본 논문에서는 발진기의 위상잡음을 개선하고 MMIC(MonolithicMicrowave Integrated Circuit)에 적용 가능하도록 설계된 분리된 링형 DGS(Defected Ground Structure)공진기를 제안한다. 이것은 평면형 공진기로서 소형화 설계가 용이하고 상대적으로 높은 Q 값을 갖는다. 공진기를 이용하여 초고주파 발진기를 설계할 때 공진기의 등가 파라미터를 모델링하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 발진기의 설계에 필요한 공진기의 등가회로 파라미터를 공진기의 측정된 특성 값으로부터 수식적으로 계산하는 방법을 나타내었다. 방법을 검증하기 위해 공진주파수가 5.8 GHz인 링형 DGS 공진기를 제작하여 특성을 측정하고 등가 파라미터를 계산하였고, 이 결과를 ADS 도구를 이용하여 시뮬레이션한 결과와 비교하여 일치함을 보였다.
본 논문에서는 발진기의 위상잡음을 개선하고 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)에 적용 가능하도록 설계된 분리된 링형 DGS(Defected Ground Structure)공진기를 제안한다. 이것은 평면형 공진기로서 소형화 설계가 용이하고 상대적으로 높은 Q 값을 갖는다. 공진기를 이용하여 초고주파 발진기를 설계할 때 공진기의 등가 파라미터를 모델링하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 발진기의 설계에 필요한 공진기의 등가회로 파라미터를 공진기의 측정된 특성 값으로부터 수식적으로 계산하는 방법을 나타내었다. 방법을 검증하기 위해 공진주파수가 5.8 GHz인 링형 DGS 공진기를 제작하여 특성을 측정하고 등가 파라미터를 계산하였고, 이 결과를 ADS 도구를 이용하여 시뮬레이션한 결과와 비교하여 일치함을 보였다.
In this paper, the open ring type DGS(Defected Ground Structure) resonator, applicable to MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit), is proposed to improve phase noise characteristics of RF oscillator. This resonator is planar type, therefore, it easy to design miniaturrized., and takes relative...
In this paper, the open ring type DGS(Defected Ground Structure) resonator, applicable to MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit), is proposed to improve phase noise characteristics of RF oscillator. This resonator is planar type, therefore, it easy to design miniaturrized., and takes relatively high Q value. Modeling the equivalent parameter of resonator is needed, when designing the RF oscillator with resonator. The mathematical method to solve the equivalent parameter of the resonator from the measured results of resonator is introduced in this paper. To verify the method, DGS resonator with 5.8 GHz center frequency is fabricated, for measuring characteristics and calculating the equivalent parameter. The result from this process is compared with the data of the ADS simulation, and as a result both were identical.
In this paper, the open ring type DGS(Defected Ground Structure) resonator, applicable to MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit), is proposed to improve phase noise characteristics of RF oscillator. This resonator is planar type, therefore, it easy to design miniaturrized., and takes relatively high Q value. Modeling the equivalent parameter of resonator is needed, when designing the RF oscillator with resonator. The mathematical method to solve the equivalent parameter of the resonator from the measured results of resonator is introduced in this paper. To verify the method, DGS resonator with 5.8 GHz center frequency is fabricated, for measuring characteristics and calculating the equivalent parameter. The result from this process is compared with the data of the ADS simulation, and as a result both were identical.
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문제 정의
본 논문에서는 MMIC에 부적합한 유전체 공진기의 단점과 낮은 Q값으로 인해 발진기의 위상잡음이 떨어지는 평면형 마이크로스트립 공진기의 단점을 보완할 수 있는 링형 DGS 공진기에 대해 특성을 분석하였다. 공진기의 특성 결과를 바탕으로 등가회로를 추출하는 방법을 제시하고 이 결과를 발진기의 설계에 이용하고자한다.
RF 발진기 설계에 있어서 공진기의 선택은 위상잡음과 여러 특성을 좌우하는 중요한 요소이다. 본 논문에서는 MMIC에 부적합한 유전체 공진기의 단점과 낮은 Q값으로 인해 발진기의 위상잡음이 떨어지는 평면형 마이크로스트립 공진기의 단점을 보완할 수 있는 링형 DGS 공진기에 대해 특성을 분석하였다. 공진기의 특성 결과를 바탕으로 등가회로를 추출하는 방법을 제시하고 이 결과를 발진기의 설계에 이용하고자한다.
본 논문에서는 초고주파용 평면형 공진기로서 개방된 링형 DGS 공진기를 제안하고 이것의 특성을 측정하여 공진기의 등가회로를 구하는 식을 나타내었다. 결과를 검증하기 위해 공진주파수가 5.
앞 장에서 공진기의 특성을 측정하여 등가회로의 R, L, C 파라미터를 구하는 식을 유도하였다. 본 장에서는 앞에서 유도한 결과 식을 검증하기 위해 공진주파수 5.8 GHz의 공진기를 설계하여 특성을 측정하고 그 결과를 유도된 식에 적용하여 등가회로의 파라미터를 구하는 과정을 보이고자한다. 설계의 예로서 공진주파수가 5.
제안 방법
그림 2는 DGS 공진기의 일반적인 전송 특성을 나타내며 링의 반경에 반비례하여 공진 주파수가 결정된다. DGS공진기를 중심주파수 5.8 GHz에서 공진하도록 설계하였고 설계된 DGS 공진기의 시뮬레이션 결과를 그림 2에 나타내었다. 설계된 구조는 유전율 2.
