PDF Electronics Modification - Kyungpook National University

Electronics Modification 20100526 허애영.

Requirement of IPBPM signal processing • IP-BPM signal processing: less than 20ns • Position Resolution: 1~2nm – power가 -100dBm 이하 (1nm: -107dBm) – Sensitivity and Noise of BPM is critical – Improved Gain: now 10dBm..

기존 모델의 모식도 Power divider. Detector. BPF. Detection Voltage. LO -3 dB -3 dB 10 dBm 7 dBm 4 dBm Limiter -1 dB 3 dBm -30 dBm. 26 dB -4 dBm. RF LNA DA 26 dB -4 dBm. RF. 0 dB -4 dBm. Phase shifter -3 dB 0 dBm. -3 dB -7 dBm. DA 10 dB 10 dBm. -3 dB -10 dBm. 10 dBm -8 dB -3 dB -18 dBm -21 dBm. -21 dBm. IF(I) LPF. Ring Coupler. BPF. Hybrid Coupler. IF(Q) Mixer. LNA DA. Block Diagram. LPF.

1. conversion gain을 높이고 [LO에 amp.를 추가 (20dBm정도)] 2. N.F 감소, 잡음전력 ~ -107dBm 정도 (1~2nm resolution) 3. IP-BPM signal processing: less than 20ns For X-ports. ?????. Power divider. Reference cavity. Detector. BPF. LO. split. Detection Voltage. ?????. raw signal to detect power. -3 dB -3 dB 5.712GHz 10 dBm 7 dBm 4 dBm Limiter -1 dB 3 dBm -30 dBm. 5.712GHz. RF. Sensor cavity 5.712GHz. 26 dB -4 dBm. LNA DA 26 dB -4 dBm. RF LNA DA. 0 dB -4 dBm. Phase shifter -3 dB 0 dBm. -3 dB -7 dBm. DA 10 dB 10 dBm. -3 dB -10 dBm. 10 dBm -8 dB -3 dB -18 dBm -21 dBm. IF(I) LPF. Ring Coupler. BPF. -21 dBm. Hybrid Coupler. split Font system. IF(Q) Mixer. LPF. 0 Hz.

1. conversion gain을 높이고 [LO에 amp.를 추가 (20dBm정도)] 2. N.F 감소, 잡음전력 ~ -107dBm 정도 (1~2nm resolution) 3. IP-BPM signal processing: less than 20ns For Y-ports. ?????. Power divider. Reference cavity. Detector. BPF. LO. split. Detection Voltage. ?????. raw signal to detect power. -3 dB -3 dB 6.426GHz 10 dBm 7 dBm 4 dBm Limiter -1 dB 3 dBm -30 dBm. 6.426GHz. RF. Sensor cavity 6.426GHz. 26 dB -4 dBm. LNA DA 26 dB -4 dBm. RF LNA DA. 0 dB -4 dBm. Phase shifter -3 dB 0 dBm. -3 dB -7 dBm. DA 10 dB 10 dBm. -3 dB -10 dBm. 10 dBm -8 dB -3 dB -18 dBm -21 dBm. IF(I) LPF. Ring Coupler. BPF. -21 dBm. Hybrid Coupler. split Font system. IF(Q) Mixer. LPF. 0 Hz.

Modification issue 1. Linearity range : ~ -107dBm (noise power) (to achieve 1nm resolution) 2. conversion gain : ~ 40dB (기존 10dB). LO signal의 증폭 고려 (200912~201002 실험에서 20dB amplifier 사용  saturation 확인됨). 3. latency : 15ns 이하(희망), (20ns 이하) 4. 한 방향으로의 channels 배치 5. phase shifter 6. power supply : 110V 7. 고정용 나사 ** 이상은 resolution이 더 좋아야 하는 Y-ports electronics module의 요구조건입니다..

