본 논문에서는 Ka 대역에서 동작하는 송수신기에 쉽게 집적화 할 수 있는 프로브 구조를 이용한 도파관-마이크로스트립 트랜지션을 설계 및 제작하였다. 도파관-마이크로스트립 트랜지션은 프로브, 인덕턴스 선로, ${\lambda}/4$ 임피던스 변환기, 그리고 $50{\Omega}$마이크로스트립 선로로 구성되어있으며, 각 구성 요소들의 특성 임피던스 및 길이를 시뮬레이션을 통해 최적화하였다. 제작된 트랜지션의 측정결과, $30{\sim}40GHz$ 대역 내에서 평균 1.3 dB의 삽입손실 특성, 14 dB이하의 입출력 반사 손실특성을 나타내었다. 마이크로스트립 선로 및 입출력 도파관의 손실을 고려하여 하나의 변환 구조 당 삽입 손실은 $0.5{\sim}0.6dB$ 정도이다.
본 논문에서는 Ka 대역에서 동작하는 송수신기에 쉽게 집적화 할 수 있는 프로브 구조를 이용한 도파관-마이크로스트립 트랜지션을 설계 및 제작하였다. 도파관-마이크로스트립 트랜지션은 프로브, 인덕턴스 선로, ${\lambda}/4$ 임피던스 변환기, 그리고 $50{\Omega}$ 마이크로스트립 선로로 구성되어있으며, 각 구성 요소들의 특성 임피던스 및 길이를 시뮬레이션을 통해 최적화하였다. 제작된 트랜지션의 측정결과, $30{\sim}40GHz$ 대역 내에서 평균 1.3 dB의 삽입손실 특성, 14 dB이하의 입출력 반사 손실특성을 나타내었다. 마이크로스트립 선로 및 입출력 도파관의 손실을 고려하여 하나의 변환 구조 당 삽입 손실은 $0.5{\sim}0.6dB$ 정도이다.
We report the waveguide to microstrip transition using probe structure for Ka-band transceiver. The waveguide to microstrip transition is composed of probe, inductive line, ${\lambda}/4$ impedance transformer, and $50{\Omega}$ microstrip line. For design of the transition, we o...
We report the waveguide to microstrip transition using probe structure for Ka-band transceiver. The waveguide to microstrip transition is composed of probe, inductive line, ${\lambda}/4$ impedance transformer, and $50{\Omega}$ microstrip line. For design of the transition, we optimized the characteristic impedances and the lengths of the component parts. The fabricated transition exhibits an insertion loss of 1.3 dB and the input/output return losses of below 14 dB between 30 and 40 GHz. The insertion loss of each transition is about $0.5{\sim}0.6dB$, considering the losses in the microstrip line and input/output waveguides.
We report the waveguide to microstrip transition using probe structure for Ka-band transceiver. The waveguide to microstrip transition is composed of probe, inductive line, ${\lambda}/4$ impedance transformer, and $50{\Omega}$ microstrip line. For design of the transition, we optimized the characteristic impedances and the lengths of the component parts. The fabricated transition exhibits an insertion loss of 1.3 dB and the input/output return losses of below 14 dB between 30 and 40 GHz. The insertion loss of each transition is about $0.5{\sim}0.6dB$, considering the losses in the microstrip line and input/output waveguides.
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문제 정의
본 논문에서는 프로브를 이용한 Ka 대역 도파관-마이크로 스트립 트랜지션을 설계 및 제작하였다. Ka 대역 도파관-마이크로스트립 트랜지션은 프로브, 인덕턴스선로, \/4임피던스 변환기, 그리고 50 Q 마이크로 스트립 선로로 구성되어 있다.
제안 방법
즉, backshort 는 도파관으로 전달된 신호가- Z축 방향으로 방사되는 것을 억제한다. 50 Q 마이크로스트립선로와의 임피던스 매칭을 위하여, 캐패시턴스 값을 가지며 공진하는 프로브에 인덕턴스선로를 직렬로 연결하여 저항 값만 갖도록 한다. 또한, X/4 임피던스 변환기는 인덕턴스 선로 단에서 저항값만 갖는 입력임피던스와 50 Q 마이크로 스트립 선로를 매칭시켜준다.
Ka 대역도파관-마이크로스트립 트랜지션은 시뮬레이터 gS를 이용하여 설계 및 최적화를 하였다. 대기 내에서 적은 감쇠 특성으로 인해, 소형 레이더 시스템 등의 응용에 사용되는 35 GHz를 중심 주파수로 설계하였다.
대기 내에서 적은 감쇠 특성으로 인해, 소형 레이더 시스템 등의 응용에 사용되는 35 GHz를 중심 주파수로 설계하였다.
