결함접지구조와 집중소자를 지닌 초고주파 전송선로의 전기적 특성 연구 A Study on the Characteristics of Microwave Transmission Lines Having Defected Ground Structures and Lumped Elements원문보기
본 논문은 집중소자가 결합된 결함접지구조를 갖는 초고주파 전송선로의 전기적 특성에 관하여 기술하고 있다. 주기구조의 일종인 결함접지구조를 전송선로에 삽입하면, 등가의 부가적인 인덕턴스와 캐패시턴스에 의하여 표준형 전송선로에는 없던 저역통과, 대역차단 또는 대역통과 특성이 발생하며, 전송선로의 전기적 길이가 늘어나는 지연파 특성이 나타난다. 여기에 다시 저항, 캐패시터, 인덕터와 같은 집중소자가 결합되면 공진주파수의 변화를 포함한 다양한 전송특성의 변화가 발생한다. 본 논문에는 결합되는 집중소자들의 값에 따른 DGS 전송선로의 특성 변화를 예측하고 실험적으로 검증하였다.
본 논문은 집중소자가 결합된 결함접지구조를 갖는 초고주파 전송선로의 전기적 특성에 관하여 기술하고 있다. 주기구조의 일종인 결함접지구조를 전송선로에 삽입하면, 등가의 부가적인 인덕턴스와 캐패시턴스에 의하여 표준형 전송선로에는 없던 저역통과, 대역차단 또는 대역통과 특성이 발생하며, 전송선로의 전기적 길이가 늘어나는 지연파 특성이 나타난다. 여기에 다시 저항, 캐패시터, 인덕터와 같은 집중소자가 결합되면 공진주파수의 변화를 포함한 다양한 전송특성의 변화가 발생한다. 본 논문에는 결합되는 집중소자들의 값에 따른 DGS 전송선로의 특성 변화를 예측하고 실험적으로 검증하였다.
In this paper, the transfer characteristics of high frequency transmission line having defected ground structure (DGS) and lumped elements are described. When a DGS, which is a kind of periodic structure, is inserted into a transmission line, its equivalent inductance and capacitance elements are ad...
In this paper, the transfer characteristics of high frequency transmission line having defected ground structure (DGS) and lumped elements are described. When a DGS, which is a kind of periodic structure, is inserted into a transmission line, its equivalent inductance and capacitance elements are added to the characteristics of the standard transmission line. This generates resonance, 3dB cut-off frequency, low-pass, band rejection, and band pass characteristics, and causes a slow-wave and enlarged electrical length of the transmission line. In addition, if the DGS is combined by a lumped element such as resistor, capacitor, and inductor, the resonant and cut-off frequencies moves up or down and other changes occur in the transmission characteristics. The variation of the transmission characteristics is described with the qualitative prediction and measured data.
In this paper, the transfer characteristics of high frequency transmission line having defected ground structure (DGS) and lumped elements are described. When a DGS, which is a kind of periodic structure, is inserted into a transmission line, its equivalent inductance and capacitance elements are added to the characteristics of the standard transmission line. This generates resonance, 3dB cut-off frequency, low-pass, band rejection, and band pass characteristics, and causes a slow-wave and enlarged electrical length of the transmission line. In addition, if the DGS is combined by a lumped element such as resistor, capacitor, and inductor, the resonant and cut-off frequencies moves up or down and other changes occur in the transmission characteristics. The variation of the transmission characteristics is described with the qualitative prediction and measured data.
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문제 정의
집중 소자 1과 2는 같은 종류의 집중소자일 수도 있고 다를 수도 있으며, 또한 같은 종류라 하더라도 서로 값이 다를 수 있다. 그러나 전송특성의 예측 가능성과 측정된 데이터를 비교하는데 있어서의 편리성을 위하여 본 연구에서는 같은 종류의 같은 값을 지니는 집중소자를 연결하였다.
한편 EM 시뮬레이터가 접지 도체면 위의 임의의 위치에 집중소자를 부착하였을 때의 3차원적인 구조와 집중 소자의 구성 요소를 인식하지 못하므로 이에 대한 EM 시뮬레이션을 실행하기는 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 집중소자의 부착에 따른 전송선로 특성의 변화를 정성적으로 예측하고, 측정을 통하여 검증하는 방법을 취 하였다.
본 논문에서는 표준형 마이크로파 전송선로에 DGS를 연결했을 때 주파수 특성의 변화와 모델링에 대하여 간 단히 언급하고, 이 때의 특성과 결합하기 위하여 집중소 자형 저항, 캐패시터, 인덕터를 연결하여 주파수에 따른 전달특성의 변화를 예측하고 실험적으로 검증하였다.
