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유전체 공진기의 직접결합에 의한 K-Band 저위상잡음 발진기 설계
A Design of K-Band Low Phase noise Oscillator by Direct Coupling of K-band Dielectric Resonator 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.9 no.1, 2014년, pp.17 - 24  

임은재 (경남대학교 정보통신공학과) ,  한건희 ((주)에이트론) ,  이영철 (경남대학교 정보통신공학과)

초록
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본 논문에서는 직접결합에 의한 저 위상잡음 유전체 공진기 설계를 위하여, 고유전율의 유전체 공진기와 마이크로스트립선로 사이의 결합계수에 대해 분석하였으며, 고유전율로 인한 Q값의 보완을 위한 병렬궤환 회로 적용한 유전체 공진 발진기의 위상잡음을 분석하였다. 유전체 공진기의 위상잡음 분석과 결합계수의 분석을 통하여 고안정 유전체 공진 발진기를 최적화 설계한 결과 20.25GHz 유전체 공진 발진기의 ${\epsilon}_r$=30인 유전체 공진기를 사용한 경우 결합계수가 약 3.6의 값을 나타낼 때 20.25GHz에서 위상잡음은 -84.3dBc/Hz@1KHz를 나타냄을 확인하였다. 본 연구의 결과로 K-Band 에서도 주파수 체배 방식에 의한 위상잡음 손실을 방지하는 직접결합 설계 방안을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we analysed coupling coefficient between dielectric resonator of high dielectric constant and microstrip line to design for low phase noise dielectric resonator by direct coupling. Also we analysed phase noise of dielectric resonance oscillator with parallel feedback circuit to comple...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서는 K-Band 이상에서 직접결합을 이용한 저위상잡음 유전체공진 발진기 구현 하였다. 저위상잡음 특성을 얻기 위해 εr=30 이상의 고유전율의 유전체 공진기를 사용하여 20.
  • 본 논문에서는 이와 같은 단점을 보완하기 위하여 유전체 공진기와 마이크로스트립선로간의 결합계수에 따른 위상잡음 분석하고 εr = 30인 고유전율 유전체 공진기를 사용하여 위상잡음 특성을 최적화시킨 직접 결합 발진기 설계를 연구하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
슈퍼헤테로다인 수신기의 특징은? 20GHz이상의 마이크로파 통신시스템에 적용되는 슈퍼헤테로다인 수신기는 고안정 국부발진기(LO, Local Oscillator)를 이용하며 수신신호와 국부발진 신호의 믹서(Mixer)작용으로 중간주파수(IF)신호로 변환시킴으로써 A/D 변환이후 디지털 신호처리를 용이하게 한다. 이러한 고안정 국부발진 신호는 마이크로파 통신시스템에서 상향변환(Upconversion)과 하향변환(Downconversion)시키는 역할을 하며 특히 디지털레이더 수신기에서는 목표물로부터 되돌아오는 에코신호(echo)와 위상신호를 일치시키는 코히어런트(Coherent) 동작을 위하여 고안정, 저위상잡음의 국부발진기를 요구한다[1].
유전체 공진기가 높은 Q를 가지는 이유는? 유전체 공진기는 원판형으로 구성된 유전체(Dielectric)로서, 상대 유전율은 r=20~120의 값을 가진다. 유전율이 크기 때문에 공진기로서 작용하며 손실이 매우 작은 유전체로 구성이 되어 보통 2000이상의 높은 Q를 가지게 된다. 유전체 공진기의 크기는 공진 주파수가 높아질수록 작아지는데, 이는 유전체 내부에서 고주파의 파장이 유전율에 반비례하므로 식 (1)과같이 나타낼 수 있다.
마이크로파 통신시스템에서 고안정 국부발진 신호는 어떤 역할을 하는가? 20GHz이상의 마이크로파 통신시스템에 적용되는 슈퍼헤테로다인 수신기는 고안정 국부발진기(LO, Local Oscillator)를 이용하며 수신신호와 국부발진 신호의 믹서(Mixer)작용으로 중간주파수(IF)신호로 변환시킴으로써 A/D 변환이후 디지털 신호처리를 용이하게 한다. 이러한 고안정 국부발진 신호는 마이크로파 통신시스템에서 상향변환(Upconversion)과 하향변환(Downconversion)시키는 역할을 하며 특히 디지털레이더 수신기에서는 목표물로부터 되돌아오는 에코신호(echo)와 위상신호를 일치시키는 코히어런트(Coherent) 동작을 위하여 고안정, 저위상잡음의 국부발진기를 요구한다[1].
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참고문헌 (10)

  1. S.-C. Song, "A new approach for evaluating the phase noise requirements of STALO in a Doppler radar", European Microwave Conf., 2007, Oct. 2007, pp. 198-201. 

  2. G. Yan, "The design of the Ku band Dielectric Resonator Oscillator", ICEOT-HDP 2008 Int. Conf, July 2008, pp. 1-9. 

  3. H.-C. Roh, and M-H. Go, "Study on the Q Factor Improvement of a microstrip line resonator", J. of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 3, no. 2, 2009, pp. 194-200. 

  4. K.V. Buer, "A novel Technique for Tuning Dielectric Resonators", Microwave Theory and Techniques, IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, vol. 43, no. 1, Jan. 1995, pp. 36-41. 

  5. L. Bary, G. Cibiel, I. Telliex, and J. Rayssac, "Low frequency noise characterization and modeling of microwave bipolar devices : application to the design of low phase noise oscillator", 2002 IEEE MTT-s Int. Microwave Symp. Digest, vol. 1, June 2002, pp. 275-278. 

  6. N.W. John, "Frequency Synthesizers", marconi Instruments Ltd., St. Albans, Hertfordshire, Great Britain, U.S. Patent no. 4, 609, 881, Sept. 1986. 

  7. W. Loh, S. Yegnanarayanan, R.J. Ram, and P.W. Juodawlkis, "Unified Theory of Oscillator Phase noise I : White noise", IEEE Trans on Microwave Theory and Techniques, vol. 61, Jun. 2013, pp. 2371-2381. 

  8. H. Mehrpouyan, A.A. Nasir, S.D. Blostein, T. Eriksson, G.K. Karagiannidis, and T. Svensson, "Joint Estimation of Channel and Oscillator Phase noise in MIMO Systems", IEEE Trans. on Signal Processiong, vol. 60, Sep. 2012, pp. 4790-4807. 

  9. T.N. Guo, "Unique Measurement and Modeling of total Phase noise in RF Receiver", IEEE Trans. on Circuits and Systems II : Express Briefs, vol. 60, May 2013, pp. 262-266. 

  10. S. Yousefi, T. Eriksson, and D. Kuylenstierna, "A novel Model for Simulation of RF Oscillator Phase noise", 2010 IEEE Radio and Wireless Symp.(RWS), Jan. 2010, pp. 262-266. 

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