In these days, Ultra Wideband (UWB) technology has become a major issue for Wireless Personal Area Networking (WPAN). One of the dominant technologies for the UWB system is the UWB-IR (Impulse Radio) which is adopted on this paper. The implementation of the UWB-IR is simple which enables the pulse generator to be small, low power consumption, and low cost. The main focus of this paper is on the miniaturization of the UWB pulse generator for the low power and the low cost applications such as the identification, the imaging, and the positioning system.
The conventional UWB pulse generators based on step recovery diode or CMOS are very bulky because of contained UWB filters which are now a major bottleneck of the miniaturization. In this paper, we propose and fabricate the newly designed UWB filters whose size are greatly reduced. This leads the UWB pulse generator to be miniaturized.
For the UWB filter in the UWB pulse generator, we considered the coupled line type band pass filter with a tapered short or open stub. The filter is made of a half wavelength transmission line resonator and a tap-connected short or open ended tapered stub. The tapered stub acts as an equivalent line resonator enabling the high rejection in the broad band. We also fabricated the rectangular patch antenna on the substrate. The rectangular patch antenna is good for the UWB applications because it has the non-dispersive and broadband characteristics.
Finally we implement the miniaturized UWB pulse generator with integrated UWB filter which is mentioned above. The size of the UWB pulse generator is 4cm X 7cm which is only 50%~60% of the conventional pulse generators. The performance of the proposed pulse generator has been evaluated by simulation and measurements. The results show the comparable performance to the conventional ones.
본 연구에서는 새로운 형태의 UWB filter를 제안함으로써 기존의 연구되어 있는 filter의 크기에 3% 면적만을 차지하는 filter를 설계하였다. UWB pulse generator의 소형화에 있어 가장 큰 걸림돌인 UWB filter가 소형화 됨에 따라 UWB pulse generator자체의 크기도 많이 줄어들었다. 첫 장에서는 UWB system이 어떤 것 인지와 그것과 관련된 사항들을 소개하였고 두 번째 장에서는 tapered stub을 사용하여 원하는 필터를 설계하는 방법을 소개하였다. 여기서 stub은 open termination 된 것과 short termination 된 것이 사용 되었다. Open stub과 short stub으로 만들어진 filter는 각각 장단점을 가지고 있어서 filter가 어떤 application에 사용 되어지는지 에 따라서 적절한 trade-off 가 필요하다. Open stub의 경우 GPS band가 포함되어 있는 1.61GHz-1.99GHz에서의 신호감쇄 성능이 좋으며, short stub의 경우는 open stub에 비해서 신호감쇄 성능은 다소 떨어지나 stub의 크기가 삼분의 일로 줄어드는 장점을 가지고 있다. 세 번째 장에서는 UWB system에 알맞은 형태인 planar구조의 antenna가 설계되고 그것의 성능을 확인 하였다. 네 번째 장에서는 위에서 설계한 filter 와 antenna가 집적된 UWB pulse generator를 구현하였다. FPGA, UWB filter, RF amplifier 그리고 UWB antenna 가 하나의 보드에 집적되었다. Digital system인 FPGA와 RF system인 filter와 UWB antenna 그리고 analog circuit인 RF amplifier가 하나의 보드에 성공적으로 구성되었으며 UWB pulse가 잘 전달되는 것을 측정을 통해서 알아보았다.
