본 논문에서는 위상잡음 특성을 개선하기 위하여 spiral 공진기를 이용한 전압제어 발진기를 제안하였다. Spiral 공진기는 작은 면적, 저지대역에서 날카로운 스커트 특성과 낮은 삽입손실, 큰 결합 계수 값을 가지고 있고, 이로 인해 높은 Q 값을 가지며 전압 제어 발진기의 위상 잡음을 감소시킨다. 공진기의 Q 값이 높아짐에 따라 좁아지는 주파수 조절 범위를 높이기 위하여 버랙터 다이오드를 조절 가능한 부성저항에 연결하였다. 전압 제어발진기는 $5.686{\sim}5.841GHz$에서 발진이 일어났고, 출력은 11.83 dBm, 하모닉 특성은 -29.83 dBc, 위상 잡음 특성은 100 KHz offset에서 $-115.16{\sim}115.17dBc/Hz$이다.
본 논문에서는 위상잡음 특성을 개선하기 위하여 spiral 공진기를 이용한 전압제어 발진기를 제안하였다. Spiral 공진기는 작은 면적, 저지대역에서 날카로운 스커트 특성과 낮은 삽입손실, 큰 결합 계수 값을 가지고 있고, 이로 인해 높은 Q 값을 가지며 전압 제어 발진기의 위상 잡음을 감소시킨다. 공진기의 Q 값이 높아짐에 따라 좁아지는 주파수 조절 범위를 높이기 위하여 버랙터 다이오드를 조절 가능한 부성저항에 연결하였다. 전압 제어발진기는 $5.686{\sim}5.841GHz$에서 발진이 일어났고, 출력은 11.83 dBm, 하모닉 특성은 -29.83 dBc, 위상 잡음 특성은 100 KHz offset에서 $-115.16{\sim}115.17dBc/Hz$이다.
In this paper, low phase noise VCO using novel compact microstrip spiral resonator is proposed. A spiral resonator has super compact dimension, low insertion losses in the passband and high level of rejection in the stopband with sharp cutoff and a large coupling coefficient value, which makes a hig...
In this paper, low phase noise VCO using novel compact microstrip spiral resonator is proposed. A spiral resonator has super compact dimension, low insertion losses in the passband and high level of rejection in the stopband with sharp cutoff and a large coupling coefficient value, which makes a high Q value, and has reduced the phase noise. To increase the tuning range of VCO, varactor diode has been connected at the tunable negative resistance in VCO. This VCO has presented the oscillation frequency of $5.686{\sim}5.841GHz$, harmonics -29.83 dBc and phase noise of $-115.16{\sim}-115.17dBc/Hz$ at the offset frequency of 100 KHz.
In this paper, low phase noise VCO using novel compact microstrip spiral resonator is proposed. A spiral resonator has super compact dimension, low insertion losses in the passband and high level of rejection in the stopband with sharp cutoff and a large coupling coefficient value, which makes a high Q value, and has reduced the phase noise. To increase the tuning range of VCO, varactor diode has been connected at the tunable negative resistance in VCO. This VCO has presented the oscillation frequency of $5.686{\sim}5.841GHz$, harmonics -29.83 dBc and phase noise of $-115.16{\sim}-115.17dBc/Hz$ at the offset frequency of 100 KHz.
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문제 정의
본 논문온 전압 제어 발진기의 위상 잡음 특성을 개선하기 위하여 Q값이 상대적으로 높온 Spiral 공진기를 이용하여 설계하였다. 주파수 조절 범위는 부성 저항 부분에 있는 버랙터 다이어드를 통하여 5.
있었다. 본 논문은 spiral 공진기를 이용한 발진기의 구조를 설계 및 제작하여 측정과 분석을 통해 위상 잡음의 개선하였다.
본 논문은 spiral 구조를 이용하여 좀 더 좋은 특성의 공진기를 구현하여 위상 잡음 특성을 개선하는 연구를 수행하였다, 제안된 spiral 구조를 통해 일반 PBG구조보다 작은 크기에서 높은 Q값을 얻어 위상 잡음을 줄이는 연구를 하였다1하지만 공진기의 Q값이 높아지면서 주파수 조절범위가 줄어드는 문제가 발생하게 되는데 그 문제점을 해결하기 위 하여 버랙터 다이오드 ®를 부성 저항에 연결하여 주파수 조절범위를 개선할 수 있었다. 본 논문은 spiral 공진기를 이용한 발진기의 구조를 설계 및 제작하여 측정과 분석을 통해 위상 잡음의 개선하였다.
