[go: up one dir, main page]

KR102164927B1 - 손실결합 공동공진기의 q 측정방법 - Google Patents

손실결합 공동공진기의 q 측정방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102164927B1
KR102164927B1 KR1020190071384A KR20190071384A KR102164927B1 KR 102164927 B1 KR102164927 B1 KR 102164927B1 KR 1020190071384 A KR1020190071384 A KR 1020190071384A KR 20190071384 A KR20190071384 A KR 20190071384A KR 102164927 B1 KR102164927 B1 KR 102164927B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
impedance
resonator
loss
coupling
cavity resonator
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
KR1020190071384A
Other languages
English (en)
Inventor
한대현
Original Assignee
동의대학교 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 동의대학교 산학협력단 filed Critical 동의대학교 산학협력단
Priority to KR1020190071384A priority Critical patent/KR102164927B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102164927B1 publication Critical patent/KR102164927B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2688—Measuring quality factor or dielectric loss, e.g. loss angle, or power factor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/04—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant in circuits having distributed constants, e.g. having very long conductors or involving high frequencies
    • G01R27/06—Measuring reflection coefficients; Measuring standing-wave ratio
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/06—Cavity resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/013—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

본 발명은 손실결합 공동공진기의 Q 측정방법에 관한 것이다. 본 발명은 손실결합 공동공진기의 공진특성을 나타내는 파라미터인 Q를 측정하는 절차에 있어서, 등가회로의 기준면 a-a에서 손실과 리액턴스를 고려하여 입력임피던스(
Figure 112019061462801-pat00058
)를 구하는 단계와 부하임피던스 Z와 특정임피던스 Zo를 통하여 반사계수
Figure 112019061462801-pat00059
를 구하는 단계와 상기 반사계수
Figure 112019061462801-pat00060
를 통하여 손실저항(Re)을 구하는 단계와 상기 손실저항(Re)을 보상한 임피던스 Zaa를 구하는 단계와 상기 단계에서 구한 임피던스 Zaa를 스미스차트를 이용하여 반사계수Γi에 대한 식으로 변환시키는 단계와 결합손실을 보상한 공진기의 임피던스를 스미스차트를 이용하여 계산하는 단계와 보상한 임피던스 궤적에서 부하 Q와 결합계수를 구하여 무부하 Q를 계산하는 7단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

