주파수 체배기와 PLL을 이용한 10 GHz 생체 신호 레이더 시스템

명성식,안용준,문준호,장병준,육종관,Myoung, Seong-Sik,An, Yong-Jun,Moon, Jun-Ho,Jang, Byung-Jun,Yook, Jong-Gwan 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.2

본 논문에서는 주파수 체배기와 위상 동기화 회로(Phase-Locked Loop: PLL)를 이용한 주파수 합성기를 이용한 10 GHz 대역에서 동작하는 생체 신호 레이더를 제안하였다. 제안된 10 GHz 대역 생체 레이더는 2.5 GHz 전압 제어 발진기와 PLL을 이용하여 발생된 위상 잡음 특성이 매우 뛰어나고 안정적인 정현 신호를 이용하여 뛰어난 생체 신호 검출 성능을 보인다. 또한 10 GHz 대역에서 PLL을 구현하기 어려운 점을 해결하기 위하여 2.5 GHz 대역에서 PLL을 이용하여 발생된 신호를 주파수 체배기를 이용하여 10 GHz 대역 신호를 발생시키는 방법을 제안하였다. 본 논문에서는 제안된 구조의 생체 레이더의 잡음 특성을 이론적으로 분석하여 제안된 구조의 타당성을 검증하였다. 실험 결과 100 cm까지 매우 우수한 생체 신호 검출이 가능하였으며, 이로서 제안된 구조의 10 GHz 대역의 생체 레이더의 타당성을 확인하였다. This paper presents a novel 10 GHz bio-radar system based on a frequency multiplier and phase-locked loop(PLL) for non-contact measurement of heartbeat and respiration rates. In this paper, a 2.5 GHz voltage controlled oscillator (VCO) with PLL is employed to as a frequency synthesizer, and 10 GHz continuous wave(CW) signal is generated by using frequency multiplier from 2.5 GHz signal. This paper also presents the noise characteristic of the proposed system. As a result, a better performance and economical frequency synthesizer can be achieved with the proposed bio-radar system. The experimental results shows excellent bio-signal measurement up to 100 cm without any additional digital signal processing(DSP), and the proposed system is validated.

집중 소자 캐패시터와 접지를 이용한 평행 결합 선로 필터의 소형화 연구

명성식,육종관,Myoung Seong-Sik,Yook Jong-Gwan 한국전자파학회 2004 한국전자파학회논문지 Vol.15 No.9

본 논문은 집중 소자 캐패시터와 접지를 사용하여 평행 결합 선로 필터의 새로운 소형화 기법을 제안하였다. 본 논문에서 제안한 기법은 설계와 제작이 간단하여 RF(Radio Frequency) 필터로 많이 사용되고 있는 평형 결합선로 필터를 소수의 캐패시터와 접지만을 이용하여 필터의 크기를 임의의 길이로 줄일 수 있는 기법이다. 본 논문은 기존의 단일 전송 선로와 평행 결합 선로의 소형화 기법을 평행 결합 선로 필터에 적용하였으며, 접지를 이용해 소형화에 사용될 캐패시터의 개수를 줄이는 기법을 제안한다. 본 논문에서 제안한 기법은 필터의 소형화와 더불어 집중소자 캐패시터를 사용함으로 인해 필터의 고조파 특성이 개선되며 이로 인해 고주파 영역의 차단 특성이 개선되는 장점이 있다. 제안된 소형화 기법에 대한 검증을 위해 Duroid($\varepsilon$$_{r}$=10)기판을 사용하여 셀룰러폰 대역인 900 MHz 대역의 FBW(Fractional Band Width) 10 %의 필터를, 제안한 기법을 적용하여 공진기의 길이를 λ/4로 줄인 헤어핀 형태로 제작 및 측정하여 제안된 기법의 타당성을 확인하였다.. This paper proposes new miniaturization method of parallel coupled line filter by using capacitors and grounding. Proposed method can reduce resonator size by using only a small number of capacitor and grounding of parallel coupled line filter which is conventional in field of RF filters because of its design and fabrication simplicity. This paper applies the miniaturization method of transmission line and parallel coupled line to parallel coupled line filter, and presents that grounding can reduce the number of shut capacitors. Presented miniaturized method has merits of miniaturization of parallel coupled line, harmonic suppression, and improvement of high frequency skirt with harmonic suppression. For verification of proposed method, this paper presents a hairpin filter, which has 900 MHz center frequency and 10 % FBW, miniaturized to λ/4 by proposed method.

