선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- . 본 논문에서는 VHF 및 UHF 대역에 포함되어 있는 다양한 통신환경에 적용할 수 있도록 50～1,000 MHz의 넓은 주파수 대역에서 음의 캐패시턴스 성능을 갖는 비 포스터 회로를 설계했다. 설계된 비 포스터 회로는 높은 캐패시턴스를 갖는 안테나와 결합하여 FM, DMB, GSM 대역에서 반사손실과 수신 전력을 측정해 성능을 검증했다.
- 본 논문에서는 VHF 및 UHF 대역에서 사용되는 소형안테나의 임피던스 정합 성능을 개선하기 위한 비 포스터 정합회로를 설계 및 제작했다. 제작된 비 포스터 회로는 다양한 통신대역에서 활용이 가능하도록 50～1,000 MHz의 넓은 대역에서 음의 캐패시턴스로 동작하도록 설계되었으며, de-embedding 측정법을 활용하여 음의 임피던스를 관찰했다.
- Lin- vill의 비 포스터 회로는 회로해석이 간단하고 안테나에 적용하여 사용하기 쉽다는 장점 때문에 현재까지도 이용되고 있다. 본 논문에서는 트랜지스터 소자인 FET를 사용하여 넓은 주파수 대역의 비 포스터 회로를 설계했다
제안 방법
- 음의 임피던스 구현을 위해 그림 2와 같은 교차 쌍 결합 구조를 차용하고 고주파 회로 시뮬레이터인 Agilent사의 ADS2009를 통해 최적화하였다. 광대역 음의 임피던스 발생을 위해 광대역 FET를 수배하였으며, 최종적으로 50 MHz～6.5 GHz 동작주파수를 갖는 Broadcom사의 ATF-53189를 기반으로 설계하였다. 또한, bias 전원 설계에 사용된 수동소자의 자기공진주파수(self-resonant-fre- quency)가 비 포스터 회로의 광대역 성능에 미치는 영향을 최소화하기 위해 높은 자기공진주파수를 갖는 소자를 설계에 사용했다.
- 5 GHz 동작주파수를 갖는 Broadcom사의 ATF-53189를 기반으로 설계하였다. 또한, bias 전원 설계에 사용된 수동소자의 자기공진주파수(self-resonant-fre- quency)가 비 포스터 회로의 광대역 성능에 미치는 영향을 최소화하기 위해 높은 자기공진주파수를 갖는 소자를 설계에 사용했다. 사용된 수동소자의 값은 표 1에 정리하였다.
- 비 포스터 회로가 개방 회로 안정조건을 만족하여 회로발진 없이 동작할 수 있도록 측정용 안테나와 제작된 회로는 직렬로 연결되었다. 또한, 비 포스터 회로가 동작하기 위한 bias 전원은 별도의 DC 전원공급기를 연결하여 공급했으며, Anritsu사의 MCS2038C 벡터 네트워크분석기와 연결해 반사손실을 측정했다.
- 이때 비 포스터 회로에 연결된 부하는 병렬로 연결되어야 하며, 비 포스터 회로에 연결된 부하의 입력 임피던스의 크기가 비 포스터 회로의 입력 임피던스의 크기보다 반드시 작아야 한다[12]. 본 논문에서는 제작된 비 포스터 회로와 안테나가 직렬 연결되도록 구성했으며, 비포스터 회로가 개방 회로 안정조건을 만족하며 동작하도록 설계했다.
- 본 논문에서는 VHF 및 UHF 대역에 포함되어 있는 다양한 통신환경에 적용할 수 있도록 50～1,000 MHz의 넓은 주파수 대역에서 음의 캐패시턴스 성능을 갖는 비 포스터 회로를 설계했다. 설계된 비 포스터 회로는 높은 캐패시턴스를 갖는 안테나와 결합하여 FM, DMB, GSM 대역에서 반사손실과 수신 전력을 측정해 성능을 검증했다.
- 본 연구에서는 시중에서 판매하는 DMB 대역의 안테나를 구입하여 사용했다. 안테나는 벡터 네트워크분석기를 사용해 측정한 후, 측정된 안테나의 데이터를 시뮬레이션에서 적용할 수 있는 s2p 터치톤 파일로 변환하여 ADS2009 회로시뮬레이터에 입력하는 방식으로 시뮬레이션을 진행했다.
- 그림 4는 비 포스터 회로의 구체적인 설계도를 보여준다. 음의 임피던스 구현을 위해 그림 2와 같은 교차 쌍 결합 구조를 차용하고 고주파 회로 시뮬레이터인 Agilent사의 ADS2009를 통해 최적화하였다. 광대역 음의 임피던스 발생을 위해 광대역 FET를 수배하였으며, 최종적으로 50 MHz～6.
