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전자파전력 측정 표준 개발과 연구 동향 원문보기

電磁波技術 : 韓國電磁波學會誌 = The Proceedings of the Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.24 no.3, 2013년, pp.3 - 11  

권재용 (한국표준과학연구원)

초록이 없습니다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이에 따라 전자파전력 표준을 확립하기 위하여 미소열량계를 개발하려면 기준표준기로 사용할 서미스터 마운트를 직접 개발하거나 서미스터 마운트를 사용하지 않는 새로운 구조를 개발하여야 하는 상황이다. 다음 절에서는 주요 NMI가 개발 중 또는 개발한 도파관 미소열량계의 유형을 소개하고, 우리가 나아갈 바를 생각해본다.
  • 특히 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 밀리미터 및 서브 밀리미터 대역의 전자파전력 측정 기술의 소급성 문제를 논하고, 주요 NMI의 연구동향을 기술하였다. 밀리미터 및 서브 밀리미터 대역에서 널리 사용되는 대표적인 전력계의 구조와 원리를 소개하였으며, KRISS에서 진행되고 있는 해당 대역의 전자파전력 연구의 내용을 간단히 소개하였다.
  • 본고에서는 전자파 측정의 주요 기본 측정량인 전자파전력의 측정 원리 및 연구 동향을 소개하였다. 특히 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 밀리미터 및 서브 밀리미터 대역의 전자파전력 측정 기술의 소급성 문제를 논하고, 주요 NMI의 연구동향을 기술하였다.
  • 본고에서는 전자파 측정의 주요 기본 측정량인 전자파전력의 측정 원리 및 연구 동향을 소개하였다. 특히 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 밀리미터 및 서브 밀리미터 대역의 전자파전력 측정 기술의 소급성 문제를 논하고, 주요 NMI의 연구동향을 기술하였다. 밀리미터 및 서브 밀리미터 대역에서 널리 사용되는 대표적인 전력계의 구조와 원리를 소개하였으며, KRISS에서 진행되고 있는 해당 대역의 전자파전력 연구의 내용을 간단히 소개하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전자파전력이란? 전자파전력은 [그림 1]에서 보듯 임피던스와 함께 대부분의 전자파 측정에 직접 또는 간접으로 근간을 제공하는 중요한 기본 측정량이다[1],[2]. 일례로 전자파 적합성(electromagnetic compatibility: EMC) 측정을 포함한 대부분의 안테나 측정은 안테나가 수신한 전자파전력을 측정하기 위하여 전력감지기(power sen- sor)를 사용하므로 이것의 정확한 평가는 매우 중요하다.
NMIJ의 도파관형 미소열량계의 기본 동작 원리는 무엇인가? [그림 9]는 NMIJ의 도파관형 미소열량계의 기본 동작 원리를 보여준다. Peltier 소자(thermoelectric elements)에 일정한 전류를 흘려 온도 기준 블럭(temperature reference block)을 가열하면 Peltier 소자의 반대쪽, 즉 흡수체(absorber mount) 쪽은 계속 냉각된다. 이 때 이에 상응하는 DC 전력을 흡수체 쪽에 붙어있는 칩 저항(chip resistor)에 인가하여 가열하면 흡수체 쪽은 일정한 온도를 유지하게 된다. 이렇게 안정화된 상태에서 전자파전력 Ps를 도파관에 입사하면 대부분의 입사 전력이 흡수체에서 열로 변환된다. 따라서 입사된 전자파전력 Ps에 비례하여 온도 기준 블록보다 온도가 상승하게 된다. 높아진 온도를 다시 낮추기 위해서는 저항에 인가되는 DC 전력을 줄여야 하는데, 이는 서미스터 마운트의 동작 원리와 유사하다.
서미스터 마운트에는 어떠한 소자가 장착되어 있는가? 최근까지 전력계의 전력감지기로 많이 사용되고 있는 서미스터 마운트(thermistor mount)에는 온도에 따라 저항 값이 바뀌는 약 200 Ω의 볼로미터(bolometer) 소자가 [그림 4]처럼 장착되어 있다. 이 서미스터 마운트는 Type-Ⅳ 전력계와 연결되면 [그림 5]와 같은 브리지 회로(bridge circuit)를 형성하여 서미스터 마운트의 볼로미터 소자에 일정한 전류를 흘린다.
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참고문헌 (19)

  1. A. Fantom, "Radio frequency and microwave power measurement", IEE Electrical Measurement, Ser. 7, Peter Peregrinus Ltd., UK, 1990. 

