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광대역 점대점 통신시스템용의 60GHz 대역 무선 송수신기
60GHz band RF transceiver of the broadband point-to-point communication system 원문보기

信號處理·시스템學會 論文誌 = Journal of the institute of signal processing and systems, v.13 no.1, 2012년, pp.39 - 43  

최재하 (울산대학교) ,  유영근 (울산대학교)

초록
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점대점 통신용의 60GHz 대역 무선 송수신기를 NRD(Non-Radiative Dielectric) 도파관 구조로 제작하였다. NRD 도파관을 구성하는 유전체 선로의 경우 재질이 무르기 때문에 정밀 가공이 쉽지 않고, 또 온도에 따른 수축팽창이 심해 공진 특성이 중요한 소자에 사용하기에 는 적합하지 않았다. 또한 NRD 도파관 구조로 증폭모듈을 구성하는 것이 어려웠는데, 본 논문에서는 위에서 언급된 문제를 극복 하고자 다음과 같은 방법으로 송수신기를 제작하였다. 기본적으로 NRD 도파관 구조를 유지하되, 공진특성이 중요하지 않은 소자들은 NRD 도파관 하이브리드 IC로, 공진특성이 중요한 소자들은 도파관으로 제작하고, 증폭기는 MMIC를 패키징하여 모듈화한 후에 NRD 도파관 내에 장착되도록 하였다. 제작된 송수신기는 FDD(Frequency Division Multiplexing) 방식으로 통신하며, 10dBm의 송신출력과 -60dBm의 최소 수신감도를 갖고 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

60GHz band RF transceiver was made with the NRD waveguide structure for the point- to-point communication. A dielectric line that of comprising NRD waveguide was the milling process was not easy because a material gets soft, and also compression and expansion according to a temperature were serious,...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 이러한 표준화 활동과는 별개로 IKm 이내의 무선망 구축을 위한 점대 점 (point-to-point) 통신용 무선 전송시스템은 이미 상용화되어 운용되고 있는데, 본 논문에서는 이용도의 60GHz 무선 송수신기를 NRD 도파관 구조로 설계 및 제작하였다. NRD 도파관 구조의 통신 장치는 구현의 편리성으로 인해 현재까지 꾸준히 연구 발표가 되고 있지만, 정작 실용화에는 이르지 못한 것으로 짐작되며, 수차례에 걸친 제작 및 검토 결과 다음의 주요한 두 가지 문제를 확인하였다.
  • 구성 요소 중 ASK 변조기와 복조기는 NRD 도파관을 이용한 하이브리드 IC로 제작하였으며, 저 잡음증폭 모듈과 전력 증폭 모듈은 MMIC로 제작하였다. 송수신기는 FDD 방식으로 통신하며, 따라서 60GHz와 63GHz의 캐리어를 가진 송수신기를 한 쌍으로 제작하였다.
  • 송수신기의 기본적인 골격은 NRD 도파관 구조를 유지하되, 공진특성이 중요하지 않은 소자들은 기존의 방법들과 동일하게 NRD 도파관 형태의 하이브리드 IC로 제작하고, 필터 등과 같이 공진특성이 절대적인 소자들은 도파관으로 제작하여 신뢰성과 가공성을 동시에 확보할 수 있도록 하였다. 또한 수신단의 저 잡음 증폭기 와 송신단의 전력 증폭기는 시판중인 MMIC를 패 키징하여 모듈화한 후 NRD 도파관 내에 장착하였는더], 이렇게 함으로써 규정에서 정한 최대 송신출력과 일정한 수준의 수신감도를 확보하였다.
  • 변조기를 제작한 후 신호발생장치를 이용하여 LO와 기저 대역 신호를 인가하는 방식으로 변조시험을 진행하였는데, 그림 4에 60GHz 캐리어에 대한 시험결과를 나타내었다. 변조 특성에 있어서 진폭평탄도가 중요한데, 광대역 특성임을 고려하여 최종적으로 제작된 변조기는 평탄도를 3dB 이내로 맞추었다.
  • 15mm로 다르다. 변조기를 제작한 후 신호발생장치를 이용하여 LO와 기저 대역 신호를 인가하는 방식으로 변조시험을 진행하였는데, 그림 4에 60GHz 캐리어에 대한 시험결과를 나타내었다. 변조 특성에 있어서 진폭평탄도가 중요한데, 광대역 특성임을 고려하여 최종적으로 제작된 변조기는 평탄도를 3dB 이내로 맞추었다.
  • 구성 요소 중 ASK 변조기와 복조기는 NRD 도파관을 이용한 하이브리드 IC로 제작하였으며, 저 잡음증폭 모듈과 전력 증폭 모듈은 MMIC로 제작하였다. 송수신기는 FDD 방식으로 통신하며, 따라서 60GHz와 63GHz의 캐리어를 가진 송수신기를 한 쌍으로 제작하였다.
  • 송수신기는 자체에 변복조 기능이 포함되어 있어 하나의 송수신기만으로 성능평가를 하는 데에는 한계가 있었으며, 쌍을 이루는 송수신기를 연결하여 링크시험을 진행해 가면서 평가하였다.
  • 송신부의 경우 변조특성이 가장 중요한 파라미터인데, 스펙트럼분석기에 연결한 후 다이오드의 바이어스 조건을 미세 조정하는 방식으로 변조특성을 튜닝하였다. 그림 9에 최종 튜닝된 60GHz 송수신기의 출력신호를 나타내었다.
  • 수신부는 복조기가 포함되어 있기 때문에 자체적인 성능평가는 한계가 있었기 때문에 그림 11과 같이 쌍을 이루는 송신기와 연결한 후 기저대역 신호의 전송에러를 검출하는 방식으로 시험을 진행하였다.
  • 성능을 갖는 것으로 파악되었다. 아무튼 변조된 파형만으로 송수신기의 성능을 규정할 수는 없었고, 그림 11 과 같이 한 쌍으로 연결하여 전송성능 시험을 실시하는 것이 필요했는데, 이 과정에서 바이어스 조정등과 같은 최종 튜닝이 진행되었다. 이러한 일련의 과정을 통해 최종제작된 송수신기는 12dBm의 평균전력과 -60dBm의 최소수신감도를 갖는다.
  • 앞장에서 언급된 주요 소자들이 결합된 형태로 60GHz 캐리어와 63GHz 캐리어를 가진 송수신기를 각각 제작하여 성능을 측정하였다. 송수신기를 구성하는 변조기, 복조기, 증폭기 등 개별소자들이 정합이 잘 이루어져 있는 관계로 이것들이 조합된 상태인 송수신기는 대체로 쉽게 제작이 가능하였다.
  • 위에서 언급된 문제들을 극복하고 실용 가능한 송수신기를 구현하기 위하여 다음과 같은 방법으로 송수신기를 설계 및 제작하였다. 송수신기의 기본적인 골격은 NRD 도파관 구조를 유지하되, 공진특성이 중요하지 않은 소자들은 기존의 방법들과 동일하게 NRD 도파관 형태의 하이브리드 IC로 제작하고, 필터 등과 같이 공진특성이 절대적인 소자들은 도파관으로 제작하여 신뢰성과 가공성을 동시에 확보할 수 있도록 하였다.
  • 한 복합구조로 제작하였다. 유전체선로의 낮은 가공성으로 인한 회로구성의 오차와 온도에 따른 특성 저하를 방지하기 위해 정밀을 요하는 소자는 도파관으로 대체하여 구현하였다. 또한 송수신기 내에 증폭모듈을 내장하여 전송거리를 확보할 수 있게 하였는더], 이렇게 함으로써 IKm 이내의 점대점 기가비트 무선랜에 적용할 수 있었다.
  • 이러한 표준화 활동과는 별개로 IKm 이내의 무선망 구축을 위한 점대 점 (point-to-point) 통신용 무선 전송시스템은 이미 상용화되어 운용되고 있는데, 본 논문에서는 이용도의 60GHz 무선 송수신기를 NRD 도파관 구조로 설계 및 제작하였다. NRD 도파관 구조의 통신 장치는 구현의 편리성으로 인해 현재까지 꾸준히 연구 발표가 되고 있지만, 정작 실용화에는 이르지 못한 것으로 짐작되며, 수차례에 걸친 제작 및 검토 결과 다음의 주요한 두 가지 문제를 확인하였다.
  • 점대점 통신용의 60GHz 송수신기를 NRD 도파관을 기본으로 한 복합구조로 제작하였다. 유전체선로의 낮은 가공성으로 인한 회로구성의 오차와 온도에 따른 특성 저하를 방지하기 위해 정밀을 요하는 소자는 도파관으로 대체하여 구현하였다.
  • 또한 송수신기 내에 증폭모듈을 내장하여 전송거리를 확보할 수 있게 하였는더], 이렇게 함으로써 IKm 이내의 점대점 기가비트 무선랜에 적용할 수 있었다. 통신방식이 FDD이므로 서로 다른 주파수 대역을 갖는 한 쌍의 송수신기가 필요하여 이를 제작하였는데, 대역폭과듀플렉서의 성능 등을 고려하여 캐리어를 60GHz 와 63GHz로 결정하였다.

