초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
위성통신 및 5세대 통신에 활용될 수 있는 Ka 대역 초광대역 헤테로다인 수신기를 위한 다중 전이구조 방식의 혼합기 개발

○ 전체 내용
헤테로다인 방식은 높은 주파수의 신호를 낮은 주파수의 신호로 하향 변환하여 수신기의 성능을 향상시키는 핵심 통신방식이다. 현재 위성통신 및 이동통신 시장의 주파수가 Ka 대역(26.5~40 GHz)으로 급격히 확장되고 있으며, 기존의 낮은 주파수에 비해 훨씬 더 넓은 주파수 대역폭을 사용하여 초고속 데이터를 전송할 수 있게 된다.

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
위성통신 및 5세대 통신에 활용될 수 있는 Ka 대역 초광대역 헤테로다인 수신기를 위한 다중 전이구조 방식의 혼합기 개발

○ 전체 내용
헤테로다인 방식은 높은 주파수의 신호를 낮은 주파수의 신호로 하향 변환하여 수신기의 성능을 향상시키는 핵심 통신방식이다. 현재 위성통신 및 이동통신 시장의 주파수가 Ka 대역(26.5~40 GHz)으로 급격히 확장되고 있으며, 기존의 낮은 주파수에 비해 훨씬 더 넓은 주파수 대역폭을 사용하여 초고속 데이터를 전송할 수 있게 된다. 점차 증가하는 주파수대역으로 인해 기존에 사용되는 통신 소자들에 대한 엄밀한 해석이 요구되며, 초광대역 특성을 얻기 위해서는 필수적으로 다양한 통신소자의 광역화에 관한 연구가 이루어져야 한다. 1차년도에는 초광대역 혼합기 구현을 위한 다중 전이구조의 연구가 진행되었으며, 3D 전자장 해석을 통한 동위상 및 역위상 전이구조가 개발되었다. 2차년도에는 다중 전이구조를 활용한 초광대역 링 결합기가 개발되었으며, 헤테로다인 수신기용 Ka 대역 안테나와 IF 신호를 위한 초광대역 필터가 개발되었다. 3차년도에는 개발된 초광대역 링 결합기를 이용한 Ka 대역 단일-평형 혼합기와 스트립선로 기반의 저역 통과 IF 필터가 개발되었으며, 개발된 핵심 소자들을 활용한 헤테로다인 수신기가 설계되었다. 4차년도에는 개발된 핵심 소자들의 성능을 향상시키기 위해 최적화를 진행하였으며, 핵심 소자들을 활용한 Ka 대역 초광대역 헤테로다인 수신기와 저잡음 국부발진기 주파수합성기가 개발되었다.

□ 연구개발성과
본 연구를 통해 개발된 초광대역 다중 전이구조 및 Ka 대역 단일-평형 혼합기를 활용하면 더 넓은 대역폭의 초고속 데이터를 전송할 수 있게 되었다. 또한 Ka 대역과 같이 높은 주파수대역에서 우수한 특성을 가지는 초광대역 소자를 개발하기 위하여 3차원 전자장 해석법을 적용하였다. 또한 최종목표에 추가적으로 Ka 대역 단일-평형 혼합기를 활용하여 Ka 대역 초광대역 헤테로다인 수신기를 개발하였다.

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
4차 산업혁명 시대가 도래한 가운데 나날이 증가하는 데이터 소모량으로 인하여 보다 많은 데이터를 빠르게 전송하고자 하는 기술이 요구되고 있다. 현재 Ka 대역의 주파수가 위성통신 및 5G 통신에서도 사용이 시작되고 있다. 따라서 대역폭 확장에 한계가 있던 기존의 단일 전이구조를 극복하여 초광대역 특성을 얻을 수 있는 다중전이구조의 개발은 다가오는 통신 기술에서 중요한 역할을 할 것이며, 다중 전이구조를 적용한 Ka 대역 초광대역 헤테로다인 수신기는 디지털 신호로의 변환을 위한 핵심 장치로써 사용될 수 있을 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• ▷ 연구의 필요성 ... 4
• ① 초광대역 헤테로다인 수신기 ... 4
• ② Ka 대역의 위성통신 ... 4
• ③ 4차 산업혁명과 5세대 통신의 도래 ... 4
• ▷ 연구의 목표 ... 5
• 1 차년도 ... 5
• 2 차년도 ... 5
• 3 차년도 ... 5
• 4 차년도 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• ▷ 1차년도 ... 5
• ① Ka 대역 혼합기 개발을 위한 분배형 전송선로 분석 ... 5
• ② Ka 대역 혼합기 개발을 위한 다중 전이구조: 광대역 역위상 전이구조 설계 ... 7
• ③ Ka 대역 혼합기 개발을 위한 다중 전이구조: PSL과 CPS 선로의 초광대역 전이구조 ... 12
• ▷ 2차년도 ... 13
• ① 초광대역 헤테로다인 수신기 블록다이어그램 설계 ... 13
• ② 헤테로다인 수신기용 Ka 대역 안테나 개발 ... 14
• ③ 역위상 다중 전이구조를 통한 결합기 개발 ... 15
• ④ IF 신호를 위한 초광대역 필터 설계 ... 15
• ▷ 3차년도 ... 16
• ① 다층기판 기반의 Ka 대역 단일-평형 혼합기 개발 ... 16
• ② 스트립선로 기반의 저역 통과 IF 필터 개발 ... 20
• ▷ 4차년도 ... 20
• ① Ka 대역 초광대역 헤테로다인 수신기 개발 및 최적화 ... 20
• ② 국부발진기용 주파수합성기 개발 ... 22
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 22
• 1) 연구수행 결과 ... 22
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 40
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 41
• 6. 참고문헌 ... 43
• 끝페이지 ... 47