최적화하였다. 또한, 캐패시턴스 값을 갖는 프로브에 같은 너비와 길이를 갖는 인덕턴스 선로를 직렬로 연결하여 저항값만 갖도록 설계하였다. 그림 2는 프로브단 및 프로브에 인덕턴스 선로를 직렬로 연결한 단에서의 입력 임피던스 시뮬레이션 결과를 보여준다.
본 논문에서는, 도파관의 전송 방향과 신호의 전송 방향이 90°를 이루는 Ka 대역 송수신기에 쉽게 집적화할 수 있는 낮은 변환 및 반사 손실, 저가격, 제작의 편리성, 그리고 간단한 구조를 갖는 프로브를 이용한 Ka 대역 도파관-마이크로스트립 트랜지션을 설계 및 제작하였다.
Ka 대역 도파관-마이크로스트립 트랜지션은 프로브, 인덕턴스선로, \/4임피던스 변환기, 그리고 50 Q 마이크로 스트립 선로로 구성되어 있다. 트랜지션 설계를 위해서 HFSS를 이용한 시뮬레이션을 통하여 각 구성 요소들의 특성 임피던스와 길이를 최적화하고 검증을 수행하였다.
프로브의 너비와 길이는 荚 GHz 안테나 공진 소자 크기보다 작으면서 가능한 작은 크기로 시뮬레이터를 통해 최적화하였다. 또한, 캐패시턴스 값을 갖는 프로브에 같은 너비와 길이를 갖는 인덕턴스 선로를 직렬로 연결하여 저항값만 갖도록 설계하였다.
데이터처리
전송선로의 너비 및 길이 등은 ADS 프로그램의 LineCaic을 이용하여 계산한 후, HFSS를 이용하여 전체 회로 패턴을 검증하고 최적화하였다.
제작된 트랜지션의 특성은 30-40 GHz의 주파수 영역에서 Agilent ME7808A vector network analyzer를 이용하여 분석하였다. 그림 5는 Ka 대역 도파관-마이크로 스트립 트랜지션의 시뮬레이션된 S-parameter 특성과 측정된 S-parameter 특성의 비교 결과를 나타내었다.
성능/효과
6 dB 정도이다. 또한 중심 주파수 35 GHz에서 삽입 손실은 U dB, 입출력 반사 손실은 29 dB 이며, 시뮬레이션 결과와 측정 결과는 거의 일치하였다.
그림 5는 Ka 대역 도파관-마이크로 스트립 트랜지션의 시뮬레이션된 S-parameter 특성과 측정된 S-parameter 특성의 비교 결과를 나타내었다. 비교 결과, 약간의 특성차이는 존재하지만 전체적으로 잘 일치한다. 제작된 트랜지션의 S-parameter 특성 측정 결과 30〜40 GHz 대역 내에서 평균 1.
설계 및 제작된 도파관-마이크로스트립 트랜지션은 간단한 구조로 구현이 가능하고, 낮은 변환 및 반사 손실 특성을 보여줌으로써 Ka 대역 송수신기에 쉽게 집적화 할 수 있다.
제작된 트랜지션은 30-40 GHz 대역 내에서 평균 1.3 dB의 삽입 손실 특성, 14 dB이하의 입출력 반사 손실 특성을 나타내었다. 마이크로스트립선로 및 입출력 도파관의 손실을 고려하여 하나의 변환 구조당 삽입손실은 0.
비교 결과, 약간의 특성차이는 존재하지만 전체적으로 잘 일치한다. 제작된 트랜지션의 S-parameter 특성 측정 결과 30〜40 GHz 대역 내에서 평균 1.3 dB의 삽입 손실 특성, 14 dB이하의 입출력 반사 손실 특성을 나타내었다. 마이크로스트립선로 및 입출력 도파관의 손실을 고려하여 하나의 변환 구조당 삽입 손실은 0.
참고문헌 (5)
윤양훈, 정진호, 천창률, 김동욱, 정기웅, 박공만, 권영우, "Finline을 이용한 75-90 GHz 도파관-마이크로스트립 변환구조 최적설계 및 제작," 1998년도 추계 마이크로파 및 전파 학술대회 논문집, pp. 101-103
Yi Chi Shih, Thuy Nhung Ton, and Long Q. Bui, "Waveguide-to-microstrip transitions for millimeter-wave applications," in IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., pp. 473-475, 1988
Yoke Choy Leong, and Sander Weinreb, "Full band waveguide-to-microstrip probe transitions," in IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., pp. 1435-1438, 1999
J. H. C. van Heuven, "A new Integrated waveguide-microstrip transition," IEEE Trans. Microwave Theory & Tech., vol. MTT-24, pp. 144-147, Mar. 1976
Hui Wen Yao, Amr Abdelmonem, Ji Fuh Liang, and Kawthar A. Zaki, "Analysis and design of microstrip-to-waveguide transitions," IEEE Trans. Microwave Theory & Tech., vol. MTT-42, pp. 2371-2380, Dec. 1994
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