- 본 논문에서는 VHF 및 UHF 대역에서 사용되는 소형안테나의 임피던스 정합 성능을 개선하기 위한 비 포스터 정합회로를 설계 및 제작했다. 제작된 비 포스터 회로는 다양한 통신대역에서 활용이 가능하도록 50～1,000 MHz의 넓은 대역에서 음의 캐패시턴스로 동작하도록 설계되었으며, de-embedding 측정법을 활용하여 음의 임피던스를 관찰했다. 설계된 비 포스터 회로가 적용된 소형안테나의 반사손실은 -5～-30 dB의 개선됨을 확인했다.
- 2 dB의 저하된 반사손실을 보였다. 측정용 안테나에 설계된 비 포스터 회로를 안테나에 적용하여 대역폭 변화를 관찰했다. 시뮬레이션 결과에서 110～980 MHz의 넓은 대역에서 -10dB 이하로 반사손실 대역폭이 개선됨을 보였다.
대상 데이터
- 또한, 회로를 간단하게 구성하기 위해 적층구조 없이 단층 PCB로 제작했으며, 제작된 회로의 크기는 40×50 mm이다.
- 따라서 스왐핑 임피던스와 비 포스터 회로를 연결한 전체 측정데이터에서 스왐핑 임피던스만을 제거하는 de-em- bedding 과정을 통해 비 포스터 회로의 특성을 확인해야 한다. 본 논문에서는 스왐핑 임피던스용 PCB를 별도로 제작해 측정에 사용했다.
- 반사손실 대역폭을 시뮬레이션하기 위해서는 먼저 안테나의 임피던스 데이터가 필요하다. 본 연구에서는 시중에서 판매하는 DMB 대역의 안테나를 구입하여 사용했다. 안테나는 벡터 네트워크분석기를 사용해 측정한 후, 측정된 안테나의 데이터를 시뮬레이션에서 적용할 수 있는 s2p 터치톤 파일로 변환하여 ADS2009 회로시뮬레이터에 입력하는 방식으로 시뮬레이션을 진행했다.
- 수신 전력 측정이 수행된 주파수 대역은 비 포스터 회로에 의해 반사손실이 개선된 일부 통신대역을 선정했다. 선정된 주파수대역은 FM 대역에 포함되는 88 MHz, 108 MHz와 DMB 대역에 포함되는 175 MHz, 200 MHz 그리고 GSM 대역에 포함되는 800 MHz이다. 측정결과에서 볼 수 있듯이 안테나의 수신 전력은 관찰이 수행된 주파수 대역에서 비 포스터 회로를 적용할 경우 증가함을 보였다.
- 측정된 수신 전력은 표 2에 표기했다. 수신 전력 측정이 수행된 주파수 대역은 비 포스터 회로에 의해 반사손실이 개선된 일부 통신대역을 선정했다. 선정된 주파수대역은 FM 대역에 포함되는 88 MHz, 108 MHz와 DMB 대역에 포함되는 175 MHz, 200 MHz 그리고 GSM 대역에 포함되는 800 MHz이다.
- 송신부에 사용할 경우, 높은 입력 전원으로 인해 발진할 가능성이 크기 때문이다. 수신파트의 구성은 Anritsu사의 스펙트럼분석기 MCS 2038C와 비 포스터 회로가 적용되기 전, 후의 안테나를 교체하며 사용했다. 송신파트와 수신파트는 1.
- 그림 7은 비 포스터 회로를 적용한 안테나 반사손실대역폭 시뮬레이션 결과와 측정용 안테나를 보여준다. 시뮬레이션과 측정에 사용한 안테나는 시중에서 판매하는 200 MHz 대역에서 동작하는 DMB 방송용 안테나를 구입했고, 측정 편의성을 위해 마이크로스트립 PCB와 SMA 커넥터를 납땜하여 사용했다. 또한 측정용 안테나는 DMB 대역에서 공진하기 위해 35 cm의 크기를 갖는데 소형 안테나 특성을 갖도록 8.
- 그림 13은 안테나 수신 전력을 측정하기 위한 실험환경의 개념도를 보여준다. 실험을 위한 송신파트는 Agilent사의 RF 신호 발생기 N9310A에 안테나를 연결하여 구성하였다. 여기서 사용한 안테나는 시중에서 구매할 수 있는 FM, DMB, GSM 대역 안테나들로 비 포스터 회로와 결합한 안테나는 수신단에만 사용하였다.
