[논문]CMRC 여파기를 이용한 2.4 GHz 대역의 VCO 설계

정승백; 이종민; 양승인

doi:10.5515/kjkiees.2007.18.9.1083

초록
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본 논문에서는 무선 통신 기기의 주요 부품인 VCO(Voltage Controled Oscillator)의 고조파 특성을 개선시키기 위하여 CMRC(Compact Microstrip Resonant Cell) 구조를 이용한 여파기를 공진기 후단에 적용하였다. CMRC 여파기는 PBG, DGS 등 다른 여파기에 비하여 그 크기가 소형일 뿐 아니라 제작이 용이한 장점을 가지고 있다. 본 논문에서 제안한 CMRC를 이용한 VCO의 2차 고조파 특성은 -42.83 dBc, 위상 잡음 특성은 100 kHz offset에서 -95.83 dBc/Hz이었다. CMRC를 공진기 후단에 연결하는 것이 CMRC를 공진기로 이용하는 것보다 2차 고조파 특성은 약 15.73 dB, 위상 잡음은 약 31.13 dB 개선되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we applied the CMRC to a resonator to improve the harmonic characteristic of VCO. The CMRC filters have some advantage. It is a small size as well as easy to manufacture than PBG, DGS and other filters. This paper was proposed by using CMRC for a VCO. The second harmonic of -42.83 dBc...

In this paper, we applied the CMRC to a resonator to improve the harmonic characteristic of VCO. The CMRC filters have some advantage. It is a small size as well as easy to manufacture than PBG, DGS and other filters. This paper was proposed by using CMRC for a VCO. The second harmonic of -42.83 dBc and the phase noise at 100 kHz offset of -95.83 dBc/Hz was achieved, respectively. The VCO has better second harmonic character by 15.73 dB and phase noise by 31.13 dB in case of CMRC applied behind a resonator than CMRC used as a resonator.

주제어

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문제 정의

CMRC 여파기를 공진부 후단에 설치하는 것을 본 논문에서 제안하였으며, 이를 실험을 통하여 성능을 검증하였다. 그 결과, CMRC 구조를 공진기로 사용한 것보다 CMRC 구조를 공진기 후단에 적용함으로써 발진 주파수의 2차 고조파 성분을 억제하여 2차고 조파는 15.
본 논문에서 제안한 CMRC 구조를 공진기 후단에 적용한 VCO를 설계하였다.

제안 방법

CMRC 구조는 전력 증폭기 등 다양한 회로에 적용 가능하고 전력 증폭기 적용시 3차 IMD(Intermodulation Distortion) 특성을 개선시키는 효과가 있는 것으로 알려졌다', 본 논문에서는 CMRC 구조를 이용하여 특정 대역을 저지함으로써 위에 예시한 일반적인 방법보다 좀 더 단순하고 크기도 작으면서 성능도 개선시킨 VCO를 설계 및 제작하였다.
2인 TACONIC-TLC 기판을 사용하였다. 또한 능동 소자가 부성 저항을 갖게 하기 위한 임피던스 변환 회로를 마이크로스트립 라인과 L, C를 조합하여 구성하였다. 공진기는 일반적인 마이크로 스트립라인으로 만든 LC 공진기를 이용하였다.
본 논문에서 제안한 VCO와 CMRC를 적용하지 않은 oscillator 그리고 CMRC를 공진부로 사용한 oscillator闾의 결과를 비교하였다.
위의 결과를 바탕으로 본 논문에서 제안한 CMRC 를 적용한 VCO를 제작하였고, 성능의 검증을 위하여 추가로 CMRC를 적용하지 않은 발진기를 제작하여 비교 측정하였다.

