 1 nano-second as a spark, and the spectrum of partial discharge is b...
In this paper we present the design of broadband Low Noise Amplifier, high isolation mixer for RF front-end part of partial discharge monitoring system. The partial discharge in high voltage power machinery is occurred in less than 1 nano-second as a spark, and the spectrum of partial discharge is broaden to overall frequency. The method of partial discharge monitoring are UHF method and ultrasonic method, and in this paper we choose UHF method for more reliable results, UHF method sensing partial discharge spectrum of UHF band 300MHz ~ 3000MHz which have strong characteristic for external noise The monitoring spectrum range and level of discharge are 300MHz ~ 1500MHz, which has phase information of partial discharge, and -80dBm ~ -30dBm, respectively. And the monitoring system is usually composed of three parts - sensor, RF front-end and digital micro-controller unit. Also we adopt heterodyne, frequency-divided, 3-parallel structure(300MHz ~ 500MHz, 500MHz ~ 1000MHz, 1000MHz ~ 1500MHz) for more efficient spark(partial discharge) scanning. In our study, LNA, mixer and filter are key components of the RF front-end and designed as a hybrid circuit and by using the system budget, specification of each components are decided. The LNA consists of common gate and common source-cascaded structure and uses the resistive feedback for broadband matching. The gain and the noise figure required are 12dB and 3 dB, respectively, and the measure results are 12dB and 2.5dB, respectively. A coupled line structure is utilized to implement the filter, of which size is reduced by the meander structure. The gain and the noise figure required are -2dB and 2 dB, respectively, and the measure results are -2dB and 2dB, respectively. The mixer is designed using dual gate structure for high isolation between RF and local oscillator signal. The conversion gain required is 1dB, and the measure results are -1 ~ 1dB. Others like SAW filter, variable gain amplifier, lowpass filter are replaced by commercial chip-sets, and finally we show that the simulation result with this chip-sets, as a entire receiver, are agree with the system budget. This paper will contribute to sense the broadband partial discharge by using the monitoring system with the broadband low noise amplifier, high isolated mixer.
In this paper we present the design of broadband Low Noise Amplifier, high isolation mixer for RF front-end part of partial discharge monitoring system. The partial discharge in high voltage power machinery is occurred in less than 1 nano-second as a spark, and the spectrum of partial discharge is broaden to overall frequency. The method of partial discharge monitoring are UHF method and ultrasonic method, and in this paper we choose UHF method for more reliable results, UHF method sensing partial discharge spectrum of UHF band 300MHz ~ 3000MHz which have strong characteristic for external noise The monitoring spectrum range and level of discharge are 300MHz ~ 1500MHz, which has phase information of partial discharge, and -80dBm ~ -30dBm, respectively. And the monitoring system is usually composed of three parts - sensor, RF front-end and digital micro-controller unit. Also we adopt heterodyne, frequency-divided, 3-parallel structure(300MHz ~ 500MHz, 500MHz ~ 1000MHz, 1000MHz ~ 1500MHz) for more efficient spark(partial discharge) scanning. In our study, LNA, mixer and filter are key components of the RF front-end and designed as a hybrid circuit and by using the system budget, specification of each components are decided. The LNA consists of common gate and common source-cascaded structure and uses the resistive feedback for broadband matching. The gain and the noise figure required are 12dB and 3 dB, respectively, and the measure results are 12dB and 2.5dB, respectively. A coupled line structure is utilized to implement the filter, of which size is reduced by the meander structure. The gain and the noise figure required are -2dB and 2 dB, respectively, and the measure results are -2dB and 2dB, respectively. The mixer is designed using dual gate structure for high isolation between RF and local oscillator signal. The conversion gain required is 1dB, and the measure results are -1 ~ 1dB. Others like SAW filter, variable gain amplifier, lowpass filter are replaced by commercial chip-sets, and finally we show that the simulation result with this chip-sets, as a entire receiver, are agree with the system budget. This paper will contribute to sense the broadband partial discharge by using the monitoring system with the broadband low noise amplifier, high isolated mixer.
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