초고주파 대역 도파관 부품 측정...

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초고주파 대역 도파관 부품 측정 기술 Measurement Techniques for Microwave Waveguide Components 저자 (Authors) 유상길, 최순우, 김동현, 김대오, 안병철 Sang-Gil Yu, Swoon-Woo Choi, Dong-Hyun Kim, Dae-Oh, Kim, Bierng-Chearl Ahn 출처 (Source) 한국정보기술학회논문지 14(5), 2016.5, 49-57 (9 pages) Journal of Korean Institute of Information Technology 14(5), 2016.5, 49-57 (9 pages) 발행처 (Publisher) 한국정보기술학회 Korean Institute of Information Technology URL http://www.dbpia.co.kr/Article/NODE06680574 APA Style 유상길, 최순우, 김동현, 김대오, 안병철 (2016). 초고주파 대역 도파관 부품 측정 기술. 한국정보기 술학회논문지, 14(5), 49-57. 이용정보 (Accessed) 저작권 안내 DBpia에서 제공되는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, 누리미디어는 각 저작물의 내용을 보증하거나 책임을 지지 않습니다. 그리고 DBpia에서 제공되는 저작물은 DBpia와 구독계약을 체결한 기관소속 이용자 혹은 해당 저작물의 개별 구매자 가 비영리적으로만 이용할 수 있습니다. 그러므로 이에 위반하여 DBpia에서 제공되는 저작물을 복제, 전송 등의 방법으로 무단 이용하는 경우 관련 법령에 따라 민, 형사상의 책임을 질 수 있습니다. Copyright Information Copyright of all literary works provided by DBpia belongs to the copyright holder(s)and Nurimedia does not guarantee contents of the literary work or assume responsibility for the same. In addition, the literary works provided by DBpia may only be used by the users affiliated to the institutions which executed a subscription agreement with DBpia or the individual purchasers of the literary work(s)for non-commercial purposes. Therefore, any person who illegally uses the literary works provided by DBpia by means of reproduction or transmission shall assume civil and criminal responsibility according to applicable laws and regulations. 충북대학교 203.255.70.*** 2017/01/03 11:50 (KST)

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초고주파 대역 도파관 부품 측정 기술Measurement Techniques for Microwave Waveguide Components

저자(Authors)

유상길, 최순우, 김동현, 김대오, 안병철Sang-Gil Yu, Swoon-Woo Choi, Dong-Hyun Kim, Dae-Oh, Kim, Bierng-Chearl Ahn

출처(Source)

한국정보기술학회논문지 14(5), 2016.5, 49-57 (9 pages)Journal of Korean Institute of Information Technology 14(5), 2016.5, 49-57 (9 pages)

발행처(Publisher)

한국정보기술학회Korean Institute of Information Technology

URL http://www.dbpia.co.kr/Article/NODE06680574

APA Style 유상길, 최순우, 김동현, 김대오, 안병철 (2016). 초고주파 대역 도파관 부품 측정 기술. 한국정보기술학회논문지, 14(5), 49-57.

이용정보(Accessed)

저작권 안내DBpia에서 제공되는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, 누리미디어는 각 저작물의 내용을 보증하거나 책임을 지지않습니다. 그리고 DBpia에서 제공되는 저작물은 DBpia와 구독계약을 체결한 기관소속 이용자 혹은 해당 저작물의 개별 구매자가 비영리적으로만 이용할 수 있습니다. 그러므로 이에 위반하여 DBpia에서 제공되는 저작물을 복제, 전송 등의 방법으로 무단이용하는 경우 관련 법령에 따라 민, 형사상의 책임을 질 수 있습니다.

