본 논문은 마이크로웨이브 수신기 구성을 위한 광대역RF 증폭기를 설계 및 제작하였다. 제안한 광대역 RF 증폭기는 수신된 신호의 안정적인 증폭을 위하여 소스단자에 연결되는 비아까지 EM설계를 하였으며, 능동소자의 소오스(Source) 측이 이상적인 접지(GND)로 동작함에 따라 발진하는 요소를 최소화 하여 광대역에서 일정한 이득 특성 및 안정적인 증폭특성을 얻도록 하였다. 상용 GaAs FET를 사용하고, 광대역 마이크로웨이브 수신기의 IF 주파수 대역인 720 MHz, 4,595 MHz와 6,035 MHz에서 동작하도록 입력 및 출력 정합회로를 구성하였다. 제작 및 측정결과 500 MHz ~ 7 GHz의 광대역 특성을 나타내었으며, 전압이득은 737.5 MHz에서 6.0575 GHz까지 10.635 dB ~ 13.129 dB, 기본파와 제2차 고조파 사이에서 20 dBc 이상의 고조파 억압특성을 나타내었다.
본 논문은 마이크로웨이브 수신기 구성을 위한 광대역 RF 증폭기를 설계 및 제작하였다. 제안한 광대역 RF 증폭기는 수신된 신호의 안정적인 증폭을 위하여 소스단자에 연결되는 비아까지 EM설계를 하였으며, 능동소자의 소오스(Source) 측이 이상적인 접지(GND)로 동작함에 따라 발진하는 요소를 최소화 하여 광대역에서 일정한 이득 특성 및 안정적인 증폭특성을 얻도록 하였다. 상용 GaAs FET를 사용하고, 광대역 마이크로웨이브 수신기의 IF 주파수 대역인 720 MHz, 4,595 MHz와 6,035 MHz에서 동작하도록 입력 및 출력 정합회로를 구성하였다. 제작 및 측정결과 500 MHz ~ 7 GHz의 광대역 특성을 나타내었으며, 전압이득은 737.5 MHz에서 6.0575 GHz까지 10.635 dB ~ 13.129 dB, 기본파와 제2차 고조파 사이에서 20 dBc 이상의 고조파 억압특성을 나타내었다.
In this paper, We proposed a broadband RF amplifier for Microwave band receiver. We also proposed a broadband RF amplifier, designed by using EM simulation for reliable amplification of the received signal. Connected to a source terminal to via, it minimizes those which are the active elements of so...
In this paper, We proposed a broadband RF amplifier for Microwave band receiver. We also proposed a broadband RF amplifier, designed by using EM simulation for reliable amplification of the received signal. Connected to a source terminal to via, it minimizes those which are the active elements of source-side oscillation as the operating element in an ideal GND, and a constant gain characteristic in a broadband. The goal of this was to obtain stable amplification characteristics. For implementing this architecture, we designed the broadband(500 MHz ~ 7 GHz) RF amplifier by using commercial GaAs FET, which operate on 720 MHz, 4,595 MHz, and 6,035 MHz by impedance matching. The voltage gain is 10.635 dB ~ 14.407 dB(737.5 MHz ~ 6.0575 GHz), P1dB is 20 dBc of band(1st harmonic/2nd harmonic).
In this paper, We proposed a broadband RF amplifier for Microwave band receiver. We also proposed a broadband RF amplifier, designed by using EM simulation for reliable amplification of the received signal. Connected to a source terminal to via, it minimizes those which are the active elements of source-side oscillation as the operating element in an ideal GND, and a constant gain characteristic in a broadband. The goal of this was to obtain stable amplification characteristics. For implementing this architecture, we designed the broadband(500 MHz ~ 7 GHz) RF amplifier by using commercial GaAs FET, which operate on 720 MHz, 4,595 MHz, and 6,035 MHz by impedance matching. The voltage gain is 10.635 dB ~ 14.407 dB(737.5 MHz ~ 6.0575 GHz), P1dB is 20 dBc of band(1st harmonic/2nd harmonic).
