KR101690734B1 - Ｘ-Ｂａｎｄ용 ＷＤＲＰ - Google Patents

Ｘ-Ｂａｎｄ용 ＷＤＲＰ Download PDF

Info

Publication number
KR101690734B1
KR101690734B1 KR1020150014200A KR20150014200A KR101690734B1 KR 101690734 B1 KR101690734 B1 KR 101690734B1 KR 1020150014200 A KR1020150014200 A KR 1020150014200A KR 20150014200 A KR20150014200 A KR 20150014200A KR 101690734 B1 KR101690734 B1 KR 101690734B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
port
limiter
state
stage
Prior art date
Application number
KR1020150014200A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160093336A (ko
Inventor
윤성현
Original Assignee
경남정보대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경남정보대학교 산학협력단 filed Critical 경남정보대학교 산학협력단
Priority to KR1020150014200A priority Critical patent/KR101690734B1/ko
Publication of KR20160093336A publication Critical patent/KR20160093336A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101690734B1 publication Critical patent/KR101690734B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G01S13/26—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency- or phase-modulated carrier wave
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • G01S7/034—Duplexers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/12—Bandpass or bandstop filters with adjustable bandwidth and fixed centre frequency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Abstract

본 발명은 X-Band용 WDRP에 관한 것이다. 본 발명은, 상수신부(20)를 파괴하는 신호의 주파수가 아웃 오브 밴드(out of band)로 위험신호인 경우 위험신호를 제거하기 위하여 IRIS 형 도체판을 이용한 BPF(110)를 도파관 내부에 장착하는 IRIS 구조(100)에 형성되는 인덕터(10a)와 핀 다이오드(10b) 각각을 수평 스트립 사이에 포함하는 구조를 갖는 마이크로스트립형 파워 리미터(Power Limiter); 를 포함한다.
이에 의해, 대전력을 취급하는 레이더(radar)인 경우 소신호를 취급하는 LNA 및 믹서(Mixer)가 감당하기에는 너무 큰 전력이 누설되어 수신부를 파괴하는 문제를 해결하도록 하는 효과를 제공한다.

Description

Ｘ-Ｂａｎｄ용 ＷＤＲＰ{waveguide Duplexer Receiver Protector for X-band}
본 발명은 X-Band용 WDRP에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, X-Band용 웨이브가이드(waveguide)형 4-port Circulator에 웨이브가이드(waveguide)형 리시버 프로텍터(Receiver Protector)가 결합된 X-Band용 WDRP에 관한 것이다.
목표물을 탐지하는 레이더(radar)의 송신기는 수 Watt에서 수 MWatt까지의 매우 높은 대 전력를 취급하고, 수신기는 목표물에서 반사되어 오는 아주 미약한 신호를, 0.1mW에서 수십 mW까지의 작은 전력의 신호를 처리하는 매우 민감한 반도체 소자로 구성된 LNA에서 증폭시키고, 믹서(Mixer)에서 IF 신호로 변환하는 과정을 거친다.
또한, 레이더(radar)는 하나의 안테나를 이용하여 송신과 수신을 수행하는 듀플렉서(duplexer)를 사용하며, 최근에 가장 많이 사용되는 듀플렉서(duplexer)는 비가역소자를 이용한 페라이트 써큐레이터(ferrite circulator)를 사용하고 있다.
즉, 듀플렉서(duplexer)의 역할은 하나의 안테나를 사용하여, 송신기에서 전송된 전력은 안테나로 보내고, 안테나로부터 수신된 신호는 수신기로 보내는 역할을 하는데, 송신기와 수신기를 듀플렉서(duplexer)로 완전히 분리해야 함에도 불구하고, 보통 20dB에서 30dB 정도의 아이솔레이션(isolation)을 제공하기 때문에, 적은 전력을 취급하는 경우에는 이 정도의 아이솔레이션(isolation)으로도 송신기의 전력이 수신기로 누설되는 전력이 작기 때문에 별로 문제가 없지만, 대전력을 취급하는 레이더(radar)인 경우{1MWatt 송신전력, 30dB 아이솔레이션(isolation)인 경우 수신기로 누설되는 전력은 1KWatt} 소신호를 취급하는 LNA 및 믹서(Mixer)가 감당하기에는 너무 큰 전력이 누설되어 수신부를 파괴하는 문제가 있다.
한편, 도 1은 RF 시스템 입출력단을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전송선로와 안테나의 임피던스 부정합에 의해서 송신된 신호가 안테나로부터 반사되어 수신단으로 들어오는 전력이 있는데, 일반적으로 대부분의 시스템에서, 안테나에서 반사된 송신 전력(약 10dB 정도)이 써큐레이터1(Circulator1)에서 누설된 송신 전력(약 20-30dB 정도)보다 크고, 예측하기가 어렵다.
즉, 도 1과 같이 써큐레이터1(Circulator1)에서 누설된 송신 전력과 안테나에서 반사된 전력의 합이 써큐레이터2(Circulator2)를 거쳐서 수신부로 들어오는 것이다.
따라서 대 전력을 사용하는 레이다(radar) 시스템에서는 수신부 반도체 소자의 파손을 방지하기 위하여 도 1과 같이 4-port waveguide 형 써큐레이터(Circulator)에 결합되는 웨이브가이드(waveguide)형 리시버 프로텍터(Receiver Protector)를 수신단 채널에 삽입해야 한다.
이러한 리시버 프로텍터(Receiver Protector)는 현재 X-Band(8-12GHz) 주파수대에서 군의 방산 분야 레이더(radar)(K-30 비호 탐지 레이더, 저고도 탐지 레이더, 천마 탐지 레이더 등) 및 민수용 레이더(radar)에서 사용되는 필수 구성품이지만, 관련 국내 설계, 생산의 기술 부족으로 지속적으로 국외에서 수입하고 있는 실정이다.
이러한 관점에서 본 발명에서는 도 2와 같이 X-Band용 웨이브가이드(waveguide)형 4-port Circulator에 웨이브가이드(waveguide)형 리시버 프로텍터(Receiver Protector)가 결합된 WDRP(waveguide Duplxer Receiver Protector)를 제안하며, 주파수 및 취급 전력의 크기에 따른 다양한 리시버 프로텍터(Receiver Protector)를 제작 및 생산하도록 제안한다.
[관련기술문헌]
1. 고주파 전기 신호 제어 장치 및 센싱 시스템(HIGH FREQUENCY ELECTRICAL SIGNAL CONTROL DEVICE AND SENSING SYSTEM) (특허출원번호 제10-2007-7010941호)
2. 레이더용 주파수 대역의 송수신 모듈(TRANSCEIVER MODULE FOR FREQUENCY BAND OF RADAR) (특허출원번호 제10-2009-0080312호)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대전력을 취급하는 레이더(radar)인 경우 소신호를 취급하는 LNA 및 믹서(Mixer)가 감당하기에는 너무 큰 전력이 누설되어 수신부를 파괴하는 문제를 해결하도록 하기 위한 X-Band용 WDRP를 제공하기 위한 것이다.
즉, 본 발명은 대 전력을 사용하는 레이다(radar) 시스템에서 수신부 반도체 소자의 파손을 방지하기 위한 4-port waveguide 형 써큐레이터(Circulator)에 결합되는 웨이브가이드(waveguide)형 리시버 프로텍터(Receiver Protector)로 수신단 채널에 삽입하는 X-Band용 WDRP를 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 X-Band용 WDRP는, 수신부(20)를 파괴하는 신호의 주파수가 아웃 오브 밴드(out of band)로 위험신호인 경우 위험신호를 제거하기 위하여 IRIS 형 도체판을 이용한 BPF(110)를 도파관 내부에 장착하는 IRIS 구조(100)에 형성되는 인덕터(10a)와 핀 다이오드(10b) 각각을 수평 스트립 사이에 포함하는 구조를 갖는 마이크로스트립형 파워 리미터(Power Limiter); 를 포함한다.
이대, 파워 리미터(Power Limiter)는, 필터(Filter) 형 파워 리미터(Power Limiter)인 것이 바람직하다.
또한, IRIS 구조(100)는, 유전체(100a)의 유전율 4.4인 두께 0.4mm FR4를 사용하고, 뒷면의 동박 표면은 전면을 에칭하여 제거하고, 수평 스트립 2의 넓이(x1)=6mm, 수평 스트립 1의 넓이(x)=5mm, 수평 스트립 2의 높이(y1)=0.5mm, 수평 스트립 1의 높이(y)=2mm, 2개의 인접한 수평 스트립 1 간의 높이 이격간격(a)=1mm, 수직 스트립(100b)의 넓이(b)=7.75m를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 인덕터(10a)는, 수평 스트립 1(100c)과 수평 스트립 2(100d)의 사이에 2개가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 핀 다이오드(10b)는, 2개의 수평 스트립 1(100a) 사이에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 2개의 수평 스트립 1(100c)가 중앙에 두 개가 평행하게 형성되며, 2개의 수평 스트립 1(100c) 각각의 외측으로 2의 수평 스트립 2(100d)가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 파워 리미터(Power Limiter)는, 1-stage 내지 3-stage 중 하나에 해당하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 X-Band용 WDRP는, 대전력을 취급하는 레이더(radar)인 경우 소신호를 취급하는 LNA 및 믹서(Mixer)가 감당하기에는 너무 큰 전력이 누설되어 수신부를 파괴하는 문제를 해결하도록 하는 효과를 제공한다.
즉, 본 발명은 대 전력을 사용하는 레이다(radar) 시스템에서 수신부 반도체 소자의 파손을 방지하기 위한 4-port waveguide 형 써큐레이터(Circulator)에 결합되는 웨이브가이드(waveguide)형 리시버 프로텍터(Receiver Protector)로 수신단 채널에 삽입하는 X-Band용 WDRP를 제공할 수 있다.
도 1은 RF 시스템 입출력단을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 X-Band용 WDRR(waveguide Duplxer Receiver Protector)를 나타내는 도면이다.
도 3은 전송 선로에 병렬로 핀 다이오(pin diode), RFC(RF Choke)를 연결한 구조로서, 간략화된 all Solid -State Receiver Protector(SSRP)를 보인 것이다.
도 4는 리미터(Limiter)의 펄스(pulse) 응답 특성을 나타낸다.
도 5는 도 3에서 회로의 타당성을 확인하기 위하여 리미터 다이오드(limiter diode)를 Avago HSMP-4820를 사용하고, RFC(RF Choke)로 인덕터를 사용하는 대신에 HSMS-282B Schottky diode를 사용하여 FR4 기판에 제작한 것이다.
도 6은 도 5의 제작된 1-stage의 Power Limiter의 성능을 분석하기 위하여 Anritsu사의 시그널 제너레이터 MG3641A를 이용하여 입력전력을 -10dBm에서부터 17dBm까지 변화시킨 경우의 출력 전력을 스펙트럼 분석기로 측정한 것이다.
도 7은 Spark 누설 전력과 Flat 누설 전력을 나타내는 도면이다.
도 8은 핀 다이오드(pin diode)의 순 바이어스 이때와 역 바이어스 일 때의 각 등가 회로를 나타낸다.
도 9는 제안된 IRIS 구조(100)를 나타내며, 도 10은 제안된 IRIS를 도파관에 장착된 BPF(110)를 나타내는 도면이다.
도 10은 제안된 IRIS 구조(100)를 도파관에 장착된 BPF(100)를 나타내는 도면이다.
도 11은 RF4 0.4mm 유전체, x1=6mm, x=5mm, y1=0.5mm, y=3.5mm, a=1mm, b=5.9mm인 경우 IRIS 형도파관 용 BPF(100)의 주파수 응답을 나타내는 도면이다.
도 12는 도 10에서의 b의 변화에 따른 S11의 주파수 응답을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 10에서의 y1의 변화에 따른 S11의 주파수 응답을 나타내는 도면이다.
도 14는 도 10에서의 y의 변화에 따른 S11의 주파수 응답을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예로 제안된 filter형 파워 리미터(Power Limiter)(10)를 나타내는 도면이다.
도 16은 IRIS 형 BPF(110)에 1-stage 핀 다이오드(pin diode)를 장착한 파워 리미터(power limiter)(10)의 주파수 응답을 나타내는 도면이다.
도 17은 Filter형 1-stage 파워 리미터(power limiter)(10)의 off 상태에서의 전계분포를 나타내는 도면이다.
도 18은 핀 다이오드(pin diode)(10b)의 on 상태에서의 파워 리미터(power limiter)(10)의 주파수 응답을 나타내는 도면이다.
도 19는 핀 다이오드(pin diode)(10b)의 on 상태에서의파워 리미터(power limiter)(10)의 전계분포를 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시예로 제안된 2-stage filter형 파워 리미터(power limiter)(10)를 나타내는 도면이다.
도 21은 off 상태의 2-stage filter형 파워 리미터(power limiter)(10) 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 22는 off 상태의 2-stage filter형 파워 리미터(power limiter)(10)의 전계 분포를 나타내는 도면이다.
도 23은 on 상태의 2-stage filter형 파워 리미터(power limiter)(10) 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 24는 on 상태의 2-stage filter형 파워 리미터(power limiter)(10)의 전계 분포를 나타내는 도면이다.
도 25는 off 상태의 3-stage filter형 파워 리미터(power limiter)(10) 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 26은 off 상태의 3-stage filter형 파워 리미터(power limiter)(10)의 전계 분포를 나타내는 도면이다.
도 27은 on 상태의 3-stage filter형 파워 리미터(power limiter)(10) 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 28은 on 상태의 3-stage filter형 파워 리미터(power limiter)(10)의 전계 분포를 나타내는 도면이다.
도 29는 4-port circulator를 나타내는 도면이다.
도 30은 4-port circulator, 전파 흡수체, 1-stage 파워 리미터(power limiter)(10)의 구조를 나타내는 도면이다.
도 31은 1-stage filter를 이용한 4-port WDRP off 상태의 전계분포를 나타내는 도면이다.
도 32는 1-stage filter를 이용한 4-port WDRP off 상태의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 33은 1-stage filter를 이용한 4-port WDRP on 상태의 전계분포를 나타내는 도면이다.
도 34는 1-stage filter를 이용한 4-port WDRP on 상태의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 35는 2-stage filter를 이용한 4-port WDRP off 상태의 전계분포를 나타내는 도면이다.
도 36은 2-stage filter를 이용한 4-port WDRP off 상태의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 37은 2-stage filter를 이용한 4-port WDRP on 상태의 전계분포를 나타내는 도면이다.
도 38은 2-stage filter를 이용한 4-port WDRP on 상태의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 39는 3-stage filter를 이용한 4-port WDRP off 상태의 전계분포를 나타내는 도면이다.
도 40은 3-stage filter를 이용한 4-port WDRP off 상태의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 41은 3-stage filter를 이용한 4-port WDRP on 상태의 전계분포를 나타내는 도면이다.
도 42는 3-stage filter를 이용한 4-port WDRP on 상태의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 43은 3D로 설계된 3-stage WDRP를 나타내는 도면이다.
도 44는 3D로 설계된 도파관에 설치된 IRSI 구조(100)를 나타내는 도면이다.
도 45는 도파관에 부착된 3-stage IRIS 형 파워 리미터(power limiter)(10)를 나타내는 도면이다.
도 46은 실제 제작된 IRIS 형 파워 리미터(power limiter)(10)를 나타내는 도면이다.
도 47은 4-port WDRP에 연결된 3-stage 파워 리미터(power limiter)(10)를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 X-Band용 WDRR(waveguide Duplxer Receiver Protector)를 나타내는 도면이다.
먼저, 레이더 시스템에 사용하는 리시버 프로텍터(Receiver protector)는 TR 튜브(TR tube), 프리-TR 튜브(Pre-TR tube), 페라이트 리미터(ferrite limiter), 멀티팩터(multipactor) 그리고, 다이오드 리미터(diode limiter)의 5가지의 형태가 있다. 각각의 기술은 자신만의 장단점을 가지고 있다.
우선, TR 튜브(TR tube)는 오늘날 가장 많이 사용되는 것으로서, 도파관 내에 원추 모양의 캐패시터(capacitive) 소자와 아이리스(IRIS) 형태의 인덕티브(inductive) 소자를 형성하여, high Q parallel L-C 형태의 필터가 내장되게 하고, 도파관 양쪽 끝에는 웨이브가이드 윈도우(waveguide window)로 밀봉하여, 가스(gas)를 주입시킨다.
로우 파워(Low power) 신호 상태에서는 TR 튜브(TR tube)는 단순히 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)로 작용하여 관심의 주파수 범위에서 삽입손실을 야기한다. 그러나 하이 파워(high power) 신호가 존재하면, 가스(gas) 방전을 발생시켜 전력의 대부분을 반사시키는데, 가스(gas) 방전이 안정되지 않기 때문에 안정된 방전을 위하여 기폭제로서 방사성 물질(Tritium, Promethium 147, Cobalt 60등)을 사용한다.
즉, TR 튜브(TR tube)는 장점으로는 (1) 레이더(Radar) 운용 주파수의 범위(in band)뿐만 아니라, 운용 주파수를 벗어나는 아웃 오브 밴드(out of band)에서도 잘 동작한다. (2) 취급하는 전력은 가스(gas) 방전에 의해서 윈도우 글래스(window glass)에 발생되는 열에 이해서 제한되지만, 세라믹 윈도우(ceramic window)를 이용하면 매우 큰 전력도 취급할 수 있다.
그러나 단점으로는 (1) 하이 파워(high power) 상태에서 로우 파워(low power) 상태로 입력이 변환될 때 레이더(radar)의 에코(echo) 신호를 수신할 수 있는 상태로 변환되는 리커버리 타임(recovery time)이 길고 (2) TR 튜브(TR tube) 내의 가스(gas) 양에 의해서 사용 수명이 유한하고 (3) 저 준위의 방사성 물질을 사용하여 TR 튜브(TR tube)로 유출되는 방사선이 작다 하지만, 사용 중 파손에 의한 방사성 물질의 유출문제, 사용 후 TR 튜브(TR tube)의 폐기 문제와 같은 환경적 문제를 야기한다.
그러나 다이오드 리미터(diode limiter)의 장점은 (1) 수명이 영구적이고 (2) 리커버리(Recovery time)이 짧고, (3) 가스 튜브(gas tube)를 사용하지 않으므로 환경오염의 문제가 없다. 그러나 단점으로는 (1) 하이 파워(high power)를 취급할 수 없고, (2) 아웃 오브 밴드(Out of band) 신호를 처리할 수가 없다는 것이다.
즉, 도파관은 하이 패스 필터(High Pass Filter)로 작용하기 때문에 아웃 오브 밴드(Out of Band)의 높은 전력신호에 대한 대책 또한 필요하다. 이러한 관점에서 본 연구 개발에서는 멀티 스테이지 리미터(Multi Stage Limiter)를 사용하여 하이 파워(High power)를 취급할 수 있고, 또한, 아웃 오브 밴드(Out of band) 신호를 처리할 수 있도록 하고자 한다.
이러한 멀티 스테이지 리미터(Multi Stage Limiter) 설계 및 제작은 포스트(post)형 리미터(limiter)와 필터(filter)형 리미터(limiter)가 있는데, 어느 형태가 xXband용 멀티 스테이지 리미터(Multi Stage Limiter)에 더 우수한 성능을 보이는지를 확인하기 위하여 두 형태의 특성을 비교하고자 한다.
<파워 리미터 다이오드(Power Limiter diode) 특성>
리미터 핀 다이오드(Limiter pin diode)는 기본적으로 바이어스 전류에 따라서 변하는 가변저항기이다. 도 3은 전송 선로에 병렬로 핀 다이오(pin diode), RFC(RF Choke)를 연결한 구조로서, 간략화된 all Solid -State Receiver Protector(SSRP)를 보인 것이다.
도 3에서, 입력단에 핀 다이오드(pin diode)의 threshold 이하의 작은 신호가 입력되면, 핀 다이오드(pin diode)는 off 상태로서, 수 K에 해당하는 매우 큰 내부 임피던스는 값을 가지므로, 0.5dB 이하의 매우 작은 삽입손실만 발생하고, 대부분 신호는 출력단으로 출력된다.
그러나 입력 전력이 점차 증가하여 도 4와 같이 threshold에 해당하는 1dB 압축점 이상으로 증가하면, 핀 다이오드(pin diode)의 I 층 속으로 전하가 주입되기 시작하고, DC-Return path인 RFC를 통하여 DC 전류가 흐르고, 이 DC 전류는 핀 다이오드(pin diode)의 순방향 저항값을 수의 매우 작은 값으로 변화시켜서, 전송선로의 특성임피던스와의 부정합에 의해서 신호원 쪽으로 대부분을 반사시키서 수신부(20)를 보호한다.
도 5는 도 3에서 회로의 타당성을 확인하기 위하여 리미터 다이오드(limiter diode)를 Avago HSMP-4820를 사용하고, RFC(RF Choke)로 인덕터를 사용하는 대신에 HSMS-282B Schottky diode를 사용하여 FR4 기판에 제작한 것이다. 도 6은 도 5의 제작된 1-stage의 Power Limiter의 성능을 분석하기 위하여 Anritsu사의 시그널 제너레이터 MG3641A를 이용하여 입력전력을 -10dBm에서부터 17dBm까지 변화시킨 경우의 출력 전력을 스펙트럼 분석기로 측정한 것이다. HSMP-4820의 threshold가 11dBm이지만, HSMS-282B Schottky diode의 정류특성에 의해서 threshold가 약 3dBm이고, P1dB가 약 2.dBm이 되다는 것을 측정하였다. 이것은 대부분의 LNA가 11dBm 입력 전력에 대해서 파손의 위험이 있기 때문에, turn - on threshold를 낮추기 위하여 Schottky diode를 사용하는 이유가 된다.
즉, Schottky diode는 입력 RF 신호를 정류하여, RF 전력에 비례하는 DC 전류 If를 만들고, Schottky diode와 반대 극성으로 연결된 핀 다이오드(pin diode)는 If를 위한 통로를 제공한다. 즉, 핀 다이오드(pin diode)는 If에 의해서 제어되는 접합저항 Rd를 가진 전류제어 저항처럼 동작한다. Rd는 하기의 수학식 1에 의해 연산된다.
Figure 112015009924622-pat00001
여기서 W는 핀 다이오드(pin diode)의 I층 높이, μ는 전자와 전공의 이동도, τ는 소수 캐리어 수명이다. Schottky detection threshold 아래 레벨의 전력에서, unbiased pin diode의 접합저항 Rd는 전송선로의 특성 임피던스보다 매우 높아서 입사된 전력의 대부분이 감쇄없이 limiter를 통과한다. 그러나 Schottky detection threshold 레벨을 넘는 입력전력에 대해서는 RF를 정류하여 DC 전류를 만들어서 핀 다이오드(pin diode)의 저항값 Rd를 작게 하여 다음의 수학식 2와 같이 감쇄를 야기한다.
Figure 112015009924622-pat00002
매우 작은 Rd에서, 입사전력은 source 쪽으로 반사한다. 핀 다이오드(pin diode)의 Rd는 I층의 두께에 비례하므로, 매우 작은 값, 1-7um 정도를 사용한다.
한편, 도 5는 실제로 제작된 마이크로스트립형 1-stage 파워 리미터(Power Limiter)를 나타내는 도면이다. 도 6은 도 5의 1-stage 파워 리미터(Power Limiter)의 출력 특성을 나타내는 도면이다. 도 7은 Spark 누설 전력과 Flat 누설 전력을 나타내는 도면이다.
대부분의 레이더(radar) 송신기에서는 RF 신호에 변조된 펄스 신호를 사용하는데, 다이오드(diode)의 threshold를 초과하는 높은 전력의 입력 펄스가 핀 다이오드(pin diode)에 입력되면 도 7과 같이, 다이오드(diode)의 하이 임피던스(high impedance)에서 로우 임피던스(low impedance)로 변이되는 시간이 걸리므로, spike leakage level이 존재하고, 그 후에 안정된 flat leakage level로 수신기를 보호한다.
만약에 spike 영역에 존재하는 에너지가 너무 크면, flat leakage level이 충분히 작다 하더라도, 보호하고자 하는 민감한 전자 소자를 파괴할 수 있다.
일반적으로 핀 다이오드(pin diode)의 I층의 두께가 얇으면, spike level도 작아지만, threshold 값도 작아지므로 큰 전력에 대하여 수신부를 보호할 수 없고, I층의 두께가 두꺼워지면, threshold level이 높아져서 파이 파워(high power)에 대하여 수신부를 보호할 수 있지만, spike leakage level도 높아져서 수신부(20)를 파괴할 위험이 존재한다.
또한, 하이 파워(high power) 입력시 다이오드(diode)의 on 상태에서 로우 파워(low power)로 변하면, 다이오드(diode)는 다시 오프(off) 상태로 변환되어야 하는데, 이때, 소요되는 시간을 리커버리 타임(recovery time)이라 하며 하므로, 짧을수록 좋다. 이러한 관점에서 all Solid -State Receiver Protector(SSRP) 설계시 핀 다이오드(pin diode)의 선택이 매우 중요하다.
한편, 핀 다이오드(pin diode)의 순 바이어스 이때와 역 바이어스 일 때의 각 등가 회로는 도 8a 및 도 8b와 같다. 여기서 L은 패키지 인덕턴스 이고(0.3nH), Rs는 순방향 바이어스 시 내부저항(2Ω), Rp는 역 바이어스 시 내부 저항으로서 주파수에 다라서 다르지만 x-band시 약 5KΩ에서 10KΩ정도 된다. CT는 총 커패시턴(0.3pF)를 의미한다.
<필터(Filter) 형 파워 리미터(Power Limiter)(10)>
도파관 형 BPF (110) 설계
본 발명에서는 TR 튜브(TR tube) 없이 핀 다이오드(pin diode)(10b) 만으로 파워 리미터(Power Limiter)(10)를 구현하는 것이 개발 목적인데, 이 경우 수신부(20)를 파괴할 위험신호의 주파수가 아웃 오브 밴드(out of band)일 경우 그 신호를 제거하기 위하여 IRIS 형 도체판을 이용한 BPF(110)를 도 9와 같이 도파관 내부에 장착한다.
즉, 도 9는 제안된 IRIS 구조(100)를 나타내며, 도 10은 제안된 IRIS를 도파관에 장착된 BPF(110)를 나타내는 도면이다. 그리고, 도 11은 IRIS를 설계할 때, 유전율 4.4인 두께 0.4mm FR4를 사용하고, 뒷면의 동박 표면은 전면을 에칭하여 제거하고, 수평 스트립 2(100d)의 넓이(x1)=6mm, 수평 스트립 1(100c)의 넓이(x)=5mm, 수평 스트립 2(100d)의 높이(y1)=0.5mm, 수평 스트립 1(100c)의 높이(y)=3.5mm, 수평 스트립 1(100c) 간의 높이 이격간격(a)=1mm, 수직 스트립(100b)의 넓이(b)=5.9mm의 제원을 이용할 경우의 주파수 응답을 보인 것이다. 도에서 약 10[GHz]의 공진주파수를 가지는 BPF(110)로서 잘 동작한다는 것을 알 수 있다.
즉, 도 11은 RF4 0.4mm 유전체(100a), x1=6mm, x=5mm, y1=0.5mm, y=3.5mm, a=1mm, b=5.9mm일 때의 IRIS형 도파관 용 BPF(110)의 주파수 응답을 나타내며, 도 12는 b의 변화에 따른 S11의 주파수 응답을 나타내며, 도 13은 y1의 변화에 따른 S11의 주파수 응답을 나타내며, 도 14. y의 변화에 따른 S11의 주파수 응답을 나타낸다.
이와 같이, 도 11, 도 12, 도 13은 IRIS 구조(100)를 구성하는 수직 스트립과 수평 스트립의 크기 변화에 따른 주파수 특성을 보인 것인데, 수직 스트립 폭인 b와 수평 스트립 폭인 y 값에 따라서 공진 주파수가 많이 변한다는 것을 알 수 있다. 이것은 수직 및 수평 스트립과 스트립 사이의 폭이 병렬 공진회로의 L과 C의 역할을 하여 공진 주파수가 변하기 때문이다. 따라서 제안된 IRIS의 수직 스트립 및 수평 스트립의 크기 및 폭을 조정하여 원하는 공진 주파수를 가지는 도파관형 BPF(110)를 만들 수 있다.
1-stage filter형 파워 리미터(Power Limiter)(10)
"도파관 형 BPF 설계"에서 언급한 구조는 도파관 내부에서 IRIS가 병렬 공진회로를 형성하므로, IRIS를 구성하는 여러 가지 파라메타를 조정하여 공진 주파수를 변화시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
이러한 관점에서 본 명세서에서는 IRIS 구조(100)에 도 15과 같이 핀 다이오드(pin diode)(10b)와 인덕터(10a)를 장착하여 아웃 오브 밴드(out of band)의 매우 큰 전력을 제거하고, 그리고 동작 주파수 범위 내에서 큰 전력이 수신부(20)에 입력될 때, 수신부(20)를 보호하는 파워 리미터(Power Limiter)(10)를 제작하고자 한다. 즉 도 15는 제안된 filter형 파워 리미터(Power Limiter)(10)를 나타낸다.
이 경우 핀 다이오드(pin diode)(10b)가 가지고 있는 커패시턴스의 값이 추가되므로, 처음 설계한 BPF(110)의 공진 주파수 및 대역폭이 변한다. 따라서, 원하는 중심주파수 및 대역폭 조정을 위하여 IRIS 구조(100)의 파라메타를 변경해야한다.
도 16은 IRIS 형 BPF(110)에 1-stage 핀 다이오드(pin diode)(10b)를 장착한 파워 리미터(Power limiter)의 주파수 응답을 나타내는 도면이다. 즉, 도 16은 IRIS의 파라메타를 x1=6mm, x=5mm, y1=0.5mm, y=2mm, a=1mm, b=7.75mm으로 하고, 도 15처럼 핀 다이오드(pin diode)(10b)를 연결하고, 핀 다이오드(pin diode)(10b)의 off 상태 일 때의 등가회로 도 8을 사용한 파워 리미터(Power Limiter)의 주파수 응답을 나타낸 것이다. 중심 주파수 약 10.6[GHz]에서 BPF(110)로 잘 동작함을 알 수 있다.
도 17은 Filter형 1-stage 파워 리미터(Power Limiter)의 off 상태에서의 전계분포를 나타내는 도면이다. 도 17을 참조하면, 핀 다이오드(pin diode)(10b)가 장착된 IRIS 한 개를 도파관에 삽입한 경우의 10.5[GHz]에서의 전계 분포를 보인 것인데, 반사없이 잘 전송된다는 것을 알 수 있다.
도 18은 핀 다이오드(pin diode)(10b)의 on 상태에서의 파워 리미터(Power Limiter)(10)의 주파수 응답을 나타내는 도면이다. 즉, 도 18은 동일한 제원의 IRIS에서 핀 다이오드(pin diode)(10b)의 on 상태의 등가 회로를 이용한 경우의 주파수응답을 보인 것이다. 즉, 핀 다이오드(pin diode)(10b)의 단락에 의한 인덕터(10a)의 추가에 의해서 공진 주파수가 약 9.85[GHz]로 작아 졌지만, 전송 계수를 의미하는 S21이 10.5[GHz]에서 약 -17.2dB로 되어 전송을 억제한다는 것을 알 수 있다. 도 19는 핀 다이오드(pin diode)(10b)의 on 상태에서의 파워 리미터(Power Limiter)(10)의 전계분포를 나타내는 것이다. 즉, 도 19는 핀 다이오드(pin diode)(10b)의 on 상태일 때의 도파관 내에서의 전계 분포를 보인 것인데, 전계가 도파관을 통과하지 못하고, IRIS를 기준으로 해서 반사된다는 것을 알 수있다. 그러나 S21이 -17.2dB인 관계로 port 2(2)로 전송되는 전력이 많다는 것을 알 수 있다.
2-stage filter형 파워 리미터(Power Limiter)(10)
1-stage filter형 파워 리미터(Power Limiter)를 사용할 경우, 강한 전력이 수신될 때 핀 다이오드(pin diode)(10b)의 on 상태에서 발생되는 인덕터(10a) 성분에 의해서 공진 주파수가 변하므로, 수신부(20)를 보호할 수 있을 정도로 충분히 감쇄시키기 어렵다. 이러한 관점에서 본 발명에서는 기준 주파수 10.5[GHz]에서 감쇄를 더 크게 하여 강한 전력에 대비하여 더욱 안전하게 수신부(20)를 보호하기 위하여 동일한 구조를 가지는 IRIS를 λg/4의 간격으로 위치시키는 2-stage filter형 파워 리미터(Power Limiter)(10)를 도 20과 같이 제안한다. 즉, 도 20은 2-stage filter형 파워 리미터(Power Limiter)를 나타내며, 도 21은 off 상태의 2-stage filter형 파워 리미터(Power Limiter) 주파수 특성을 나타내며, 도 22는 off 상태의 2-stage filter형 파워 리미터(Power Limiter)의 전계 분포를 나타낸다. 도 21을 참조하면 핀 다이오드(pin diode)(10b)의 off 상태, 즉 저전력이 입사될 때의 주파수 특성을 보인 것인데, 1-stage filter를 사용할 때보다 동작 주파수의 대역이 광대역으로 됨을 알 수 있다. 그리고, 도 22를 참조하면 off 일 때의 10.5[GHz]에서의 전계의 분포상태를 보인 것인데, 잘 통과함을 알 수 있다.
그리고, 도 23은 도 20에서 on 상태의 2-stage filter형 파워 리미터(Power Limiter) 주파수 특성을 나타내며, 도 24는 도 20에서 on 상태의 2-stage filter형 파워 리미터(Power Limiter)의 전계 분포를 나타낸다. 즉, 도 23 및 도 24는 강한 전자파가 입사되어 핀 다이오드(pin diode)(10b)가 on 되었을 때의 등가회로를 이용하여 2-stage filter형 파워 리미터(Power Limiter)의 주파수 특성을 나타낸 것이다. 1-stage인 경우에 10.5[GHz]에서 약 -17.2dB의 감쇄가 약 -40dB 정도로 증가하였고, -20dB 이하의 주파수 대역폭도 매우 많이 증가 됨을 알 수 있다. 따라서 2-stage인 경우가 1-stage인 경우보다도 파워 리미터(Power Limiter)로 성능이 우수하다는 것을 알 수 있다.
3-stage filter형 파워 리미터(Power Limiter)(10)
"2-stage filter형 Power Limiter(10)"에서 2-stage 파워 리미터(Power Limiter)(10)가 성능이 우수한 관점에서 본 발명에서는 고 전력용 Power Limiter를 위하여 3-stage filter 파워 리미터(Power Limiter)(10)를 제안하고자 한다. 즉, 핀 다이오드(pin diode)(10b)가 장작된 IRIS형 BPF(110)를 간격으로 3개를 배치하여 시뮬레이션을 실시하였다. 도 25는 off 상태의 3-stage filter형 파워 리미터(Power Limiter)(10) 주파수 특성을 나타내며, 도 26은 off 상태의 3-stage filter형 파워 리미터(Power Limiter)(10)의 전계 분포를 나타낸다. 즉, 도 25 및 도 26을 참조하면, 저전력으로 인하여 핀 다이오드(pin diode)(10b)가 off 상태일 때의 주파수 특성 및 전계분포를 보인 것이다. 도 25 및 도 26에서 off 상태일 경우 2-stage인 경우와 비교하여 그 다지 성능개선이 발생하지 않는다는 것을 알 수 있다.
도 27은 on 상태의 3-stage filter형 파워 리미터(Power Limiter)(10) 주파수 특성을 나타내며, 도 28은 on 상태의 3-stage filter형 파워 리미터(Power Limiter)의 전계 분포를 나타낸다. 즉, 도 27 및 도 28은 강한 전력의 입사로 인한 핀 다이오드(pin diode)(10b)의 on 상태일 때의 전송계수 및 반사계수를 보인 것인데, 동작 주파수인 10.5[GHz] 근처에서 약 -50dB 정도의 전송계수를 보이고 있다. 따라서 대전력의 누설에 의한 수신부를 충분히 보호할 수 있다.
[Filter를 이용한 4-port WDRP]
본 발명에서는 본 출원인의 이전 출원인 "{발명의 명칭: Ｘ-밴드용 Ｙ형-ＷＲ 90 표준 도파관 써큐레이터, 그리고 이를 이용한 레이더의 송수신부{Circulator for X-band with Y junction type-WR 90 standard waveguide, and communication terminal of radar using the same}"의 X-band용 4-port circulator에 본 발명에서 제시하는 파워 리미터(Power Limiter)(10)를 연결하여 그 성능을 분석하고자한다. 즉, 도 29는 4-port 써큐레이터(circulator)를 나타낸 것이다.
일반적으로 port 1(1)을 입력 port로 사용하고, port 3(3)에 안테나를 연결하고, port 2(2)에 수신부(20)를 연결한다. 그리고, port 4(4)에는 port 2(2)에서 반사되는 전파를 흡수하기 위하여 전파 흡수체가 내장된 도파관을 연결한다. 본 연구 개발의 목적은 port 3에서 반사 혹은 강한 전력이 수신되었을 때, 수신부(20)를 보호하기 위한 파워 리미터(Power Limiter)(10) 제공이 주목적이므로, port 3(3)을 입력 포트로 가장하고, port 2(2)에 개발된 파워 리미터(Power Limiter)(10)를 연결하여 파워 리미터(Power Limiter)(10)의 성능을 분석하고자 한다. port 4(4)는 port 2(2)에서 반사되는 전력을 소모하기 위하여 전파 흡수체가 내장된 도파관을 연결한다.
도 30은 "4-port circulator, 전파 흡수체, 1-stage 파워 리미터(Power Limiter)"의 결합 구조를 나타내는 도면이다.
1-stage filter를 이용한 4-port WDRP
도 31은 1-stage filter를 이용한 4-port WDRP에서 off 상태의 전계분포를 나타내며, 도 32는 1-stage filter를 이용한 4-port WDRP에서 off 상태의 주파수 특성을 나타낸다. 즉, 도 31 및 도 32를 참조하면, 상술한 4-port circulator의 port 2(2)에, IRIS로 구성된 BPF(110)에 핀 다이오드(pin diode)(10b)를 사용한 파워 리미터(Power Limiter)(20)를 연결한 구조에서, 핀 다이오드(pin diode)(10b)의 off 상태일 때의 전계분포 및 주파수를 응답을 보인 것인데, 포스트(post) 형 파워 리미터를 이용한 경우와 비교할 때, 전송의 정도를 보이는 S23인 경우 통과 대역폭이 넓다는 장점이 있다. 한편, S31는 port 3(3)에서 입력될 때, port 1(1)으로의 전송 정도를 보인 것인데, 써큐레이터(circulator)의 우수한 동작에 의해서 전송되는 전력이 매우 작다는 것을 알 수 있다. 또한 S33 도 매우 작은 반사 계수를 가지는 우수한 써큐레이터(circulator)라는 알 수 있다. 즉, S32는 파워 리미터(Power Limiter)(10)의 성능에 의한 것이고, S33,S31은 써큐레이터(circulator)의 성능에 의한 것이다.
한편, 도 33은 1-stage filter를 이용한 4-port WDRP의 on 상태의 전계분포를 나타내며, 도 34는 1-stage filter를 이용한 4-port WDRP의 on 상태의 주파수 특성을 나타낸다. 즉 도 33 및 도 34를 참조하면, 핀 다이오드(pin diode)(10b)의 off 상태일 때의 전계분포 및 주파수 특성을 보인 것인데, 파워 리미터(Power Limiter)(10)로 잘 동작함을 S23에서 보여주고 있다. 즉, pot 3(3)에서 입력된 대전력에 의해서 port 2(2)에 연결된 파워 리미터(Power Limiter)(10)의 핀 다이오드(pin diode)(10b)가 on 되어 임피던스의 부정합에 의해서 대부분의 전력이 반사되어 수신부를 보호한다. 이때, 반사된 전력은 써큐레이터(circulator)의 특성에 의해서 대부분 전파 흡수체가 연결된 port로 반사되어 소멸되고, 일 부분이 port 1(1), port 3(3)으로 입력되어 S31,S33 값이 다소 커진 것을 알 수 있다.
2-stage filter를 이용한 4-port WDRP
수신단에 다단의 Power Limiter를 사용하는 이유는 pin diode의 on, off 에 의한 전력 제어 한계가 pin diode의 I 층의 두께에 따라 다르기 때문이다. 이러한 관점에서 대전력을 제어하기 위하여 먼저 2-stage IRIS BPF(110)를 사용한 4-port WDRP의 특성을 분석하였다.
도 35는 2-stage filter를 이용한 4-port WDRP의 off 상태의 전계분포를 나타내며, 도 36은 2-stage filter를 이용한 4-port WDRP의 off 상태의 주파수 특성을 나타내는 도면이다. 즉 도 35 및 도 36을 참조하면, off 상태인데, 입력 임피던스의 변화가 작은 이유로 잘 통과되고, 반사되는 양도 매우 작아서 수신부에 잘 전달되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 37은 2-stage filter를 이용한 4-port WDRP의 on 상태의 전계분포를 나타내며, 도 38은 2-stage filter를 이용한 4-port WDRP의 on 상태의 주파수 특성을 나타내는 도면이다. 즉, 도 37 및 도 38을 참조하면 on 상태이므로 임피던스의 급격한 감소에 의해서 S23가 급격히 작아져서 누설되는 대 전력에 수신부를 양호하게 잘 보호하고, 보호되는 주파수 영역도 넓어진다는 것을 알 수 있다. 그러나 역시 반사되는 전력의 일부가 port 1(1), port 3(3)으로의 유입에 의하여 S31, S33의 값이 주파수에 따라서 변화가 크다는 것을 알 수 있다.
3-stage filter를 이용한 4-port WDRP
본 발명에서는 아웃 오브 밴드(out of band)에도 효과적이고, 제작에도 편리한 이점 때문에 skywork 사의 CLA460x 시리즈의 pin diode를 이용하여 최종적으로 3-stage 파워 리미터(Power Limiter) 구성을 설계, 제작, 시뮬레이션하여 그 성능의 분석 결과를 제공하고자 한다. 도 39는 3-stage filter를 이용한 4-port WDRP off 상태의 전계분포를 나타내는 도면이고, 도 40은 3-stage filter를 이용한 4-port WDRP off 상태의 주파수 특성을 나타내는 도면이다. 도 39 및 도 40을 참조하면, off 상태인 경우는 port 3(3)의 입력이 port 2(2)로 신호 전력이 잘 전송됨을 알 수 있다.
도 41은 3-stage filter를 이용한 4-port WDRP on 상태의 전계분포를 나타내는 도면이며, 도 42는 3-stage filter를 이용한 4-port WDRP on 상태의 주파수 특성을 나타내는 도면이다. 도 41 및 도 42를 참조하면, on 상태의 전계 분포 및 주파수 특성을 보인 것인데, port 2로 전력 전송을 나타내는 S23가 매우 적다는 것을 알 수 있다. 그러나 반사되는 전력 때문에 상대적으로 S13, S33가 1-stage, 2-stage 인 경우 보다도 크다는 것을 알 수 있다. 따라서 이러한 값을 줄이기 위한 임피던스 정합을 위한 연구가 좀더 필요하다.
Filter형 파워 리미터(Power Limiter)(10) 설계
본 발명에서는 RF 연구회에 CST MWS로 filter형 3-stage 파워 리미터(Power Limiter)를 WR 90 도파관 용으로 시뮬레이션을 하여 해석 및 설계한 구조를 제공한다.
즉, 도 43a는 3-stage WDRP 정면도를 나타내며, 도 43b은 3-stage WDRP 사시도를 나타내며, 도 44는 도파관에 설치된 IRIS를 나타내는 도면이다.
그리고, 도 45는 도파관에 부착된 3-stage IRIS 형 파워 리미터(Power Limiter), 도 46은 실제로 제작된 IRIS 형 파워 리미터(Power Limiter)를 나타내며, 도 47은 4-port WDRP에 연결된 3-stage 파워 리미터(Power Limiter)를 나타내는 도면이다. 즉, WR 90 도파관 내부에 도 46에 보인 것처럼 제작된 IRIS 형 BPF 에 skywork 사의 pin diode를 연결하고 λ/3의 간격으로 3개를 연결한 것을 나타낸 것이다. 본 발명에서는 이것을 제작된 4-port WRDP에 도 47과 같이 연결하여 최종적으로 제공하기 위한 목적이다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 필터(Filter) 형 파워 리미터(Power Limiter)
10a: 인덕터
10b: 핀 다이오드
20: 수신부
100: 도파관 IRIS 구조
100a: 유전체
100a: 수직 스트립
100c: 수평 스트립 1
100d: 수평 스트립 2

Claims (7)

  1. 수신부(20)를 파괴하는 신호의 주파수가 아웃 오브 밴드(out of band)로 위험신호인 경우 위험신호를 제거하기 위하여 IRIS 형 도체판을 이용한 BPF(110)를 도파관 내부에 장착하는 IRIS 구조(100)에 형성되는 인덕터(10a)와 핀 다이오드(10b) 각각을 수평 스트립 사이에 포함하는 구조를 갖는 마이크로스트립형 파워 리미터(Power Limiter); 를 포함하되,
    IRIS 구조(100)는,
    유전체(100a)의 유전율 4.4인 두께 0.4mm FR4를 사용하고, 뒷면의 동박 표면은 전면을 에칭하여 제거하고, 수평 스트립 2의 넓이(x1)=6mm, 수평 스트립 1의 넓이(x)=5mm, 수평 스트립 2의 높이(y1)=0.5mm, 수평 스트립 1의 높이(y)=2mm, 2개의 인접한 수평 스트립 1 간의 높이 이격간격(a)=1mm, 수직 스트립(100b)의 넓이(b)=7.75m를 갖는 것을 특징으로 하는 X-Band용 WDRP.
  2. 청구항 1에 있어서, 파워 리미터(Power Limiter)는,
    필터(Filter) 형 파워 리미터(Power Limiter)인 것을 특징으로 하는 X-Band용 WDRP.
  3. 삭제
  4. 청구항 2에 있어서, 인덕터(10a)는,
    수평 스트립 1(100c)과 수평 스트립 2(100d)의 사이에 2개가 형성되는 것을 특징으로 하는 X-Band용 WDRP.
  5. 청구항 2에 있어서, 핀 다이오드(10b)는,
    2개의 수평 스트립 1(100a) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 X-Band용 WDRP.
  6. 청구항 1에 있어서,
    2개의 수평 스트립 1(100c)가 중앙에 두 개가 평행하게 형성되며, 2개의 수평 스트립 1(100c) 각각의 외측으로 2의 수평 스트립 2(100d)가 형성되는 것을 특징으로 하는 X-Band용 WDRP.
  7. 청구항 1에 있어서, 파워 리미터(Power Limiter)는,
    1-stage 내지 3-stage 중 하나에 해당하는 것을 특징으로 하는 X-Band용 WDRP.
KR1020150014200A 2015-01-29 2015-01-29 Ｘ-Ｂａｎｄ용 ＷＤＲＰ KR101690734B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150014200A KR101690734B1 (ko) 2015-01-29 2015-01-29 Ｘ-Ｂａｎｄ용 ＷＤＲＰ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150014200A KR101690734B1 (ko) 2015-01-29 2015-01-29 Ｘ-Ｂａｎｄ용 ＷＤＲＰ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160093336A KR20160093336A (ko) 2016-08-08
KR101690734B1 true KR101690734B1 (ko) 2016-12-28