Copyright InformationCopyright of all literary works provided by DBpia belongs to the copyright holder(s)and Nurimedia does not guaranteecontents of the literary work or assume responsibility for the same. In addition, the literary works provided by DBpia mayonly be used by the users affiliated to the institutions which executed a subscription agreement with DBpia or theindividual purchasers of the literary work(s)for non-commercial purposes. Therefore, any person who illegally uses theliterary works provided by DBpia by means of reproduction or transmission shall assume civil and criminal responsibilityaccording to applicable laws and regulations.

충북대학교203.255.70.***2017/01/03 11:50 (KST)

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Journal of KIIT. Vol. 14, No. 5, pp. 49-57, May 31, 2016. pISSN 1598-8619, eISSN 2093-7571 49

초고주파 대역 도파관 부품 측정 기술

유상길*, 최순우**, 김동현***, 김대오***, 안병철****

Measurement Techniques for Microwave Waveguide Components

Sang-Gil Yu*, Swoon-Woo Choi**, Dong-Hyun Kim***, Dae-Oh, Kim***,

and Bierng-Chearl Ahn****

요 약

본 논문에서는 초고주파 대역 도파관 부품의 정밀 측정기술을 제시하였다. 도파관 부품 측정시 회로망 분석

기 내부의 오차 파라미터를 제시하고 SOLT(Short-Offset short-Load-Thru) 방식을 이용한 보정 결과를 제시하였

다. 원형-사각 도파관 변환부의 특성은 3개의 이동단락부하를 이용하여 측정하였다. 원형 도파관의 종단에 제

작된 이동단락부하를 순차적으로 연결하여 얻은 반사계수 측정값으로부터 DUT의 산란계수를 얻었다. 측정된

원형-사각 도파관 변환부는 주파수 10~15GHz에서 -18dB 이하의 반사계수와 -0.16dB 이상의 투과계수를 갖는

다. 다음으로 저반사 혼을 이용한 직교모드 변환기의 측정 방법을 제시하였다. 원형 도파관을 갖는 직교모드변

환기의 공용 포트에 저반사 혼을 연결한 후 직선-측면 포트에서의 성능을 측정하였다. 본 연구에 의한 직교모

드변환기의 측정 결과는 이론적인 설계치와 잘 일치한다.

Abstract

This paper presents precise measurement techniques for waveguide components at microwave band. The error parameters are presented in the network analyzer and the calibrated results are shown by using the SOLT(Short-Offset short-Load-Thru) kit when measuring waveguide components. A method is proposed to obtain the performances of the circular-rectangular waveguide transition by in order connecting 3 offset shorts. The scattering parameters of the transition are calculated from the measured reflection coefficients with 3 offset shorts. The waveguide transition has a reflection coefficient of less than -18dB and a transmission coefficient of more than –0.16dB. Next, a method utilizing a low-reflection horn at the common port of an OMT is introduced. The electric performances between the straight and side ports are measured by employing connecting a low-reflection horn at the common port of the OMT. The measurements agree well with the designed results.

Keywordswaveguide components, error parameter in the network analyzer, waveguide calibration, low-reflection horn

* 충북대학교 전파통신공학과

** 충북대학교 전파공학과

*** 한국항공우주연구원**** 충북대학교 전파통신공학과 교수(교신저자)

접 수 일: 2015년 11월 30일수정완료일: 2016년 05월 09일

게재확정일: 2016년 05월 12일

ž Received: Nov. 30, 2015, Revised: May 09, 2016, Accepted: May 12, 2016ž Corresponding Author: Bierng-Chearl Ahn Director of Applied Electromagnetics Lab., Chungbuk National University, Cheongdae-ro 1, Cheongju City, Chungbuk Province, 361-763, Korea Tel.: +82-43-261-3194, Email: [email protected]

http://dx.doi.org/10.14801/jkiit.2016.14.5.49

충북대학교 | IP: 203.255.70.*** | Accessed 2017/01/03 11:50(KST)