잡음 전력 계산. N  k (Tin  ( F  1)T0 ) B # N : 잡음 전력, k : 볼츠만 상수, Tin : 입력되는 잡음 전력. 일반적으로 상온 290 K # F : 잡음지수. Linear 값 입력해야함, To : 상온. 290 K, B : 대역폭 k. 1.3805E-23. To. 290 K. Tin. 290 K. F. 4 dB. F_linear. B. 400 MHz. B. (사용중). 2.511886432. N_dB. -83.955056 dBm. 300 MHz. N_dB. -85.20444336 dBm. B. 200 MHz. N_dB. -86.96535595 dBm. B. 100 MHz. N_dB. -89.97565591 dBm. B. 50 MHz. N_dB. -92.98595587 dBm. B. 10 MHz. N_dB. -99.97565591 dBm. 1nm resolution : around -107dBm. 2nm resolution : around . -93dBm.. Band width를 얼마만큼의 협대역으로 줄일 수 있는지에 대한 조사가 되어야 할 것 같습니다. IP-BPM의 경우, 고주파이므로 협대역을 사용하는 것을 더 신중히 고려해야 합니다.. . 협대역 band width를 사용하게 될 경우, 기성품을 구하기가 싶지 않으므로 제작을 해야 할 가능성도 있어 보입니다.. . 그외 resolution 값을 영향을 미치는 요인은 잡음지수로 현재, 4dB(BW :10MHz) 에서 3dB로 줄이면, 약 -101dBm 2dB로 줄이면, 약 -102dBm 이 계산됩니다.. . 참고로, 현재 사용중인 BPF(BW: 400MHz)도 emwise 자체 제작된 것입니다..

1 -. 작성년월일. 작성자. 2008. 08. 14. 서 정 원. Rev. 0. DATA SHEET IP-BPM electronics Module Customer. 경북대학교 물리학과. Date. 2008. 08. 14. Part No.. CCONV-6G-01. Quantity. 1 EA. S/N. 2008-0814-001. Electrical Specifications Parameter. Units. Min.. Typ.. Max.. GHz. 6.2 6.2. 6.4 6.4. 6.6 6.6. Output Frequency. MHz. 0. Conversion Gain. dB. 9.3. Spurious. Frequency Range,. RF LO. 50 10.6. 11.6. dBm. -49.3. -45.6. I, Q phase difference. degree. 90 ± 3. 1 dB Compression (Input). dBm. Bias Voltage, Positive Negative Current, Positive Negative. -15. -13 +6 -5 360. V mA. 380 1. Absolute Maximum Ratings (1) Parameter. Units. Values. Bias Voltage, Positive Negative. V. + 20 - 18. Current (positive). mA. 400. Phase shifter Vcon. V. + 15. LO Input Power. dBm. + 22. RF Input Power. dBm. 0. (1) Operation of this module above anyone of these parameters may cause permanent damage.. KNU Techno-building Rm. 211, 573-13 Bokhyun-dong, Buk-gu, Daegu, 702-020, Korea Tel. +82-53-939-3211 Fax. +82-53-939-3212 http://www.em-wise.com.

2 -. 작성년월일. 작성자. 2008. 08. 14. 서 정 원. Rev. 0. S/N : 2008-0814-001. Conversion Gain @ LO = +10 dBm IF = 50 MHz, RF = -20 dBm CONVERSION GAIN [dB]. 14 12 10 8 6 4 2 0 6.0. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. LO & RF FREQUENCY [GHz]. Input P1dB @ LO =+10 dBm. 0. I.P1dB [dBm]. -5. -10. -15. -20 6.0. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. FREQUENCY [GHz]. KNU Techno-building Rm. 211, 573-13 Bokhyun-dong, Buk-gu, Daegu, 702-020, Korea Tel. +82-53-939-3211 Fax. +82-53-939-3212 http://www.em-wise.com.

