본 논문에서는 2.4GHz의 무선랜 대역에 사용하고 LTCC 다층 기술이 적용된 Front-end Module를 제작하였다. 제안된 FEM은 전력증폭기 IC, 스위치 IC와 LTCC 모듈로 구성하였다. LTCC 모듈은 송신단은 출력 매칭회로(matching circuit)와 저역통과필터, 수신단은 대역통과필터로 구성하였다. 출력 매칭회로를 LTCC에서 구현하기 위해 PCB에서 구현한 출력 매칭회로의 매칭 파라미터를 이용하였다. LTCC 기판의 특성은 유전율 9.0이다. 기판은 각 층의 두께가 30um인 그린시트를 총 26장을 사용하였다. 패턴용 도체는 Ag 페이스트를 사용하였다. 모듈의 크기는 $4.5mm{\times}3.2mm{\times}1.4mm$이다. 제작된 FEM은 21dB의 이득과 -31dBc(1st side lobe)와 -594Bc(2nd side lobe)의 ACPR, 그리고 23dBm의 P1dB 특성을 가짐을 확인하였다.
본 논문에서는 2.4GHz의 무선랜 대역에 사용하고 LTCC 다층 기술이 적용된 Front-end Module를 제작하였다. 제안된 FEM은 전력증폭기 IC, 스위치 IC와 LTCC 모듈로 구성하였다. LTCC 모듈은 송신단은 출력 매칭회로(matching circuit)와 저역통과필터, 수신단은 대역통과필터로 구성하였다. 출력 매칭회로를 LTCC에서 구현하기 위해 PCB에서 구현한 출력 매칭회로의 매칭 파라미터를 이용하였다. LTCC 기판의 특성은 유전율 9.0이다. 기판은 각 층의 두께가 30um인 그린시트를 총 26장을 사용하였다. 패턴용 도체는 Ag 페이스트를 사용하였다. 모듈의 크기는 $4.5mm{\times}3.2mm{\times}1.4mm$이다. 제작된 FEM은 21dB의 이득과 -31dBc(1st side lobe)와 -594Bc(2nd side lobe)의 ACPR, 그리고 23dBm의 P1dB 특성을 가짐을 확인하였다.
In this paper, the front end module (FEM) was proposed for 2.4GHz WLAN band by LTCC multilayer application. The FEM was composed of power amplifier IC, switch IC, and LTCC module. LTCC module consists of output matching circuit and lowpass filter as Tx part, bandpass filter as Rx part. Design of out...
In this paper, the front end module (FEM) was proposed for 2.4GHz WLAN band by LTCC multilayer application. The FEM was composed of power amplifier IC, switch IC, and LTCC module. LTCC module consists of output matching circuit and lowpass filter as Tx part, bandpass filter as Rx part. Design of output matching circuit for LTCC was used matching parameter from output matching circuit based on lumped circuit on the PCB board. The dielectric constant of LTCC substrate is 9. The substrate was composed of total 26 layers with each 30um thickness. Ag paste was used for the internal pattern as the conductor material. The size of the module is $4.5mm{\times}3.2mm{\times}1.4mm$. The fabricated FEM showed the gain of 21dB, ACPR of less than -31dBc first side lobe and Less than -59dBc second side lobe and the output power of 23Bm at P1dB.
In this paper, the front end module (FEM) was proposed for 2.4GHz WLAN band by LTCC multilayer application. The FEM was composed of power amplifier IC, switch IC, and LTCC module. LTCC module consists of output matching circuit and lowpass filter as Tx part, bandpass filter as Rx part. Design of output matching circuit for LTCC was used matching parameter from output matching circuit based on lumped circuit on the PCB board. The dielectric constant of LTCC substrate is 9. The substrate was composed of total 26 layers with each 30um thickness. Ag paste was used for the internal pattern as the conductor material. The size of the module is $4.5mm{\times}3.2mm{\times}1.4mm$. The fabricated FEM showed the gain of 21dB, ACPR of less than -31dBc first side lobe and Less than -59dBc second side lobe and the output power of 23Bm at P1dB.
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문제 정의
본 논문에서는 무선통신 부품의 추세인 소형화 및 고성능화에 초점을 맞추기 위해 LTCC 공정을 이용한 2.4GHz 무선랜 대역의 FEM을 제작하였다. MAXIM사의 MAX2247 전력증폭기 IC를 송신 단의 증폭기로서 사용하였고, 이에 대한 매칭 회로 및 고조파를 제거하기 위한 저역통과필터와 수신 단의 대역통과필터가 LTCC 모듈 내로 내장되었다.