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문제 정의
본 논문에서는 마이크로웨이브 광대역 수신기 구성을 위한 광대역 RF 증폭기를 설계 및 제작하고, 제작한 광대역 RF 증폭기의 성능측정 및 실험을 통하여 마이크로웨이브 광대역 수신기에 활용 가능성을 검증하였다. 본 논문의 구성은 2장에서 마이크로웨이브 광대역 수신기 전단부 구조에 대하여 논하였고, 3장과 4장에서는 제안하는 광대역 RF 증폭기 회로설계 및 측정결과를 설명 후 마지막으로 연구 결과를 정리하였다.
본 논문은 마이크로웨이브 광대역(X-대역, Ku-대역, K-대역 및 Ka-대역) 수신기 구성을 위한 광대역 RF 증폭기를 설계 및 제작하였다. 광대역 RF 증폭기는 수신된 신호의 안정적인 증폭을 위하여 소스단자에 연결되는 비아까지 EM 설계를 하였으며, 능동소자의 소오스(Source) 측이 이상적인 접지(GND)로 동작함에 따라 발진하는 요소를 최소화 하여 광대역에서 일정한 이득 특성 및 안정적인 증폭특성을 얻도록 하였다.
제안 방법
광대역 수신기의 동작은 APD를 이용하여 제어전압 인가에 따라 기본파 혼합기 또는 부고조파 혼합기로 동작하는 1차 주파수 변환부, 주파수 변환 및 통과(bypass) 동작하는 2차 주파수 변환부를 통하여 삼중변환(triple-conversion) 및 이중변환(doubleconversion) 구조의 이중모드로 광대역 동작하도록 구성하였다.
그림 2는 제안한 광대역 RF 증폭기의 전체 설계회로이다. 모의실험 및 최적화를 통하여 마이크로웨이브 광대역 수신기에서 광대역 신호수신 및 변환된 IF 주파수 대역인 720 MHz, 4.6 GHz, 6.0 GHz 신호를 증폭 가능하도록 이를 포함하는 500 MHz ∼ 7 GHz 대역의 광대역 RF증폭기를 설계하였다.
제안한 RF 증폭기 전체 회로는 입·출력 정합회로와 안정적인 바이어스 제공을 위한 바이어스 회로에 발진 방지를 위하여 안정화 저항을 포함하여 설계하였다. 설계 및 모의실험을 위해서는 RF회로 설계 Tool인 Agilent Technology사의 ADS를 사용하고, 정확도를 높이기 위하여 PCB 재질 정보 및 사용 소자의 모델링 파라미터를 입력하였다.
대상 데이터
그림 7은 마이크로웨이브 광대역 수신기 전단부에 적용하기 위해 제작한 광대역 RF 증폭기의 실물도이며, 유전율 2.5, 높이 0.5 mm 테프론 기판을 사용하였다.
데이터처리
그림 3은 회로 설계 시 적용한 EM Source Hole을 나타내었다. 이는 능동소자의 Source 측이 이상적인 GND 요소로 동작함으로서 발진하는 등의 영향을 최소화하기 위하여 EM 해석을 수행 후 그 결과를 회로 설계에 적용하였다.
성능/효과
본 논문은 마이크로웨이브 광대역(X-대역, Ku-대역, K-대역 및 Ka-대역) 수신기 구성을 위한 광대역 RF 증폭기를 설계 및 제작하였다. 광대역 RF 증폭기는 수신된 신호의 안정적인 증폭을 위하여 소스단자에 연결되는 비아까지 EM 설계를 하였으며, 능동소자의 소오스(Source) 측이 이상적인 접지(GND)로 동작함에 따라 발진하는 요소를 최소화 하여 광대역에서 일정한 이득 특성 및 안정적인 증폭특성을 얻도록 하였다. 상용 GaAs FET를 사용하여 IF 주파수 대역인 720 MHz, 4,595 MHz와 6,035 MHz에서 동작하도록 입력 및 출력 정합회로를 구성하였으며, 측정결과 광대역 동작을 위한 주파수대역 737.