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50 초고주파 대역 도파관 부품 측정 기술

Ⅰ. 서 론

초고주파 부품 중에서 도파관 구조를 갖는 직교

모드변환기, 편파기, 원형-사각 도파관 변환부 등이

제작되면 회로망 분석기에 의한 정밀 측정이 이루

어진다[1]-[4]. 도파관 부품 측정에는 ‘도파관 어댑

터’라 불리는 동축선-도파관 변환부가 포함된다. 또한 도파관 포트의 입출력 포트가 표준 사각 도파관

이 아닌 경우에는 추가적인 도파관 트랜지션이나

별도로 제작된 저반사 정합 부하, 저반사 혼 등이

요구된다. 이와 같이 도파관 부품 측정에 이용되는

부품들의 성능이 우수하지 않은 경우 실제 도파관

부품 측정 결과에 많은 오차가 포함될 수 있다. 회로망 분석기를 이용한 도파관 부품의 측정 과

정에서는 도파관 어댑터의 성능을 포함한 계기 오

차를 반드시 보정하여야 한다[5][6]. 또한 도파관 부

품의 측정 과정에서는 전체 연결 구조에서 도파관

트랜지션의 특성을 정확하게 측정하고 이를 보상해

주는 de-embedding 기능이 요구된다[7]. 측정하고자

하는 도파관 부품의 연결 구조에서 회로망 분석기

의 추가 보정이 필요하다[8]. 이와 같은 방법들은

복잡한 수학적인 전개뿐만 아니라 다수의 측정이

요구한다. 본 논문에서는 도파관 부품의 정밀 측정을 위한

도파관 보정 기술을 제시하였다. 3개의 이동단락부

하에 의한 반사계수 측정값으로부터 원형-사각 도

파관 변환부의 성능을 제시하고 저반사 혼을 이용

한 직교모드 변환기의 측정 방법을 제시하였다. 본논문에서 도출된 측정 기술을 이론적인 설계 비교

와 비교함으로써 그 타당성을 입증하였다.

Ⅱ. 도파관 부품 보정 기술

그림 1은 회로망 분석기를 이용한 도파관 부품의

측정 셋업이다. 회로망 분석기의 종단 포트가 동축

선 구조이므로 도파관 부품 측정을 위해서는 동축

선-도파관 변환기(도파관 어댑터)가 포함된 계기 오

차 보정(Calibration)이 요구된다. 도파관 부품 측정

의 정확도는 측정 과정에서는 계기 오차를 얼마나

효과적으로 줄이는가 하는 것이 중요하다.

2.1 도파관 보정방법

1-포트 보정은 피측정장치(DUT: Device Under Test)의 반사 계수 측정시 요구된다. 그림 2는 DUT의 1-포트 측정에 있어서 회로망분석기(도파관어댑터 포

함) 내부의 오차를 표현한 신호 흐름도이다. 그림 2의 오차 모델에서 각 변수는 다음과 같다.

- S11M : 측정된 반사계수

- ED, ES, ERT : 1-포트 오차 파라미터

- S11A: DUT의 반사계수

그림 2의 DUT 반사계수(S11M)는 식 (1a)와 같다. 식 (1a)에서 제시된 오차 파라미터들은 각각 방향성

결합기의 유한한 지향도에 의한 오차(ED), 회로망분

석기 전원 부정합에 의한 오차(ES), 반사계수 측정

경로상의 오차(ERT) 등이다[4].

DUT

Port 1 Port 2

회로망 분석기

도파관어댑터

회로망 분석기

도파관어댑터

그림 1. 도파관 부품의 산란계수 측정 셋업

Fig. 1. Measurement setup for scattering parameters of

waveguide devices

RF in

Error Model

1

EsS11M 11ASED

ERT

그림 2. 회로망 분석기에서 1-포트 오차 모델[8]

Fig. 2. 1-port error model of the network analyzer[8]

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Journal of KIIT. Vol. 14, No. 5, pp. 49-57, May 31, 2016. pISSN 1598-8619, eISSN 2093-7571 51