손실결합 공동공진기의 Q 측정방법 {A Q measurement method of a lossy coupled cavity resonator}
본 발명은 손실결합 공동공진기의 Q 측정방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 공동공진기의 중요한 파라미터인 품질인자 Q를 손실이 있는 결합기와 연결된 경우에 용이하게 측정하는 방법에 관한 것이다.
공동공진기(Cavity Resonator)는 도체 벽으로 둘러싸인 공동의 공진현상(Resonance phenomena)을 이용한 초고주파 대역에 주로 사용되는 공진기 형태이다. 특히, 공진기 내부의 형상을 동축선 구조로 만든 공진기를 동축 공동공진기라고 하며, 상기 공진기의 크기는 공진기가 동작하는 공진 주파수와 밀접한 관련이 있으며 이것은 물리적인 크기에 의하여 결정된다.
이러한 특징을 갖는 공동공진기는 마이크로파 응용에서 많이 사용되는 부품 중의 하나로서, 무부하 Q, 공진주파수, 그리고 결합계수는 공진기 기본 파라미터이다. 공동공진기의 경우 공진기를 사용하는 여파기를 비롯한 초고주파 부품에 주로 많이 사용되며, 부품의 크기를 소형화하는데 있어서 공진기의 크기는 매우 많은 영향을 주고 있다.
특히, 마이크로파 대역에서 많이 사용되는 공동 공진기(cavity)는 품질인자(quality factor) Q가 중요한 파라미터이다. 공동공진기를 이용하여 물질의 특성(유전율, 투자율, 전도율)을 측정하거나, 공진기가 고주파 회로에 사용되는 경우, 또는 전자빔과 상호작용하는 공동공진기일 경우에는 Q를 정확하게 측정할 필요가 있다.
공진기의 Q를 실험으로 구하는 방법은 다양하며 크게 네 가지로 나눌 수 있으며, 고전전인 방법은 초고주파 측정에 관한 것으로 널리 알려져 있다.
각 방법은 첫째, 입력단의 임피던스를 주파수의 함수로 측정하여 구하는 방법, 둘째, 입력단과 출력단이 있는 공진기에서 출력신호를 주파수의 변화에 따라 측정하여 구하는 방법, 셋째, 펄스변조된 신호를 인가하여 신호를 제거한 순간부터 지수함수 적으로 감소하는 신호의 시정수(time constant)를 측정하여 구하는 방법, 넷째, 측정하고자 하는 공동공진기를 낮은 주파수의 공진회로 또는 표준공동과 비교하는 방법 등이 있다.
임피던스를 측정하여 Q를 측정하는 방법은 측정기술과 장비의 발달로 회로망분석기를 사용함으로써 정확도를 향상시키고 측정시간을 단축시킬 수 있다. 공진기의 공진주파수에서 멀리 떨어진 주파수에서 임피던스가 같아지는 주파수와 임피던스의 리액턴스의 크기가 같아지는 주파수인 임계점 주파수 방법에 의한 Q 측정방법이 제시되었다. 이 방법은 공진주파수에서 멀리 떨어진 주파수까지 측정하기 때문에 측정대역폭이 넓어 측정 주파수 간격이 넓어져 오차가 크질 수 있다 공진기의 S파라미터에 최소자승법을 적용하여 잡음이 있는 경우에 Q를 측정하는 방법이 제시되었다.
공동공진기를 측정하거나 사용하기 위해서는 외부의 회로와 결합하여야 한다. 대부분 측정에서 결합에서 손실이 작아서 무시하고 측정이 이루어졌다. 하지만, 공동공진기의 결합기를 통해서 상기 공동공진기에 전력을 공급하기 위해서 결합하는 경우에는 결합기와 커넥터에서 생기는 손실을 무시할 수 없다.
대한민국 특허공개 제2000-0061885호 대한민국 특허공개 제2005-0041978호 대한민국 특허공개 제2010-0132237호
따라서, 본 발명은 스미스차트를 이용하여 용이한 방식으로 오차가 거의 없는 손실결합 공동공진기의 Q측정방법을 제공하고자 하는데 있는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 손실결합 공동공진기의 공진특성을 나타내는 파라미터인 Q를 측정하는 절차에 있어서, 등가회로의 기준면 a-a에서 손실과 리액턴스를 고려하여 입력임피던스(
Figure 112019061462801-pat00001
)를 구하는 단계와 부하임피던스 Z와 특정임피던스 Zo를 통하여 반사계수
Figure 112019061462801-pat00002
를 구하는 단계와 상기 반사계수
Figure 112019061462801-pat00003
