본 논문에서는 FMCW레이더 시스템에서 안정된 소스원으로 사용할 수 있는 전압제어 유전체 공진 발진기를 구현하였다. 위상 잡음을 개선하기 위하여 저잡음 특성을 가진 MESFET과 높은 선택도의 유전체 공진기를 사용하였고, 안정된 전압 가변을 하기 위하여 Q같이 높고 가변 특성이 좋은 바렉터 다이오드를 사용하였다. 구현된 회로는 최적의 성능을 갖도록 하모닉 발란시스 시뮬레이션을 사용하였다. 제작된 전압제어 유전체 공진 발진기의 특성을 측정한 결과, 중심 주파수 12.05GHz에서 2.22㏈m 출력 파워와 -30㏈c의 고조파 억압과 중심 주파수 100KHz offest에서 -130㏈c의 매우 좋은 위상잡음 특성을 얻었으며, 바렉터 다이오드에 인가되는 전압의 변화에 따른 주파수 가변 범위는 중심 주파수에서 $\pm$18.7MHz를 얻었다. 제작된 VCDRO는 FMCW의 국부 발진기로 이용될 수 본 논문에서는 FMCW레이더 시스템에서 안정된 소스원으로 사용할 수 있는 전압제어 유전체 공진 발진기를 구현하였다. 위상 잡음을 개선하기 위하여 저잡음 특성을 가진 MESFET과 높은 선택도의 유전체 공진기를 사용하였고, 안정된 전압 가변을 하기 위하여 Q같이 높고 가변 특성이 좋은 바렉터 다이오드를 사용하였다. 구현된 회로는 최적의 성능을 갖도록 하모닉 발란시스 시뮬레이션을 사용하였다. 제작된 전압제어 유전체 공진 발진기의 특성을 측정한 결과, 중심 주파수 12.05GHz에서 2.22㏈m 출력 파워와 -30㏈c의 고조파 억압과 중심 주파수 100KHz offest에서 -130㏈c의 매우 좋은 위상잡음 특성을 얻었으며, 바렉터 다이오드에 인가되는 전압의 변화에 따른 주파수 가변 범위는 중심 주파수에서 $\pm$18.7MHz를 얻었다. 제작된 VCDRO는 FMCW의 국부 발진기로 이용될 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 FMCW레이더 시스템에서 안정된 소스원으로 사용할 수 있는 전압제어 유전체 공진 발진기를 구현하였다. 위상 잡음을 개선하기 위하여 저잡음 특성을 가진 MESFET과 높은 선택도의 유전체 공진기를 사용하였고, 안정된 전압 가변을 하기 위하여 Q같이 높고 가변 특성이 좋은 바렉터 다이오드를 사용하였다. 구현된 회로는 최적의 성능을 갖도록 하모닉 발란시스 시뮬레이션을 사용하였다. 제작된 전압제어 유전체 공진 발진기의 특성을 측정한 결과, 중심 주파수 12.05GHz에서 2.22㏈m 출력 파워와 -30㏈c의 고조파 억압과 중심 주파수 100KHz offest에서 -130㏈c의 매우 좋은 위상잡음 특성을 얻었으며, 바렉터 다이오드에 인가되는 전압의 변화에 따른 주파수 가변 범위는 중심 주파수에서 $\pm$18.7MHz를 얻었다. 제작된 VCDRO는 FMCW의 국부 발진기로 이용될 수 본 논문에서는 FMCW레이더 시스템에서 안정된 소스원으로 사용할 수 있는 전압제어 유전체 공진 발진기를 구현하였다. 위상 잡음을 개선하기 위하여 저잡음 특성을 가진 MESFET과 높은 선택도의 유전체 공진기를 사용하였고, 안정된 전압 가변을 하기 위하여 Q같이 높고 가변 특성이 좋은 바렉터 다이오드를 사용하였다. 구현된 회로는 최적의 성능을 갖도록 하모닉 발란시스 시뮬레이션을 사용하였다. 제작된 전압제어 유전체 공진 발진기의 특성을 측정한 결과, 중심 주파수 12.05GHz에서 2.22㏈m 출력 파워와 -30㏈c의 고조파 억압과 중심 주파수 100KHz offest에서 -130㏈c의 매우 좋은 위상잡음 특성을 얻었으며, 바렉터 다이오드에 인가되는 전압의 변화에 따른 주파수 가변 범위는 중심 주파수에서 $\pm$18.7MHz를 얻었다. 제작된 VCDRO는 FMCW의 국부 발진기로 이용될 수 있음을 확인하였다.