3 -. 작성년월일. 작성자. 2008. 08. 14. 서 정 원. Rev. 0. Return Loss @ LO = + 10 dBm. RETURN LOSS [dB]. 0. RF LO -10. -20. -30 6.0. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. FREQUENCY [GHz]. LO @ 10 dBm 0. RETURN LOSS [dB]. -10. LO to IF Isolation LO to RF Isolation. -20 -30 -40 -50 -60 -70 6.0. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. FREQUENCY [GHz]. KNU Techno-building Rm. 211, 573-13 Bokhyun-dong, Buk-gu, Daegu, 702-020, Korea Tel. +82-53-939-3211 Fax. +82-53-939-3212 http://www.em-wise.com.

4 -. 작성년월일. 작성자. 2008. 08. 14. 서 정 원. Rev. 0. RF to IF Isolation @ LO = +10 dBm 0. ISOLATION [dB]. -10 -20 -30 -40 -50 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. FREQUENCY [GHz]. Phase shifter. Phase variation [Degree]. 250 200 150 10MHz 20MHz 30MHz 40MHz 50MHz. 100 50 0 0. 2. 4. 6. 8. 10. 12. Tuning Voltage [V]. KNU Techno-building Rm. 211, 573-13 Bokhyun-dong, Buk-gu, Daegu, 702-020, Korea Tel. +82-53-939-3211 Fax. +82-53-939-3212 http://www.em-wise.com.

5 -. 작성년월일. 작성자. 2008. 08. 14. 서 정 원. Rev. 0. LO Power Detection. Output [mV]. 1000. 100. 10 -10. 0. 10. 20. LO Power [dBm]. Harmonics of LO. LO Freq.. nLO Spurious at IF port [dBm] 1st. 2nd. 3rd. (6.4 GHz). (12.8 GHz). (19.2 GHz). 6.0. -57.4. -61.6. -52. 6.1. -48.6. -56.1. -55.2. 6.2. -47.8. -56.5. -50.2. 6.3. -51.1. -44.6. -50.4. 6.4. -47.1. -51.5. -45.4. 6.5. -46.6. -51.9. -43.1. 6.6. -45.6. -50. -49.5. 6.7. -50.2. -56.6. -52.8. (GHz). LO = +10 dBm. KNU Techno-building Rm. 211, 573-13 Bokhyun-dong, Buk-gu, Daegu, 702-020, Korea Tel. +82-53-939-3211 Fax. +82-53-939-3212 http://www.em-wise.com.

6 -. 작성년월일. 작성자. 2008. 08. 14. 서 정 원. Rev. 0. 전체 시스템 NF 측정 결과. Freq. [MHz]. NF [dB]. 10. 3.871. 20. 3.927. 30. 3.938. 40. 3.927. 50. 3.956. 60. 4.072. 70. 4.203. 80. 16.086. Outline Drawing Unit : inch [mm]. KNU Techno-building Rm. 211, 573-13 Bokhyun-dong, Buk-gu, Daegu, 702-020, Korea Tel. +82-53-939-3211 Fax. +82-53-939-3212 http://www.em-wise.com.

7 -. 작성년월일 2008. 08. 14. Component BPF. Spec.. Detector Phase shifter. Rev. 0. measurement Pass band Loss : 3 dB. Stop band : 5.4 / 7.4 GHz. 5.4 GHz Loss : 41.5 dB. (Loss > 30 dB). 7.4 GHz Loss : 48.2 dB. Gain : 20 dB NF : 2.2. Limiter. 서 정 원. Pass band : 6.2 ∼ 6.6 GHz. Pass band : 6.2 ∼ 6.6 GHz. LNA. 작성자. Gain : 28 dB NF : 2.1. Pass band : 6.2 ∼ 6.6 GHz. Loss : 0.6 dB. Output Power : 10 dBm. Return : 25 dB. Pass band : 6.2 ∼ 6.6 GHz Sensitivity > 0.5 mW / μW. 0.0664 mW / μW. Pass band : 6.2 ∼ 6.6 GHz. 0 ∼ 220 degree. Phase range : 0 ∼ 180 degree. Loss : 2.5 dB 미만. Pass band : 6.2 ∼ 6.6 GHz. Power divider. two way : 90 degree. Loss : 3.38 dB. Loss : 3 dB Pass band : 6.2 ∼ 6.6 GHz. Ring Coupler. two way : 180 degree. Loss : 3.3 dB. Loss : 3 dB. Mixer (HMC220MS8). RF/LO freq.: 6.2 ∼ 6.6 GHz IF freq. : DC ∼ 200 MHz LO to RF Iso. : 50 dB LO to IF ISo. : 25 dB DC ∼ 50 MHz. LPF. Stop band : 100 MHz (Loss >40 dB). Conversion Loss : 7 dB LO to RF Iso. : 25 dB LO to IF ISo. : 28 dB. DC ∼ 50 MHz : 2.5 dB 100 MHz Loss : 47.6 dB. KNU Techno-building Rm. 211, 573-13 Bokhyun-dong, Buk-gu, Daegu, 702-020, Korea Tel. +82-53-939-3211 Fax. +82-53-939-3212 http://www.em-wise.com.