- 실험을 위한 송신파트는 Agilent사의 RF 신호 발생기 N9310A에 안테나를 연결하여 구성하였다. 여기서 사용한 안테나는 시중에서 구매할 수 있는 FM, DMB, GSM 대역 안테나들로 비 포스터 회로와 결합한 안테나는 수신단에만 사용하였다. 송신부에 사용할 경우, 높은 입력 전원으로 인해 발진할 가능성이 크기 때문이다.
- 제작된 PCB는 FR-4 기판을 사용했으며, 18×20 mm의 크기로 제작되었다.
- 제작된 비포스터 회로는 FR-4(εr=4.4, tanδ=0.02, t=1.6 mm)기판으로 제작되었고, 두 개의 FET 트랜지스터가 제작된 PCB에 교차 쌍 결합되어 장착됐다.
데이터처리
- 시뮬레이션은 50～1,000 MHz 대역에서 수행되었다. 비 포스터 회로의 기준임피던스에 7.5 pF를 입력해 시뮬레이션되었으며, 기준임피던스와 같은 값의 일반캐패시터와 스미스 차트에서 비교했다. 시뮬레이션 결과에서 볼 수 있듯이 일반 캐패시터는 시계방향으로 임피던스가 증가함을 보였고, 비 포스터 회로에 의해 만들어진 음의 임피던스는 반시계방향으로 임피던스가 증가함을 보였다.
- 그림 10은 제작된 비 포스터 회로의 음의 임피던스 측정 결과를 보여준다. 시뮬레이션 결과와 측정결과는 스미스차트에서 비교했으며, 측정과 시뮬레이션 모두 50～1,000 MHz 대역에서 수행되었다. 시뮬레이션과 측정 사이에 다소 차이가 발생하였는데 이는 측정된 데이터 처리 과정인 de-embedding 에서 생긴 오차로 판단된다.
- 그림 12는 비 포스터 회로를 적용한 안테나의 반사손실 대역폭을 측정한 결과를 보여준다. 시뮬레이션 결과와 함께 측정결과를 50～1,000 MHz 대역에서 비교했다. 비 포스터 회로를 적용한 안테나의 시뮬레이션 결과는 110～980 MHz 대역에서 -10 dB 이하로 반사손실 대역폭이 개선되었다.
- 4 cm의 크기로 축소했다. 측정과 시뮬레이션 결과는 50～1,000 MHz의 주파수대역에서 비교했다. 축소된 안테나의 측정결과를 살펴보면 안테나 크기가 축소됨에 따라-0.
- 5 pF을 사용했고, 벡터네트워크분석기와 비 포스터 회로 사이에 2 pF의 스왐핑 임피던스를 연결하여 측정했다. 측정된 데이터는 ADS2009 회로시뮬레이터에서 제공하는 de-embedding 기능을 사용해 데이터 처리 과정을 거쳐 비 포스터 회로의 고유성능을 확인했다.
성능/효과
- 5 dBm의 전력이 개선되었다. 또한, 가장 높은 개선을 보인 대역은 800 MHz로 5.2 dBm의 높은 개선 폭을 보였다. 측정결과로부터 알 수 있듯이, 제안된 비 포스터 회로가 안테나의 반사손실 대역폭을 개선함과 동시에 안테나의 수신 전력 또한 개선함을 알 수 있다
- 그러나 실제로 운용되고 있는 통신 대역의 반사손실은 개선됨을 볼 수 있었다. 반사손실이 개선된 통신 대역은 FM 및 DMB 대역을 포함하는 88～400 MHz 에서 -6～-30 dB의 개선을 보였고, GSM 대역인 800 MHz 에서는 -10 dB 이상의 반사손실 개선을 보였다. 측정결과를 통해 제작된 비 포스터 회로가 측정용 안테나의 반사손실 대역폭을 증가시킴을 알 수 있다.
- 시뮬레이션 결과와 함께 측정결과를 50～1,000 MHz 대역에서 비교했다. 비 포스터 회로를 적용한 안테나의 시뮬레이션 결과는 110～980 MHz 대역에서 -10 dB 이하로 반사손실 대역폭이 개선되었다. 반면, 측정결과는 50～1,000 MHz 대역에서 -5dB 이상의 반사손실 대역폭 개선을 보였다.
