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10 Gb/s 무선 전송 THz 송수신기를 위한 초광대역 마이크로스트립 대역통과필터의 구현
Implementation of Ultra-Wideband Microstrip Bandpass Filter for 10 Gb/s Wireless Transmission THz Transmitter and Receiver 원문보기

한국인터넷방송통신학회 논문지 = The journal of the Institute of Internet Broadcasting and Communication, v.11 no.4, 2011년, pp.1 - 8  

이원희 (한국전자통신연구원) ,  정태진 (한국전자통신연구원)

초록
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본 논문에서는 중심주파수 30 GHz에서 3 dB 대역폭(fractional bandwidth)이 50 % 이상인 마이크로스트립 대역통과필터(BPF)를 구현하였다. 구현된 BPF는 10 Gb/s 무선전송 THz 송수신기를 위한 IF 대역에서의 ASK(Amplitude Shift Keying) 방식 송수신용 필터로서 이용하고자 한다. 초광대역 특성을 갖는 마이크로스트립 BPF는 스텝 임피던스 저역통과필터(LPF)와 합성된 ${\lambda}_g/4$ 단락 스터브로 구성되며, LPF는 BPF의 상위 저지대역을 감쇠시키기 위해 사용되었고, ${\lambda}_g/4$ 단락 스터브는 하위 저지대역을 감쇠시키기 위해 사용되었다. 합성 BPF의 측정 결과, 중심주파수 30 GHz에서 삽입손실은 0.65 dB, 10 GHz와 50 GHz에서 저지 특성은 각각 -10 dB와 -16 dB이며, 20~40 GHz 통과대역에서 평탄도는 ${\pm}0.5$ dB로 측정되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a microstrip bandpass filter(BPF) with 3 dB bandwidth of more than 50 % at center frequency of 30 GHz was implemented. The implemented BPF is to be used as ASK(Amplitude Shift Keying) transmission and reception filters in IF band for THz transmitter and receiver capable of 10 Gb/s wir...

주제어

#Fractional bandwidth   #Microstrip   #Bandpass Filter   #Ultra-wideband  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 설계한 마이크로스트립 BPF는 스텝 임피던스 LPF와 합성 λg/4 단락 스터브로 제작되었으며, 스텝 임피던스 LPF는 BPF의 상위 저지대역을 감쇠시키기 위해 사용되며, 합성 λg/4 단락 스터브는 하위 저지대역을 감쇠시키기 위해 사용된다. 본 논문에서는 직렬 연결 BPF와 합성 BPF의 두 가지 특성을 비교 분석하기 위하여 시뮬레이션을 통한 설계와 실제 제작을 통하여 측정하였다. 합성 BPF의 측정 결과는 직접연결 BPF보다 대역 통과 특성이 상당히 개선되었으며, 중심주파수 30 GHz에서 삽입손실은 0.
  • 본 논문은 그림 1과 같이 10 Gb/s 데이터 전송을 위한 THz 송수신기에서 IF 대역에 이용되는 초광대역 BPF의 설계 및 구현에 관하여 기술한 것이다. 구현한 BPF는 IF대역 ASK 변조기 출력과 THz 수신기의 ASK 복조기 앞단에 위치한다.
  • 본 논문은 이러한 광대역 CPW BPF의 문제점을 해결하고, 단순히 LPF와 HPF를 직렬 연결한 BPF(direct cascaded BPF)의 통과대역 평탄도 특성을 개선하기 위하여 합성 마이크로스트립 BPF(Composite microstrip BPF) 구조를 설계하였다. 설계한 마이크로스트립 BPF는 스텝 임피던스 LPF와 합성 λg/4 단락 스터브로 제작되었으며, 스텝 임피던스 LPF는 BPF의 상위 저지대역을 감쇠시키기 위해 사용되며, 합성 λg/4 단락 스터브는 하위 저지대역을 감쇠시키기 위해 사용된다.
  • 본 논문은 합성 BPF와 직접 결합 BPF를 제작하여 특성을 측정하였다. 합성 BPF의 평탄도는 20～40 GHz의 통과대역에서 ±0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
THz대역은 어느 범위의 주파수인가? 최근 THz 통신 시스템에 대한 연구가 국내외에서 활발히 진행되고 있으며 이 대역의 주파수를 이용한 무선전송 시연 결과가 문헌에 다수 발표되고 있다[1]～[3]. THz대역은 0.1～10 THz 범위의 주파수로서 가용한 주파수의 대역폭이 기존 밀리미터파 대역 보다 월등히 높아서 10Gbps 이상의 초고속 통신에 무한한 잠재력을 가지고 있다. 또한 THz 대역의 주파수에서 동작하는 HEMT(High Electron Mobility Transistor), HBT(Heterojunction Bipolar Transistor) 등의 반도체 소자기술의 눈부신 발전에 힘입어 저잡음증폭기(LNA), 믹서(Mixer), 전력증폭기(PA) 등 RF 송수신기의 핵심 MMIC가 개발되기 시작하였다.
합성 마이크로스트립 BPF(Composite microstrip BPF) 구조에서 스텝 임피던스 LPF와 합성 λg/4 단락 스터브는 무엇을 위해 사용되는가? 본 논문은 이러한 광대역 CPW BPF의 문제점을 해결하고, 단순히 LPF와 HPF를 직렬 연결한 BPF(direct cascaded BPF)의 통과대역 평탄도 특성을 개선하기 위하여 합성 마이크로스트립 BPF(Composite microstrip BPF) 구조를 설계하였다. 설계한 마이크로스트립 BPF는 스텝 임피던스 LPF와 합성 λg/4 단락 스터브로 제작되었으며, 스텝 임피던스 LPF는 BPF의 상위 저지대역을 감쇠시키기 위해 사용되며, 합성 λg/4 단락 스터브는 하위 저지대역을 감쇠시키기 위해 사용된다. 본 논문에서는 직렬 연결 BPF와 합성 BPF의 두 가지 특성을 비교 분석하기 위하여 시뮬레이션을 통한 설계와 실제 제작을 통하여 측정하였다.
H-밴드에서 가용한 주파수 대역폭은 얼마 이상인가? 최근의 THz 대역 RF MMIC의 기술개발 동향을 고려해 볼 때 무선통신시스템 응용을 위한 가장 유력한 주파수 대역은 H-밴드(220～325 GHz)이다. H-밴드에서 가용한 주파수 대역폭은 약 45 GHz 이상이며, 이러한 초광대역폭을 이용하여 10 Gb/s급 이상의 데이터 전송속도를ASK 또는 BPSK(Binary Phase Shift Keying)와 같은 간단한 변조방식으로 용이하게 실현할 수 있다[4]. ASK 변조 방식의 경우, 10 Gb/s급 데이터를 전송하기 위해서는20 GHz의 대역폭이 필요하다.
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참고문헌 (10)