본 논문에서는 초고주파용 평면형 공진기로서 개방된 링형 DGS 공진기를 제안하고 이것의 특성을 측정하여 공진기의 등가회로를 구하는 식을 나타내었다. 결과를 검증하기 위해 공진주파수가 5.8 GHz인 개방된 링형 DGS 공진기를 제작하여 측정된 결과를 바탕으로 등가회로의 파라미터를 구하였다. 구한 등가파리미터 결과를 검증하기 위해 ADS와 HFSS 도구를 이용하여 시뮬레이션하여 제작된 결과와 비교하여 일치함을 보였다.
위에서 구한 등가회로의 파라미터를 고주파 회로 시뮬레이션 도구인 ADS를 이용하여 특성을 검증하였다. 그림 10은 구해진 등가회로 나타내며 이 회로를 ADS 시뮬레이션한 결과를 그림 11에 나타내었다[10].
발진기에서 주파수를 선택하는 공진기의 주파수 집중도를 의미하는 Q값이 발진기의 위상 잡음에 중요한 영향을 미치는 요소가 되었다[3]. 초고주파 발진기의 발진 주파수를 결정하는 소자에 대한 연구가 높은 Q값과 공진기의 크기를 줄이는 관점에서 캐비티 공진기, 마이크로스트립 공진기, 유전체 공진기 분야로 나누어져 이루어졌다. 캐비티 공진기는 Q값이 크고 제작이 용이한 장점이 있지만 부피가 크고 무겁기 때문에 집적화가 곤란한 단점을 가지고 있고 마이크로스트립 공진기는 평면구조로 소형이고 회로 구현이 용이하지만 낮은 Q값으로 인해 발진기의 위상잡음 특성이 나쁘다는 단점을 가지고 있다.
대상 데이터
8 GHz인 링형 DGS 공진기를 설계하였다. 기판은 FR-4로서 비유전율이 4.4, 유전체 두께가 0.78mm이며, 구조적 치수는 L=20mm, B=10mm, w=2.3mm, d=1mm, r=3mm, G=1.4mm 이다. 그림 8의 공진기 구조에 대해 전자파 구조해석 도구인 HFSS를 이용하여 산란계수 파라미터를 시뮬레이션 하여 그 결과를 그림 9에 나타내었다.
8 GHz에서 공진하도록 설계하였고 설계된 DGS 공진기의 시뮬레이션 결과를 그림 2에 나타내었다. 설계된 구조는 유전율 2.2, 유전체 두께 0.7874mm, 금속 두께 0.018mm인 기판을 기준으로 HFSS를 사용하여 시뮬레이션 하였다. 그림 1의 제안된 링형 DGS 공진기의 전송특성을 해석하기 위해서 그림 2와 같이 입력포트로 부터 링형 DGS의 중심점까지의 거리를 L 이라고 하고, 전송선로의 특성 임피던스는 Zo 이다.
8 GHz의 공진기를 설계하여 특성을 측정하고 그 결과를 유도된 식에 적용하여 등가회로의 파라미터를 구하는 과정을 보이고자한다. 설계의 예로서 공진주파수가 5.8 GHz인 링형 DGS 공진기를 설계하였다. 기판은 FR-4로서 비유전율이 4.
성능/효과
8 GHz인 개방된 링형 DGS 공진기를 제작하여 측정된 결과를 바탕으로 등가회로의 파라미터를 구하였다. 구한 등가파리미터 결과를 검증하기 위해 ADS와 HFSS 도구를 이용하여 시뮬레이션하여 제작된 결과와 비교하여 일치함을 보였다. 본 논문에서 나타낸 등가회로 파라미터를 구하는 방법은 여러 종류의 공진기를 이용한 발진기 설계에 적용할 수 있을 것이다.
후속연구
구한 등가파리미터 결과를 검증하기 위해 ADS와 HFSS 도구를 이용하여 시뮬레이션하여 제작된 결과와 비교하여 일치함을 보였다. 본 논문에서 나타낸 등가회로 파라미터를 구하는 방법은 여러 종류의 공진기를 이용한 발진기 설계에 적용할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
위상잡음의 주요 원인은 무엇인가?
마이크로파 통신의 핵심 부품 중의 하나인 발진기에서 위상 잡음 특성은 시스템의 감도와 선택도를 결정하는 중요한 요소로서 이를 개선하기 위한 많은 연구가 진행되어 왔다[1-2]. 위상잡음의 주요 원인으로는 반도체의 플리커 잡음, 대신호 조건하에서 반도체의 잡음지수, 그리고 공진기의 필터 특성 등으로 보고되어 있다. 반도체 기술의 발달로 플리커 잡음과 잡음지수는 많이 개선되었다.
캐비티공진기의 장단점은?
초고주파 발진기의 발진 주파수를 결정하는 소자에 대한 연구가 높은 Q값과 공진기의 크기를 줄이는 관점에서 캐비티 공진기, 마이크로스트립 공진기, 유전체 공진기 분야로 나누어져 이루어졌다. 캐비티공진기는 Q값이 크고 제작이 용이한 장점이 있지만 부피가 크고 무겁기 때문에 집적화가 곤란한 단점을 가지고 있고 마이크로스트립 공진기는 평면구조로 소형이고 회로 구현이 용이하지만 낮은 Q값으로 인해 발진기의 위상잡음 특성이 나쁘다는 단점을 가지고 있다. 유전체 공진기는 회로 구현이 용이하고 높은 Q값, 소형화, 온도 안정화 특성이 우수한 장점을 가지고 있지만 구조가 3차원으로 되어 있기 때문에 MMIC에 부적합한 단점이 있다[4].
링형 DGS 구조는 어떤 구조인가?
그림 1은 제안된 링형 DGS 구조를 나타내었다. 기판위에 마이크로스트립 선로가 있으며 기판 밑 부분에 DGS 패턴이 식각 되어 있는 구조이다.
참고문헌 (11)
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