- 제작된 비 포스터 회로는 다양한 통신대역에서 활용이 가능하도록 50～1,000 MHz의 넓은 대역에서 음의 캐패시턴스로 동작하도록 설계되었으며, de-embedding 측정법을 활용하여 음의 임피던스를 관찰했다. 설계된 비 포스터 회로가 적용된 소형안테나의 반사손실은 -5～-30 dB의 개선됨을 확인했다. 제안된 회로는 FM, DMB, GSM대역에서 수신 전력을 측정했으며, 비 포스터 회로가 적용된 안테나의 수신 전력이 0.
- 측정용 안테나에 설계된 비 포스터 회로를 안테나에 적용하여 대역폭 변화를 관찰했다. 시뮬레이션 결과에서 110～980 MHz의 넓은 대역에서 -10dB 이하로 반사손실 대역폭이 개선됨을 보였다. 이는 설계된 비 포스터 회로가 안테나의 캐패시턴스 성분을 넓은 주파수대역에서 상쇄하여 반사손실 대역폭이 개선된 결과로 볼 수 있다.
- 5 pF를 입력해 시뮬레이션되었으며, 기준임피던스와 같은 값의 일반캐패시터와 스미스 차트에서 비교했다. 시뮬레이션 결과에서 볼 수 있듯이 일반 캐패시터는 시계방향으로 임피던스가 증가함을 보였고, 비 포스터 회로에 의해 만들어진 음의 임피던스는 반시계방향으로 임피던스가 증가함을 보였다. 이는 설계된 회로가 시뮬레이션이 수행된 전체 대역에서 포스터 이론과 반대 특성으로 동작하는 비포스터 회로의 성능을 만족한다고 할 수 있다.
- 반면, 측정결과는 50～1,000 MHz 대역에서 -5dB 이상의 반사손실 대역폭 개선을 보였다. 시뮬레이션과 측정결과 사이에서 오차가 발생하였는데, 이는 회로제작에서 발생한 공정 오차와 회로에 사용된 수동소자 및 FET 트랜지스터가 갖는 기생 성분이 안테나 임피던스 정합에 영향을 미쳤다고 판단된다. 그러나 실제로 운용되고 있는 통신 대역의 반사손실은 개선됨을 볼 수 있었다.
- 설계된 비 포스터 회로가 적용된 소형안테나의 반사손실은 -5～-30 dB의 개선됨을 확인했다. 제안된 회로는 FM, DMB, GSM대역에서 수신 전력을 측정했으며, 비 포스터 회로가 적용된 안테나의 수신 전력이 0.5 dBm～5.2 dBm 개선됨을 확인했다.
- 측정결과에서 볼 수 있듯이 안테나의 수신 전력은 관찰이 수행된 주파수 대역에서 비 포스터 회로를 적용할 경우 증가함을 보였다. 주파수대역별로 증가한 수신 전력은 차이를 보였으며, 가장 낮게 개선된 대역은 108 MHz로 0.5 dBm의 전력이 개선되었다. 또한, 가장 높은 개선을 보인 대역은 800 MHz로 5.
- 2 dBm의 높은 개선 폭을 보였다. 측정결과로부터 알 수 있듯이, 제안된 비 포스터 회로가 안테나의 반사손실 대역폭을 개선함과 동시에 안테나의 수신 전력 또한 개선함을 알 수 있다
- 반사손실이 개선된 통신 대역은 FM 및 DMB 대역을 포함하는 88～400 MHz 에서 -6～-30 dB의 개선을 보였고, GSM 대역인 800 MHz 에서는 -10 dB 이상의 반사손실 개선을 보였다. 측정결과를 통해 제작된 비 포스터 회로가 측정용 안테나의 반사손실 대역폭을 증가시킴을 알 수 있다.
- 선정된 주파수대역은 FM 대역에 포함되는 88 MHz, 108 MHz와 DMB 대역에 포함되는 175 MHz, 200 MHz 그리고 GSM 대역에 포함되는 800 MHz이다. 측정결과에서 볼 수 있듯이 안테나의 수신 전력은 관찰이 수행된 주파수 대역에서 비 포스터 회로를 적용할 경우 증가함을 보였다. 주파수대역별로 증가한 수신 전력은 차이를 보였으며, 가장 낮게 개선된 대역은 108 MHz로 0.
- 시뮬레이션과 측정 사이에 다소 차이가 발생하였는데 이는 측정된 데이터 처리 과정인 de-embedding 에서 생긴 오차로 판단된다. 하지만 시뮬레이션 결과와 측정결과에서 모두 주파수가 증가함에 따라 반 시계 방향으로 임피던스가 증가하는 결과를 보였으며, 이 결과로부터 알 수 있듯이 제작된 비 포스터 회로가 측정된 전 대역에서 음의 캐패시턴스 성능으로 동작함을 알 수 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.