최근에 초고주파용 마이크로스트립(microstrip) 또는 CPW(coplanar waveguide) 전송선로에 DGS를 인가하여 새로운 전송선로의 특성을 얻어내고, 이를 무선회로에 적 용하는 연구가 매우 활발하게 진행되고 있다본 논문에서는 전송선로에 DGS를 삽입하는 것에 더하여 DGS] 집중소자(lumped elements)들을 결합하여 전송선 로의 전기적 특성이 어떻게 변화하는지를 고찰하고자 한다. 이를 바탕으로 다양한 무선회로 설계에 응용할 수 있는 가능성에 대하여도 살펴보고자 한다.
이제 DGS와 인덕터를 결합한 경우에 대하여 전송선 로의 전달 특성에 대하여 알아보겠다. 본 연구에서는 집 중소자형 인덕터의 값을 1.
최근에 초고주파용 마이크로스트립(microstrip) 또는 CPW(coplanar waveguide) 전송선로에 DGS를 인가하여 새로운 전송선로의 특성을 얻어내고, 이를 무선회로에 적 용하는 연구가 매우 활발하게 진행되고 있다본 논문에서는 전송선로에 DGS를 삽입하는 것에 더하여 DGS] 집중소자(lumped elements)들을 결합하여 전송선 로의 전기적 특성이 어떻게 변화하는지를 고찰하고자 한다. 이를 바탕으로 다양한 무선회로 설계에 응용할 수 있는 가능성에 대하여도 살펴보고자 한다.
제안 방법
그림 1의 DGS를 지닌 전송선로에 집중소자를 결합한 모습을 그림 6에 나타내었다. DGS에 의한 등가의 인덕턴 스는 정사각형 모양의 결함 면적 (defected area)에 기인 하고, 등가의 캐패시턴스는 연결 슬롯(connecting slot)에 기인하는데, 연결 슬롯 위에 집중회로 소자를 병렬로 결 합함으로써 그 특성에 변화를 주기 위해서 그림 6과 같이 집중소자의 결합 위치를 선택하였다. 집중 소자 1과 2는 같은 종류의 집중소자일 수도 있고 다를 수도 있으며, 또한 같은 종류라 하더라도 서로 값이 다를 수 있다.
성능/효과
집중소자형 캐패시터를 DGS에 연결했을 경우에는, 적은 C값일 때 예상대로 DGS에 의한 공진주파수 특성이 낮은 주파수 쪽으로 이동하는 현상을 보였다. C값을 증 가했을 때는 공진주파수가 크게 낮아짐과 동시에 Q 값이 크게 높아졌으며, 공진주파수 바로 위에서부터는 캐패시 터가 인덕터로 동작하므로 마치 인덕터를 연결했을 때와 같은 전송특성을 보임을 실험적으로 확인하였다.
인덕터의 값이 큰 경우에는 집중소 자형 인덕터의 L 값에 존재하는 일반적 오차 범위와 인 덕터가 갖는 기생 캐패시턴스 성분에 의한 주파수 특성 의 오차가 존재하였다. 그러나 어떤 경우이든 DGS에 인 덕터를 결합하여 주파수 특성을 변화시킬 수 있다는 사 실을 검증하였다.
본 논문을 통하여 DGS와 결합한 집중소자를 갖는 초고주파 전송선로의 전달 특성이 집중소자의 종류와 값에 따라 변할 수 있음을 확인하였다. 본 논문의 연구 결과는 초고주파 회로의 성능을 가변하거나 미세조정할 필요가 있는 응용에서, 저항, 캐패시터, 인덕터를 활용하여 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
집중소자형 캐패시터를 DGS에 연결했을 경우에는, 적은 C값일 때 예상대로 DGS에 의한 공진주파수 특성이 낮은 주파수 쪽으로 이동하는 현상을 보였다. C값을 증 가했을 때는 공진주파수가 크게 낮아짐과 동시에 Q 값이 크게 높아졌으며, 공진주파수 바로 위에서부터는 캐패시 터가 인덕터로 동작하므로 마치 인덕터를 연결했을 때와 같은 전송특성을 보임을 실험적으로 확인하였다.
한편 집중소자형 인덕터를 DGS에 연결했을 때는 최 종적 인 등가 L-C 값과 그에 따른 주파수 전달 특성에 있어서 예측값과 측정값이 유사한 경향을 보임을 확인하였다. 특히 DGS에 결합되는 인덕터의 값이 작은 경우에 더욱 정확성이 높았다.
후속연구
본 논문을 통하여 DGS와 결합한 집중소자를 갖는 초고주파 전송선로의 전달 특성이 집중소자의 종류와 값에 따라 변할 수 있음을 확인하였다. 본 논문의 연구 결과는 초고주파 회로의 성능을 가변하거나 미세조정할 필요가 있는 응용에서, 저항, 캐패시터, 인덕터를 활용하여 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
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