(1a)

shortS of fset shortOS matched loadL

((1b)

회로망 분석기에서의 1포트 오차 보정은 식 (1a)

에 제시된 오차 파라미터를 구하기 위해서는 반사

계수가 정확하게 알려진 3개의 서로 다른 표준 부

하가 요구된다. 동축선 오차 보정에서는 개방부하, 단락부하, 정합부하가 순서대로 연결되는 반면 도파

관 오차 보정에서는 개방부하 대신에 이동단락부하

(Offset Short)가 연결된다. 식 (1b)의 부하가 차례로

연결되어 측정된 반사 계수는 식 (2)와 같다.

(2a)

(2b)

(2c)

식 (2)로부터 오차 파라미터 , , 를 구

할 수 있다. 오차 파라미터가 결정되면 식 (3)을 이

용하여 피측정 장치의 반사계수를 구한다.

1111

11( )M D

AS M D RT

S ESE S E E

-=

- + (3)

2.2 2포트 보정방법

피측정장치(DUT)의 전달계수를 측정하고자 할

경우에는 회로망분석기의 포트 1과 포트 2를 모두

이용한다. 2-포트 측정에서는 각 포트에서 1-포트

오차 파라미터를 각 포트에서 보상하여야 한다. 다음으로 포트 1-포트 2 사이의 전달계수 측정시에

발생되는 오차 파라미터를 고려하여야 한다. 그림 3은 포트1에서 포트 2로 향하는 순방향(Forward) 경

로 및 포트 2에서 포트 1으로 향하는 역방향(Reverse) 경로에서의 오차 모델이다. 각 방향에서 발생되는

오차 모델로는 DUT에서 회로망분석기의 포트 2 쪽으로 본 반사계수( ), 회로망분석기의 포트 1에서

포트 2로 진행하는 경로 오차( ), 회로망분석기의

내부에서 포트 1의 입사파가 포트 2로 직접 전달되

는 성분으로 포트 1과 포트 2의 격리도 또는 크로

스톡( ) 성분 등이 있다. 즉, 회로망 분석기에서

DUT의 전달 계수를 측정하는 과정에서 보상되어야

할 오차 파라미터는 총 12가지 항이다. 회로망 분석기를 이용한 도파관 부품의 측정에는

그림 4와 같은 도파관 보정세트가 이용된다. 도파관

보정 세트는 동축선-도파관 어댑터의 도파관 종단

면을 평평한 금속 블록으로 완전히 막는 단락(Short) 부하, 도파관 종단면으로부터 일정 길이의 오프셋을

갖고 금속 블록으로 막아주는 이동단락 부하, 비교

적 길이가 긴 도파관 내부에 6-10 파장의 길이를

갖는 원뿔형 흡수체가 삽입된 정합(Load) 부하로 구

성된다. 전달 계수 측정시 발생되는 계기 오차는 두

개의 동축선-도파관 어댑터의 도파관 종단면을 서

로 맞물리는 ‘Thru’ 부하를 이용하여 계산한다. 이와 같은 도파관 보정 방법을 SOLT(Short-Offset short-Load-Thru)라 한다.

FORWARD

1RF IN

PORT 1 PORT 2REVERSE

11AS 22ASDE ES

12AS

XE

TE

LE

21MS

S11M RTE

12MS

LE

TRE

XE

S 22M

RF IN

21AS

11AS22AS

12AS

21AS

SE

RTE

DE

1

PORT 1 PORT 2

그림 3. 회로망 분석기에서 2-포트 오차 모델[8]

Fig. 3. 2-port error model of the network analyzer[8]

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52 초고주파 대역 도파관 부품 측정 기술

그림 4. 도파관 보정키트(Maury Microwave)

Fig. 4. Waveguide calibration kit(Maury Microwave)