  1. 이원희, 정태진, "300GHz 대역 1.5Gbit/s 무선 데이터 전송 시스템 구현", 한국인터넷방송통신학회논문지, 제11권, 제2호, pp. 1-6, 2011년 4월. 

  2. H. J. Song et al., "8Gbit/s Wireless Data Transmission at 250GHz", Electronics Letters 22nd, Vol. 45, No. 22, pp. 1121-1122, Oct. 2009. 

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  3. C. Jastrow, et al., "300GHz Transmission System", Electronics Letters 31st, Vol. 44, No. 3, pp. 213-214, Jan. 2008. 

    상세보기 crossref

  4. 정태진, "THz 대역의 무선통신시스템 기술", 한국통신학회지, 제 27권, 제 2호, pp. 20-26, 2010년 2월. 

  5. L. Zhu, S. Sun, and W. Mensel, "Ultra-wideband (UWB) Bandpass Filters using Multiple-mode Resonator", IEEE Microwave Wireless Component Letter, Vol. 15, No. 11, pp. 796-798, Nov. 2005. 

    상세보기 crossref

  6. 안재민, 김유선, 표현성, 이혜선, 임영석, "우수한 차단 대역 특성과 대역 내에 저지 대역을 갖는 UWB 대역 통과 필터 설계", 한국전자파학회논문지, 제 21권, 제 1호, pp. 28-35, 2010년 1월. 

    원문보기 상세보기

  7. C. H. Doan, S. Emami, A. M. Niknehad, R. W. Brodersen, "Millimeter-Wave CMOS Design", IEEE Journal of Solid-State Circuits", Vol. 40, No. 1, pp. 144-155, Jan. 2005. 

    상세보기 crossref

  8. D. M. Pozar, Microwave Engineer, New York: John Wiley & Sons, 2nd Edition, Ch. 8, 1998. 

  9. P. Jarry, J. Beneat, Advanced Design Techniques and Realizations of Microwave and RF Filters, John Wiley & Sons, Ch. 3, 2008. 

  10. 문성진, 신동식, 윤힘찬, 박위상, "전파를 이용한 철산화물 스케일 박막 특성 연구", 한국인터넷방송통신학회 논문지, 제 9권, 제 3호, pp. 55-60, 2009년 6월. 

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