를 통하여 손실저항(Re)을 구하는 단계와 상기 손실저항(Re)을 보상한 임피던스Zaa를 구하는 단계와 상기 단계에서 구한 임피던스Zaa를 스미스차트를 이용하여 반사계수Γi에 대한 식으로 변환시키는 단계와 결합손실을 보상한 공진기의 임피던스를 스미스차트를 이용하여 계산하는 단계와 보상한 임피던스 궤적에서 부하 Q와 결합계수를 구하여 무부하 Q를 계산하는 7단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. .
또한, 상기 단계에서 입력임피던스
Figure 112019061462801-pat00004
를 구하는 식은
Figure 112019061462801-pat00005
인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계에서 상기 손실저항(Re)은 결합계의 손실을 의미하며, 상기 손실저항을 구하는 식은
Figure 112019061462801-pat00006
인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 상기 손실저항을 구한 후에 측정한 임피던스에서 손실저항을 보상한 임피던스는 Zaa는 Zo ×
Figure 112020058990816-pat00069
인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 손실결합 공동공진기는 공진기와 상기 공진기에 신호 및 전력을 전달하는 신호발생기와 상기 공진기에 신호 및 전력을 전달하는 연결라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 공진기가 고주파 회로에 사용될 경우나 전자 빔(electron beam)과 상호 작용하는 손실이 있는 결합기에 연결된 공동공진기의 주요 파라미터인 품질인자 Q를 간편한 방법으로 측정할수 있도록 하는 효과가 있는 것이다.
도 1은 공동결합계의 시스템과 공동결합의 등가회로와 공진주파수에서 공동을 위한 단순화된 등가회로도.
도 2는 결합손실과 리액턴스의 공동 임피던스를 스미스차트를 통해 나타낸 도면.
도 3은 결합손실만 이루어진 공동 임피던스를 스미스차트를 통해 나타낸 도면.
도 4는 손실저항을 보상한 공동 공진기의 임피던스를 스미스차트를 통해 나타낸 도면.
도 5는 결합손실과 인덕턴스가 포함된 임피던스를 측정하여 궤적을 스미스차트를 통해 나타낸 도면.
도 6은 손실결합 공동공진기의 임피던스를 측정하여 스미스차트를 통해 나타낸 도면.
도 7은 손실저항을 보상한 임피던스를 측정하여 스미스차트를 통해 나타낸 도면.
도 8은 전송선에서 직렬로 저항이 연결된 등가회로도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시가 되더라도 가능한 한 동일 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
통상 공동공진기는 마이크로파 응용에서 많이 사용되는 부품 중의 하나이다. 무부하 Q, 공진주파수, 그리고 결합계수는 공진기 기본 파라미터이다.
본 발명에 의한 손실결합 공동공진기의 Q 측정방법은 손실결합이 있는 공동공진기의 무부하 Q를 간편하게 측정하는 방법이다.
참고로, 본 명세서 상에서 자주 등장하는 용어인 Q는 마이크로파(microwave) 대역에서 주로 사용되는 공진기(cavity)의 양호도 Q(Quality Factor, Q Factor)로서, 공진기의 공진곡선(주파수응답) 상의 첨예도를 나타내며, 공진 회로에서 축적될 수 있는 최대 에너지와 한 주기내에 소실되는 에너지와의 상대적인 크기에 의해 결정되는 것을 의미한다. 그리고, 본 발명의 명칭에서 손실결합이라는 것은 하나의 광 장치에서 다른 쪽으로 결합시킬 때 나타나는 광출력의 손실을 의미하는 것이다.
등가회로에서, 공진기의 양호도 Q = fc / BW (단, fc : 공진주파수 또는 중심주파수, BW: 대역폭(B)의 비율)이 성립한다.
상기 Q값이 클수록, 일반적으로 회로의 주파수 선택성(선택도)이 좋아지고, 대역폭이 클수록, 상기 Q값은 감소하며 주파수 선택성이 나빠지며 따라서, Q값에 의해 회로의 대역폭 정도를 표현 가능한 것이다.