8 -. 작성년월일. 작성자. 2008. 08. 14. 서 정 원. Rev. 0. BPF. 제작된 BPF. 삽입 손실. 2.3 ∼ 3.4 dB. 반사 손실. 10 dB 이상. 5.4 GHz Loss. 46.9 dB. 7.4 GHz Loss. 54.8 dB. 0. Loss [dB]. -10. S22 S21 S11. -20 -30 -40 -50 -60 4.5. 5.0. 5.5. 6.0. 6.5. 7.0. 7.5. 8.0. Frequency [GHz]. KNU Techno-building Rm. 211, 573-13 Bokhyun-dong, Buk-gu, Daegu, 702-020, Korea Tel. +82-53-939-3211 Fax. +82-53-939-3212 http://www.em-wise.com.

9 -. 작성년월일. 작성자. 2008. 08. 14. 서 정 원. Rev. 0. LNA. 제작된 LNA. Gain. 27 dB. 반사 손실. 10 dB 이상. NF. 2.1. 30. Loss [dB]. 20. S11 S21 S22. 10 0 -10 -20 6.0. 6.2. 6.4. 6.6. 6.8. Frequency [GHz]. KNU Techno-building Rm. 211, 573-13 Bokhyun-dong, Buk-gu, Daegu, 702-020, Korea Tel. +82-53-939-3211 Fax. +82-53-939-3212 http://www.em-wise.com.

10 -. 작성년월일. 작성자. 2008. 08. 14. 서 정 원. Rev. 0. Limiter. 제작된 Limiter. 삽입 손실. 0.6 dB. 반사 손실. 25 dB 이상. Output Power [dBm]. 20. 15. 10. 6.4 GHz 5. 0 0. 5. 10. 15. 20. Input Power [dBm]. KNU Techno-building Rm. 211, 573-13 Bokhyun-dong, Buk-gu, Daegu, 702-020, Korea Tel. +82-53-939-3211 Fax. +82-53-939-3212 http://www.em-wise.com.

11 -. 작성년월일. 작성자. 2008. 08. 14. 서 정 원. Rev. 0. Detector. 제작된 Detector. Sensitivity. 0.0664 mW / μW. Output [mV]. 1000. 100. 10. -30. -20. -10. 0. 10. 20. Input [dBm]. KNU Techno-building Rm. 211, 573-13 Bokhyun-dong, Buk-gu, Daegu, 702-020, Korea Tel. +82-53-939-3211 Fax. +82-53-939-3212 http://www.em-wise.com.

12 -. 작성년월일. 작성자. 2008. 08. 14. 서 정 원. Rev. 0. Phase Shifter. 제작된 Phase Shifter. Phase Control Voltage Phase shift Capability Phase Shift Linearity 삽입 손실. 0 ∼ 12 [V] 220 ° 18.3 ° / V 1.6 ∼ 2.5 dB. 240 200. Phase [deg]. 160 120. 6.4GHz 6.2GHz 6.6GHz. 80 40 0 0. 3. 6. 9. 12. VR [V]. KNU Techno-building Rm. 211, 573-13 Bokhyun-dong, Buk-gu, Daegu, 702-020, Korea Tel. +82-53-939-3211 Fax. +82-53-939-3212 http://www.em-wise.com.

