본 논문에서는 3.6 ~ 4.0 GHz 대역의 6단의 방사형 스터브 공진기를 갖는 SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치를 제안한다. SPDT 스위치는 무선통신회로 설계 툴인ADS(Advanced Design Software) 시뮬레이션을 통해 pcb 기판 위에 제작되었다. SPDT 스위치 측정결과, 격리도는 평균 90 dB, 삽입 손실은 1.5 dB 정도인 것으로 나타났다. 본 논문에서 제안한 스위치는 현재 연구되어 있거나 상용화 되어 있는 비슷한 구조의 스위치들보다 해당 주파수 대역에서 평균 20dB 이상의 고격리도를 나타내고 있다. 제안된 SPDT 스위치는 WiMAX, LTE/5G, WiFi 및 HyperLAN과 같은 다중 대역 RF front-end 시스템에 적용 가능하다.
본 논문에서는 이중대역 무선랜 응용을 위한 SPDT(single-pole double-throw) 스위치를 설계 및 제작하였다. 높은 격리도와 송신단의 선형성을 개선하기 위해 적층-게이트(stacked-gate)를 이용하는 비대칭구조를 제안하였다. 제안한 SPDT 스위치의 트랜지스터의 게이트-폭과 제어전압 그리고 적층-게이트의 개수는 모의실험을 통해 최적의 값으로 설계되었고, 500mS/mm의 Gmmax와 150GHz의 fmax를 갖는 $0.25{\mu}m$ GaAs pHEMT 공정을 이용하여 제작하였다. 설계된 스위치는 $DC\~6GHz$ 대역에서 0.9dB 이하의 삽입손실과 송신시 40dB 이상의 격리도와 수신시 25dB 이상의 격리도를 나타내었고, -3/0V 제어전압으로 23dBm의 입력 PldB 를 보였다. 제작된 SPDT 스위치는 $1.8mm{\times}1.8mm$의 면적을 갖는다.
본 논문에서는 결함접지구조(Defected Ground Structure: DGS)의 전파 지연 특성을 이용하여 소형으로 구현한 휴대 인터넷용 고전력 Single Pole Double Throw(SPDT) 스위치의 특성이 제공되며 1/4 파장 전송선을 이용하여 제작된 일반적인 방식의 스위치와 그 특성이 비교된다. DGS를 활용하여 제작된 스위치는 높은 격리도를 확보하기 위해 병렬구조의 다이오드를 사용하여 구성되었으며 2.3 GHz에서 0.8 dB의 삽입 손실과 50 dB 이상의 격리도 특성을 보였고 50 W 이상의 전력을 다룰 수 있었다. DGS를 활용한 스위치는 기존의 전송선 방식의 스위치와 거의 동일한 스위칭 특성을 보이면서도 $50\%$ 가까운 회로의 크기 감소를 달성할 수 있었다.
본 논문에서는 마이크로파 SPDT 스위치를 GaAs pHEMT 공정을 이용하여 설계 및 제작하였다. 광대역 스위치 설계를 위하여 CPW로 구현한 임피던스 변환회로를 삽입하여 온-저항과 오프-커패시턴스를 줄임으로서 낮은 삽입손실과 높은 격리도를 갖는 구조를 구현하였다. 변환회로를 구성하는 전송선로의 소자 개수와 병렬로 삽입되는 FET의 개수는 시물레이션을 통해 최적의 값으로 설계하였다. 설계된 스위치의 측정 결과 53$\~$ 61 GHz 대역에서 2.6 dB 이하의 삽입손실과 24 dB 이상의 격리도를 얻었다.
본 논문에서는 2.4[GHz]/5.8[GHz] 대역의 이중대역 스위치 설계에 대하여 논한다. 이 스위치는 TDD시스템에 적용 가능하며, 광대역 특성을 개선할 수 있는 새로운 구조를 제안하고 시뮬레이션을 통해 최적의 구조로 설계하였다. 2.4[GHz]/5.8[GHz] 이중대역 스위치는 현재 상용화되고 있는 802.11a/b/g 시스템에 응용할 수 있는 광대역, 고출력, 높은 격리도를 갖는 구조를 연구하였다. 스위치의 송신부는 2개의 FET를 스택 구조로 병렬 스위칭 소자로 동작하도록 설계하였다. 수신부는 기본적인 직/병렬 FET에 추가로 직렬 FET를 삽입한 비대칭 구조를 갖도록 수신부를 설계하였다. SPDT(Single Pole Double Throw) Tx/Rx FET 스위치는 하나의 입력에 2개의 출력으로 스위칭할 수 있는 장치이다. 이 제작된 스위치는 삽입손실 특성은 DC$\sim$6[GHz]까지 3[dB]보다 낮으며 수신경로의 격리도는 -30[dB]이하의 특성을 가지고 있다.
본 연구에서는 IEEE 802.11a 표준 무선랜 단말기에 활용 가능한 SPDT Tx/Rx 스위치 MMICs를 설계 및 제작하였다. 이를 위하여 먼저 핵심이 되는 pHEMT 스위치 소자의 에피구조를 설계하였으며, 한국전자통신연구원(ETRI의 $0.5{\mu}m$ pHEMT 스위치 공정을 이용하였다. 제작된 SPDT형 Tx/Rx 스위치 MMIC는 주파수 5.8 GHz, 동작전압 0/-3V에서 삽입손실 0.68 dB, 격리도 35.64 dB, 그리고 반사손실 13.4dB의 특성을 보였으며, 전력전송능력인 P1dB는 약 25dBm, 그리고 선헝성의 척도인 IIP3는 42 dBm 이상으로 평가되었다. 제작된 스위치 회로의 성능은 상용제품과 비교 분석한 결과 반사손실은 약간 부족하였으나 삽입손실은 비슷한 수준이며, 특히 격리도는 동작전압 ${\pm}$ 3V/0Vv, 주파수 5.8GHz에서 약 8 dB 이상 우수하였다. 이와 같은 여러 가지의 스위치 회로의 성능은 본연구에서 개발된 pHEMT SPDT 스위치는 IEEE802.11a 표준 5GHz 대역 무선랜에 충분히 할용할수 있을 것으로 생각된다.
