목차
Microstrip 안테나란??
Microstrip 안테나
Microstrip의 특성
Rectangular Microstrip Antenna의 설계 절차
Microstrip parameters
Microstrip은 과연 많이 쓰이는가?
공진(resonance)의 이해
Microstrip 안테나
Microstrip의 특성
Rectangular Microstrip Antenna의 설계 절차
Microstrip parameters
Microstrip은 과연 많이 쓰이는가?
공진(resonance)의 이해
본문내용
short가 되면 발진 가능성이 상당히 높아지며 발진이 되는 경우에는 대부분 측정이 불가능해집니다. 50옴의 경우에는 저항성 termination이므로 발진 가능성이 훨씬 줄고 또한 고주파까지 임피던스를 유지하기가 상대적으로 유리합니다. (Gonzales)
(2) 측정시 DUT(device under test)와 계측기 사이에 interconnection line이나 측정 probe에 의한 기생성분을 deembedding하여야 하는데 impedance나 admittance로는 기술적이나 수리적으로 어려운데 반하여 transmission line 이론에 의하면 정합된 회로는 line delay만 보정하면 됩니다. 물론 NWA를 사용한 분들은 잘 아시겠지만 S-parameter를 사용한 deembedding 기법도 정교한 standard를 필요로 하는 단점은 있습니다.
(3) 잘아시겠지만 impedance나 admittance는 전압과 전류전달 특성을 최적화하는데 적합하며 이는 source와 load termination에 따라 값이 바뀌므로 소자가 cascade로 연결되었을때 전체성능을 예측하는 것이 불가능합니다. 실제로 RF 대역의 소자는 전류 또는 전압이 아니라 전력을 전달하는 것이 주 목적이므로 50옴이 아니더라도 특성 임피던스를 통일해서 사용하는 것이 절실히 필요한데 그 이유는 정합된 회로에서 전력 전송이 최대화되는 특성을 이용하기 때문입니다. 이 경우에 각각의 전력 이득의 합이 (dB 스케일로) 전체의 전력 이득의 합이 되므로 (약간의 미스매치에 의한 오차를 무시하면) 시스템 budget 설계가 가능하게되는 부수적인 편리함이 있습니다.
공진(resonance)의 이해
RF에서 공진(Resonance)현상은 굉장히 자주 접하게 되는 흔한 용어중 하나입니다. 대충 특정 주파수에 에너지가 집중되는 현상이라는 정도로 이해하고 계신 분들도 많으실 것이구요. 책에서는 공진에 대해서 너무 수식으로만 설명하려는 경향이 심해서 알딸딸하기도 하구..
이번 강의에서는 주파수 공진이라는 현상에 대해 보다 쉽게 풀어서 이해해보도록 하겠습니다. 내용을 읽어보시면 아시겠지만, 본 강의는 RF관점에서 본 L과 C 강의의 연장선 적인 경향이 강할 것입니다. 그러므로 위의 글을 먼저 읽으신 분이 보시기 바랍니다.
공진(Resonance)의 정의
어느날 여러분이 길을 가다가 굉장히 맘에 드는 이성을 만났습니다. 곁눈질로 보다가 서로 지나쳐 걸어가다가.. 다시 한번 보고 싶어서 고개를 돌렸더니.. 마침 그 여성도 뭔가 feel이 통해서 동시에 돌아보는 바람에 두 사람은 눈빛을 마주쳤습니다! 우헐~ 웬 3류 드라마??
실제로 살다보면 그럴 수도 있겠지요. 뭔가 통하는 느낌이란게 있으니까요.
여러분들도 실제로 살면서 누군가와 강하게 교감을 느낀 적이 있으실 것입니다. 소위 공명(共鳴 : 같이 울림)한다고 하지요. 원래 공명은 소리 진동에서 사용하는 개념이지만, 소리 역시 어떤 주파수를 가진 성분입니다. 같은 주파수의 소리가 만나면, 서로 공명하면서 더 커지기 마련이죠. 그리고 또한 전자기파는 주파수라는 성분을 내제하고 있습니다.
광범위하게 공진의 의미를 정의하면 주파수 선택적 특성을 가지는 현상을 의미합니다.
모든 RF 시스템은 각자 사용하는 주파수대역이 정해져있습니다. 그렇다면 모든 RF시스템은 자기가 사용하는 특정 주파수 성분만 교묘하게 골라내어 처리해야 하는데, 이렇게 주파수를 선택해야 하는 모든 경우에 공진의 개념이 적용될 수 있습니다.
주파수 선택이라는 관점에서, RF에서의 공진은 매우 중요한 기능을 하는 현상입니다.
공진의 발생을 광범위하게 정의한다면 아래와 같이 두줄로 정의가 될 수 있습니다.
- 밀고 당기는 힘이 평형을 이룰때
- 서로 다른 에너지/특성의 주파수가 일치할 때
공진의 주파수 선택특성은, 입력되는 신호의 주기와 공진구조물이 가진 고유의 주기성이 일치됨으로써 발생합니다. (저 위의 3류 드라마를 상기하시라!)
