본 논문에서는 2.3GHz 주파수대역의 휴대무선인터넷 하향 주파수 변환기를 설계 및 제작하였다. 수신기에서 발생할 수 있는 문제점의 최소화 목적으로 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier)를 부가하게 되었다. 또한, 2.3GHz 대역이 75MHz로 하향 과정에서 손실을 최소화하고, 변환 효율을 높이고, 안정적인 특성을 발휘할 수 있도록 우수한 주파수 특성을 가진 소자를 사용하였다. 휴대무선인터넷 중계기는 TDMA(Time Division Multiplexing Access)방식을 사용하기 때문에 RF 스위치가 사용되었다. 제작 사양인, 입력전압 +8V 에서 1.2A의 전류를 소비, 60dB의 이득과 2.5dB 이하의 잡음지수, 입출력 전압정재파비(Voltage Standing Wave Ratio) 1.5이하, 혼변조 왜곡(Inter Modulation Distortion) 60dB 이상을 만족하였다. 환경 조건($-20^{\circ}C{\sim}70^{\circ}C$)에서 장시간의 신뢰성 시험을 통과하여, 제작된 휴대무선인터넷 RF 하향 변환기는 휴대무선인터넷 중계기에 적용 가능하다.
본 논문에서는 0.1 ${\mu}M$ GaAs p-HEMT 상용 공정을 이용한 E-대역 상/하향 주파수 변환기용 소형 MMIC 단일 평형 다이오드 혼합기를 개발하였다. 본 혼합기에는 LO 발룬을 포함하며 우수한 RF 특성의 Marchand 발룬을 사용하였다. RF 포트와 IF 포트에서는 고역 통과 필터와 저역 통과 필터를 각각 사용하여 포트별 격리도를 향상시켰다. 0.58 $mm^2$(0.85 mm${\times}$0.68 mm) 칩 크기의 매우 소형으로 제작된 단일 평형 다이오드 혼합기의 측정 결과, 71~86 GHz 주파수 범위에서 10 dBm LO 입력에 대해 삽입 손실이 8~12 dB이고, 입력 P1dB가 1~5 dBm의 결과를 보였다.
대한전기학회 2008년도 Techno-Fair 및 합동춘계학술대회 논문집 전기물성,응용부문
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pp.153-156
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2008
본 논문은 Local oscillator의 2차 harmonic 신호를 이용하고 Dual gate FET 형태를 이용한 이중대역 주파수 혼합기 설계에 대한 연구 이다. 기존의 회로 구조는 두 대역을 처리하기 위해 각각 두 개의 국부 발진기와 혼합기를 사용함으로 인하여 구조의 복잡함과 큰 전력 손실이라는 단점을 가지고 있었다. 본 연구는 하나의 주파수 혼합기로 두 개의 대역에서 동시에 적용할 수 있는 Concurrent 이중 대역 설계 연구를 하였다. ISM(Industrial Science Medical) 대역 인 912MHz, 2.45GHz의 RF 입력과 455.5MHz, 1224.5MHz의 LO 입력 신호에서 동일한 IF인 1MHz로 하향변환 했을 때 모의실험 결과 변환이득은 각각 7dB, 12dB로 이고 RF-LO 격리도는 -29dB, -24.7dB가 나왔다. 또한 두 입력 단에서의 반사손실의 -15dB 이상을 얻었다. 또한 각각의 대역에서 잡음지수는 8.5dB, 6.26dB이다.
1.5 ${\mu}m$ 통신파장 대역 단일광자의 효율적인 측정을 위해서 PPLN WG(periodically poled $LiNbO_3$ waveguide)에서 준위상정합을 이용한 합주파수 생성에 의한 주파수 상향변환 검출기를 구성하고 검출 효율, 잡음 계수 및 타이밍 지터를 측정하였다. 974 nm에서 발진하는 펌프광의 세기가 300 mW일 때 최대 검출효율이 약 7%, 잡음 계수율은 약 480 kHz로 측정되었다. 피코초펄스 레이저를 이용한 자발적 매개하향변환에서 발생한 펄스형 단일광자 신호를 이용하여 측정된 주파수 상향변환 검출기의 최소 타이밍 지터는 약 39.1 ps였다. 또한 아주 좁은 동시계수 시간 폭으로 펄스형의 주파수 상향변환된 단일광자를 측정하면 잡음의 효과를 최소화할 수 있고, 신호대 잡음비의 특성을 최대로 높일 수 있다.