본 연구에서는 스위치, 위상변위기, 감쇄기등 전파제어회로를 설계 및 제작할 수 있는 pHEMT스위치 소자에 적합한 에피구조를 설계하였다. 고성능의 스위치 소자를 위한 pHEMT 채널층 구조는 이중 면도핑층을 가지며 사용 중 게이트 전극의 전계강도가 약한 깊은 쪽 채널층의 Si 면농도가 상층부보다 약 1/4정도 낮을 경우 격리도등 우수한 특성을 보였다. 설계된 에피구조와 ETRI의 $0.5\mu$m pHEMT MMIC 공정을 이용하여 2.4GHz 및 5GHz 대역 표준 무선랜 단말기에 활용 가능한 SPDT Tx/Rx MMIC 스위치를 설계 및 제작하였다. 제작된 SPDT형 스위치는 주파수 6.0 GHz, 동작전압 0/-3V에서 삽입손실 0.849 dB, 격리도 32.638 dB, 그리고 반사손실 11.006 dB의 특성을 보였으며, 전력전송능력인 $P\_{1dB}$는 약 25dBm, 그리고 선형성의 척도인 IIP3는 42 dBm 이상으로 평가되었다. 이와 같은 칩의 성능은 본 연구에서 개발된 SPDT 단일고주파집적회로 스위치가 2.4GHz뿐만 아니라 SGHB 대역 무선랜 단말기에 활용이 충분히 가능함을 말해준다.
본 논문은 마이크로 스트립 라인을 무선 랜(IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.llg)에 사용할 수 있는 SPDT FET 스위치를 설계하고 시뮬레이션 하였다. 특히 주파수에 따른 능동소자의 영향을 최소화하기 위하여 임피던스 변환회로를 적용하여 설계하였다. 이 SPDT스위치 수신경로의 삽입손실은 2(㎓)에서 4(㎓)까지 0.8(㏈)에서 1.462(㏈)를 나타내고 있으며, 4.7(㎓)에서 6.7(㎓)까지 1.26(㏈)에서 2.3(㏈)을 보이고, 격리도는 2[㎓)에서 6.7(㎓)의 대역에서 30(㏈)이하를 나타낸다. 그리고 송신경로에서의 삽입손실은 2(㎓)에서 4(㎓)까지 1.18(㏈)에서 2.87(㏈)를 나타내고 있으며, 4.7(㎓)에서 6.7(㎓)까지 0.625(㏈)에서 1.2(㏈)을 나타내고 있다. 격리도는 2(㎓)에서 6.7(㎓)의 대역에서 30(㏈)이하를 나타낸다
본 논문에서는 ISM대역에서 수신경로의 격리도를 크게 송신경로의 삽입손실은 작게 하며 동시에 P1dB를 크게 하는 비대칭구조의 MMIC SPDT 스위치를 제안하였으며, 이를 ETRI에서 지원하는 IDEC MPW의 0.5㎛ GaAs MESFET으로 제작하였다. 이 SPDT 스위치 수신경로의 삽입손실은 3GHz에서 1.518dB, 5.75GHz에서 1.777dB이고, 격리도는 3GHz에서 38.474dB, 5.75GHz에서 29.125dB로 측정되었다. 그리고, 송신경로의 삽입손실은 3GHz에서 0.961dB, 5.75GHz에서 1.162dB이고, 격리도는 3GHz에서 23.259dB, 5.75GHz에서 16.632dB였다. 비대칭구조의 스위치는 대칭구조에 비하여 수신경로의 격리도가 3GHz에서 15.9dB, 5.75GHz에서 11.9dB 정도 개선되었으며, 삽입손실은 약 0.6dB 정도 증가하였다. 또한, SPDT 스위치 송신경로의 P1dB는 21.5dBm로 대칭구조에 비하여3.86dB 증가하였다.
본 논문에서는 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic: LTCC) 기술을 이용하여 Wi-Fi와 WiMAX에 적용할 수 있는 무선 전단부(RF front-end) 모듈을 구현하였다. 무선 전단부 모듈은 3개의 LTCC 대역 통과 여파기와 FBAR 여파기, embedded된 정합 회로, Wi-Fi와 WiMAX 모드 선택용 SPDT 스위치, 송 수신택용 SPDT 스위치 그리고 대역 선택용 SP4T 스위치로 구성되어 있다. 모드 선택용 SPDT 스위치의 DC block 패시터를 실장하기 위한 패드 패턴에서 LTCC의 적층 구조의 특성으로 인해 0.2~0.3 pF의 값을 가지는 기생 성분이 생기게 된다. 이러한 기생 성분은 설계된 회로의 매칭을 틀어지게 만들어 결과적으로 모듈의 전기적 성능을 저하시킨다. 따라서 기생 커패시터 성분에 상응하는 칩 인덕터를 DC block 커패시터 패드 패턴과 병렬로 달아서 기생 성분을 상쇄하여 모듈의 특성을 최적화하였다. 제작된 무선 전단부 모듈은 내부 접지(inner GND) 3개 층을 포함한 12층으로 설계되었으며, 크기는 $6.0mm{\times}6.0mm{\times}0.728mm$이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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