ETCC 기술은 주로 유리와 세라믹을 혼합하여 종이보다 얇은 형태로 만든 그린 시트 위에 단순 전극이나 소자의 역 할에 맞도록 금이 나은, 구리 등과 같은 금속을 입히고 여러 층으로 쌓아 동시에 소성 하여 하나의 모듈을 만드는 기술이다. 이 기술은 2차원 평면상에 제작되어온 기존의 소자들을 다수의 세라믹 층을 적층시켜 3차원으로 제작하여 부품의 소형화 및 다기능화를 이룬 것이 특징 이다. 적층형 모듈 내부에 수동소자들을 대부분 내장시킬 수 있다爨).
제안 방법
3D 구조로 제작할 때 발생 가능한 기생성분을 회로 구조상에서 먼저 대입하여 최적화시키는 방법을 사용하였다. 기생성분을 고려하여 그림 7과 같이 3D 구조로 설계하였다.
따라서 열방출을 위한 Heat Sink가 필요하다. ETCC 모듈에서 전력증폭기가 위치하는 부분의 바로 아래층에 Ground 평면을 넣어 전력증폭기에서 발열되는 에너지가 Ground를 타고 LTCC 모듈 바깥으로 나갈 수 있도록 하였다.
005이다. LTCC 재료의 유전율(故)과 유전손실 특성 (Tan6)의 주파수 의 존도를 Ring resonator제 작을 통하여 측정하였다. 1GHz 대역의 기본 공진을 갖는 50ohm 특성 임 피 던스의 Ring pattern을(선폭 300 pm, 반지름 20 mm) LTCC 기판상에 인쇄하여 15GHz 대역까지 공진 특성을 측정하여 유전율 과 유전손실 특성을 추출 하였으며, 그림 2와 같은 결과를 나타내었다%
초기설계는 MAXIM 사에서 제공하는 MAX2247의 Evaluation K* it 참고하여 PCB를 기반으로 하는 모듈을 제 작하였다. PCB 기반의 모듈에서 매칭 회로가 가지는 출력 매칭 임피던스를 추출하고, 해당 값을 LTCC에서 구현할 수 있는 소자 값들의 조합으로 재구성하였다. 그림 4에서는 PCB 모듈에서 출력 매칭 임피던스를 추출하는 메커니즘에 대해 나타내었다.
통하여 측정하였다. 각 필터 고유의 성능을 관찰하기 위해 스위치를 거치지 않고 모듈내에 내장한 상태에서 측정하였다. 그림 13에서 필터 각각의 삽입 손실 및 반사손실에 대한 그래 프를 나타내었고, 그 특성은 표 2를 통해 나타냈다.
성분의 상호간섭 제거를 위해 필요하다. 따라서 차단 주파수를 FEM의 통과대 역 의 상한인 2.5GHz로 설정하고, 필터의 Transmission zero를 중심주파수의 두 배인 4.9GHz로 설정하였다. 초기설정은 일반적인 3차 저역통과필터로 하였다.
매칭 임 피던스는 PCB 모듈에서 PA IC를 제 거시키 고, PCB 모듈에서 RF_OUT에 해당하는 IC 패드에 대해서 GS(Ground-Signal) Probe를 사용하여네트웍 분석 기로 측정 하였다(Anritsu ME7808A (40MHz ~110GHz)).
본 논문에서 사용한 IC는 일반적인 RX와 같이 입력 매칭 회로가 MMIC에 내장되어 있는 타입으로 출력 매칭 회로만을 모듈 기판 내부에 구현하였다.
본 논문에서는 2.4GHz 무선랜 대역의 FEM을 그림 1과 같은 구성으로 제작하였다. 크게 LTCC 모듈과 스위치 IC, 전력증폭기 IC로 구성된다.
본 논문에서는 출력 매칭 회로를 LTCC로 구현하기 위해서 PCB 보드를 기반으로 Lumped 소자들로 구성된 회로에서 매칭 파라미터를 추출하는 방법을 사용하였다. 초기설계는 MAXIM 사에서 제공하는 MAX2247의 Evaluation K* it 참고하여 PCB를 기반으로 하는 모듈을 제 작하였다.