임펄스 라디오 시스템에서 RF 대역 통과 필터의 군지연 영향 분석

명성식,권봉수,김영환,육종관,Myoung Seong-Sik,Kwon Bong-Su,Kim Young-Hwan,Yook Jong-Gwan 한국전자파학회 2005 한국전자파학회논문지 Vol.16 No.4

본 논문은 초광대역 통신 방식(Ultra Wide Band, UWB)의 하나인 임펄스 라디오 시스템에서 RF(Radio Frequency)필터의 군지연 차에 의한 펄스 신호의 왜곡과 펄스 신호 왜곡으로 인한 시스템 성능의 열화에 대해 분석하였다. 임펄스 라디오는 시간 영역에서 매우 짧은 지속 시간을 갖는 펄스 신호를 변조하여 송신한 후 수신단에서 송신 펄스와 동일한 펄스를 발생하여 상호 상관(cross correlation)을 구해 신호를 판별하게 된다. 이로 인해 군지연 차이로 인한 펄스 파형의 왜곡은 심각한 시스템 성능 열화를 야기할 수 있다. 특히 RF 필터는 공진을 이용한 특성으로 인해, 필터의 차단 특성이 우수할수록 더 큰 군지연 차이를 야기하며, 본 논문에서는 이러한 RF필터의 군지연 차이가 시간 영역에서 펄스 파형의 왜곡에 미치는 영향 및 시스템 성능 열화에 미치는 영향을 분석하였다. 본 논문은 2 단자 회로의 입출력 단이 이상적으로 매칭되어 있을 경우 소신호 산란계수 $S_{21}$이 필터의 전달 함수 $H(\omega)$ 임을 이용하여 임의의 필터를 설계 후 그 $S_{21}$을 구하고, 역 푸리에 변환을 구하여 입력 펄스 파형과 컨벌루션 적분을 통해 출력 파형을 구하였다. 또한 BPM(Bi-Phase Modulation) 및 PPM(Pulse Position Modulation) 변조 임펄스 라디오 시스템의 BER(Bit Error Rate)을 분석하여 RF 필터의 군지연 차이로 인한 시스템 성능의 열화를 분석하였다. This paper presents analysis results of the effects of RF filter characteristics on the system performance of impulse radio. The impulse radio system transmits modulated pulses having very short time duration and information can be extracted in receiver side based on cross-correlation between received and transmitted pulses. Accordingly, the pulse distortion due to in-band group delay variation can cause serious system performance degradation. In general, RF bandpass filters inevitably cause group delay difference to the signal passing through the filter which is proportional to its skirt characteristic due to its resonance phenomenon. For time as well as frequency domain analysis, small signal scattering parameter $S_{21}$ and its Fourier transform are used to characterize output pulse waveform under the condition that the input and output ports are matched. The output pulse waveform of the filter is predicted based on convolution integral between input pulse and filter transfer function, and resulting BER performances in the BPM and PPM based impulse radio system are calculated.

대역폭 특성이 개선된 평행 결합 선로 필터의 소형화 기법

명성식,육종관,Myoung, Seong-Sik,Yook, Jong-Gwan 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.2

본 논문은 기존에 제시된 집중 소자 캐패시터와 접지를 이용한 평행 결합 선로 필터의 소형화 기법이 갖는 대역폭 감소 문제를 해결하는 기법을 제안하였다. 평행 결합 선로 필터는 그 설계 및 제작이 쉬워 RF(Radio Frequency) 필터로 많은 응용이 이루어지고 있다. 이러한 평행 결합 선로 필터에 대하여 기존에 제시된 집중 소자 캐패시터와 접지를 이용한 소형화 기법은 적은 수의 캐패시터만을 이용하여 필터를 소형화할 수 있으며, 더불어 고조파 특성의 개선 및 스컷 특성의 개선 등의 부가적인 장점이 있는 기법이나 제시된 기법을 이용하여 필터를 소형화할 경우 대역폭이 감소한다는 문제점을 가지고 있었다. 본 논문에서는 이러한 대역폭의 감소를 필터를 구성하는 각 단의 평행 결합 선로의 군지연 변화를 계산하여 대역폭의 감소의 정도를 유추하고, 역으로 대역폭이 감소하는 만큼 사전에 필터의 대역폭을 크게 설계함으로 소형화로 인한 대역폭의 감소를 해결하는 방법을 제시하였다. 제안된 기법에 대한 검증을 위해 테프론(${\varepsilon}_r=2.2$) 기판을 사용하여 무선 랜 대역인 5.2 GHz대역의 FBW(Fractional Band Width) 10%의 필터를, 제안한 기법을 적용하여 공진기의 길이를 ${\lambda}/4$로 줄인 헤어핀 형태로 제작 및 측정하여 제안된 기법의 타당성을 확인하였다. This paper proposes a new miniaturization method for a parallel coupled line filter with enhanced bandwidth characteristics. A previous method incorporated several advantages, such as size reduction through the use of only a small number of capacitors, in addition to grounding, suppression of harmonic characteristics, and improved skirt characteristics for the parallel coupled line filter, which is conventional in the field of RE filters due to its design and fabrication simplicity. However, the previous method also has disadvantages related to the bandwidth shrinkage of the miniaturized filters. In this paper, the amount of bandwidth shrinkage is analyzed in terms of the relationship between the loaded Q(quality factor) and the group delay of a resonator. Moreover, the reduction in the bandwidth is solved by a design with new design equations. To show the validity of the proposed method, a hairpin filter with a center frequency of 5.2 GHz and an fractional bandwidth(FBW) of 10% was scaled down to half its original dimension by the proposed method with the enhanced bandwidth characteristics. The measured result shows a high level of agreement with theoretical results.