  2. 권재용, 김정환, 강태원, "3.5 mm 동축형 미소열량계 개발과 전자파전력 측정표준 확립", 한국전자파학회논문지, 20(9), pp. 989-996, 2009년 9월. 

    원문보기 상세보기

  3. J. Y. Kwon, T. W. Kang, J. H. Kim, and J. S. Kang, "Development of a 3.5-mm coaxial microcalorimeter for RF and microwave power standards at KRISS", IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 60, no. 7, pp. 2609-2614, Jul. 2011. 

    상세보기

  4. T. W. Kang, N. S. Chung, R. Honigbaum, J. Ruhaak, and U. Stumper, "K- and Ka-band waveguide microcalorimeters for microwave power standards", IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 46, no. 6, pp. 1247-1250, Dec. 1997. 

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  5. 권재용, 강태원, 강진섭, 이동준, "3직접 비교법을 이용한 W-Band 밀리미터파 전력 표준 전달 시스템", 한국전자파학회논문지, 24(1), pp. 47-54, 2013년 1월. 

    원문보기 상세보기

  6. M. P. Weidman, "Direct comparison transfer of microwave power sensor calibration", NIST Technical Note 1379, Jan. 1996. 

  7. D. Adamson, J. Miall, J. Howes, M. Harper, and R. Thompson, "A new 75-110 GHz primary power standard with reduced thermal mass", ARFTG 2010, pp. 1-4, May 2010. 

  8. J. Miall, "Latest developments from the NPL WG29 power sensor development project, including microcalorimeter and multistate reflectometer measurements", 9th Millimeter-wave Users Group meeting, UK, Mar. 2011. 

  9. T. Inoue, K. Yamamura, "A broadband power meter calibration system in the frequency range from 10 MHz to 40 GHz using a coaxial calorimeter", IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 45, no. 1, pp. 146-152, Feb. 1996. 

    상세보기 crossref

  10. K. Shimaoka, M. Kinoshita, and T. Inoue, "A broadband waveguide calorimeter for mm-wave power meter calibration in the frequency range from 50 GHz to 110 GHz", CPEM 2012 Conf. Digest, pp. 88-89, Jul. 2012, Washington DC, USA. 

  11. J. Miall, D. Adamson, and J. Howes, "Traceable power standards above 110 GHz - An investigation at the National Physical Laboratory", 5th Millimetre- wave Users Group Meeting, ECIT, Belfast, UK., May 2009. 

  12. J. Miall , J. Howes, "Latest developments from the NPL WG29 power sensor development project, including micro-calorimeter and Multistate Reflectometer measurements", 9th Millimetre-wave Users Group Meeting, University of Glasgow, UK, Mar. 2011. 

  13. http://www.emrponline.eu/ 

  14. J. B. Scott, T. S. Low, S. Cochran, B. Keppeler, J. Staroba, and B. Yeats, "New thermocouple-based microwave/millimeter wave power sensor MMIC techniques in GaAs", IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., vol. 59, no. 2, pp. 338-344, Feb. 2011. 

  15. J. Y. Kwon, T. W. Kang, J. H. Kim, and T. Crowley, "Development of a 2.4-mm coaxial microcalorimeter for RF and microwave power standards at KRISS", CPEM 2012 Conf. Digest, Washington DC, USA, pp. 734-735, Jul. 2012. 

  16. J. Y. Kwon, T. W. Kang, D. J. Lee, and N. W. Kang "Thermoelectric reference standards and a measurement system for microcalorimeters", ARFTG 2013, Jun. 2013. 

  17. Virginia Diodes, PM4 Millimeter-Submillimeter Power Meter Operating Manual, Sep. 2010. 

  18. N. Erickson, "A fast and sensitive submillimeter waveguide power meter", 10th International Symposium on Space Terahertz Technology, pp. 501-507, 1999. 

  19. A. R. Kerr, E. Wollack, and N. Horner, "Waveguide flanges for ALMA instrumentation", ALMA Memo, no. 278, Nov. 1999. 

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