또한, Q 값이 1보다 작으면, 광대역 필터 회로라 보고, Q 값이 1보다 크다면, 협대역 필터 회로라 본다. 공진에서의 Q값은 주파수 선택의 특성 품질을 의미한다.
본 발명에 의한 Q를 측정하는 방법에 대한 절차는 등가회로의 기준면 a-a에서 손실과 리액턴스를 고려하여 a-a의 입력임피던스(
Figure 112019061462801-pat00008
)를 구하는 제1단계와 부하임피던스 Z와 특정임피던스 Zo를 통하여 반사계수
Figure 112019061462801-pat00009
를 구하는 제2단계와 상기 반사계수
Figure 112019061462801-pat00010
를 통하여 손실저항(Re)을 구하는 제3단계와 상기 손실저항(Re)을 보상한 임피던스 Zaa를 구하는 제4단계와 상기 제4단계에서 구한 임피던스 Zaa를 스미스차트를 이용하여 반사계수 Γi에 대한 식으로 변환시키는 제5단계와 결합손실을 보상한 공진기의 임피던스를 스미스차트를 이용하여 계산하는 제6단계와 보상한 임피던스 궤적에서 부하 Q와 결합계수를 구하여 무부하 Q를 계산하는 제7단계로 이루어진다.
도 1은 공동결합계의 시스템과 공동결합의 등가회로와 공진주파수에서 공동을 위한 단순화된 등가회로도이고, 도 2는 결합손실과 리액턴스의 공동 임피던스를 스미스차트를 통해 나타낸 도면이고, 도 3은 결합손실만 이루어진 공동 임피던스를 스미스차트를 통해 나타낸 도면이고, 도 4는 손실저항을 보상한 공동 공진기의 임피던스를 스미스차트를 통해 나타낸 도면이고, 도 5는 결합손실과 인덕턴스가 포함된 임피던스를 측정하여 궤적을 스미스차트를 통해 나타낸 도면이고, 도 6은 손실결합 공동공진기의 임피던스를 측정하여 스미스차트를 통해 나타낸 도면이고, 도 7은 손실저항을 보상한 임피던스를 측정하여 스미스차트를 통해 나타낸 도면이고, 도 8은 전송선에서 직렬로 저항이 연결된 등가회로도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 의한 Q 측정방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 1을 보면, 손실결합 공동공진기는 도체벽(도면 부호는 생략)으로 둘러싸여 있으며, 공동(空胴)의 공진(共振)현상을 이용한 공진기(共振器)(10)와 상기 공진기(10)에 신호 및 전력을 전달하는 장치인 신호발생기(30)와 상기 공진기(10)에 신호 및 전력을 전달하는 전송라인(20)으로 구성된다.
도 1에서, (a)와 같이 유도성 결합을 했을 때 등가회로(도면 부호는 생략)는 (b)와 같이 무한개의 공진회로가 결합된 형태로 나타낼 수 있으며, 각각은 공진모드에 해당된다. 공진기의 측정은 어느 한 공진주파수 근처에서 이루어지기 때문에 (c)와 같이 단순화 할 수 있다.
이러한 공동공진기의 공진특성을 나타내는 파라미터인 Q는
Figure 112019061462801-pat00011
(1)이며,
여기서, 상기 wo는 공진 각주파수(resonant angular frequency)이고, U는 공진기에 저장되는 에너지, PL은 공진기에서 손실되는 전력이다.
RLC 병렬공진회로에서는
Figure 112019061462801-pat00012
(2)이며,
Q0는 무부하 Q이며 상기 식(1)에서 손실은 공진기 자체의 손실만을 고려한 Q 이며, wo는
Figure 112019061462801-pat00013
이다.
도 1의 (c)의 기준면 a-a에서 손실과 리액턴스를 고려한 입력 임피던스
Figure 112019061462801-pat00014
는
Figure 112019061462801-pat00015
(3)이며,
여기서,
Figure 112019061462801-pat00016
이고,
Figure 112019061462801-pat00017
로 결합계수이다. (여기서,
Figure 112019061462801-pat00018
는 각주파수로
Figure 112019061462801-pat00019
) (제1단계)
상기 식 (3)으로 표현된 임피던스를 스미스차트에 나타내면 도 2와 같다.
