The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회논문지)

The Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회)
권호 표지

Broadband LTCC Receiver Module for Fixed Communication in 40 GHz Band

40 GHz 대역 고정통신용 광대역 LTCC 수신기 모듈

  • 김봉수 (한국전자통신연구원 디지털방송연구단) ;
  • 김광선 (한국전자통신연구원 디지털방송연구단) ;
  • 은기찬 (한국전자통신연구원 디지털방송연구단) ;
  • 변우진 (한국전자통신연구원 디지털방송연구단) ;
  • 송명선 (한국전자통신연구원 디지털방송연구단)
  • Published : 2005.10.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

This paper presents how to design and implement a very compact, cost effective and broad band receiver module for IEEE 802.16 FWA(Fixed Wireless Access) in the 40 GHz band. The presented receiver module is fabricated in a multi-layer LTCC(Low Temperature Cofired Ceramic) technology with cavity process to achieve excellent electrical performances. The receiver consists of two MMICs, low noise amplifier and sub-harmonic mixer, an embedded image rejection filter and an IF amplifier. CB-CPW, stripline, several bond wires and various transitions to connect each element are optimally designed to keep transmission loss low and module compact in size. The LTCC is composed of 6 layers of Dupont DP-943 with relative permittivity of 7.1. The thickness of each layer is 100 um. The implemented module is $20{\times}7.5{\times}1.5\;mm^3$ in size and shows an overall noise figure of 4.8 dB, an overall down conversion gain of 19.83 dB, input P1 dB of -22.8 dBm and image rejection value of 36.6 dBc. Furthermore, experimental results demonstrate that the receiver module is suitable for detection of Digital TV signal transmitted after up-conversion of $560\~590\;MHz$ band to 40 GHz.

본 논문에서는 40 GHz 대역에서 동작하는 IEEE 802.16 고정 무선 통신 액세스를 위한 소형 저가격 및 광대역의 수신 모듈을 설계하고 구현하는 방법을 제안한다. 제안된 수신 모듈은 우수한 성능을 달성하기 위하여 캐비티 공정을 가지는 다층 LTCC 기술을 사용한다. 수신기는 저잡음 증폭기, 서브-하모닉 믹서, 내장된 이미지 제거필터와 IF 증폭기로 구성된다. 전송 손실과 모듈의 크기를 줄이기 위하여, 각 소자를 연결하기 위한 CB-CPW, 스트립 선로, 본드 와이어 및 천이(transition)들이 사용된다. LTCC는 유전율 7.1인 Dupont사의 DP-943을 사용하고 층수는 6층이며, 각 층의 높이가 100 um이다. 구현된 모듈의 크기는 $20{\times}7.5{\times}1.5\;mm^3$이며, 전체 잡음 지수는 4.8 dB 이하, 하향 변환 이득이 19.83 dB, 입력 P1 dB가 -22.8 dBm이고 이미지 제거값이 36.6 dBc 이상이다. 그리고 $560\~590\;MHz$ 대역의 디지털 TV 신호를 40 GHz 대역으로 상향 변환하여 전송시킨 후, 수신 모듈을 이용하여 시연하였다.

Keywords

References

  1. R. Kulke, G. Mollenbeck, W. Simon, A. Lauer, and M. Rittweger, 'Point-to-multipoint transceiver in LTCC for 26 GHz', IMAPS-Nordic, Proceedings, pp. 50-53, Sep.-Oct. 2002
  2. K. Ohata, K. Maruhashi, M. Ito, S. Kishimoto, K. Ikuina, T. Hashiguchi, K. Ikeda, and N. Takahashi, '1.25 Gbps wireless gigabit ethemet link at 60 GHz-Band', Microwave Symposium Digest, 2003 IEEE MTT-S International, vol. 1, pp. 373-376, Jun. 2003
  3. A. Yamada, E. Suematsu, K. Sato, M. Yamamoto, and H. Sato, '60 GHz ultra compact transmitter/receiver with a low phase noise PLL-Oscillator', Microwave Symposium Digest, 2003 IEEE MTT-S International, vol. 3, pp. 2035-2038, Jun. 2003
  4. K. Maruhashi, K. Ohata, H. Shimawaki, Y. Shoji, and H. Ogawa, 'Small-size 72-GHz-band transceiver modules utilizing IF self-heterodyne transmission technology', Microwave Symposium Digest, 2003 IEEE MTT-S International, vol. 2, pp. 1045-1048, Jun. 2003
  5. B. S. Kim, J. W. Lee, K. S. Kim, and M. S. Song, 'PCB substrate integrated waveguide-filter using via fences at millimeter-wave', Microwave Symposium Digest, 2004 IEEE MTT-S International, vol. 2, pp. 1097-1100, Jun. 2004 https://doi.org/10.1109/MWSYM.2004.1339176
  6. T. P. Budka, 'Wide-bandwidth millimeter-wave bond-wire interconnects', Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on, vol. 49, pp. 715-718, Apr. 2001 https://doi.org/10.1109/22.915447
  7. F. Alimenti, P. Mezzanotte, L. Roselli, and R. Sorrentino, 'Modeling and characterization of the bonding-wire interconnection', Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on, vol. 49, pp. 142-150, Jan. 2001 https://doi.org/10.1109/22.899975
  8. S. Yun, H. Lee, 'Parasitic impedance analysis of double bonding wires for high-frequency integrated circuit packaging', IEEE Microwave and Guided Wave Letters, vol. 5, pp. 296-298, Sep. 1995 https://doi.org/10.1109/75.410403
  9. CST MWS ver.5.0
  10. K. Kim, B. S. Kim, J. W. Lee, K. C. Eun, and M. S. Song, 'Low loss vertical transition for millimeter-wave LTCC module', TSMMW, pp. 114-117, Feb. 2004
  11. R. Valois, D. Baillargeat, S. Verdeyme, M. Lahti, and T. Jaakola, 'LTCC technology for 40 GHz bandpass waveguide filter', Microwave Symposium Digest, 2005 IEEE MTT-S International, pp. 12-17, Jun. 2005 https://doi.org/10.1109/MWSYM.2005.1516783
  12. Y. C. Lee, C. S. Park, 'A 60 GHz stripline BPF for LTCC system-in-Package applications', Microwave Symposium Digest, 2005 IEEE MTT-S International, Jun. 2005 https://doi.org/10.1109/MWSYM.2005.1516950