본 논문에서는 2.4GHz 대역에서의 응용을 위한 광대역 RF 모들을 설계하고 제작하였다. 무선 주파 신호를 중간 주파수로 변환하기 위한 RF 모듈은 3단 증폭기로 이루어진 저잡음 증폭기(LNA), 단종단 게이트 믹서, 정합 회로, 헤어핀 라인 대역 통과 필터, 쳬비셰프 저역 통과 필터로 구성하였다. 저잡음 증폭기는 높은 이득과 안정도를 갖도록 설계하였으며, 단종단 게이트 믹서는 높은 변환이득과 넓은 동작 영역을 갖도록 설계하였다. 광대역 RF모듈의 해석에서는 복합화된 하모닉 밸런스드 기법을 사용하여 RF모듈의 동작 특성을 해석하였다. 설계된 RF 모듈은 55.2dB의 변환이득, 1.54dB의 낮은 잡음 특성, $-120{\sim}-60dBm$의 넓은 RF전력 동작 영역, -60dBm의 낮은 고조파 성분 그리고 RF, IF, LO포트 간에 우수한 분리 특성을 갖는다.
지구 관측 영상을 획득하는 합성개구레이더의 해상도를 향상시키기 위해서는 광대역 첩신호 발생이 필수적으로 요구된다. 본 논문에서는 고해상도를 얻기 위한 저궤도 관측위성용 합성개구레이더의 광대역 신호 발생기를 설계하고 시험 모델 제작 및 기능 시험결과를 다루었다. 구현된 광대역 신호 발생기의 파형발생기는 위성에서 주로 적용되는 메모리맵 기반의 구조를 사용하였으며 내부는 파형 발생을 위한 디지털 모듈과 직교 변조를 위한 RF 모듈로 구성된다. 디지털 모듈의 메모리에 저장된 I/Q 신호는 D/A 변환기를 거쳐 RF 모듈로 전달되며 1275 MHz 기준 신호에 대해 직교 변조기를 거쳐 변조된다. 광대역 신호 발생기 검증을 위한 치구 및 GUI도 개발하였다. 시험 결과 대역폭 요구사항 144 MHz를 잘 만족하고 있음을 확인하였다. 또한 사전 왜곡 보상 기능을 구현하여 발생된 왜곡이 보상됨을 확인하였다.
본 논문에서는 광대역 특성을 갖는 이동통신 RF 모듈의 수동혼변조왜곡신호를 측정할 수 있는 시스템을 개발하였다. 광대역 특성을 나타내기 위하여 RF 수신단에서 저 잡음 특성과 광대역 특성을 만족하는 수신기를 설계하였으며 RF 수신 단에서 넓은 동적영역(high dynamic range)을 나타내도록 하였다. 설계된 수동혼변조왜곡 측정시스템에서 FPGA/DSP를 적용하여 측정된 PIMD신호를 PC에 기록하도록 프로그램 하였다. 650MHz-2700MHz 까지 가변하여 PIMD3를 측정하여 최고 -138dBc를 나타내었다.
본 논문에서는 레이더 탐지기용 RF 모듈단의 광대역 저잡음 증폭기, 혼합기 그리고 발진기를 설계 및 구현하였다. 이득 평탄도가 좋지 않아 특정 주파수에서 감도가 저하되는 기존 상용 제품의 단점을 개선하기 위해 RF 모듈단의 구조를 제안한다. 제안한 RF 모듈단은 광대역 2단 저잡음 증폭기와 혼합기, 그리고 세 개 대역의 발진기로 구성되어 여러 주파수를 검출할 수 있는 동시에 최대 이득과 이득 평탄도를 향상시켰다. 제작된 RF 모듈단의 측정 결과, 전 대역에서 36 dB 이상의 변환 이득을 나타내었으며 이득 평탄도는 5 dB를 나타내었다. 이러한 결과는 기존 상용 제품의 문제점인 최대 이득을 35 dB에서 41 dB로 6 dB 향상시켰고, 이득 평탄도 또한 22 dB에서 5 dB로 17 dB 개선시켰음을 보여준다.
본 논문에서는 광대역 특성을 갖는 이동통신 RF 모듈의 수동 혼변조 왜곡신호를 측정할 수 있는 시스템을 개발하였다. 광대역 특성을 나타내기 위하여 RF 수신단에서 저 잡음 특성과 광대역 특성을 만족하는 수신기를 설계하였으며 RF 수신 단에서 넓은 동적영역(high dynamic range)을 나타내도록 하였다. 설계된 수동 혼변조 왜곡 측정시스템에서 FPGA/DSP를 적용하여 측정된 PIMD신호를 PC에 기록하도록 프로그램 하였다. 650MHz-2700MHz 까지 가변하여 제3차 혼변조 왜곡신호를 측정하여 최고 -138dB를 나타내었다.