도 1의 (c)에서 Re는 결합계(coupling system)의 손실을 나타내며 Xe는 결합계의 리액턴스 성분을 나타낸다. 회로에서 Xe는 Taylor 전개에서 첫 두 개의 항만 고려하면,
Figure 112019061462801-pat00020
(4) 이며,
참고로, 상기 리액턴스
Figure 112019061462801-pat00021
는 고정된 항
Figure 112019061462801-pat00022
과 주파수에 따라서 변하는 항의 합으로 표현되며, 주파수에 따라서 커지는 부분의 비례상수로 상기 2Q1이 사용되었다.
첫 번째 항은 주파수에 무관하고 두 번째 항은 주파수의 함수이다. 인접한 공진주파수가 측정하려고 하는 공진주파수와 멀리 떨어져 있으면 두 번째 항은 무시할 수 있다. 주파수에 무관한 항 X1은 회로망 분석기에서 위상 오프셋을 조정하여 영향을 제거할 수 있다. 리액턴스 영향을 제거하고 손실만 고려한 기준면 a-a에서 입력임피던스
Figure 112019061462801-pat00023
는
Figure 112019061462801-pat00024
(5) 이며, (여기서, Z0는 특성 임피던스이며,
Figure 112019061462801-pat00025
로
Figure 112019061462801-pat00026
는 공진각주파수,
Figure 112019061462801-pat00027
는 각주파수,
Figure 112019061462801-pat00028
는 주파수가 공진주파수에서 떨어진 정도를 나타내는 파라미터)
상기 식 (5)로 표현된 임피던스를 스미스차트에 나타내면 도 3과 같다.
이하에서는, 임피던스에 대한 값을 구하여 결합계의 손실인 손실저항 Re를 스미스차트를 통해 구하는 방식에 대하여 설명하고자 한다.
입사전압파에 대한 반사전압파의 비로 정의되는 반사계수 Γ는 부하임피던스가 Z이고, 특성임피던스가 Zo 일때,
Figure 112019061462801-pat00029
이다.
상기 임피던스에 대한 반사계수 Γ를 알고 있으면 역으로 부하임피던스는
Figure 112019061462801-pat00030
로 구할수 있다.
도 3에서
Figure 112019061462801-pat00031
는 순실수(pure real number)이므로 이에 해당하는 임피던스는 실수 성분만 존재한다.(제2단계)
도 3의
Figure 112019061462801-pat00032
에 해당하는 저항값인 손실저항(Re)는
Figure 112019061462801-pat00033
(6)
로 구할 수 있다. (제3단계)
상기와 같이 손실저항 Re를 구한 다음 측정한 임피던스에서 손실저항을 보상한 임피던스는 Zaa는
Figure 112019061462801-pat00034
(7) 으로서,
즉, Zaa는 Zo ×
Figure 112019061462801-pat00035
인 것이다. 역시, 스미스차트를 이용한 것이다. (제4단계)
상기 식 (7)로 표현된 임피던스를 스미스차트에 나타내면 도 4와 같다. 상기 식 (7)의 임피던스를 반사계수 Γi(결합손실을 보정한 임피던스의 반사계수를 표현한 기호)에 대한 식을 정리하면,
Figure 112019061462801-pat00036
(8)
이며, 여기서,
Figure 112019061462801-pat00037
이고, Q0는 무부하 Q(unloaded Q), QL은 부하 Q(loaded Q)이다. 부하 Q는 식(1)에서 손실되는 전력이 공진기 자체의 손실뿐만 아니라 공진기를 결합했을 때 결합기와 외부에서 손실을 포함한 Q이다. (제5단계)
상기 식 (8)에서 Γi +1의 위상은,
Figure 112019061462801-pat00038
(9) 이다.
(단, 상기 arg는 argument의 약자로
Figure 112019061462801-pat00039
의 위상이라는 의미)
따라서,
Figure 112019061462801-pat00040
이 되는 주파수 f1과 f2는 Γi +1의 위상이 ±45°되는 선과 만나는 점의 주파수이다. f1과 f2로부터 부하 Q 즉, QL은
Figure 112019061462801-pat00041
(10)이다.
상기와 같이, 식 (9)에서