송신단의 전체적인 특성을 확인하기 위해 저 역 통과 필터는 PAM과 연결시킨 후 전력증폭기 IC 및 스위치를 연결하여 측정하였다. 전력증폭기의 구동 전원은 3.
전력증폭기 ic는 BGA 타입으로 기판 표면에 Reflow 공정을 통해 연결하였고, DPDT 스위치는 금속 페이스트를 통해 LTCC 기판 표면에 부착하였고, 스위치의 패드와 각 신호선에 해당하는 패드는 와이어 본딩을 통해 연결하였다.
연결하여 측정하였다. 전력증폭기의 구동 전원은 3.3V이고 DPDT 스위치는 2.8V이기 때문에 전원간 혼선 및 RF 신호와 DC와의 교차를 든]■기 위해 ETCC 모듈 위에 캐패시터를 실장 하였다. 측정을 위하여 제작된 FEM을 PCB 에 부착한 것을 그림 14에 나타내었다.
제작된 FEM의 필터들의 특성을 네트웍 분석기를 통하여 측정하였다. 각 필터 고유의 성능을 관찰하기 위해 스위치를 거치지 않고 모듈내에 내장한 상태에서 측정하였다.
송신단의 저역통과필터가 단순한 L, C 공진기의 구조로 이루어진 것에 비해 대역통과필터는 combline 구조를 이루고 있고 등가회로는 그림 11에 나타내었다 6). 제작을 위해 이상적인 대역통과필터의 구조에 필요대역에 대한 감쇄를 위해 저역통과필터와같이 병렬 공진기를 추가하였다.
사용하였다. 초기설계는 MAXIM 사에서 제공하는 MAX2247의 Evaluation K* it 참고하여 PCB를 기반으로 하는 모듈을 제 작하였다. PCB 기반의 모듈에서 매칭 회로가 가지는 출력 매칭 임피던스를 추출하고, 해당 값을 LTCC에서 구현할 수 있는 소자 값들의 조합으로 재구성하였다.
초기설정은 일반적인 3차 저역통과필터로 하였다. 필요 대역에 대한 감쇄를 위해 통과주파수에서는 인덕터의 값을 유지하면서 감쇄대역에서는 공진주파수가 되는 값을 찾아 기존의 형태를 변환하였다. 그림 9에서 변환된 저역통과필터에 대하여 나타내었다.
대상 데이터
4GHz 무선랜 대역의 FEM을 제작하였다. MAXIM사의 MAX2247 전력증폭기 IC를 송신 단의 증폭기로서 사용하였고, 이에 대한 매칭 회로 및 고조파를 제거하기 위한 저역통과필터와 수신 단의 대역통과필터가 LTCC 모듈 내로 내장되었다. DPDT 스위치 는 와이 어 본딩을 이용하여 안테나 포트와 Tx, Rx 단의 입출력 사이를 연결시켰다.
수신 단은 안테나를 입력으로 하고 스위치를 통한 후 대역 통과 필터를 거치는 구조를 가진다. 본 논문에서는 MAXIM사의 MAX -2247 2.4GHz SiGe 선형 전력증폭기를 사용하였다.
제안된 FEMe 4.5 mmx3.2 mmxl.4 mm의 크기를 가지고 있다. ETCC 모듈에 대한 3D 구조를 그림 3에서 나타내었다.
성능/효과
FEM의 측정 결과 수신단의 대역통과필터의 삽입손실 및 반사특성 의 성능이 저 하되 었고, 이는 대칭 구조의 필터에 입출력 선로의 불균형 및 스위치 통과에 따른 것으로 판단한다. 송신단의 특성은 이득이 21dB, ACPRe 1st side lobe가 -31dBc, 2nd side lobe가 -59dBc로 무선 랜 마스크 범위 이내를 만족하였다.
4GHz 무선랜 대역 의 마스크 표준인 -30dBr (1st side lobe), -50dBr (2nd side lobe)의 범위 이내를 만족하였다. 또한 저 역 통과 필터의 저지대역인 4.9GHz에 대해 -37dB 의 높은 감쇄특성을 확인하였다.수신단의 대역 통과 필터 특성은 스위치의 연결 후특성이 저하되었다.
후속연구
PldB는 +23dBm으로 만족스러운 선형적인 특성을 확인하였다. 수신 단의 대역 통과 필터에 대한 특성 개선의 추가적인 연구가 필요하다.
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