대상 데이터

  • 저 잡음증폭 모듈은 Hittite사의 ALH382와 ABH209를그림 6과 같이 2단으로 연결하여 제작하였다. 송수신기를 구성하는 복조기가 정류검파기로써 동작하기 때문에 변환손실이 적도록 하기 위해서는 복조기에 높은 전력이 입력되도록 하는 것이 필요한데, 이 같은 이유로 증폭기를 2단 연결하여 이득이 높도록 구성하였다.
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참고문헌 (8)

  1. K. Maruhashi, M. Itoh, K. Ohata, "A 60GHz-band Coplanar-MMIC Chipset for 500Mbps ASK Transceivers", IEEE GaAs Digest, pp.179-182, 2000. 

  2. P. F. M. Smulders, "60GHz Radio: prospects and future directions", Proceedings Symposium IEEE Benelux Chapter on Communications and Vehicular Technology, Eindhoven, pp.1-8, 2003. 

  3. 한국전파진흥협회, "57-64GHz 용도 미지정 주파수분배방안 연구", pp.14, 12, 2006. 

  4. 전파연구소고시 제2007-22호, "57-64GHz대 용도 미지정 무선기기 기술기준 제정(안)", 3, 2007. 

  5. 이우용, "60GHz 대역 WPAN 표준기술 동향: Ecma International TC48 표준 기술 중심", 전자통신동향분석, 제23권, 제3호, pp.29-39, 6, 2008. 

  6. W. A. Artuzi, Jr, T. Yoneyama, "A HEMT Amplifier for Nonradative Dielectric Waveguide Integrated Circuits", IEICE Transactions, Vol.74, No.5, pp.1185-1190, May 1991. 

  7. T. Goi, S. Kawasaki, et al, "NRD Guide Couplers Combined with Microwave Integrated Circuits in Side- by-Side Alignment", 1998 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, Vol.46, pp.1301-1304, June, 1998. 

  8. 유영근, 최재하, "도파관 방향성결합기를 갖는 60GHz 대역 non-radiative dielectric 도파관 혼합기", 한국전자파학회논문지, 19(4), pp.397-403, 4, 2008. 

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