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힐버트 변환을 이용한 디지털 위상천이기의 성능 분석
Performance Analysis of digital phase shifter using Hilbert transform 원문보기

信號處理·시스템學會 論文誌 = Journal of the institute of signal processing and systems, v.14 no.1, 2013년, pp.39 - 44  

서상규 (동아대학교 전자공학과) ,  정봉식 (동아대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 멀티암(multi-arm) 스파이럴 안테나용 디지털 위상천이기(digital phase-shifter)를 힐버트 변환(Hillbert transform)을 이용하여 설계하였다. 힐버트 변환은 입력신호에 포함된 모든 주파수 성분을 $90^{\circ}$ 위상천이 시키며, 퓨리에 변환(Fourier transform)과 역퓨리에 변환(Inverse FIT)을 통해 구현된다. 디지털 위상천이기는 ADC(Analog-digital converter)로 샘플링된 입력신호에 힐버트 변환을 적용하여 위상차가 $90^{\circ}$인 두 신호를 생성하고, 이 두 신호를 이용하여 입력신호의 위상을 천이위상만큼 천이시키게 한다. 힐버트 변환 기반의 디지털 위상천이기는 Xilinx사의 System generator로 설계되었고, 입력 잡음, FFT 포인트 수, 샘플링 주기, 입력신호의 초기위상 및 천이 위상각 등에 따른 위상천이 성능을 시뮬레이션 하였으며, Matlab 결과와 비교하여 일치함을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper digital phase-shifter for multi-arm spiral antennas was designed by using Hilbert transform. All frequency components in input signal are phase-shifted for 90 degree by Hilbert transform, and the transform is implemented by FIT and IFIT. Digital phase-shifter generates two signals with...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러므로 암의 수가 증가하더라도 크기가 일정한 모드 형성기가 요구되고 있다[1]. 그래서 모드형성기의 소형화를 위해서 디지털 위상천이기를 사용하고자 한다.
  • 실제 입력신호는 기본 주파수 이외에 약간의 하모닉스 성분을 포함하고 있다. 그래서 하모닉스 성분의 크기가 위상천이에 미치는 영향을 살펴보고자 한다. 그림 10은 입력신호에 기본주파수 성분 S1 과 하모닉스(기본주파수의 2배 주파수) 성분 S2의 비율을 가변할 때의 90° 위상천이기 최대 위상오차를 System generator로 설계하여 시뮬레이션 하였다.
  • 본 논문에서는 신호의 크기에 관계없이 사용할 수 있는 힐버트 변환 방식을 90° 위상천이에 적용하고, Mathworks사의 Matlab과 Xilinx사의 System Generator를 이용하여 디지털 위상천이 알고리즘을 구현하며, 시뮬레이션을 통해 위상천이 성능을 살펴보고자 한다. 본 논문의 구성으로 II장에서는 모드형성기의 구조 및 동작을 살펴보고, HI장에서는 디지털 위상천이 알고리즘에 대해 설명하고, IV장에서는 시뮬레이션을 통해 위상천이 성능을 살펴보고, V장에서 결론을 맺고자 한다.
  • 이제, 샘플링 간격과 FFT 포인트 수에 따른 위상천이 오차를 살펴보고자 한다. FFT 연산에는 FFT 포인트 수만큼의 샘플링 포인트를 이용한다.
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참고문헌 (10)

  1. R.G. Corzine and JA. Mosko, Four-arm spiral antennas, Artech house, 1990. 

  2. 신동환, 임인성, 김우재, 민경일, 오승엽, "준밀리미터파대위성통신용 4비트 디지털 위상변위기의 설계, " 한국전자파학회논문지, 제10권, 제3호, pp.461-470, 1999. 6. 

  3. P. Kasemir, N. Sutton, M. Radway, B. Jeong, T. Brown, and D.S. Filipovic, "Wideband Analog and Digital Bearnforming," Proceedings of TELSIKS 2009, pp. 372-375, Oct. 2009. 

  4. C. Gao, L. Zhang, E.M.C. Wong, "Design of a Digital Phase Shift Bearnformer for Ultrasonic Imaging", Proceedings of BioCAS 2004, pp. 13-16, Dec. 2004. 

  5. 배창호, "Digital Bearnforming(DBF) 안테나 기술 동향," ETRI 전자통신동향분석, 제21권, 제2호, pp.200-209, Apr. 2006. 

  6. H. Steyskal, "Digital beamforming antennas: An introduction," Microwave J, vol. 30, no. 1, pp.107-124, 1987. 

  7. 진년강, 아날로그와 디지털 통신-통신방식의 기초와 응용, p.268, 청문각, 2003. 

  8. 박진식, 서상규, 정봉식, "힐버트 변환을 이용한 디지털 모드형성기용 위상 천이기 설계," 2011년도 한국정보기술학회 하계종합학술대회 논문집, pp.159-161, 2011. 5. 

  9. 주우용, 박진식, 정봉식, "제곱근 방식을 이용한 디지털 위상천이기의 설계," pp.123-125, 2010. 2. 

  10. 서상규, 박진식, 정봉식, "디지털 위상천이기를 위한 힐버트 변환 알고리즘 구현에 관한 연구." 2012년도 대한전자공학회 전자통신학술대회 발표논문집, 제1권, 제1호, pp.129-131, 2012. 6. 

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