본 논문에서는 Ku-band용 주파수 하향변환기에 사용할 수 있는 MMIC (monolithic microwave integrated circuit) mixer를 InGaAs/GaAs p-HEMT 공정의 Schottky diode를 이용하여 설계 및 제작하였다. 일반적인 double balanced mixer의 구조에서 IF단자와 LO 단자를 서로 바꾸어 설계함으로써 mC chip의 크기를 크게 줄일 수 있었다. 설계된 MMIC mixer는 RF(14.0 - 14.5 GHz)와 IF(12.252 - 12.752 GHz)의 주파수 대역에서 사용할 수 있다. 제작된 초소형의 MMIC mixer chip은 크기가 3.3 m X 3.0 m이고, on-wafer측정 결과 9.8 dB 이하의 변환손실과 23 dB 이상의 RF-to-IF 격리도 및 38 dB 이상의 LO-to-IF 격리도의 특성을 각각 얻었다.
본 논문에서는 60 GHz 대 역에서 동작하는 WPAN용 수신기에 필요한 저잡음 증폭기와 하향 주파수 혼합기를 90 nm CMOS 공정을 이용하여 설계하고 제작한 결과를 보인다. 우선 각 소자에 사용될 트랜지스터의 특성을 추출하기 위해 원하는 바이어스 조건에서 cascode 구조의 S-parameter를 측정했으며, 이 때 사용된 RF 패드를 따로 측정하여 그 영향을 제거함으로써 트랜지스터만의 특성을 찾아내었다. 저잡음 증폭기는 3단의 cascode 구조를 사용했으며, 측정 결과 25 dB 이득과 7 dB 이하의 잡음지수 결과를 얻었다. 그리고 하향 주파수 혼합기는 LO의 입력에 balun을 사용한 balanced 구조로 측정 결과 IF 주파수($8.5{\sim}11.5\;GHz$) 범위내에서 12.5 dB의 변환 손실과 -7 dBm의 입력 PldB을 나타내었다. 제작된 저잡음 증폭기 및 하향 주파수 혼합기의 크기와 소모 전력은 각각 $0.8{\times}0.6\;mm^2$에 43 mW와 $0.85{\times}0.85\;mm^2$에 1.2 mW이다.
CMOS 스위치부를 이용해 출력주파수의 상/하향 변환을 제어하는 L-대역용 단측파 대역 주파수 혼합기 회로(mixer)와 C-대역용 쿼드러쳐 전압 제어발진기(QVCO)를 제안하고 TowerJazz 사의 0.18 um RFCMOS 공정을 사용하여 설계 및 제작하였다. 제안된 주파수혼합기의 L대역 출력 특성은 변환이득 6.6~7.5 dB, 이미지 제거비 70 dBc, 단자간 격리도 65 dBc 이다. 전압 제어 발진기는 6.2~6.7 GHz 의 주파수 튜닝 범위에서 4 dBm 의 출력전력을 공급한다. 공급전압은 1.8 V이며, 주파수 혼합기 중심부와 스위치에 공급되는 총 전류는 36 mA, 전압 제어 발진기에 공급되는 총 전류는 23 mA 이다.
본 논문에서는 K대역 무궁화 위성통신 하향변환기에 적용을 위한 대역통과 필터를 설계하였다. 중심 주파수가 19.6GHz에서 25~30%대역만을 통과시키기 위해 6차 인터디지털 대역통과 필터를 마이크로 스트립라인으로 구성하였다. 최적화 과정을 통한 모의실험 결과 통과대역 주파수에서 삽입손실은 -0.275dB, 반사계수는 -20.95dB을 보였다. 실제 제작후 측정결과 중심주파수는 19.15GHz 삽입손실은 -4.1dB, 입력반사계수는 -l5dB, 출력반사계수는 -l6dB임을 확인하였다.
본 논문에서는 상업용 MMIC를 이용하여 Ka-대역 위성 텔레비전 방송 수신 전용(TVRO) 저 잡음 하향변환 증폭단을 설계하였다. 저 잡음 블록은 입력단에서 저 잡음 정합시킨 증폭기를 포함한 3단 증폭기, 이미지 제거용 대역통과필터, 주파수 혼합기, 주파수 체배기 및 IF단으로 구성하였다. 저 잡음블럭을 구성하는 모듈에 대한 감쇄와 전력이득에 대한 분석을 통하여 Ka-band LNB의 특성을 만족시키는 소자를 선정하였다. 설계된 저 잡음 블록에 대한 실험 결과 변환이득은 $58{\pm}1dB$, 잡음지수 1.5dB 이하, 위상잡음은 -94.6dBc@10KHz를 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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