(a) 단락부하 반사계수

(a) Reflection coefficient of the short load

(b) 직접 연결시 전달계수

(b) Transmission coefficient with direct connection

그림 5. 도파관 보정키트의 오차보정 결과

Fig. 5. Error calibrations results with the waveguide

calibration kit

그림 5는 그림 4에 제시된 단락, 이동단락, 정합

부하 및 Thru 부하를 이용한 보정 결과이다. 도파관

보정 키트의 규격은 WR-75이고 측정 주파수 범위

는 10~15GHz이다. 그림 5(a)는 오차 보정 후 포트 1에 직접 단락부하를 연결한 경우 반사계수의 크기

와 위상이다. 단락 부하가 도파관 플랜지 면에 직접

연결되는 경우 이론적인 반사 계수는 크기가 1(= 0dB)이고 위상은 180°이다. 그림 5(a)에서 위상 특성

은 회로망 분석기에서 제공하는 180°의 전기적 오

프셋을 주고 1° 간격으로 표시하였다. 도파관 플랜

지 면에 단락 부하가 연결된 경우 측정 결과는 반

사계수 크기 1±0.005, 위상 180°±1.0° 이내임을 알

수 있다. 그림 5(b)는 포트 1과 포트 2의 어댑터를

직접 연결(Thru)한 경우의 전달계수이다. 이 경우

이론적인 전달 계수는 크기가 1이고 위상차는 0°이다. Thru 상태에서 측정된 전달 계수는 크기가 1.0± 0.002, 위상 0±0.05° 범위에서 측정되었다. 이와 같

은 도파관 보정 방법이 정밀하게 이루어짐을 알 수

있다.

III. 도파관 부품 측정 방법

다음으로 실제 도파관 부품 측정 방법을 제시한

다. 도파관 부품 측정시 많이 사용되는 원형-사각

도파관 트랜지션의 반사계수/전달계수의 측정 방법

과 원형 도파관으로 공용 포트가 형성된 직교모드

변환기의 측정 과정을 제시하였다.

3.1 원형-사각 도파관 트랜지션 측정

SOLT 방식의 도파관 보정세트는 전파 흡수체를

갖는 정합부하가 사용된다. 원형-사각 도파관 변환

부의 측정의 경우 정합부하를 특별히 제작해야 문

제가 있다. 앞서 언급한 1포트 보정 방법을 응용할

경우 정합부하 대신에 단락 부하와 이동단락부하 2개를 사용하여 1-포트 오차 보정을 할 수 있다. 즉, 식 (1b)에서 1-포트에 연결되는 종단 부하의 반사계

수 S11,A가 사용 주파수 대역에서 모두 다른 3개의

부하를 사용하여 1-포트 오차 파라미터를 모두 구

할 수 있다. 이 때 이동단락부하의 오프셋 길이

과 는 다음과 같다. 식 (4)에서 주파수 및

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Journal of KIIT. Vol. 14, No. 5, pp. 49-57, May 31, 2016. pISSN 1598-8619, eISSN 2093-7571 53

는 원형 도파관 TE11 모드 동작 주파수의 시작과

끝 주파수이고 는 원형 도파관의 차단 주파수이다.

(4a)

(4b)

다음으로 도파관 변환부의 종단에 그림 6(a)와같이 이동단락부하가 연결된 경우를 고려하였다. 이와 같은 연결 구조를 신호흐름도로 표현하면 그림

6(b)와 같다. 그림 6(b)의 신호 흐름도에 의한 사각도파관 입

력단에서의 반사계수는 식 (5)와 같다.

(5)

여기서 서로 길이가 다른 이동단락부하가 연결되면

는 식 (6)과 같다. 식 (6)에서 는 원형 도파관

TE11 모드의 위상 정수이다.