13 -. 작성년월일 2008. 08. 14. 작성자 서 정 원. Rev. 0. Power divider. 제작된 Power divider. 삽입 손실. 3.38 dB. 반사 손실. 29.7 dB. Isolation. 14 ∼ 15 dB. KNU Techno-building Rm. 211, 573-13 Bokhyun-dong, Buk-gu, Daegu, 702-020, Korea Tel. +82-53-939-3211 Fax. +82-53-939-3212 http://www.em-wise.com.

14 -. 작성년월일 2008. 08. 14. 작성자 서 정 원. Rev. 0. Ring Coupler. 제작된 Ring Coupler. 삽입 손실 반사 손실 Isolation. 3.38 dB 29.7 dB 14 ∼ 15 dB. KNU Techno-building Rm. 211, 573-13 Bokhyun-dong, Buk-gu, Daegu, 702-020, Korea Tel. +82-53-939-3211 Fax. +82-53-939-3212 http://www.em-wise.com.

15 -. 작성년월일 2008. 08. 14. 작성자 서 정 원. Rev. 0. LPF DC ∼ 50 MHz Loss. 2.5 dB. 100 MHz Loss. 47.6 dB. I , Q 측정 결과. KNU Techno-building Rm. 211, 573-13 Bokhyun-dong, Buk-gu, Daegu, 702-020, Korea Tel. +82-53-939-3211 Fax. +82-53-939-3212 http://www.em-wise.com.

Result of Local Test for IP-BPM Electronics Module 2008-11-26 허애영. Electrical Specification Parameter. Units. Data. Remark. Frequency range, RF. GHz/ dBm. 6.426/ -20. Design Freq. of IP/C-. (6.500/ -20). band BPM: 6.426GHz. LO. 6.400/ +10. Bias Voltage, Positive. V. +6. Negative Current, Positive. -5 mA. Negative. 320. Design: 360mA. 0. One device may not be working.. Conversion Gain Input LO. Output 6.400GHz. IF. +10dBm RF. Conversion Gain -13.31dBm. 8.69dBm. @26MHz. @26MHz. -13.41dBm. 8.59dBm. @50MHz. @50MHz. 6.426GHz -20dBm. LO. 6.400GHz. IF. +10dBm RF. 6.500GHz -20dBm Table. Data. Att1 and att2 are measured as -1dBm, respectively. By subtraction these from output, we get conversion gain.. Figure1..

Figure2. Experimental Setup to get conversion gain. Input P1dBm RF. IF. RF. IF. -20. -12.81. -10. -2.29. -19. -11.54. -9. -1.88. -18. -9.80. -8. -1.60. -17. -8.49. -7. -1.42. -16. -7.36. -6. -1.29. -15. -6.28. -5. -1.22. -14. -5.31. -4. -1.15. -13. -4.33. -3. -1.13. -12. -3.51. -2. -1.06. -11. -2.80. -1. -1.03. Remark. Input P1dBm is -9dBm.. LO Return Loss 현재 Network Analyzer 장비가 다른 장소에 있어서 사용하기 힘든 상황이므로 테스트를 하지 않 았습니다. 다른 isolation 측정값이 data sheet 범위 안에 들기 때문에 별 문제는 없어 보입니다.. LO to IF Isolation.

Figure 3. Return Loss is -51.58dBm@6.4GHz. LO to RF Isolation. Figure 4. -55.79dBm@6.4GHz. RF to IF Isolation Setup is same with Figure 2 or is able to be selected as shown figure 5..

Figure 5. -51.76dBm@6.4GHz. LO Power Detection. LO Power(dBm). Output(mV). LO Power(dBm). Output(mV). LO Power(dBm). Output(mV). -10. 14.8. 1. 129. 11. 576. -9. 19.1. 2. 152. 12. 652. -8. 23.7. 3. 178. 13. 735.

