초록 ▼

□ 연구개요
최근 이동통신 시스템의 가장 큰 화두인 차세대 이동통신(5G)에 발맞추어, 본 과제는 이전 단계에서 성공적으로 확보한 다중모드/다중밴드 RF CMOS 전력증폭기 기술을 활용하여, 차세대 밀리미터파 이동통신(5G/B5G)분야에 사용 가능한 밀리미터파 대역의 다중모드 빔포밍 전치단 칩 핵심기술을 개발하는 것을 목표로 하였다.
특히, 밀리미터파를 이용하는 5세대 이동통신 시스템은 안테나 배열을 활용한 빔포밍 시스템을 목표로 한다. 안테나 배열을 사용한 경우 안테나 개수만큼 전력증폭기가 필요하며 전력증폭기 각각의 출

□ 연구개요
최근 이동통신 시스템의 가장 큰 화두인 차세대 이동통신(5G)에 발맞추어, 본 과제는 이전 단계에서 성공적으로 확보한 다중모드/다중밴드 RF CMOS 전력증폭기 기술을 활용하여, 차세대 밀리미터파 이동통신(5G/B5G)분야에 사용 가능한 밀리미터파 대역의 다중모드 빔포밍 전치단 칩 핵심기술을 개발하는 것을 목표로 하였다.
특히, 밀리미터파를 이용하는 5세대 이동통신 시스템은 안테나 배열을 활용한 빔포밍 시스템을 목표로 한다. 안테나 배열을 사용한 경우 안테나 개수만큼 전력증폭기가 필요하며 전력증폭기 각각의 출력 파워는 대폭 낮아지게 된다. 따라서 5G 시스템에서는 집적이 용이하여 부피와 가격을 크게 줄일 수 있는 CMOS 전력증폭기 사용이 매우 유리하다. 또한, 선형성을 위해 사용되었던 Digital Pre-Distortion(DPD) 기법은 안테나 배열을 사용하는 5G 시스템에서는 복잡성과 신호의 대역폭 문제로 사용이 어렵다. 따라서, 본 연구에서는 지난 3년간의 연구를 통해 확보한 선형성 향상기법을 이용하여 밀리미터파 대역(28GHz) 5G CMOS 전력증폭기를 설계하고 LNA, 위상변위기, 감쇠기, 스위치의 집적을 연구한다. 더 나아가 밀리미터파 고선형 고효율의 다중모드 CMOS 전력증폭기 기술을 이용한 5G용 빔포밍 Front-End의 단일칩화를 완성하고자 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제에서는 5세대 이동통신에서 가장 많이 다뤄질 28GHz를 중심주파수로 하는 n257 대역에서 동작하는 빔포밍 칩의 요소 회로 및 4개 채널 집적화를 그 목표로 연구가 진행되었다. 구체적인 연구 진행은 통신용 송수신기에서 필요로 하는 선형성을 만족시키는 선형 전력증폭기를 이용한 4개 채널의 연구와 Back Off에서의 높은 효율을 갖는 유사 도허티 구조의 전력 증폭기를 이용하는 4개 채널 연구의 2가지 방법을 동시에 수행하는 식으로 연구를 진행하였다.
3년에 걸친 연구 수행 결과, 목표로 했던 밀리미터파 주파수 대역에서 1) 고선형 고효율 RF CMOS 선형 전력증폭기 연구, 2) 유사 도허티 전력 증폭기 연구, 3) 다중 모드 전력 증폭기 기술 연구, 4) 선형 전력증폭기 / 유사 도허티 전력 증폭기를 주변요소 회로들(위상 변위기, 이득 조절 회로, 저잡음 증폭기, 스위치 등)과 집적하는 4개 채널 빔포밍 칩 집적 연구까지 성공적으로 구현 및 검증을 해내었다. 그 결과는 저명한 해외 학술대회인 ISSCC 2019에 게재, 국내 유명 논문 공모전 ‘삼성전자 휴먼테크 논문대상’에서 대상 수상, 카이스트 10대 핵심 기술로 선정되어 소개되는 등 다양한 곳에서 주목받는 결과를 도출해내었다. 동시에 연구적인 성과물로 해외 학술지에 총 14편의 SCI급 논문을 게재 완료 및 진행중에 있으며, 국내/외 특허 출원은 12/3건, 등록은 7/2건이 완료 및 진행중에 있는 상황이다.

□ 연구개발결과의 중요성
밀리미터파 시스템의 발전에 가장 큰 장애물인 RF 빔포밍 전치단 기술이 본 과제를 통해 CMOS 공정을 이용하여 효과적으로 개발될 경우, 밀리미터파 5G와 B5G(Beyond 5G) 통신 단말기와 기지국 분야뿐만 아니라 다양한 밀리미터파 응용시스템 분야에서 큰 파급 효과를 기대할 수 있다. 특히, 레이더, 자율 주행 센서, 위성통신, 스마트 홈/공장/도시 등 다양한 분야에서 필요로 하는 원천기술이 될 것이다.
본 연구에서 밀리미터파 빔포밍 칩 기술을 성공적으로 확보한다면, 향후 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 시장에서 산업경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 개요 ... 4
• 나. 연구의 필요성 및 중요성 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• 4. 참고문헌 ... 15
• 5. 연구성과 ... 16
• 대표적 연구실적 ... 25
• 끝페이지 ... 36