(a) 도파관 변환부 종단의 이동단락부하

(a) Offset short load at the end of a waveguide transition

Gi

a1

a2

b2

b1

S 21t

S 22tS 11t

S 21t

rLi

(b) 신호 흐름도

(b) Signal flow

그림 6. 도파관 변환부 보정용 이동단락부하 연결상태

Fig. 6. Connection states of offset short loads for calibrations

of the waveguide transition

(6a)

(6b)

(6c)

원형-사각 도파관 변환부의 최대 동작 주파수에

서의 위상 정수를 라 하면 이동단락부하의 길이

는 식 (7)의 조건을 만족하여야 한다.

(7)

식 (5)에 = 0, 1, 2를 대입하여 변환부의 산란

계수를 구하면 식 (8)과 같다.

(8a)

(8b)

(8c)

주파수 10-15GHz에서 이동단락부하의 길이는 식

(4)를 이용하여 =5mm, =10mm로 하였으며 이

경우 각 오프셋 길이에 의한 위상 지연은 23.4°- 71.1°와 46.8°-142.6°로 식 (7)의 조건을 만족한다.

그림 7은 원형-사각도파관 변환부와 이의 산란계

수를 측정하기 위해 제작된 1개의 단락부하와 오프

셋 길이가 5mm, 10mm인 2개의 이동단락부하이다. 도파관 변환부의 사각 도파관은 WR-75(a=19.05mm, b=9.53mm)이고 원형 도파관은 19.03mm의 직경을

갖는다. 도파관 변환부의 총 길이는 50mm이다. 제작된 이동단락부하의 플레인지에는 나사 결합용 홀

과 guided pin용 홀이 6개씩 있다.

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54 초고주파 대역 도파관 부품 측정 기술

(a) 원형-사각 도파관 변환부

(a) Circular-to-rectangular wavegudie transition

(b) 도파관 변환부 측정용 표준부하

(b) Standard loads for measuring a waveguide transition

그림 7. 도파관 변환부와 표준부하

Fig. 7. Wavegduie transition and standard loads

10 11 12 13 14 15-50

-40

-30

-20

-10

0

Frequency (GHz)

|S11

| (dB

)

S11MAG

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

PHAS

E o

f S 1

1

S11PHASE

(a) 반사계수

(a) Reflection coefficient

10 11 12 13 14 15-0.20-0.18-0.16-0.14-0.12-0.10-0.08-0.06-0.04-0.020.00

Frequency (GHz)

|S21

| (dB

)

S21MAG

-120

-90

-60

-30

0

30

60

90

120

PHAS

E o

f S 2

1

S21PHASE

(b) 전달계수

(b) Transmission coefficient

그림 8. 측정된 도파관 변환부 특성

Fig. 8. Measured performances the waveguide transistion

그림 8은 도파관 변환부의 산란계수 측정 결과이

다. 1개의 단락부하와 2개의 이동단락부하를 도파관

변환부의 종단에 연결하여 측정된 값 G1, G2, G3로부

터 계산된 변환부의 산란계수이다. 반사계수의 경우

주파수 10-15GHz 범위에서 -18.5 ~ -43dB의 값을

얻었고 투과계수는 -0.16dB 이상의 값을 가진다. 측정 결과에서 보이는 불규칙한 특성은 도파관 변환

부에서 발생된 고차 모드에 대한 기생 공진의 영향

으로 판단된다.

3.2 직교모드변환기 특성측정

다음으로 공용, 직선 및 측면 포트로 구성된 직

교모드 변환기의 측정 방법을 제시하였다. 그림 9는도파관형 직교모드변환기의 일반적인 구조이다. 공용포트의 경우 흔히 정사각 혹은 원형 도파관의 형

상을 갖고 급전혼과 연결된다. 측면 포트와 직선 포

트는 서로 다른 편파를 갖고 사각 도파관 형태로

형성된다.공용 포트, 직선 포트, 측면 포트를 각각 포트 1,

포트 2, 포트 3이라 하고 직선 포트에 수직 모드(V)가 진행하고 측면 포트에 수평 모드(H)가 진행된다

고 가정하다. 이상적인 직교모드 변환기의 특성은

식 (9)와 같이 표현할 수 있다.

1 ,2

1 ,3

1 ,2

1 ,3

1 1

1 1

2 2

3 3

0 0 0

0 0 0

0 0 0

0 0 0

q

q

q

q

-

-

-

-

é ùé ù é ùê úê ú ê úê úê ú ê ú= ê úê ú ê úê úê ú ê úê úë û ë ûê úë û

V

H

V

H

jV V

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eb ab aeb aeb a

e

(9)

측면포트

직선포트공용포트 직교모드변환기

그림 9. 도파관형 직교모드변환기

Fig. 9. Waveguide-type orthogonal mode transducer

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Journal of KIIT. Vol. 14, No. 5, pp. 49-57, May 31, 2016. pISSN 1598-8619, eISSN 2093-7571 55

직교모드 변환기의 측정에서 가장 번거로운 것은

공용포트를 정합시키는 문제이다. 공용포트의 정합

방법에는 공용포트의 형상과 크기를 고려한 정합부

하를 제작하거나 도파관 트랜지션을 이용하여 기존

의 사각 도파관 정합부하를 이용하는 방법, 두 개의

직교모드 변환기를 제작하여 사용하는 방법 및 저

반사혼을 이용한 방법 등이 있다. 공용포트에 적합한 정합부하를 제작하는 방법은

원하는 주파수 대역에서 동작하는 전파흡수체를 빈

도파관에 테이퍼 형태로 가공하여 삽입한 후 종단

을 금속으로 막아주는 것이다.

(a) 설계된 저반사혼

(a) Designed low-reflection horn

(b) 반사계수 계산치

(b) Calculated reflection coefficient

그림 10. 직교모드 변환기 측정용 저반사 혼

Fig. 10. Low-reflection horn for measuring an orthogonal

mode transducer

그림 11. 저반사혼이 연결된 직교모드 변환기

Fig. 11. Orthogonal mode transduce with the low-reflection

horn

(a) 직선포트 반사계수

(a) Reflection coefficient at the stright port

(b) 측면포트 반사계수

(b) Reflection coefficient at the side port

(c) 직선-측면포트 격리도

(c) Isolation between the straight and side ports

그림 12. 직교모드변환기 측정 결과; 실선=측정치, 쇄선

=계산치

Fig. 12. Measured results of an OMT; solid line=

measurement, dash line=calculation

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56 초고주파 대역 도파관 부품 측정 기술

사각 도파관 변환부를 이용할 경우 공용 포트에

있는 두 개의 모드를 동시에 측정할 수 없다는 문

제가 발생한다. 공용포트에서 수직/수평 모드간 격

리도가 -40dB 이하로 매우 큰 경우 문제가 되지 않

지만 격리도가 낮은 경우 측정된 반사계수 측정시

오차가 발생될 수 있다. 두 개의 직교모드변환기를

이용하여 TRL 방법으로 산란행렬을 측정할 수도

있으나 이 경우 직교모드변환기의 추가적인 제작

부담이 형성되고 측정 과정이 복잡하다. 본 논문에서는 직교모드변환기의 측정을 위해 저

반사 혼을 제작하였다. 단순한 형태의 혼 안테나의

경우에도 쉽게 -25dB 이하의 반사손실을 가지므로

직교모드 변환기 측정에 용이하다. 그림 10은 직교

모드 변환기 측정에 적용하기 위한 원형 도파관 혼

의 형상과 반사계수 특성이다. 저반사 혼의 종단은

직경 19.6mm의 원형도파관으로 측정하고자 하는

직교모드 변환기의 공용포트와 동일하게 하였다. 저반사혼의 계산된 반사계수는 주파수 11.75-15GHz 범위에서 -25dB 이하의 반사계수를 갖는다. 그림 11은 가공된 저반사혼이 결합된 직교모드 변환기의

형상이다. 그림 12는 제작된 직교모드 변환기에 저반사혼을

연결한 후 측정된 직선/측면 포트에서의 반사계수

및 직선-측면 포트간의 격리도 특성이다. 그림에서

실선은 측정 결과이고 쇄선은 계산결과이다. 이론치

와 계산치가 잘 일치함을 알 수 있다.

Ⅳ. 결 론

본 논문에서는 초고주파 대역에서 도파관 부품의

정밀 측정을 위한 보정 기술을 소개하고 원형-사각

도파관 변환부와 직교모드변환기의 측정 방법을 제

시하였다. 회로망 분석기를 이용한 도파관 부품 측

정에서 계기 오차 원인을 제시하고 반사계수 및 전

달계수 측정시 보상 방법을 보였다. 도파관 부품 측정에 널리 적용되는 원형-사각 도

파관 변환부의 종단에 3개의 이동단락부하를 연결

하여 얻은 반사계수 측정 결과로부터 도파관 변환

부의 산란 계수를 계산하였다. 실제 측정된 원형-사각 도파관 변환부는 주파수 10-15GHz에서 -18.5 ~ -43dB의 반사계수와 -0.16dB 이상의 투과 계수를 갖

는다. 원형 도파관을 갖는 직교모드 변환기의 공용

포트에 저반사혼을 연결하여 직선, 측면 포트에서의

특성을 측정하였다. 이와 같은 방법으로 측정된 직

선/측면 포트에서의 반사계수와 포트간 격리도 특

성은 계산 결과와 잘 일치함을 알 수 있었다. 본 논문에서 제시된 결과는 입출력단이 표준 사

각 도파관이 아닌 경우의 도파관 부품 측정 방법을

주로 제시하였다. 따라서 본 논문의 결과는 향후 도

파관 부품 정밀 측정에 유용한 가이드라인을 제공

할 것으로 판단된다.

References

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저자소개

유 상 길 (Sang-Gil Yu)

2000년 2월 : 충북대학교 전파통신

공학부(공학사)

2003년 2월 : 충북대학교

전파통신공학과(석사)

2016년 2월 : 충북대학교

전파통신공학과(박사)

2010년 ~ 현재 : 현대모비스

책임연구원

관심분야 : 안테나 설계, 초고주파 회로 설계

최 순 우 (Swoon-Woo Choi)

2015년 2월 : 충북대학교 정보통신

공학과(공학사)

2015년 3월 ~ 현재 : 충북대학교

전파공학과 석사과정

관심분야 : 안테나 설계

김 동 현 (Dong-Hyun Kim)

1997년 2월 : 한국해양대학교

전파공학과(공학사)

1999년 2월 : 한국해양대학교

전파공학과(공학석사)

2005년 8월 ~ 현재 : 한국항공

우주연구원 선임연구원

관심분야 : 모노펄스 추적, 원격

자료수신(Telemetry), 다중대역피드

김 대 오 (Dae-Oh Kim)

1995년 2월 : 군산대학교 정보통신

공학과(공학사)

2000년 8월 : 군산대학교 정보통신

공학과(공학석사)

2002년 3월 ~ 현재 : 한국항공

우주연구원 선임연구원

관심분야 : 모노펄스 추적,

추적레이다(Tracking Radar), Bistatic Radar RCS

안 병 철 (Bierng-Chearl Ahn)

1981년 2월 : 서울대학교

전기공학과(공학사)

1983년 2월 : 한국과학기술원

전기전자공학과(석사)

1992년 12월 : University of

Mississippi 전기전자공학과(박사)

1983년 ~ 1986년 : (주) 금성정밀

주임연구원

1992년 ~ 1994년 : 국방과학연구소 선임연구원

1995년 ~ 현재 : 충북대학교 전파통신공학과 교수

관심분야 : 전자파 응용, 안테나

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