초록 ▼

□ 연구개요
본 연구과제는 서브테라헤르츠 대역에서 CMOS공정을 사용하여 송수신기를 집적화 설계 구현하는 기술을 개발하는 것임. CMOS 소자의 RF성능한계를 극복하고자, 되먹임회로를 분석하고 이를 이용하여 sub-THz 증폭기 설계기술을 65nm CMOS를 이용해서 개발하였으며, 수동소자모델링 기술, 신호발생원 구현 기술 등 본 연구를 통해서 개발된 서브테라헤르츠 설계 기술은 6G 무선통신기술, 초근접 레이더 센서, 수동형 레디오미터 센서 등 다양한 분야에 적용될 수 있음

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제

□ 연구개요
본 연구과제는 서브테라헤르츠 대역에서 CMOS공정을 사용하여 송수신기를 집적화 설계 구현하는 기술을 개발하는 것임. CMOS 소자의 RF성능한계를 극복하고자, 되먹임회로를 분석하고 이를 이용하여 sub-THz 증폭기 설계기술을 65nm CMOS를 이용해서 개발하였으며, 수동소자모델링 기술, 신호발생원 구현 기술 등 본 연구를 통해서 개발된 서브테라헤르츠 설계 기술은 6G 무선통신기술, 초근접 레이더 센서, 수동형 레디오미터 센서 등 다양한 분야에 적용될 수 있음

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제의 중심 연구주제는 초근접 FMCW 레이더 방식의 sub-THz 센서의 구현을 위한 CMOS 송수신기의 설계 기법 연구이고, 연구 목표의 달성을 위해서 sub-THz 대역 송수신기에 필요한 핵심 부품인 신호원, sub-THz 증폭기, 온칩 안테나, 각종 수동 소자를 65nm CMOS 공정으로 설계 및 구현함. 주요 연구 결과는 다음과 같음
1. sub-THz를 기본주파수로 동작하는 CMOS 증폭기 구현 (65nm CMOS)
- 240GHz 동작 증폭기 : 8 stage 20dB Gain, Psat=+4dBm
2. 3채배기와 80GHz 위상고정루프(PLL)를 결합한 240GHz 신호원 구현(65nm CMOS)
- 출력전력: +0.5dBm, Phase noise of 80-GHz PLL=-85dBc/Hz at 1MHz offset
-Tripler efficiency=11.5%
3. 고효율 온칩 안테나 구현(65nm CMOS)
- Circular-polarized on-chip antenna with a slot in the middle of the patch
4. THz 신호원 성능 개선
- 4 stage amplifier 8개로 구성된 ring-oscillator를 구현하고 각 증폭기의 출력이 capacitive coupling 된 segmented patch 안테나를 통해서 sub-THz 신호를 방사하도록 구현
- 방사전력 : +11.8 dBm, 출력 전력 +8.64 dBm (시뮬레이션/제작중)
이상과 같이 과제에서 당초 목표한 핵심연구 주제를 본 과제를 통해서 3년간 성실히 진행하였고 세계적인 수준의 연구결과를 확보하였음

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구를 통해서 획득한 핵심기술은 다음과 같음
1. CMOS 소자의 RF성능한계를 극복하고자, CMOS 소자의 되먹임회로의 설계 기법을 도출하고 이를 활용하여 240GHz 대역의 증폭기를 구현함
2. 서브테라헤르츠 대역의 신호원을 구현하기 위해서 80GHz 위상고정루프(PLL)를 65nm CMOS로 집적화 구현하고, 80GHz출력 신호를 3채배기를 적용하여 원하는 240GHz로 구현함
3. 원형편파를 지원하는 고효율 온칩 안테나를 구현하여 전집적화된 CMOS 송수신기를 구현함
저비용 CMOS 공정을 적용한 THz 대역 온칩 송수신기 구현 연구결과는 수분(moisture) 감지 센서, 화학성분 분석 센서, 비파괴 투시 이미징 센서, 시큐리티용 이미징 센서 등 THz 신호의 고유한 특성을 응용한 다양한 분야에 적용할 수 있고 1Tb/s 급 초광대역무선통신기술이 구현될 6G 무선통신의 상용화에 필수 하드웨어기술이기 때문에 파급 효과가 매우 큼

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 가. LLR Embedding Network 합성을 통한 sub-THz 증폭기 설계구현 ... 4
• 나. HFSS를 이용한 서브테라헤르츠 온칩 안테나 설계 ... 6
• 다. 240 GHz 방사체 구현 ... 7
• 라. EIRP=11dBm 240 GHz 방사체 구현 ... 9
• 마. 서브테라헤르츠 신호원 구현을 위한 W-대역 위상고정루프의 개발 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 참고문헌 ... 13
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 28