대상 데이터

또한 능동 소자가 부성 저항을 갖게 하기 위한 임피던스 변환 회로를 마이크로스트립 라인과 L, C를 조합하여 구성하였다. 공진기는 일반적인 마이크로 스트립라인으로 만든 LC 공진기를 이용하였다. 본 논문에서 제안하는 CMRC는 그림 4의 0 부분으로 LC 공진기 후단에 위치시켰다.
따라서 CMRC 구조의 등가 회로는 그림 2와 같이 된다. 본 논문에서 제안한 CMRC 구조의 크기는 ei=5.22 mm, 甲2=2.6 mm, 所3=0.5 mm, ^4=0.5 mm, L\= 17.1 mm, Li= 12.5 mm, Le= 0.5 mm로 설계하였다. CMRC의 설계는 논문团을 바탕으로 설계되었으며, 그림 I의 幻과 ㎛을 조정함으로써 차단 주파수를 조정할 수 있다.
본 논문에서 제안한 VCO를 제작하기 위해 사용된 능동 소자는 NE3210S1 이다. 사용된 기판은 유전율 3.
능동 소자는 NE3210S1 이다. 사용된 기판은 유전율 3.2인 TACONIC-TLC 기판을 사용하였다. 또한 능동 소자가 부성 저항을 갖게 하기 위한 임피던스 변환 회로를 마이크로스트립 라인과 L, C를 조합하여 구성하였다.

데이터처리

제작한 oscillator와의 제안된 VCO의 결과 값은 표 2에 비교하였다.

성능/효과

그 결과, CMRC 구조를 공진기로 사용한 것보다 CMRC 구조를 공진기 후단에 적용함으로써 발진 주파수의 2차 고조파 성분을 억제하여 2차고 조파는 15.73 dB, 그리고 위상 잡음은 31.13 dB의 성능 개선 효과를 확인하였다. 또한, 일반적인 마이크로 스트립 라인 LC 공진기를 이용한 발진기에 CMRC를 적용한 경우도 2차 고조파는 26.
13 dB의 성능 개선 효과를 확인하였다. 또한, 일반적인 마이크로 스트립 라인 LC 공진기를 이용한 발진기에 CMRC를 적용한 경우도 2차 고조파는 26.83 dB, 그리고 위상 잡음은 13.33 dB의 성능 개선을 보였다. 향후 Q 값이 높은 공진기를 이용하여 설계하면 좀 더 높은 성능을 얻을 것으로 기대된다.
본 논문에서 제안한 CMRC 구조는 회로의 크기를 감소시키면서 제작도 용이한 장점이 있다. CMRC 구조는 전력 증폭기 등 다양한 회로에 적용 가능하고 전력 증폭기 적용시 3차 IMD(Intermodulation Distortion) 특성을 개선시키는 효과가 있는 것으로 알려졌다', 본 논문에서는 CMRC 구조를 이용하여 특정 대역을 저지함으로써 위에 예시한 일반적인 방법보다 좀 더 단순하고 크기도 작으면서 성능도 개선시킨 VCO를 설계 및 제작하였다.
표 3에서 보는 것과 같이 Oscillator와 비교했을 경우, 본 논문에서 제안한 VCO의 2차 고조파 막성은 26.83 dB, 그리고 100 kHz Offset에서의 위상 잡음은 13.33 dB의 성능 개선을 보였다.
印와의 결과를 비교하였다. 표 4와 같이 CMRC릅단일 공진기로 사용한 VCO的와의 비교에서는 2차고조파 특성은 15.73 dB, 위상 잡음은 31.13 dB의 성능 개선을 보였다,

후속연구

33 dB의 성능 개선을 보였다. 향후 Q 값이 높은 공진기를 이용하여 설계하면 좀 더 높은 성능을 얻을 것으로 기대된다.

참고문헌 (4)

양승인, 손형길, 'Compact microstrip resonant cell을 이용한 전력증폭기의 선형화 개선에 관한 연구', 한국전자파학회논문지, 16(2), pp. 149-153, 2005년 2월

원문보기 상세보기
D. Nesic, 'A new type of slow wave 1D PBG microstrip BPF', Microwave Optical Tech. Letter, vol. 37, no. 5, pp. 201-203, May 2003

상세보기
Kam Man Shum, Xue Quan, Chi Yuk Chiu, and Chi Hou Chan, 'Compact BPF using CMRC', Proceedings of Asia-Pacific Microwave Conference, pp. 93-95, 2003
Quan Xue, Kam Man Shum, and Chi Hou Chan, 'Novel oscillator incorporating a compact microstrip resonant cell', IEEE Microwave and Wirless Components Letter, vol. 11, no. 5, pp. 202-204, May 2001

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