Figure 112019061462801-pat00042
를 이용하여 Γi +1의 위상이
Figure 112019061462801-pat00043
되는 직선, 즉, 기울기가 ±1/2인 직선과 만나는 점의 주파수 f3과 f4로부터 부하 Q는,
Figure 112019061462801-pat00044
(11)이다.
스미스차트에 표시된 공동공진기의 반사계수 궤적에서 원의 지름이 1보다 크면 과결합(over coupled)이고, 1보다 작으면 아결합(under coupled)이다.
결합계수가 과결합인 경우에는, (Γo : 공진주파수에서 결합손실을 보정한 임피던스 반사계수)
Figure 112019061462801-pat00045
(12) 이고,
아결합인 경우에는
Figure 112019061462801-pat00046
(13) 이다.
위상 오프셋을 조정하고 결합손실을 보상한 임피던스 궤적인 도 4에서 결합계수는 공진주파수의 반사계수 Γo를 이용하면,
Figure 112019061462801-pat00047
(14) 이며,
무부하 Q는
Figure 112019061462801-pat00048
로 구할수 있다.
이하에서는 공동공진기의 무손실결합일때의 무부하 Q와 손실결합일때의 무부하 Q의 측정한 결과를 서로 비교한 예이다.
무산소 동(oxygen free copper)으로 만든 공동공진기에 손실이 있는 결합기가 부착된 시스템에서 제안한 방법으로 무부하 Q를 회로망을 이용하여 측정하였다. 도 5에는 결합손실과 리액턴스가 포함된 임피던스 궤적을 보여주고 있다.
도 6은 회로망분석기에서 위상 오프셋을 조정하여 결합기의 리액턴스 영향을 제거한 손실결합 공동공진기의 임피던스를 나타내고 있다. 손실저항 Re를 구하여 손실저항을 보상한 임피던스는 도 7에 나타내었다. 손실저항 Re = 2.0 Ω이다.
손실저항 2Ω는 도 8과 같이 전송선에서 직렬로 저항이 연결되어 있는 회로와 등가이다. 상기 도 8의 저항 R에 의한 삽입 손실은
Figure 112019061462801-pat00049
의 식이다. (15)
손실저항 2Ω는 삽입손실이 0.17 dB에 해당된다. 이는 공동공진기에 연결되어 있는 결합기에 다른 부품이 연결되어 있는 경우에는 흔히 나타날 수 있는 수치이다.
도 7에서 공진주파수에서 반사계수는 0.266이며, 과결합(over coupled)인 경우로 결합계수
Figure 112019061462801-pat00050
이다. ØL = ±45°인 직선과 만나는 주파수 f1?=499.88100MHz , f2= 499.91899MHz 이고 공진주파수 f0=499,900 MHz 이고, 결합계수와 부하 Q로부터 구한 무부하 Q는 Qo= 35528 이다.
tan-1 (±0.5) = ±26.6°인 직선과 만나는 주파수 f3 =499.89051 MHz , f4?=499.90950 MHz 이고, 결합계수와 부하 Q로부터 구한 무부하 Q는 Qo= 35342로 무부하 Q의 두 결과는 잘 일치한다.
만일, 측정하는 장비인 회로망 분석기의 주파수 해상도가 높지 않으면 측정 대역폭을 줄여서 tan-1 (±0.5) = ±26.6°인 직선과 만나는 주파수를 구하여 Q를 측정하는 것이 오차를 줄일 수 있다. 제안한 절차를 검증하기 위하여 손실이 없는 결합기로 측정한 공진기의 무부하 Q는 35600으로 손실결합이 있는 측정값과 0.2 % 이내에서 잘 일치한다.
공진주파수 근처 주파수 대역에서 결합손실을 포함한 등가회로를 보였으며, 결합손실은 공진기의 임피던스를 측정하여 구했다. 결합손실을 보상한 공진기의 임피던스를 스미스차트에 다시 그렸으며, 보상한 임피던스 궤적에서 부하 Q와 결합계수를 구하여 무부하 Q를 계산하였다. (제6단계)
제안한 절차를 검증하기 위하여 결합 손실이 없는 공진기를 측정하였다. 결합 손실이 있는 경우와 손실이 없는 경우의 측정결과는 잘 일치 하였다. 측정된 결과는 제안한 절차가 유용함을 확인하였다.
이상에서와 같이, 상기 서술한 내용은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 공진기
20 : 전송라인
30 : 신호발생기

