[논문]Metamaterial 공진기를 이용한 레이더 송. 수신기용 X-대역 고출력. 저위상 잡음 Push-Push 발진기

김양현; 서철헌; 하성재; 이복형

Metamaterial 공진기를 이용한 레이더 송. 수신기용 X-대역 고출력. 저위상 잡음 Push-Push 발진기
X-band Low Phase Noise Push-Push Oscillator Using Metamaterial Resonator 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. TC, 통신, v.46 no.12=no.390, 2009년, pp.1 - 5

김양현 (숭실대학교 정보통신전자공학부) , 서철헌 (숭실대학교 정보통신전자공학부) , 하성재 (삼성탈레스 종합연구소) , 이복형 (삼성탈레스 종합연구소)

초록
AI-Helper

본 논문은 X-대역에서 높은 Q값을 이용하여 위상 잡음을 줄이기 위하여 metamaterial 공진기를 이용한 Push-Push 발진기를 제안하였다. Metamaterial 공진기는 큰 결합 계수 값을 갖는데, 이는 Q값을 크게 만들고, 발진기의 위상 잡음을 줄일 수 있었다. 1.8 V의 공급 전압을 사용한 Push-Push 발진기는 12 GHz의 주파수 범위에서 -117 dBc/HB @ 100 kHz의 위상 잡음 특성을 가지며 metamaterial 공진기와 일반적인 나선형 공진기를 비교 했을 때, 개선된 Q값 특성은 -29.7 dB와 -47.5 dB이다. 제작된 metamaterial 공진기를 이용한 Push-Push 발진기는 X-대역에서 발진기로 이용될 수 있음을 확인 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, low phase noise push-push oscillator (OSC) using the metamaterial resonator for missile defense systems and satellite communication was design and implemented. The metamaterial resonator has the large coupling coefficient value, which makes a high Q value, and has reduced phase noise of OSC. The OSC with 1.8 V power supply has phase noise of -117 dBc/Hz @100 kHz in the 12 GHz. When it has been compared with metamaterial resonator and coventional spiral resonator, the reduced Q value has been -29.7 dB and -47.6 dB respectively. This low phase noise OSC using metamaterial resonator could be available to a OSC in X-band.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

" data-before="있다" data-ocr-fix="">있다. 5F 본 논문은 나선형 구조를 이용하여 좀 더 좋은 특성의 공진기를 구현하여 위상 잡음 특성을 개선하는 연구를 수행하였다. 제안된 사각 병렬 나선형 구조를 통해 일반 나선형 구조보다 높은 Q 값을 얻어 위상 잡음을 줄이는 연구를 하였다.
본 논문에서는 안정된 발진을 하며, 매우 낮은 위상잡음 특성을 얻기 위하여 metamaterial 공진기를 이용한 고출력, 저 위상 잡음 Push-Push 발진기를 제시 하였다. 또한 구현된 회로는 Ansoft사의 HFSS를 이용하여 최적화 하였으며 최적화된 회로는 유전율 £=3.
본 논문은 Ph아i-Piish 발진기의 위상 잡음 특성을 개선하기 위하여 metamaterial 공진기를 이용한 향상된 발진기를 설계 제작하였다. 나선형 구조 metamaterial 공진기를 이용한 X-대역 push-push 발진기를 제작 하였다.

제안 방법

Metamaterial 공진기의 설계를 바탕으로 Push-Push 발진기를 설계 및 제작하여 측정. 분석하였다.
공진기의 설계는 HF 사의 Advanced Design System (ADS) simulation tool과 Ansoft사의 HFSS를이용하여 설계 및 모의실험을 하였으며 그 결과를 바탕으로 5.8 GHz 대역에서 발진하게 설계하였다. 그림 3에서는 5.
설계 제작하였다. 나선형 구조 metamaterial 공진기를 이용한 X-대역 push-push 발진기를 제작 하였다. 발 진주파수, 고조파 특성, 출력전력은 각각 12 GHz, -29.
또한 구현된 회로는 Ansoft사의 HFSS를 이용하여 최적화 하였으며 최적화된 회로는 유전율 £=3.2, H=0.787 mm인 TACONIC사의 기판을 사용하여 구현하여 X-대역에서 사용할 수 있는 발진기를 설계.제작하였다.
나타내었다. 사각 병렬 나선형 구조는 라인의 길이, 라인과 라인의 간격과 각 단위 셀의 간격을 조정하여 주파수를 조절하게 설계되었다.
그중 위상 잡음은 공진기의 Q값에 영향을 받는다고 알려져 있다보통 일반적인 마이크로 스트립 라인을 이용한 발진기는 낮은 Q 값으로 위상 잡음을 줄이는데 제한이 있어 Q값을 높이기 위하여 Metamaterial(LHM) 구조의 나선형 공진기 구조를 적용하였다. 제안된 metamaterial 공진기는 공진기의 구조를 사각 형태의 병렬로 나열하여 커플링의 영향을 발생하게 설계하였다. 나선형 공진기는 그 축에수직한 방향으로 전계가 걸렸을 때 특정 공진 주파수에서 self-resonance 현상이 일어나며, 이것이 대역 저지 특성으로 나타난다.
제안한 metamaterial 공진기는 마이크로파 분야에서 LH 전파 현상에 실제적으로 응용되는 LHM구조에 기반을 두고 있다. 그림 1은 마이크로 스트립 전송 선로에 의해 구현된 나선형 공진기의 형태를 나타내었으며, 나선형 공진기를 LC 공진 등가 회로 모델을 통해 해석을 할 수가 있다.
제안한 고출력, 저 위상 잡음 Push-Push 발진기는 설계한 공진기를 연결하고 인덕터, 마이크로 스트립라인을 연결하여 부성저항을 설계하고 마이크로 스트립라인을 통해 출력 정합 회로를 설계하였다. 그림 4는 제안한 metamaterial 공진기를 이용한 Push-Push 발진기 이다.