In this paper, a VCDRO(Voltage Control Dielectric Resonator Oscillator) applied to FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)Radar as stable source is implemented and constructed with a MESFET(Metal-semiconductor Field-Effect Transistor) for low noise, a dielectric resonate. of high frequency selecti...
In this paper, a VCDRO(Voltage Control Dielectric Resonator Oscillator) applied to FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)Radar as stable source is implemented and constructed with a MESFET(Metal-semiconductor Field-Effect Transistor) for low noise, a dielectric resonate. of high frequency selectivity, and high Q varator diode to obtain a good phase noise performance and stable sweep characteristics. The designed circuits is simulated thrash harmonic balance simulation technique to provide the optimum performance. The measured result of a fabricated VCDRO shows that output is 2.22㏈m at 12.05GHz, harmonic suppression -30㏈c, phase noise -130㏈c at 100KHz offset, and sweep range of varator diode $\pm$18.7MHz, respectively. This oscillator will be available to FMCW Radar.
In this paper, a VCDRO(Voltage Control Dielectric Resonator Oscillator) applied to FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)Radar as stable source is implemented and constructed with a MESFET(Metal-semiconductor Field-Effect Transistor) for low noise, a dielectric resonate. of high frequency selectivity, and high Q varator diode to obtain a good phase noise performance and stable sweep characteristics. The designed circuits is simulated thrash harmonic balance simulation technique to provide the optimum performance. The measured result of a fabricated VCDRO shows that output is 2.22㏈m at 12.05GHz, harmonic suppression -30㏈c, phase noise -130㏈c at 100KHz offset, and sweep range of varator diode $\pm$18.7MHz, respectively. This oscillator will be available to FMCW Radar.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 안정된 발진을 하면서 위상잡음 특성과 고조파 특성이 우수하도록 구현하고자 흐卜며, 구현된 회로는 HP사의 ADS를 이용하여 최적화하였다.
본 논문에서는 FMCW레이더에서 사용할 수 있는 전압 제어 유전체 공진 발진기를 설계하고 제작하였다.
제안 방법
stub를 사용하였다. X/4 마이크로스트립 라인은 RF 신호선에 비해 높은 임피던스 특성(125Q) 올 갖도록 설계하였다.
3V, /<*=20mA인 점을 선택하였다. 또한 발진기의 동조 방법에는 기계적 동조와 전기적인 동조 방법 이 있는데, 본 논문에서는 바랙터 다이오드를 이용한 전기적 동조 방법을 사용하였다. 이때 바랙터다이오드가 소자의 직렬 또는 병렬로 직접 연결되어지면 발진기의 위상잡음 특성이 감소하므로 직렬 궤환 형태를 가지는 발진기의 유전체 공진기에바랙터 다이오드가 연결된 마이크로스트립 전송선로를 결합시켜 공진주파수를 변화시킴으로써 주파수 동조를 얻는 방법을 사용하여 위상잡음을 줄이도록 하였다.
설계한 VCDRO의 회로로써 그림 3에서의 직렬궤환 회로는 부성저항을 발생시키기 위해 공통 소스 단자에 리액턴스 소자를 직렬로 연결하여 길이를 최적화하였다.
소신호 파라미터에 의해 설계된 발진기 회로에서 계산된 부하 임피던스 瓦을 50Q과 정합이 되도록 오픈 스터브를 사용한 출력 정합 회로를 구성한 후, 출력 전력, 고조파 특성 등 트랜지스터의 비선형 특성에 의해 발생되는 발진 특성 예측을 하기 위하여 HP사의 ADS를 이용하여 하모닉 발란시스시뮬레이션을 하였다.
또한 발진기의 동조 방법에는 기계적 동조와 전기적인 동조 방법 이 있는데, 본 논문에서는 바랙터 다이오드를 이용한 전기적 동조 방법을 사용하였다. 이때 바랙터다이오드가 소자의 직렬 또는 병렬로 직접 연결되어지면 발진기의 위상잡음 특성이 감소하므로 직렬 궤환 형태를 가지는 발진기의 유전체 공진기에바랙터 다이오드가 연결된 마이크로스트립 전송선로를 결합시켜 공진주파수를 변화시킴으로써 주파수 동조를 얻는 방법을 사용하여 위상잡음을 줄이도록 하였다. 그림 3은 바랙터 다이오드가 연결된 유전체 공진 발진기의 구조를 나타낸다.