본 논문에서는 차동 증폭기에 필수적으로 필요한 Radio frequency(RF) transformer(TF)을 활용하여 광대역 이득 특성을 가지는 2단 단일 종단 전력증폭기를 제시하였다. RF TF의 특징을 파악하고 광대역 특성을 가지도록 설계한 뒤 2단 전력증폭기의 단간(inter-stage) 임피던스 정합 회로에 적용함으로써 증폭기의 대역폭을 향상시킬 수 있다. 기존의 2단 단일 종단(Single-ended) 증폭기의 성능과 면적을 유지하면서 광대역 이득 특성을 얻을 수 있도록 단간 정합 회로를 Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC)와 다층 PCB에 구현하고 시뮬레이션을 통해 결과를 비교하였다. InGaP/GaAs HBT 모델을 사용하여 설계한 2단 전력증폭기 모듈을 시뮬레이션 한 결과 중심주파수 3.3GHz에서 기존의 전력증폭기가 11.2%의 fractional 대역폭을 보인 반면 제안된 설계 기법을 적용한 전력증폭기는 19.8%의 개선된 대역폭을 가짐을 확인하였다.
본 논문에서는 650MHz에서 2,700MHz의 주파수 대역에서 우수한 동적영역과 선형성 특성을 나타내는 RF-수신기를 설계하고, 왜곡신호(누설 또는 혼변조)를 측정할 수 있는 지능형, 광대역 RF-왜곡신호 계측시스템을 구현하였다. 광대역 특성의 RF-수신모듈은 저 잡음특성과 동적영역 관계를 분석하여 RF수신단의 선형화 파라미터를 최적화시켰다. 지능형 디지털-왜곡(혼변조) 측정시스템에서는 측정하려는 왜곡(혼변조)신호를 PC상의 GUI 로 처리하여 원하는 계측파라미터를 PC 모니터에 나타내었다. 설계된 계측장치를 650MHz-2700MHz 까지 가변시켜 왜곡신호를 측정한 결과, -127.8dBc에서 -138dBc까지 나타내어 지능형 디지털 계측기로 이용될 수 있음을 보였다.
IEEE802.15.4 체계의 USN 센서노드 무선통신부에 내장하기 위한 5.0GHz 광대역 RF 주파수 합성기를 0.18${\mu}m$ 실리콘 CMOS 기술을 이용하여 제작하였다. 고속 저잡음 특성을 얻기 위하여 VCO, 프리스케일러, 1/N 분주기, ${\Sigma}-{\Delta}$ 모듈레이터 분수형 분주기, PLL 공통 회로 등의 설계 최적화에 중점을 두고 설계하였으며, 특히 VCO는 N-P MOS 코어 구조 및 12단 캡 뱅크를 적용하여 고속 및 광대역 튜닝 범위를 동시에 확보하였다. 설계된 칩의 크기는 $1.1{\times}0.7mm^2$이며, IP로 활용하기 위한 코어 부분의 크기는 $1.0{\times}0.4mm^2$이다. 주파수합성기를 제작한 다음 측을 통하여 분석해 본 결과 발진 범위 및 주파수 특성이 양호하게 나타났다.
IEEE802.15.4 체계의 USN 센서노드 무선통신부에 내장하기 위한 5.0GHz 광대역 RF 주파수 합성기를 $0.18{\mu}m$ 실리콘 CMOS 기술을 이용하여 설계하였다. 고속 저잡음 특성을 얻기 위하여 VCO, 프리스케일러, 1/N 분주기, ${\Sigma}-{\Delta}$ 모듈레이터 분수형 분주기, PLL 공통 회로 등의 설계 최적화에 중점을 두고 설계하였으며, 특히 VCO는 N-P MOS 코어 구조 및 12단 캡 뱅크를 적용하여 고속 저전력 및 광대역 튜닝 범위를 확보하였다. 설계된 칩의 크기는 $1.1*0.7mm^2$이며, IP로 활용하기 위한 코어 부분의 크기는 $1.0*0.4mm^2$이다. 2가지 종류의 주파수합성기를 설계한 다음 모의실험을 통하여 비교 분석해 본 결과 일부 특성만 개선한다면 IP로써 사용하는데 문제가 없을 것으로 나타났다.
본 논문에서는 Local Oscillator(LO)의 누설신호 제거를 위해 혼합기의 특성을 이용하여 광대역의 특성을 가지고 RF 채널에 근접한 누설신호를 제거할수 있는 구조를 제안하였다. 제안된 구조는 Half-LO 주파수를 이용하는 방버븡로 LO 누설신호를 일반적인 다른 경우보다 RF 신호대역에서 멀리 떨어진 대역으로 분리시킴으로서 대역 통과여파기로서 쉽게 제거하였다. 상향변환기로서 필요한 저역통과여파기, 대역통과여파기, 그리고 증폭기를 설계하였고 혼합기에 의한 영상성분은 혼합기의 위상을 특성을 이용하여 제거하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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