광대역 RF 증폭기는 수신된 신호의 안정적인 증폭을 위하여 소스단자에 연결되는 비아까지 EM 설계를 하였으며, 능동소자의 소오스(Source) 측이 이상적인 접지(GND)로 동작함에 따라 발진하는 요소를 최소화 하여 광대역에서 일정한 이득 특성 및 안정적인 증폭특성을 얻도록 하였다. 상용 GaAs FET를 사용하여 IF 주파수 대역인 720 MHz, 4,595 MHz와 6,035 MHz에서 동작하도록 입력 및 출력 정합회로를 구성하였으며, 측정결과 광대역 동작을 위한 주파수대역 737.5 MHz에서 6.0575 GHz까지 10.635 dB ∼ 14.407 dB 성능을 갖고, 20 dBc 이상의 고조파 억압특성을 나타내었다. 이를 통해 적용하고자 하는 구조의 마이크로웨이브 광대역 수신기 및 다른 응용분야의 광대역 수신기에도 활용이 가능할 것으로 사료된다.
후속연구
407 dB 성능을 갖고, 20 dBc 이상의 고조파 억압특성을 나타내었다. 이를 통해 적용하고자 하는 구조의 마이크로웨이브 광대역 수신기 및 다른 응용분야의 광대역 수신기에도 활용이 가능할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
마이크로웨이브 광대역 RF 수신기 전단부는 어떤 것이 가능해야 하는가?
X-대역, Ku-대역, K-대역 및 Ka-대역에서 동작하는 마이크로웨이브 광대역 RF 수신기 전단부는 고조파 신호 변환(harmonic signal conversion) 및 영상신호 변환(image signal conversion)에 의해 발생되는 수신 성능의 저하 문제를 극복할 수 있어야 하고, 단일의 LO(Local Oscillator) 회로만으로 광대역 튜닝 대역폭을 갖는 LO 신호를 구현할 수 있어야 한다. 또한 다중 대역 수신을 위해 필요한 회로의 개수를 최소화하여 저전력 특성을 구현할 수 있어야 한다. 기존의 직접 변환(direct-conversion) 방식 또는 Low-IF 변환 방식의 RF 전단부는 고조파 신호 변환과 영상신호 변환에 의한 성능 저하를 보상하기 위해 복잡한 디지털 신호 처리 기술을 적용하고, 광대역 LO 신호의 구현을 위해 다중의 LO 회로를 사용하며, 다중 대역 구현을 위해 대역별로 별개의 회로를 사용하기 때문에 복잡하고, 전력 효율이 저하되는 단점을 갖는다[2-7].
제안하는 마이크로웨이브 광대역 수신기 전단부 구조는 어떤 단점을 보완하는가?
또한 다중 대역 수신을 위해 필요한 회로의 개수를 최소화하여 저전력 특성을 구현할 수 있어야 한다. 기존의 직접 변환(direct-conversion) 방식 또는 Low-IF 변환 방식의 RF 전단부는 고조파 신호 변환과 영상신호 변환에 의한 성능 저하를 보상하기 위해 복잡한 디지털 신호 처리 기술을 적용하고, 광대역 LO 신호의 구현을 위해 다중의 LO 회로를 사용하며, 다중 대역 구현을 위해 대역별로 별개의 회로를 사용하기 때문에 복잡하고, 전력 효율이 저하되는 단점을 갖는다[2-7]. 그림 1은 이러한 단점을 보완하는 구조의 마이크로웨이브 광대역 수신기 전단부 구조를 나타내며 저잡음 증폭기는 단가절감 및 회로 구성 단순화를 위해 생략하고, 타 구성단에서 이를 보상토록 하였다.
광대역 수신기의 동작은 어떻게 구성되었는가?
광대역 수신기의 동작은 APD를 이용하여 제어전압 인가에 따라 기본파 혼합기 또는 부고조파 혼합기로 동작하는 1차 주파수 변환부, 주파수 변환 및 통과(bypass) 동작하는 2차 주파수 변환부를 통하여 삼중변환(triple-conversion) 및 이중변환(doubleconversion) 구조의 이중모드로 광대역 동작하도록 구성하였다.
참고문헌 (7)
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