이러한 공진의 발생은 크게 전기적 공진와 구조적 공진으로 나눌 수 있습니다. 우리가 이강의에서 주로 다루고자 핵심은 구조적 공진보다는 전기적인 공진현상의 이해입니다.
전기적 공진
전기적 공진은 소위 말하는 LC 공진을 말합니다. RF관점에서 본 L과 C 에서 보셨듯이, 인덕터와 캐패시터는 전/자기 에너지 축적소자입니다. 그러한 순간적인 전자기 에너지 축적과 방출 특성 때문에, 캐패시터와 인덕터는 정 반대의 주파수 특성을 보이지요. 인덕터는 주파수가 낮을수록 통과를 잘 시키는 특성이 있고, 캐패시터는 반대로 주파수가 높을수록 잘 통과시키게 됩니다. 그러한 두 특성의 소자가 한꺼번에 직/병렬로 붙으면 어떻게 될까요? (lc강의에 있는 그림을 재탕합니다 ^^;)
같은 주파수사에서 인덕터는 통과하지 못하도록 힘을 줄 것이며, 캐패시터는 통과할 수 있도록 용을 쓰게 될 것입니다. 그리고 둘중에 누가 더 강하냐에 따라 특정 주파수에서의 통과특성이 결정됩니다. 그렇게 평형을 이룬 상태의 결과는 바로 아래와 같은 형상이 되게 됩니다. (아래는 병렬공진의 사례입니다)
위의 예와 같은 병렬공진의 경우는 5GHz에서 S21이 -40dB로 매우 작아집니다. 즉 5GHz의 신호를 통과하지 못하게 막고 있는 band reject (notch) 특성이 나타나고 있는 것입니다. 이런 식으로 주파수를 선택적으로 막거나 통하게 할 때 우리는 공진(resonance)가 일어났다고 표현하게 되지요!
인덕터와 캐패시터의 특성만 잘 파악하면, 두 개의 특성 그래프가 섞였을 때 위와 같은 공진그래프가 나오는 것은 쉽게 이해할 수 있을 것입니다. 이것은 마치 동대문시장에서 에누리 협상하는 것과 같은 원리로 볼 수 있습니다. 밀고.. 당기고.. 그러다가 양쪽의 절충점을 찾아서 물건이 팔리게 됩니다. 서로 양보하다가 생각(주파수)가 일치하는 지점에서 결정된 것이지요.
RF에서 인덕터와 캐패시터는 많은 유용한 특성을 갖고 있는데, 뭐니뭐니 해도 이처럼 L,C값의 조절에 의해 특정 주파수에 대해 선택적 특성을 만들 수 있다는 점, 즉 공진을 쉽게 유발해낼 수 있다는 점이 가장 중요하다고도 볼 수 있습니다.
(2) 측정시 DUT(device under test)와 계측기 사이에 interconnection line이나 측정 probe에 의한 기생성분을 deembedding하여야 하는데 impedance나 admittance로는 기술적이나 수리적으로 어려운데 반하여 transmission line 이론에 의하면 정합된 회로는 line delay만 보정하면 됩니다. 물론 NWA를 사용한 분들은 잘 아시겠지만 S-parameter를 사용한 deembedding 기법도 정교한 standard를 필요로 하는 단점은 있습니다.
(3) 잘아시겠지만 impedance나 admittance는 전압과 전류전달 특성을 최적화하는데 적합하며 이는 source와 load termination에 따라 값이 바뀌므로 소자가 cascade로 연결되었을때 전체성능을 예측하는 것이 불가능합니다. 실제로 RF 대역의 소자는 전류 또는 전압이 아니라 전력을 전달하는 것이 주 목적이므로 50옴이 아니더라도 특성 임피던스를 통일해서 사용하는 것이 절실히 필요한데 그 이유는 정합된 회로에서 전력 전송이 최대화되는 특성을 이용하기 때문입니다. 이 경우에 각각의 전력 이득의 합이 (dB 스케일로) 전체의 전력 이득의 합이 되므로 (약간의 미스매치에 의한 오차를 무시하면) 시스템 budget 설계가 가능하게되는 부수적인 편리함이 있습니다.
공진(resonance)의 이해
RF에서 공진(Resonance)현상은 굉장히 자주 접하게 되는 흔한 용어중 하나입니다. 대충 특정 주파수에 에너지가 집중되는 현상이라는 정도로 이해하고 계신 분들도 많으실 것이구요. 책에서는 공진에 대해서 너무 수식으로만 설명하려는 경향이 심해서 알딸딸하기도 하구..
이번 강의에서는 주파수 공진이라는 현상에 대해 보다 쉽게 풀어서 이해해보도록 하겠습니다. 내용을 읽어보시면 아시겠지만, 본 강의는 RF관점에서 본 L과 C 강의의 연장선 적인 경향이 강할 것입니다. 그러므로 위의 글을 먼저 읽으신 분이 보시기 바랍니다.