Claims (6)

  1. 손실결합 공동공진기의 공진특성을 나타내는 파라미터인 Q를 측정하는 방법에 있어서,
    등가회로의 기준면 a-a에서 손실과 리액턴스를 고려하여 입력임피던스(
    Figure 112019061462801-pat00051
    )를 구하는 제1단계;
    부하임피던스 Z와 특정임피던스 Zo를 통하여 반사계수
    Figure 112019061462801-pat00052
    를 구하는 제2단계;
    상기 반사계수
    Figure 112019061462801-pat00053
    를 통하여 손실저항(Re)을 구하는 제3단계;
    상기 손실저항(Re)을 보상한 임피던스 Zaa를 구하는 제4단계;
    상기 제4단계에서 구한 임피던스 Zaa를 스미스차트를 이용하여 반사계수Γi에 대한 식으로 변환시키는 제5단계;
    결합손실을 보상한 공진기의 임피던스를 스미스차트를 이용하여 계산하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 손실결합 공동공진기의 Q 측정방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1단계에서 입력임피던스
    Figure 112019061462801-pat00054
    를 구하는 식은
    Figure 112019061462801-pat00055
    인 것을 특징으로 하는 손실결합 공동공진기의 Q 측정방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제3단계에서 상기 손실저항(Re)은 결합계의 손실을 의미하며, 상기 손실저항을 구하는 식은
    Figure 112019061462801-pat00056
    인 것을 특징으로 하는 손실결합 공동공진기의 Q 측정방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 손실저항을 구한 후에 측정한 임피던스에서 손실저항을 보상한 임피던스는 Zaa는 Zo ×
    Figure 112020058990816-pat00070
    인 것을 특징으로 하는 손실결합 공동공진기의 Q 측정방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제6단계에서 계산한 공진기의 임피던스를 측정하여 궤적을 스미스차트를 통해 부하 Q와 결합계수를 구하여 무부하 Q를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손실결합 공동공진기의 Q 측정방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 손실결합 공동공진기는
    도체벽으로 둘러싸여 있으며, 공동의 공진현상을 이용한 공진기;
    상기 공진기에 신호 및 전력을 전달하는 신호발생기;
    상기 공진기에 신호 및 전력을 전달하는 연결라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 손실결합 공동공진기의 Q 측정방법.