연성 인쇄 회로 기판을 이용한 초고주파 MEMS 송신기 연구

명성식(Seong-Sik Myoung),김선일(Seon-Il Kim),정주용(Joo-Yong Jung),육종관(Jong-Gwan Yook) 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.1

본 논문에서는 멤스 기술의 하나인 연성 인쇄 회로 기판을 이용하여 임의의 형태로 변형이 가능한 초고주파 멤스 송신기를 제안하였다. 연성 인쇄 회로 기판은 그 무게가 가볍고 두께가 얇아 경량 소형화 모듈을 만드는데 유리한 장점이 있다. 또한, 연성 인쇄 회로 기판은 종이와 같이 유연한 특성을 가지고 있어 평면이 아닌 임의의 곡면 등에 실장할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 근거리 센서 네트워크 구성을 위한 직교 주파수분할 다중 전송 방식을 위한 선형 무선 송신기를 설계 제작하였다. 송신 모듈의 능동 회로는 전력효율이 높고 선형성이 우수하여 전력 증폭기에 많이 사용되고 있는 InGaP/GaAs HBT 공정을 사용하여 설계 및 제작하였으며, 매칭 회로 및 필터 등의 수동 회로는 연성 인쇄 회로 기판에 직접 집적화하여 제작하였다. 제작된 멤스 송신기는 EVM 특성을 통하여 시스템 성능을 분석하였다. This paper presents the flexible MEMS transmitter based on flexible printed circuit board or FPCB, which can be transformed to arbitrary shape. The FPCB is suitable to fabricate light weight and small size modules with the help of its thin thickness. Moreover a module based on FPCB can be attached on the arbitrary curved surface due to its flexible enough to be rolled up like paper. In this paper, the flexible MEMS transmitter integrated on FPCB for a short-distance sensor network which is based on orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) communication system is proposed. The active device of the proposed flexible MEMS transmitter is fabricated on InGaP/GaAs HBT process which has been used for power amplifier design to take advantages of high linear and high efficient characteristics. Moreover, the passive devices such as the filter and signal lines are integrated and fabricated on the FPCB board. The performance of the fabricated flexible MEMS transmitter is analyzed with EVM characteristics of the output signal.

LINC 시스템 구현을 위한 닫힌 해를 갖는 크기 위상 오차 검출 기법

명성식(Seong-Sik Myoung),이일규(Il-Kyoo Lee),임규태(Kyutae Lim),육종관(Jong-Gwan Yook),Joy Laskar 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.5