제안 방법
Spiral 공진기를 가지고 전압 제어 발진기를 설계한 목적이 공진기의 Q값이 상승함에 따라 위상 잡음이 감소하는 것을 증명하기 위한 것이었으므로 일반적인 마이크로 스트립라인을 이용한 전압제어 발진기의 위상 잡음과 비교하였다. 그림 4는 일반적인 마이크로 스트립라인을 이용한 전압 제어 발진기의 위상 잡음 특성이다.
Spiral 공진기의 설계를 바탕으로 전압제어 발진기를 설계 및 제작하여 측정하고 분석을 하였다. q이 3.
전압제어 발진기는 특정 주파수를 정확하게 출력해야 하는데 소자의 불안정한 영역에 동작시키다보니 시간 축 상에서 파형이 찌그러지거나 위상이 틀어지는 현상이 나타나게 된다. 이러한 위상 잡음은 공진기의 Q값에 영향을 받는다고 알려져 있다区 보통 일반적인 마이크로 스트립 라인을 이용한 발진기는 낮은。값으로 위상 잡음을 줄이는데 제한이 있어 Q값을 높이기 위하여 Spiral 공진기 구조를 적용하였다, 제안된 spiral 공진기는 중앙 선로에 spiral 공진기를 세 개 나열하여 에칭하였다. Spiral 공진기는 그 죽에 수직한 방향으로 전계가 걸렸을 때 특정 공진 주파수에서 s닌fTesonance 현상이 일어나며, 이것이 대역 저지 특성으로 나타난다.
공진기 설계는 Ansoft사의 HITS를 이용하여 모의실험 하고 설계하여 결과를 비교하였고 그 결과를 바탕으로 HP사의 Advanced Design System(ADS) simulation tool 을 이용하여 5.8 GH也에서 발진하게 설계 하였다.
전압제어 발진기는 설계한 공진기를 연결하고 인덕터, 마이크로스트립라인과 주파수를 변화 시킬 수 있는 인덕터를 연결하여 부성저항을 설계하고 마이크로 스트립라인을 통해 출력 정합 회로를 설계하였다.
대상 데이터
2인테프론 기판을 사용하였다. 전압제어 발진기에 사용한 트랜지스터는 NEC사의 NE661M04, 버랙터 다이오드는 MZA-COM의 MA46H202를 사용하였다.
성능/효과
Spiral 구조를 적용한 전압 제어 발진기가 일반 마이크로 스트립라인을 이용한 구조 보다 위상 잡음이 -14dB 정도의 개선 효과를 볼 수 있었다.
설계한 전압제어 발진기의 주파수 조절 범위는 버랙터 다이오드에 인가되는 전압이 0〜26 V일 때 5686〜 5.8*G田이고, 그 범위에서 위상잡음은 100 kHz offset 에서 -115.16—115.66 dBc/H也로 측정되었다. 출력 파워는 11.
16—dBc/Hz의 결과를 얻었다. 이를 통해 제안된 전압 제어 발진기의 위상 잡음 -14 dB정도의 개선 효과를 볼 수 있다는 것을 알 수 있었고 이를 통해 공진기의 Q값이 높아짐에 따라 위상 잡음을 줄일 수 있다는 것을 증명하였다.
참고문헌 (10)
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Zunfu Jiang, P. S. Excell, and Z. M. Hejazi, "Calculation of distributed capacitance of spiral resonators", IEEE Transactions on Microwave Theory and Tech, vol. 45, no. 1, Jan. 1997
Z .M. Hejazi, P. S. Excell, and Z. Juang, "Accurate distributed inductance of spiral resonator", IEEE Microwave and Guided Wave Letters, vol. 8, no. 4, Apr. 1998
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Kai Chang Encyclopedia of RF and Microwave Engineering, Wiley-Interscience, 2005
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