-7. 29.3. 4. 209. 14. 826. -6. 35.9. 5. 243. 15. 927. -5. 43.8. 6. 283. 16. 1042. -4. 53.0. 7. 329. 17. 1174. -3. 64.5. 8. 380. 18. 1324. -2. 76.3. 9. 437. 19. 1490. -1. 91.0. 10. 502. 20. 1671. 0. 108.3. Harmonics of LO LO Freq.(GHz). nLo Spurious at IF port(dBm) 1st @6.4GHz. 2nd @12.8GHz. 3rd @192GHz. 6.0. -55.86. -57.63. -53.81. 6.1. -55.83. -57.21. -53.72. 6.2. -55.79. -57.44. -53.56. 6.3. -56.05. -57.68. -52.42. 6.4. -54.71. -54.99. -52.45. 6.5. -56.46. -57.02. -52.98. 6.6. -55.97. -57.06. -53.69. 6.7. -56.54. -57.42. -54.18.

I, Q measurement Using next formula, Phase Difference is 86.25 degree. A × 360˚ B.

Measurement. IP BPM Phase shifter Test Name : 장 태 경 Date : 2009. 10. 31 O.Name : 허 애 영. 1. 측정 환경 - RF, LO에 같은 주파수의 신호를 넣는다. 6.2GHz, -5 dBm 신호를 3dB Power divider로 분배하여 RF, LO에 넣음 - I 신호에 해당하는 cosΦ 와 Q 신호에 해당하는 -sinΦ의 비를 구함 - arc tangent 값에 의해 위상, Φ를 구함. 2. I, Q signal measurement I 신호와 Q 신호의 값을 그림 1에 나타내었다. I가 최대값을 가질 때 Q가 0이고, I가 0일때 Q가 최대 값을 가짐을 확인할 수 있다.. 3. 2. Nor_I (mV). 1. 0. -1. -2. -3. Normalized I signal Normalized Q signal. -4 0. 2. 4. 6. 8. 10. Vcon (V) 그림 1. 컨트롤 전압의 변화에 따른 출력 I, Q 신호의 크기. 12.

Measurement 2. Phase variation vs Control voltage 위의 값을 토대로 위상을 계산한 결과를 표 1에 나타냈다. 그리고 컨트롤 전압의 변화에 따른 위상 변 화를 그림 2에 나타냈다. 표 1. I, Q 신호를 통한 위상 계산 I signal. Q siganl. (mV) -0.3353. (mV) 0.7570. -0.2437. angle -TAN(Q/I) 2.258. (deg) 66.1. 0.8757. 3.593. -0.0049. 1.0000. 0.3433. angle_Nor. angle_com. (deg). (deg) 0.0. 0.0. 74.5. 8.3. 8.3. 205.854. 89.8. 23.6. 23.6. 0.9537. -2.778. -70.2. -136.4. 43.6. 0.7070. 0.6686. -0.946. -43.4. -109.6. 70.4. 0.9302. 0.2194. -0.236. -13.3. -79.4. 100.6. 1.0000. -0.1388. 0.139. 7.9. -58.2. 121.8. 0.9708. -0.5115. 0.527. 27.8. -38.3. 141.7. 0.8669. -0.8267. 0.954. 43.7. -22.5. 157.5. 0.7256. -1.0341. 1.425. 55.0. -11.2. 168.8. 0.5696. -1.1579. 2.033. 63.8. -2.3. 177.7. 0.4357. -1.1690. 2.683. 69.6. 3.5. 183.5. 0.3315. -1.1608. 3.502. 74.1. 8.0. 188.0. 0.2405. -1.1317. 4.705. 78.0. 11.9. 191.9. 0.1687. -1.0856. 6.435. 81.2. 15.1. 195.1. 0.1000. -1.0551. 10.547. 84.6. 18.5. 198.5. 200. Angle (deg). 150. 100. 50. LO phase variation 0. 0. 2. 4. 6. 8. Vcon (V) 그림 2. 컨트롤 전압에 따른 위상의 변화. 10. 12.