KR1020190071384A 2019-06-17 2019-06-17 손실결합 공동공진기의 q 측정방법 Active KR102164927B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190071384A KR102164927B1 (ko) 2019-06-17 2019-06-17 손실결합 공동공진기의 q 측정방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190071384A KR102164927B1 (ko) 2019-06-17 2019-06-17 손실결합 공동공진기의 q 측정방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102164927B1 true KR102164927B1 (ko) 2020-10-13

Family

ID=72885227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190071384A Active KR102164927B1 (ko) 2019-06-17 2019-06-17 손실결합 공동공진기의 q 측정방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102164927B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115219815A (zh) * 2022-06-27 2022-10-21 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种基于内切圆心的波导端口s参数校准方法及装置
CN115629268A (zh) * 2022-12-19 2023-01-20 天津伍嘉联创科技发展股份有限公司 一种测试音叉石英谐振器晶体参数的方法及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01132117U (ko) * 1988-03-02 1989-09-07
KR20000061885A (ko) 1999-03-31 2000-10-25 윤종용 전압제어발진기의 위상 잡음 감소용 공동공진기 및 그 제작방법
KR20050041978A (ko) 2003-10-31 2005-05-04 티디케이가부시기가이샤 분말 유전체의 비유전율 측정 방법, 이에 사용되는 공동공진기 및 적용 장치
JP2006010492A (ja) * 2004-06-25 2006-01-12 Kyocera Corp 電気的物性値測定法
JP2006275614A (ja) * 2005-03-28 2006-10-12 Aet Inc 空洞共振器を用いて複素誘電率を測定する装置
KR20100132237A (ko) 2009-06-09 2010-12-17 서울대학교산학협력단 미세가공 공동 공진기와 그 제조 방법 및 이를 이용한 대역통과 필터와 발진기

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01132117U (ko) * 1988-03-02 1989-09-07
KR20000061885A (ko) 1999-03-31 2000-10-25 윤종용 전압제어발진기의 위상 잡음 감소용 공동공진기 및 그 제작방법
KR20050041978A (ko) 2003-10-31 2005-05-04 티디케이가부시기가이샤 분말 유전체의 비유전율 측정 방법, 이에 사용되는 공동공진기 및 적용 장치
JP2006010492A (ja) * 2004-06-25 2006-01-12 Kyocera Corp 電気的物性値測定法
JP2006275614A (ja) * 2005-03-28 2006-10-12 Aet Inc 空洞共振器を用いて複素誘電率を測定する装置
KR20100132237A (ko) 2009-06-09 2010-12-17 서울대학교산학협력단 미세가공 공동 공진기와 그 제조 방법 및 이를 이용한 대역통과 필터와 발진기

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115219815A (zh) * 2022-06-27 2022-10-21 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种基于内切圆心的波导端口s参数校准方法及装置
CN115629268A (zh) * 2022-12-19 2023-01-20 天津伍嘉联创科技发展股份有限公司 一种测试音叉石英谐振器晶体参数的方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20090167457A1 (en) Apparatus and method of selecting components for a reconfigurable impedance match circuit
KR101698240B1 (ko) 변압기 및 위상 시프트 네트워크를 위한 시스템 및 방법
CN105391502B (zh) 一种测量发射机实际输出阻抗的方法
JP6052616B2 (ja) レクテナ装置及び受電整流方法
KR102164927B1 (ko) 손실결합 공동공진기의 q 측정방법
CN113765601B (zh) 一种短波发射机驻波检测校准装置和方法
CN108925143B (zh) 驻波检测方法、驻波检测装置和电子枪
CN111884732A (zh) 一种驻波比告警电路
CN113285682B (zh) 一种覆盖vlf-vhf频段的宽带功率放大器设计方法
CN106785261B (zh) 一种窄带陷波可调的带通滤波器
Rath Efficient remote transmission line probe tuning
US11563261B2 (en) Four-port directional coupler having a main line and two secondary lines, where the two secondary lines are coupled to compensation circuits with attenuation regulator circuits
Beatty Determination of attenuation from impedance measurements
Horn et al. Ultra broadband ferrite transmission line transformer
CN108051655A (zh) 一种低驻波比高灵敏度毫米波检波器
JPH11166951A (ja) 誘電率の測定方法とその装置
US4334187A (en) Phase sensor for R.F. transmission lines
RU2805010C1 (ru) Делитель высокочастотных сигналов
JP5904145B2 (ja) 電力モニタ回路
JPH1168409A (ja) 遅延回路
Kuga et al. Contactless PIM Measurement Method Using Balanced Stripline
JP4525391B2 (ja) π型インピーダンス回路網のインピーダンス測定方法および測定装置
Raab Model for the low-frequency performance of ferrite-loaded balun transformers
JP2007163304A (ja) 能動回路の内部インピーダンス測定方法
JP2000121680A (ja) 共振周波数測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20190617

PA0201 Request for examination
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20200522

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20200908

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20201006

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20201006

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20230919

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee