KR100541966B1 - 밀리미터파 대역 증폭 장치 및 정합 회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 밀리미터파 대역 증폭 장치 및 정합 회로에 관한 것이다. 특히, 마이크로스트립 라인과 개방 스터브를 이용하여 정합 회로를 구성하고 더불어 각 단의 입력 정합 회로에 캐패시터를 이용하여 원하는 동작 주파수 대역에서만 이득성분을 갖고 원하지 않는 주파수 대역에서의 이득 성분을 감쇄 시킬 수 있는 밀리미터파 대역 증폭 장치 및 이에 사용되는 정합 회로에 관한 것이다.
증폭기(amplifier), 밀리미터파(millimeter wave), 정합 회로(matching circiut), 캐패시터(capacitor).
Description
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 밀리미터파 대역 증폭 장치의 회로도이다.
도 2는 상기 도 1에 표현된 증폭 장치의 이득 및 입출력 특성을 나타내는 도면이다.
본 발명은 밀리미터파 대역 증폭 장치 및 정합 회로에 관한 것이다. 특히, 마이크로스트립 라인(micro strip line)과 개방 스터브(open stub)를 이용하여 정합 회로를 구성하고 더불어 각 단의 입력 정합 회로에 캐패시터를 이용하여 원하는 동작 주파수 대역에서만 이득성분을 갖고 원하지 않는 주파수 대역에서의 이득 성분을 감쇄 시킬 수 있는 밀리미터파 대역 증폭 장치 및 이에 사용되는 정합 회로에 관한 것이다.
종래기술에 의한 밀리미터파 대역 증폭 장치는 소자의 특성에 의해서 저주파수 대역에서 이득이 높게 나타나고 또한 모델링의 한계로 인해서 저주파수 대역에서의 발진이 언제나 발생할 가능성을 내포하고 있다. 또한, 종래기술에 의한 증폭 장치에서는 분포된 요소(distributed element)인 마이크로스트립 라인과 개방 스터브만을 이용하여 이득 성분과 입출력 반사 특성에 대해서 정합회로를 구성하였으나 이는 동작 주파수 대역 이외의 이득 성분을 감쇄시키고 우수한 입출력 정합 특성을 얻기 위해서 설계자에게 많은 시간적인 노력을 요구하게 된다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 언급한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마이크로스트립 라인과 개방 스터브를 이용하여 정합회로를 구성하고 더불어 각 단의 입력 정합 회로에 캐패시터를 이용하여 원하는 동작 주파수 대역에서만 이득성분을 갖고 원하지 않는 주파수 대역에서의 이득 성분을 감쇄 시킬 수 있고, 보다 쉽게 입출력 정합 회로를 설계할 수 있도록 제안된 밀리미터파 대역 증폭 장치 및 이에 사용되는 정합회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면은 직 렬 연결된 제 1 마이크로스트립 라인, 캐패시터, 제 2 마이크로스트립 라인 및 상기 캐패시터 및 상기 제 2 마이크로스트립 라인 사이에 접속된 개방 스터브를 포함하는 입력 정합 회로를 제공한다.
본 발명의 제 2 측면은 제 1 증폭기의 출력단에 연결된 출력 정합 회로, 상기 출력 정합 회로에 직렬로 접속된 DC 차단 캐패시터, 및 상기 DC 차단 캐패시터 및 제 2 증폭기 입력단에 접속되며, 마이크로스트립 라인, 개방 스터브 및 캐패시터를 포함하는 입력 정합 회로를 포함하는 단간 정합 회로를 제공한다.
본 발명의 제 3 측면은 증폭기, 상기 증폭기의 입력단에 연결되며, 마이크로스트립 라인, 개방 스터브 및 캐패시터를 포함하는 입력 정합 회로, 상기 증폭기의 출력단에 연결된 출력 정합 회로, 및 상기 증폭기의 출력 정합 회로에 직렬로 접속된 DC 차단 캐패시터를 포함하는 증폭 장치를 제공한다.
본 발명의 제 4 측면은 제 1 내지 4 증폭기, 상기 제 1 내지 2 증폭기에 각각 병렬 연결된 제 1 내지 2 부궤환 회로, 상기 제 1 내지 4 증폭기의 입력단에 각각 접속된 제 1 내지 4 입력 정합 회로, 상기 제 1 내지 4 증폭기의 출력단에 각각 접속된 제 1 내지 4 출력 정합 회로, 상기 제 1 내지 4 입력 정합 회로의 T-접합 마이크로스트립 라인에 각각 접속된 제 1 내지 4 게이트 바이어스 회로, 상기 제 1 내지 4 출력 정합 회로의 T-접합 마이크로스트립 라인에 각각 접속된 제 1 내지 4 드레인 바이어스 회로, 상기 제 1 입력 정합 회로에 접속된 제 1 DC 차단 캐패시터, 상기 제 1 출력 정합 회로 및 상기 제 2 입력 정합 회로에 접속된 제 2 DC 차단 캐패시터, 상기 제 2 출력 정합 회로 및 상기 제 3 입력 정합 회로에 접속된 제 3 DC 차단 캐패시터, 상기 제 3 출력 정합 회로 및 상기 제 4 입력 정합 회로에 접속된 제 4 DC 차단 캐패시터, 및 상기 제 4 출력 정합 회로에 접속된 제 4 DC 차단 캐패시터를 포함하되, 상기 제 1 내지 4 입력 정합 회로 중 적어도 하나는 제 1 측면에 의한 입력 정합 회로인 것을 특징으로 하는 증폭 장치를 제공한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어 져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 밀리미터파 대역 증폭 장치의 회로도이다. 도 1에서, 밀리미터파 대역 증폭 장치는 4개의 증폭기(224, 225, 226, 227), 2개의 부궤환회로(negative feedback circuit)(214, 215), 4개의 입력 정합 회로(216, 218, 220, 222), 4개의 출력 정합 회로(217, 219, 221, 223), 5개의 DC 차단 캐패시터(DC blocking capacitor)(209, 210, 211, 212, 213), 4개의 게이트 바이어스 회로(201, 203, 205, 207), 4개의 드레인 바이어스 회로(202, 204, 206, 208)로 구성된다.
증폭기(224, 225, 226, 227)는 신호의 레벨을 증가시키는 전력소자로써, HEMT(High Electron Mobility Transistor)를 주로 사용한다. 특히, 도면부호 224 및 225의 증폭기는 광대역특성과 무조건적인 안정 조건을 만족하기 위해서 부궤환 회로(214, 215)와 결합되어 사용된다.
부궤환 회로(214, 215)는 직렬 연결된 저항 및 캐패시터로 구성될 수 있다.
입력 정합 회로(216, 218, 220, 222)는 도면부호 216의 입력 정합 회로처럼 2개의 마이크로스트립 라인과 1개의 개방 스터브만으로 구성될 수 있으며, 도면부호 218의 입력 정합 회로처럼 3개의 마이크로스트립 라인과 1개의 개방 스터브 및 1개의 캐패시터로 구성될 수 있으며, 도면부호 220 및 222의 입력 정합 회로처럼 2개의 마이크로스트립 라인과 1개의 개방 스터브 및 1개의 캐패시터로 구성될 수 있다. 마이크로스트립 라인중에서 특히 3단자를 가지는 마이크로스트립 라인을 T-접합(junction) 마이크로스트립 라인이라고도 한다. 입력 정합 회로(216, 218, 220, 222)는 입력된 신호를 무손실로 전송할 수 있도록 하며, 특히 도면부호 218, 220 및 222의 입력 정합 회로는 캐패시터를 이용하여 동작주파수 대역외에서는 이득성분을 갖지 않도록 설계한 것을 특징으로 하고 있다. 여기에서, 캐패시터는 77GHz 대역에서 동작하는 증폭기의 경우 수십 fF의 캐패시터를 사용함이 적당하다.
출력 정합 회로(217, 219, 221, 223)는 도면부호 217 및 223의 출력 정합 회로처럼 1개의 마이크로스트립 라인과 1개의 개방 스터브로 구성될 수 있으며, 도면부호 219 및 221의 출력 정합 회로처럼 1개의 마이크로스트립 라인으로 구성될 수 있다.
DC 차단 캐패시터(209, 210, 211, 212, 213)는 캐패시터로 구성되며, DC를 차단하는 기능을 수행한다.
게이트 바이어스 회로(201, 203, 205, 207) 및 드레인 바이어스 회로(202, 204, 206, 208)는 마이크로스트립 라인 및 캐패시터로 구성된다.
단간 결합 회로(228, 229, 230)는 출력 정합 회로(217, 219, 221), DC 차단 캐패시터(210, 211, 212) 및 입력 정합 회로(218, 220, 222)로 구성된 회로를 의미한다.
본 발명의 제 1 실시예에 의한 밀리미터파 대역 증폭 장치는 상기한 바와 같이 마이크로스트립 라인과 개방 스터브를 이용하여 정합회로를 구성하고 더불어 각 단의 입력 정합 회로에 캐패시터를 추가함으로써, 원하는 동작 주파수 대역에서만 이득성분을 갖고 원하지 않는 주파수 대역에서의 이득 성분을 감쇄 시킬 수 있고, 또한 보다 쉽게 입출력 정합회로를 설계할 수 있다. 즉, 마이크로스트립 라인과 개방 스터브만으로는 밀리미터파 대역 증폭 장치의 임피던스 정합을 맞추기가 용이하지 아니하므로, 상기한 바와 같이 캐패시터를 추가하면, 임피던스 정합을 맞추는 것이 용이하여 진다.
도 2는 상기 도 1에 표현된 증폭 장치의 이득 및 입출력 특성을 나타내는 도면이다.
측정을 위하여, 신호 입출력쪽에 GSG 형(type)의 RF 프로브 패드(RF probe pad)를 이용하였고 DC 공급을 위해서 GPPPPPPG 형의 DC 프로브 패드를 적용하였다. 도 2에서, 이득 특성(S21)을 보면, 동작 주파수 대역 외(301)에서는 거의 이득 성분이 존재하지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 동작주파수 대역에서 정합이 매우 우 수하게 된 것을 알 수 있다. 또한, 반사 손실(return loss)(S11, S22)을 보면, 동작주파수 대역에서 -15dB 이하의 값을 가지므로, 매우 특성이 우수함을 알 수 있다. 본 발명은 77GHz 대역의 동작 주파수를 가지므로 자동차 충돌 방지 레이타 시스템에 적용될 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 밀리미터파 대역 증폭 장치의 정합 회로는 종래기술에 의한 마이크로스트립라인과 개방 스터브 만을 이용한 증폭 장치에 비하여 저주파수대역에서의 원하지 않는 이득특성과 입력반사손실 특성을 우수하게 설계할 수 있으며, 설계 기간을 단축하는 효과를 얻을 수 있고, 또한 저주파 대역에서의 발진 가능성을 차단 할 수 있다는 장점이 있다.
따라서, 본 발명에 의한 밀리미터파 대역 증폭 장치의 정합 회로는 밀리미터파 대역의 초고주파 집적회로 증폭 장치 설계에 유용하게 응용할 수 있다는 장점이 있다.
Claims (15)
- 모놀리식 IC에서 사용되는 입력정합 회로에 있어서,직렬 연결된 제 1 마이크로스트립 라인, 캐패시터, 제 2 마이크로스트립 라인; 및상기 캐패시터 및 상기 제 2 마이크로스트립 라인 사이에 접속된 개방 스터브를 포함하며, 상기 캐패시터는 수~수십 μ㎡ 크기를 갖는 입력 정합 회로.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 마이크로스트립 라인은 T-접합 마이크로스트립 라인인 것을 특징으로 하는 입력 정합 회로.
- 제 2 항에 있어서,상기 T-접합 마이크로스트립 라인의 연결되지 아니한 나머지 한 단자에 게이트 바이어스 회로가 연결된 것을 특징으로 하는 입력 정합 회로.
- 제 1 항에 있어서,상기 캐패시터 및 상기 제 2 마이크로스트립 라인 사이에 직렬 연결된 제 3 마이크로스트립 라인을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 정합 회로.