Low-Q IP-BPM 시스템 응용 C 대역 수신기 설계 및 제작 *. *. 서 정원, 우 동식, *. *+. 김 태규,. *+. 김 강욱. 경북대학교 전자전기컴퓨터학부 + 이엠와이즈 통신 ㈜. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University.

목 차  IP-BPM 소개  단위 회로 설계 및 제작  IP-BPM 수신기 Module 제작 및 측정  결론 Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University.

Introduction  차세대 가속기 개발을 위한 BPM (Beam Position Monitor)이 필요. IP(Interaction Point)-BPM 으로 빔 위치 추적.  현재 개발된 IP-BPM 에 비해 좀더 나은 해상도를 가지는 Low-Q IP BPM 제작 공동 길이에 의해 6.2~6.6 GHz 의 주파수 대역을 가짐.  본 논문에서는 빔 위치 측정을 위한 I, Q 신호 출력을 가지는 수신기 모듈을 설계, 제작하였다.. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University.

IP-BPM 구성도 LO signal. LO Input I. Low-Q IP-BPM IP-BPM Module. Processor. Q sensor signal RF Input sensor signal. 빔 입력. 입력되는 빔의 크기와 위상에 따른 위치 추적 모듈. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University.

Block Diagram Power divider. Detector. BPF. Detection Voltage. LO. Limiter. Phase shifter. DA. RF. IF(I) LNA DA. LPF Ring Coupler. RF. BPF. LNA DA. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University. Hybrid Coupler. IF(Q) Mixer. LPF.

단위 회로 제작 및 측정 (1) Band Pass Filter 0 -10. Tapped- line filter 6.2 ~ 6.6 GHz S21. 2.3 ~ 3.4 dB. S11. > 10 dB. S22. > 10 dB. 5.4GHz. -46.9 dB. 7.4GHz. -54.8 dB. Loss [dB]. S22 S21. -20. S11. -30 -40 -50 -60 4.5. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University. 5.0. 5.5. 6.0. 6.5. Frequency [GHz]. 7.0. 7.5. 8.0.

단위 회로 제작 및 측정 (2) Detector. 0. 1000. -20. S11 S21 -30. Output [mV]. Loss [dB]. -10. -40. 100. 10. Input Range -50 6.0. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. 6.8. 6.9. -30. -20. -10. 0. 10. 20. Input [dBm]. Frequency [GHz]. Matching. Input Range : -10 ~ 10 dBm Sensitivity : 66.4 mV / mW Minimum detection Power : -27 dBm 10 dBm attenuator. SMS 7630-079. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University.

단위 회로 제작 및 측정 (3) Phase Shifter. Varactor Diode. Frequency. 6.2 ~ 6.6 GHz. Phase Control Voltage. 0 to 12 [V]. Phase Shift Capability. 220˚. Phase Shift Linearity. 18.3˚ / V. Total Insertion Loss. 2.5 dB (max) 1.6 dB (min). Return Loss Input Output. >10 dB >10 dB. Type : 반사형 위상 변환기 바랙터 다이오드 : MA46H-120. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University.

단위 회로 제작 및 측정 (3) 240. 0. 200. -5. 160. -10. 120. 6.4GHz 6.2GHz 6.6GHz. 80. Loss. Phase [deg]. Phase Shifter. -15. S21. -20. S11 40. -25. 0. S22. -30. 0. 3. 6. 9. VR [V]. 전압 변화에 따른 위상 변화 값. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University. 12. 0. 2. 4. 6. 8. 10. VR [V]. 전압 변화에 따른 삽입 손실 반사 손실.

단위 회로 제작 및 측정 (4) Limiter 기판 : Duroid 5880 Insertion Loss : 0.6 dB Return Loss : 15 dB 이상 Varactor Diode. 0. S11 S21 S22. 15. -10. Loss [dB]. Output Power [dBm]. 20. 10. -20. 6.4 GHz 5. 0 0. 5. 10. 15. 20. Input Power [dBm]. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University. -30 6.0. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. Frequency [GHz]. 6.7. 6.8. 6.9.