본 논문에서는 linear amplification with nonlinear components(LINC) 시스템의 두 신호 경로에 발생하는 크기와 위상 오차를 자동으로 검출하여 보상하는 알고리즘을 제안하였다. LINC 시스템은 첨두 대 평균 전력비가 큰 non-constant envelop 신호를 constant envelop 신호로 바꿔주어 고효율 전력 증폭기를 사용할 수 있는 장점이 있다. 그러나 LINC 시스템은 두 전력 증폭기의 경로에서 발생하는 매우 작은 경로 오차에 민감하게 성능이 열화된다는 단점이 있다. 본 논문에서는 4개의 테스트 신호를 이용하여 두 경로의 크기와 위상 오차를 검출하는 알고리즘을 제안하였다. 제안된 오차 검출 기법은 닫힌 해(closed form solution)를 가지며, 반복 계산이 필요하지 않아, 빠르고 효율적으로 오차를 검출할 수 있다. 본 논문에서는 제안된 기법을 적용하여 오차 검출과 검출된 결과를 반영하여 신호의 왜곡을 보상하는 digital-IF 형태를 갖는 LINC 시스템을 구현하였다. 구현된 LINC 시스템은 7 ㎒ 채널 대역을 갖고 16-QAM으로 변조된 IEEE 802.16 WiMAX 기저 대역 신호를 이용하여 성능을 분석하였으며, 제안된 기법을 이용하여 EVM이 -37.37 ㏈까지 개선되었으며, 이로서 LINC 시스템 구현시 제안된 오차 검출 및 보상 기법의 적용 타당성을 확인하였다. This paper proposed the path mismatch detection and compensation algorithm with closed form for linear amplification with non-linear components(LINC) system implementation. The LINC system has a merit of using the high efficient amplifier by transferring the non-constant envelop signal which is high peak to average signal ratio into constant envelop signal. However, the performance degradation is very sensitive to the path mismatch such as an amplitude mismatch and a phase mismatch. In order to improve the path mismatch, the error detection and compensation method is introduced by the use of four test signals. Since the presented method has the closed form solution, the efficient and fast detection is available. The digital-IF structure of LINC system applied by the proposed error detection and compensation algorithm was implemented. The performance was evaluated with the IEEE 802.16 WiMAX baseband sinal which has 7 ㎒ channel bandwidth and 16-QAM. The Error Vector Magnitude(EVM) of -37.37 ㏈ was obtained through performance test, which meets performance requirement of -24 ㏈ EVM. As a result, the introduced error detection and compensation method was verified to improve the LINC system performance.

InGaP HBT 공정을 이용한 5.8 ㎓ 대역의 Cross-Coupled Differential VCO 설계

명성식(Seong-Sik Myoung),박재우(Jae-Woo Park),전상훈(Sang-Hoon Cheon),육종관(Jong-Gwan Yook),박한규(Han-Kyu Park) 한국통신학회 2003 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2003 No.7

주파수 체배기와 PLL을 이용한 10 ㎓ 생체 신호 레이더 시스템

명성식(Seong-Sik Myoung),안용준(Yong-Jun An),문준호(Jun-Ho Moon),장병준(Byung-Jun Jang),육종관(Jong-Gwan Yook) 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.2

본 논문에서는 주파수 체배기와 위상 동기화 회로(Phase-Locked Loop: PLL)를 이용한 주파수 합성기를 이용한 10 ㎓ 대역에서 동작하는 생체 신호 레이더를 제안하였다. 제안된 10 ㎓ 대역 생체 레이더는 2.5 ㎓ 전압 제어 발진기와 PLL을 이용하여 발생된 위상 잡음 특성이 매우 뛰어나고 안정적인 정현 신호를 이용하여 뛰어난 생체 신호 검출 성능을 보인다. 또한 10 ㎓ 대역에서 PLL을 구현하기 어려운 점을 해결하기 위하여 2.5 ㎓ 대역에서 PLL을 이용하여 발생된 신호를 주파수 체배기를 이용하여 10 ㎓ 대역 신호를 발생시키는 방법을 제안하였다. 본 논문에서는 제안된 구조의 생체 레이더의 잡음 특성을 이론적으로 분석하여 제안된 구조의 타당성을 검증하였다. 실험 결과 100 ㎝까지 매우 우수한 생체 신호 검출이 가능하였으며, 이로서 제안된 구조의 10 ㎓ 대역의 생체 레이더의 타당성을 확인하였다. This paper presents a novel 10 ㎓ bio-radar system based on a frequency multiplier and phase-locked loop(PLL) for non-contact measurement of heartbeat and respiration rates. In this paper, a 2.5 ㎓ voltage controlled oscillator (VCO) with PLL is employed to as a frequency synthesizer, and 10 ㎓ continuous wave(CW) signal is generated by using frequency multiplier from 2.5 ㎓ signal. This paper also presents the noise characteristic of the proposed system. As a result, a better performance and economical frequency synthesizer can be achieved with the proposed bio-radar system. The experimental results shows excellent bio-signal measurement up to 100 ㎝ without any additional digital signal processing(DSP), and the proposed system is validated.