대상 데이터

2인 테프론 기판을 사용하여 제작되었다. Push-Push 발진기에 사용한 트랜지스터는 NEC 사의 NE661M04 를사용하였다.
분석하였다. 유전율 3.2인 테프론 기판을 사용하여 제작되었다. Push-Push 발진기에 사용한 트랜지스터는 NEC 사의 NE661M04 를사용하였다.

성능/효과

그림 4는 제안한 metamaterial 공진기를 이용한 Push-Push 발진기 이다. Q값이 높은 공진기로 인하여 저 위상 잡음의 특성을 얻었으며, 두 개의 발진기를 이용하여 출력 간에 오직 2 차 고조파성분만 결합하여 동작 주파수의 절반의 주파수로 이루어져 이로 인해 높은 Q 값을 얻을 수 있었다. Push-Push 발진기의 주파수 범위는 12 GHz이고 위상잡음 특성은 이 주파수 범위에서 117.
그림 3에서 볼 수 있듯이 제안된 구조의 공진기가 좁은 주파수 대역의 여파 특성이 더 나은 것을 확인할 수 있었다. 그 결과 제안된 metamaterial 공진기에서 높은 Q 값의 특성을 가지는 것을 알 수 있었다.
8 GHz에서의 다른 구조의 공진기의 측정 결과를 비교하였다. 제안된 metamaterial 공진기와 일반적인 마이크로 스트립 공진기를 비교하였을 때 공진기의 특성은 각각 -47.5 dB, -29.7 dB이다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 제안된 구조의 공진기가 좁은 주파수 대역의 여파 특성이 더 나은 것을 확인할 수 있었다.
5F 본 논문은 나선형 구조를 이용하여 좀 더 좋은 특성의 공진기를 구현하여 위상 잡음 특성을 개선하는 연구를 수행하였다. 제안된 사각 병렬 나선형 구조를 통해 일반 나선형 구조보다 높은 Q 값을 얻어 위상 잡음을 줄이는 연구를 하였다. Metamaterial 공진기는 큰 결합 계수 값을 갖고, 이로 인해 큰 Q 값을 갖기 때문에, 이 공진기를 이용한 공진기의 주요 장점들은 좁은 대역 여파특성, 설계 시 주파수 조절 및 크기조절의 장점을 가지고 있다.
7 %의 효율을 나타내었다. 제안한 metamaterial 공진기를 이용한 고줄력, 저위상 잡음 Push-Push 발진기를 설계한 목적이 공진기의 0 값 이상 승함에 따라 위상잡음이 감소하는 것을 증명하기 위한 것으로 일반적인 마이크로 스트립라인을 이용한 발진기의 위상 잡음 특성과 비교해 보았을 때 제안한 나선형 구조의 metamaterial 공진기를 이용한 Push-Push 발진기가 일반 마이크로 스트립라인을 이용한 구조 보다 위상 잡음이 -8 dB 정도 개선 효과를 볼 수 있었다.

참고문헌 (9)

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상세보기
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상세보기
Ali Hajimiri, 'The design of Low Noise Oscillators' Kluwer Academics Publishers. 1996
Robert G. Rogers, 'Low Phase Noise Microwave Oscillator Design' Artech House. 1991
David M. Pozar, Microwave Engineering, Addison Wesley, 1990
F. Falcone, T. Lopetegi, J. D. Baena, R. Margues, F. Martin, and M. Sorolla, 'Effective Negative- Stopband Microstrip Lines Based on Complementary Split Ring Resonators,' IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 14, no. 6, June 2004

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