단위 회로 제작 및 측정 (5) Low Noise Amplifier 30. NLB-400 Loss [dB]. 20. 10. 0. S21. 25.9 dB. S11. S11. > 10 dB. S21. S22. > 10 dB. S22. -10. NE334S01. -20 6.0. 6.2. 6.4. 6.6. Frequency [GHz]. 시스템의 Noise figure 최소화를 위하여 첫째 단에 LNA 를 제작 설계 하였다. 이득의 증가를 위해 DA 를 사용하였다. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University. 6.8.

IP-BPM 수신기 모듈. 전체 크기 243mm X 80 mm X 13 mm. 소모 전력 6V (355 mA) -5V (0 mA). Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University.

Conversion Gain & Input P1dB. Conversion Gain @ LO = +10 dBm IF = 50 MHz, RF = -20 dBm. Input P1dB @ LO =+10 dBm. 10. 8. -4 6. I.P1dB [dBm]. CONVERSION GAIN [dB]. 0. 4. -8. 2. -12 0 6.0. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. LO & RF FREQUENCY [GHz]. 6.0. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. FREQUENCY [GHz]. 주파수 대역에서 시스템의 변환 이득은 6 ~ 7.8 dB를 가지고 입력 P1 dB 는 -12 ~ -11 dBm 이다. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University. 6.6. 6.7.

RF & LO Return Loss Return Loss @ LO = + 10 dBm. RETURN LOSS [dB]. 0. RF LO -10. -20. -30 6.0. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. FREQUENCY [GHz]. LO 와 RF 입력 포트에서의 반사손실은 주파수 대역 내에서 -10 dB 이상의 반사손실을 가진다. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University.

Isolation LO @ 10 dBm. RF to IF Isolation @ LO = +10 dBm. 0. 0 -10. LO to RF Isolation LO to IF Isolation. -20. ISOLATION [dB]. RETURN LOSS [dB]. -10. -30 -40 -50. -20 -30 -40. -60 -50. -70 6.0. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. 6.8. FREQUENCY [GHz]. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. FREQUENCY [GHz]. RF to IF 의 격리도는 -39 dB 이상이다. LO to RF 의 격리 도는 -50 dB 이상이고 LO to IF 의 격리도는 -47 dB 이다. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University. 6.6. 6.7.

nLO Spurious nLO Spurious at IF port [dBm]. LO Freq. (GHz). 1st. 2nd. 3rd. (6.4 GHz). (12.8 GHz). (19.2 GHz). 6.0. -55.2. -73. -55.3. 6.1. -45.8. -59.8. -53.7. 6.2. -50.1. -58. -51.3. 6.3. -50.1. -58. -51.3. 6.4. -51.8. -45. -50.7. 6.5. -46.6. -53.6. -44.3. 6.6. -47.4. -57. -44.1. 6.7. -49.5. -53. -49. LO = +10 dBm. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University. nLO에 의해 생기는 불 요파는 주파수 대역 내 에서 -44 dB 이상의 전 력 값을 가진다..

I, Q 위상차. 측정 결과 두 개의 IF 출력 포트는 90˚ 위상차를 가진다. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University.

결론 • Low-Q IP-BPM 시스템 응용 C 대역 수신기 설계 및 제작 IP-BPM으로부터 180˚ 위상차를 가지는 두 개의 RF신호와 LO 신호를 입력 받아 빔 위치 추적에 사용될 I, Q 신호를 출력함.  LO 입력 신호 전력 : +10 dBm  검파기의 감도 특성 : 66.4 mV / mW  위상 변환 값 : 18.3 degree / V.  입력 P1dB : -11 dBm  Conversion Gain : 8.5 dB  IF Port 에서 출력된 90 ˚ 위상차를 가지는 I/Q 신호 검출  신호 처리부에서 위치추적 정보로 활용됨. . 제작된 수신기는 추후 일본 고에너지 연구소(KEK)에서 사용될 예정임.. Microwave Comunication Laboratory Kyungpook National University.