공진(Resonance)의 정의
어느날 여러분이 길을 가다가 굉장히 맘에 드는 이성을 만났습니다. 곁눈질로 보다가 서로 지나쳐 걸어가다가.. 다시 한번 보고 싶어서 고개를 돌렸더니.. 마침 그 여성도 뭔가 feel이 통해서 동시에 돌아보는 바람에 두 사람은 눈빛을 마주쳤습니다! 우헐~ 웬 3류 드라마??
실제로 살다보면 그럴 수도 있겠지요. 뭔가 통하는 느낌이란게 있으니까요.
여러분들도 실제로 살면서 누군가와 강하게 교감을 느낀 적이 있으실 것입니다. 소위 공명(共鳴 : 같이 울림)한다고 하지요. 원래 공명은 소리 진동에서 사용하는 개념이지만, 소리 역시 어떤 주파수를 가진 성분입니다. 같은 주파수의 소리가 만나면, 서로 공명하면서 더 커지기 마련이죠. 그리고 또한 전자기파는 주파수라는 성분을 내제하고 있습니다.
광범위하게 공진의 의미를 정의하면 주파수 선택적 특성을 가지는 현상을 의미합니다.
모든 RF 시스템은 각자 사용하는 주파수대역이 정해져있습니다. 그렇다면 모든 RF시스템은 자기가 사용하는 특정 주파수 성분만 교묘하게 골라내어 처리해야 하는데, 이렇게 주파수를 선택해야 하는 모든 경우에 공진의 개념이 적용될 수 있습니다.
주파수 선택이라는 관점에서, RF에서의 공진은 매우 중요한 기능을 하는 현상입니다.
공진의 발생을 광범위하게 정의한다면 아래와 같이 두줄로 정의가 될 수 있습니다.
- 밀고 당기는 힘이 평형을 이룰때
- 서로 다른 에너지/특성의 주파수가 일치할 때
공진의 주파수 선택특성은, 입력되는 신호의 주기와 공진구조물이 가진 고유의 주기성이 일치됨으로써 발생합니다. (저 위의 3류 드라마를 상기하시라!)
이러한 공진의 발생은 크게 전기적 공진와 구조적 공진으로 나눌 수 있습니다. 우리가 이강의에서 주로 다루고자 핵심은 구조적 공진보다는 전기적인 공진현상의 이해입니다.
전기적 공진
전기적 공진은 소위 말하는 LC 공진을 말합니다. RF관점에서 본 L과 C 에서 보셨듯이, 인덕터와 캐패시터는 전/자기 에너지 축적소자입니다. 그러한 순간적인 전자기 에너지 축적과 방출 특성 때문에, 캐패시터와 인덕터는 정 반대의 주파수 특성을 보이지요. 인덕터는 주파수가 낮을수록 통과를 잘 시키는 특성이 있고, 캐패시터는 반대로 주파수가 높을수록 잘 통과시키게 됩니다. 그러한 두 특성의 소자가 한꺼번에 직/병렬로 붙으면 어떻게 될까요? (lc강의에 있는 그림을 재탕합니다 ^^;)
같은 주파수사에서 인덕터는 통과하지 못하도록 힘을 줄 것이며, 캐패시터는 통과할 수 있도록 용을 쓰게 될 것입니다. 그리고 둘중에 누가 더 강하냐에 따라 특정 주파수에서의 통과특성이 결정됩니다. 그렇게 평형을 이룬 상태의 결과는 바로 아래와 같은 형상이 되게 됩니다. (아래는 병렬공진의 사례입니다)
위의 예와 같은 병렬공진의 경우는 5GHz에서 S21이 -40dB로 매우 작아집니다. 즉 5GHz의 신호를 통과하지 못하게 막고 있는 band reject (notch) 특성이 나타나고 있는 것입니다. 이런 식으로 주파수를 선택적으로 막거나 통하게 할 때 우리는 공진(resonance)가 일어났다고 표현하게 되지요!
인덕터와 캐패시터의 특성만 잘 파악하면, 두 개의 특성 그래프가 섞였을 때 위와 같은 공진그래프가 나오는 것은 쉽게 이해할 수 있을 것입니다. 이것은 마치 동대문시장에서 에누리 협상하는 것과 같은 원리로 볼 수 있습니다. 밀고.. 당기고.. 그러다가 양쪽의 절충점을 찾아서 물건이 팔리게 됩니다. 서로 양보하다가 생각(주파수)가 일치하는 지점에서 결정된 것이지요.
RF에서 인덕터와 캐패시터는 많은 유용한 특성을 갖고 있는데, 뭐니뭐니 해도 이처럼 L,C값의 조절에 의해 특정 주파수에 대해 선택적 특성을 만들 수 있다는 점, 즉 공진을 쉽게 유발해낼 수 있다는 점이 가장 중요하다고도 볼 수 있습니다.