Family

ID=56711812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150014200A KR101690734B1 (ko) 2015-01-29 2015-01-29 Ｘ-Ｂａｎｄ용 ＷＤＲＰ

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101690734B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102449254B1 (ko) * 2021-04-15 2022-09-30 한국전기연구원 전자기 펄스를 차단하기 위한 다이오드 리미터
CN113394527B (zh) * 2021-06-22 2022-06-07 湖南电磁场科技有限公司 单层夹片式波导限幅结构及波导限幅器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4371851A (en) 1981-04-27 1983-02-01 Westinghouse Electric Corp. Receiver protector with multi-level STC attenuation
JP2001102809A (ja) 1999-09-29 2001-04-13 Nec Corp マイクロストリップ超伝導フィルタ及びその調整方法
JP2014036418A (ja) * 2012-08-10 2014-02-24 Toshiba Corp 導波管

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3909751A (en) * 1973-12-28 1975-09-30 Hughes Aircraft Co Microwave switch and shifter including a bistate capacitor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4371851A (en) 1981-04-27 1983-02-01 Westinghouse Electric Corp. Receiver protector with multi-level STC attenuation
JP2001102809A (ja) 1999-09-29 2001-04-13 Nec Corp マイクロストリップ超伝導フィルタ及びその調整方法
JP2014036418A (ja) * 2012-08-10 2014-02-24 Toshiba Corp 導波管

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160093336A (ko) 2016-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110783712B (zh) 一种超宽频带强电磁场防护装置
CN103035986B (zh) 基于双枝节加载谐振器的超宽带滤波器
CN112103660B (zh) C波段宽带能量选择表面
US8994471B2 (en) Stacked diode limiter
CN105161807A (zh) 一种基于双层弯曲热执行器的可调太赫兹波导滤波器
CN116171034B (zh) 一种Ku频段的微纳混合集成能量选择表面
KR101690734B1 (ko) Ｘ-Ｂａｎｄ용 ＷＤＲＰ
CN210867621U (zh) 一种限幅电路以及一种无线接收装置
Liu et al. Electromagnetic Environment Effects and Protection of Complex Electronic Information Systems
Miligy et al. Investigation and design of microwave receiver protector for meteorological radar applications
Wu et al. An Ultrabroadband Energy Selective Surface With Nonreciprocal Performance for HIRF Protection
CN104681961A (zh) 圆环形超宽带平面印刷天线
CN113394527B (zh) 单层夹片式波导限幅结构及波导限幅器
CN103682540A (zh) 一种对称性可控的输入/输出耦合结构
Tahir et al. The investigation of millimetre wave optical harmonic transponders and radar for monitoring small insects
CN107546451A (zh) 基于正六边形半模基片集成波导及csr结构的电调谐滤波器
CN102709625A (zh) 一种具有变频功能的厚屏频率选择表面的滤波器
Cho et al. Compact microwave waveguide limiter
Madany et al. Investigation and design of microwave waveguide power limiter (MWPL) for communication and radar applications
CN112072450A (zh) 基于光导器件的可调谐超高重频微波产生装置及产生方法
RU156173U1 (ru) Селективное устройство защиты на встречных стержнях
KR102449254B1 (ko) 전자기 펄스를 차단하기 위한 다이오드 리미터
CN115603062B (zh) 一种非互易超宽带门限可调的能量选择表面
Park et al. Application of transmission-resonant aperture to the waveguide limiter design
RU90934U1 (ru) Свч-ограничитель

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191209

Year of fee payment: 4