- 모놀리식 IC에서 사용되는 단간 정합회로에 있어서,제 1 증폭기의 출력단에 연결된 출력 정합 회로;상기 출력 정합 회로에 직렬로 접속된 DC 차단 캐패시터; 및상기 DC 차단 캐패시터 및 제 2 증폭기 입력단에 접속되며, 마이크로스트립 라인, 개방 스터브 및 수~수십 μ㎡ 크기를 갖는 캐패시터를 포함하는 입력 정합 회로를 포함하는 단간 정합 회로.
- 제 5 항에 있어서,상기 출력 정합 회로는 마이크로스트립 라인으로 구성된 것을 특징으로 하는 단간 정합 회로.
- 제 5 항에 있어서,상기 출력 정합 회로는마이크로스트립 라인; 및상기 마이크로스트립 라인 및 상기 DC 차단 캐패시터 사이에 접속된 개방 스터브로 구성된 것을 특징으로 하는 단간 정합 회로.
- 제 6 또는 7 항에 있어서,상기 마이크로스트립 라인은 T-접합 마이크로스트립 라인인 것을 특징으로 하는 단간 정합 회로.
- 제 8 항에 있어서,상기 T-접합 마이크로스트립 라인의 연결되지 아니한 나머지 한 단자는 드레인 바이어스 회로에 연결된 것을 특징으로 하는 단간 정합 회로.
- 제 5 항에 있어서,상기 입력 정합 회로는 제 1 내지 5 항 중에서 어느 한 항에 의한 입력 정합 회로인 것을 특징으로 하는 단간 정합 회로.
- 모놀리식 IC에서 사용되는 증폭장치에 있어서,증폭기;상기 증폭기의 입력단에 연결되며, 마이크로스트립 라인, 개방 스터브 및 수~수십 μ㎡ 크기를 갖는 캐패시터를 포함하는 입력 정합 회로;상기 증폭기의 출력단에 연결된 출력 정합 회로; 및상기 증폭기의 출력 정합 회로에 직렬로 접속된 DC 차단 캐패시터를 포함하는 증폭 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 입력 정합 회로는 제 1 내지 5 항 중에서 어느 한 항에 의한 입력 정합 회로인 것을 특징으로 하는 증폭 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 증폭기는 HEMT인 것을 특징으로 하는 증폭 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 증폭기에 병렬 연결된 부궤환 회로를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭 장치.
- 모놀리식 IC에서 사용되는 증폭장치에 있어서,제 1 내지 4 증폭기;상기 제 1 내지 2 증폭기에 각각 병렬 연결된 제 1 내지 2 부궤환 회로;상기 제 1 내지 4 증폭기의 입력단에 각각 접속된 제 1 내지 4 입력 정합 회로;상기 제 1 내지 4 증폭기의 출력단에 각각 접속된 제 1 내지 4 출력 정합 회로;상기 제 1 내지 4 입력 정합 회로의 T-접합 마이크로스트립 라인에 각각 접속된 제 1 내지 4 게이트 바이어스 회로;상기 제 1 내지 4 출력 정합 회로의 T-접합 마이크로스트립 라인에 각각 접속된 제 1 내지 4 드레인 바이어스 회로;상기 제 1 입력 정합 회로에 접속된 제 1 DC 차단 캐패시터;상기 제 1 출력 정합 회로 및 상기 제 2 입력 정합 회로에 접속된 제 2 DC 차단 캐패시터;상기 제 2 출력 정합 회로 및 상기 제 3 입력 정합 회로에 접속된 제 3 DC 차단 캐패시터;상기 제 3 출력 정합 회로 및 상기 제 4 입력 정합 회로에 접속된 제 4 DC 차단 캐패시터; 및상기 제 4 출력 정합 회로에 접속된 제 4 DC 차단 캐패시터를 포함하되,상기 제 1 내지 4 입력 정합 회로 중 적어도 하나는 제 1 내지 5 항 중 어느 한 항에 의한 입력 정합 회로인 것을 특징으로 하는 증폭 장치.
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