전압 제어 유전체 공진 발진기(VCDRO)는 유전체 공진기의 결합위치에 따라 크게 병렬 궤환 발진기, 반사형 발진기, 직렬 궤환 발진기로 나눌 수 있으며, 출력단에 유전체 공진기를 결합하는 병렬 궤 환형 이나 반사형은 능동소자의 자체 궤환없이도 발진하는 장점이 있으나, 발진기의 전체 적인 성능 저하나 주파수의 변화를 일으키는 단점 이 있으므로본 논문에서는 직렬 궤환형 발진기로 설계하였다.
최적화된 회로는 유전율 £=3.5 이고 두께 H=20mil인 TACONIC사의 RF35 마이크로 스트립기판 위에 구현하여 FMCW레이더용 전압제어 유전체 공진 발진기를 설계 . 제작하고자 한다.
대상 데이터
DC 바이어스 희로는 RF 신호에 대해서는 개방되어 RF 신호가 DC 바이어스 라인으로 커플링 되는 것을 방지하도록 X/4 마이크로스트립 라인과 radial stub를 사용하였다. X/4 마이크로스트립 라인은 RF 신호선에 비해 높은 임피던스 특성(125Q) 올 갖도록 설계하였다.
그림 7의 설계된 VCDRO 회로는 유전율이 3.5 이고 두께가 20mil인 TACONIC사의 RF35 기판 위에 제작하였고, MESFET는 저잡음 특성을 가지고 있는 NEC사의 NE32584C를 사용하였으며, 가변특성이 우수한 바렉터 다이오드는 M/A-COM사의 MA46451 를 또 높은 Q값을 갖는 유전체 공진기는아이텍사의 IDR03를 주문하여 사용하였다. 그림 9 는 설계된 VCDRO의 레이아웃을 보여준다.
이를 위하여 NEC사의 NE32584C MESFET은 등가회로 모델을 이용하였고, 유전체 공진기는 아이텍사의 IDR03을 주문 제작하여 바렉터와 결합 된 등가회로를 구현하여 R, L, C파라미터를 추출하였으며, 설계 및 시뮬레이션은 HP사의 ADS를 이용하였다. 제작용 기판은 유전율이 3.
제작용 기판은 유전율이 3.5이고 두께가 20mil인 TACONIC사의 RF35기판을 사용하였다. 제작된 발진기의 성능은 HP사의 스펙트럼 분석기(E 4407B)를 이용하여 측정하였고 게이트 바이어스가 -0.
성능/효과
5이고 두께가 20mil인 TACONIC사의 RF35기판을 사용하였다. 제작된 발진기의 성능은 HP사의 스펙트럼 분석기(E 4407B)를 이용하여 측정하였고 게이트 바이어스가 -0.3V이고 드레인 인가 전압은 2V에서 중심주파수 12.05曲에서 2.2dBm으로 양호한 주파수 웅답과 2V에서 20V의 가변 전압에서 주파수 가변 범위는 중심 주파수에서 ±18.7MHz를, 위상 잡음은 100 此 대역폭에서 -130dBc로 설계치 보다는 더 우수한 위상 잡음특성을 보였다. 고조파 응답은 2차 고조파에서 -30dBc로 설계치와 같은 값을 얻었다.
측정 결과 주파수 특성은 중심 주파수 12.05애z에서 2.22dBm의 출력과 2V에서 20V의 가변 전압에서 주파수 가변 범위는 중심 주파수에서 ±18.7眦로시뮬레이션 결과와는 다소 차이가 있었고, 고조파웅답은 2차 고조파에서 -30dBc로 설계치와 같고, 위상 잡음은 RBW롤 10曲로 측정한 결과 lOOMfc offset 주파수에서 -91dBc로 설계치 보다 매우 우수한 값이 측정되었다.
후속연구
설계, 제작된 전압 제어 유전체 공진 발진기 는 체 배기를 이용한다면 FMCW레이더용 국부 발진기로 사용할 수 있을 것이다.
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