단일 제어 전원을 갖는 소형화된 헤어핀 튠어블 필터

명성식(Seong-Sik Myoung),홍영표(Young-Pyo Hong),장병준(Byung-Jun Jang),이용식(Yongshik Lee),육종관(Jong-Gwan Yook) 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.10

본 논문에서는 기존에 제안된 소형화 기법을 응용하여 단일 제어 전압을 갖는 소형화된 튠어블 필터를 제안하였다. 기존에 제안된 소형화 기법은 양쪽이 접지된 구조와 캐패시터를 이용하여 임의의 평행 결합 선로 필터를 매우 간단하게 소형화 할 수 있다. 이때 각 단에서 소형화를 위해 사용되는 캐패시턴스의 값이 소형화된 길이에 상관없이 항상 동일한 비를 유지하는 것을 이용하여 단일 제어 전압을 가지며, 동일한 특성을 유지하는 튠어블 필터를 제안하였다. 제안된 기법을 검증하기 위해 900 ㎒ 대역의 0.5 ㏈ 리플을 갖는 3단 체비셰프(Chebyshev) 필터를 튠어블 필터로 제작하였다. 제작은 Toshiba사의 1SV277 가변 용량 다이오드를 이용하여 타코닉사의 CER-10 기판에 구현하였다. 제어 전압이 0.5~4 V로 변함에 따라 필터의 중심 주파수가 606~944 ㎒로 338 ㎒ 변하였다. 제안된 튠어블 필터는 제어 전압이 증가함에 따라 손실이 증가하며, 대역폭이 약간 변하는 것을 제외하고 본래의 특성을 잘 유지하였다. This paper presents the varactor-tuned miniaturized hairpin tunable filter with a single control voltage. The previously proposed miniaturization method is a very straight-forward method to miniaturize a parallel coupled-line filter. In this paper, the miniaturized hairpin tunable filter is proposed with the constant ratio rule of that the capacitances of the each stage always have constant ratio without any dependency to miniaturized electrical length. To show the validity of the proposed method, a 3rd order 0.5 ㏈ ripple Chebyshev filter with a center frequency of 900 ㎒ and a fractional bandwidth(FBW) of 10 % was designed and fabricated. The fabricated filter was based on CER-10 substrate of Taconic Inc. with 1SV277 varactor diode of Toshiba Inc. The center frequency of the fabricated filter can be changed from 606 ㎒ to 944 ㎒, 338 ㎒ with the control voltage from 0.5 V to 4 V. The insertion loss of the proposed filter is increased with the increment of the control voltage, and the filter characteristics are well reserved expect of slight change of the bandwidth with the various control voltage.

MEMS 스위치 기반 재구성 고출력 증폭기를 갖는 재구성 능동 배열 안테나 시스템

명성식(Seong-Sik Myoung),엄순영(Soon Young Eom),전순익(Soon-Ik Jeon),육종관(Jong-Gwan Yook),Terence Wu,임규태(Kyu-Tae Lim),Joy Laskar 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.4

본 논문에서는 상용 초고주파 MEMS 스위치를 이용하여 세 개의 주파수 대역에서 재구성 동작이 가능한 주파수 재구성 능동 배열 안테나 시스템(Reconfigurable Active Array Antenna System: RAA System)을 제안하였다. MEMS 스위치는 삽입 손실 및 선형성 특성이 우수하고 격리도가 높아 주파수 재구성 시스템 구현 시, 재구성을 위한 스위치로 인한 성능 열화가 거의 없다는 장점이 있다. 제안된 주파수 재구성 능동 배열 안테나 시스템은 간단한 구조의 임피던스 매칭 회로(Reconfigurable impedance Matching Circuit: RMC)를 갖는 주파수 재구성 증폭기(Reconfigurable Front-end Amplifier: RFA)가 집적화 되어 있으며, 안테나 방사체(Reconfigurable Antenna Element: RAE)와 재구성 제어 보드(Reconfiguration Control Board: RCB)로 구성되어 있다. 본 논문에서 제안한 RAA 시스템은 850 ㎒, 1.9 ㎓, 3.4 ㎓의 세 개 주파수로 재구성되어 동작하며, 안테나 방사체는 2×2 배열을 가지고 각각의 방사체는 광대역 다이폴 형태를 갖는다. 제작된 RAA 시스템은 실험을 통하여 그 타당성을 확인하였다. In this paper, a novel frequency reconfigurable active array antenna(RAA) system, which can be reconfigurable for three reconfigurable frequency bands, is proposed by using commercial RF MEMS switches. The MEMS switch shows excellent insertion loss, linearity, as well as isolation. So, the system performance degradation of the reconfigurable system by using MEMS switches can be minimized. The proposed frequency reconfigurable active antenna system is consisted with the noble frequency reconfigurable front-end amplifiers(RFA) with the simple reconfigurable impedancematching circuits(RMC), reconfigurable antenna elements(RAE), as well as a reconfiguration control board(RCB) for MEMS switch control. The proposed RAA system can be reconfigurable for three frequency bands, 850 ㎒, 1.9 ㎓, and 3.4 ㎓, with 2×2 array of the RAE having broadband printed dipole antenna topology. The validity of the proposed RFA as well as RAA is also presented with the experimental results of the fabricated systems.