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저 시 하는 원저 를 시하여야 합니다

工學碩士學位論文

차량용 통합 잡음 증폭기

구 에 한 연구

A StudyontheImplementationofIntegrated

Low NoiseAmplifierforVehicles

2009年 2月

仁荷大學校 大學院

電子工學科(電子通信 攻)

表 昇 徹

工學碩士學位論文

차량용 통합 잡음 증폭기

구 에 한 연구

A StudyontheImplementationofintegrated

Low noiseamplifierforvehicles

2009年 2月

指 敎授 朴 孝 達

이 論文을 工學碩士學位論文으로 提出함

仁荷大學校 大學院

電子工學科(電子通信 攻)

表 昇 徹

이 論文을 表昇徹의 工學碩士學位論文으로 認定함

2009年 2月

主 審 (印)

副 審 (印)

委 員 (印)

-i-

요 약

본 논문은 AMFM와 DMB그리고 GPS 역에서 동작하는 차량용 통

신 시스템의 통합 잡음 증폭기를 제안하고 설계제작하여 이의 타당성

을 검증한 연구결과이다제안된 증폭기는 531KHzsim1602KHzAM 역과

88MHzsim108MHzFM 역과 170MHzsim220MHzDMB 역과 1575GHz

GPS 역에서의 잡음 증폭기로 통합 구성되어 있다

제안된 통합 잡음 증폭기의 성능 검증은 RF 마이크로웨이 회로

설계 툴인 Agilent사의 ADS를 이용하 고 MentorGraphics사의 PADS

를 이용하여 PCB 이아웃을 수행하 다제작은 유 율 46두께 10

mm인 FR-4 기 을 사용했으며 잡음 증폭기 소자는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357과 2SC4703이 이용되었다

제작된 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특

성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력 정합 특성 그리

고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진다FM 역에서

는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이하의 입력 정합

특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주 수에서 00dBm

의 입력 1dB 압축 을 가진다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim

-38dB이하의 격리도 특성과 -10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim

-15dB이하의 출력 정합 특성 그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입

력 1dB압축 을 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하

의 격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정

합 특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB 압축 을

가진다설계된 증폭기들은 별도의 스 치회로를 사용하지 않고 필터를

사용해서 가능한한 단일 입출력단으로 구 하여 크기와 가격 면에서 우

수하다

본 논문에서 연구한 통합 잡음 증폭기 회로는 차량용 잡음 시스템

뿐만 아니라 일반 인 잡음 시스템에도 응용이 가능할 것으로 단된

-ii-

Abstract

InthispaperwedesignedLow Noiseamplifiersthatoperatesat

AMFMDMBGPSbandforvehiclesProposedLow Noiseamplifiers

consistoffourLNAs(inthebandof531KHzsim1602KHzintheband

of88MHzsim108MHzinthebandof170MHzsim220MHzinthebandof

1575GHz)

ForaperformancetestaboutLow NoiseamplifiersweusedRF

and Microwave circuitry toolADS(Advanced Design System) of

AgilentTechnologiesAndweusedPADS ofMentorGraphicsfor

PCB LayoutThiscircuitboardwasdesignedbyusingFR4(=46

H=10mm)and BFP620F transistormadeby Infineon2SC3357amp

2SC4703transistormadebyNEC

AM low noise amplifieris showed gain of6~7dBisolation of

-20dBinputmatchingof-10dBoutputmatchingof-15dBandinput

1dB compressionpointof00dBm at1MHz FM low noiseamplifier

isshowedgainof11dBisolationof-20dBinputmatchingof-8dB

outputmatchingof-10dBandinput1dBcompressionpointof00dBm

at98MHzDMB low noise amplifieris showed gain of9~13dB

isolation of -34~-38dB input matching of -10~-20dB output

matchingof-11~-15dBandinput1dBcompressionpointof-17dBm

at200MHz GPS low noiseamplifierisshowed gain of176dB

isolation of-24dBinputmatching of-34dBoutputmatching of

-10dB and input1dB compression pointof-100dBm at1575MHz

Designed amplifiers have notadditionalswitching circuitbutthis

circuitwasdesignedaslessinput-outputportaspossibleusingfilter

leadingtoreductionofsizeandcost

ThereforeweexpectthatthiscanbeutilizedatLNA system for

vehiclesandgeneralLNAsystems

-iii-

목 차

요 약middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

Abstractmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅱ

목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅲ

그림목차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

표 목차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

약 어middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅷ

제 1장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

제 2장 잡음 증폭기 이론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

21산란 라미터middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

22이득공식middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

23안정도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

24잡음지수 정잡음 지수원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

241잡음지수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

242정잡음 지수원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

25선형성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

251비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

2521dB이득 압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

253상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

26임피던스 정합middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

제 3장 통합 잡음 증폭기 설계 제작middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32AM 잡음 증폭기 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

-iv-

33FM 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

34DMB 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

35GPS 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

36제안된 잡음 증폭기 제작 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

37제안된 잡음 증폭기 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

제 4장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

-v-

그림 목차

[그림 21] 2단자 회로망에서 입사와 반사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

[그림 22] 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 23] ΓL평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 24] ΓS평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 25] 무조건 안정을 한 조건middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 26] 일반 인 정 잡음지수 원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

[그림 27] 증폭기의 비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 28] 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[그림 29] 1dB압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

[그림 210]비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

[그림 211]ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

[그림 31] 제안된 잡음 증폭기 구성도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

[그림 32] 2SC4703소자의 DC-IV곡선middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

[그림 33] 안정화 회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 34] 입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 35] 출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 36] 설계된 AM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 37] 설계된 AM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 38] 설계된 BPF 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 39] 설계된 AM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

[그림 310]FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 311]입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 312]출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 313]설계된 FM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

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[그림 314]설계된 FM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

[그림 315]설계된 BPF 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 316]설계된 FM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 317]설계된 DMB 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 318] 역통과필터 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 319]설계된 DMB 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 320]설계된 DMB 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

[그림 321]AMFM T-DMB 증폭단 통합설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

[그림 322]통합설계 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

[그림 323]증폭소자의 압- 류 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 324]설계된 GPS 증폭기 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 325]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

[그림 326]설계된 잡음 증폭기 이아웃middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 327]제작된 실제 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 328]설계된 AM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

[그림 329]설계된 FM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 330]설계된 DMB 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 331]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-vii-

표 목차

[표 21]2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

[표 22]필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[표 23]통합 잡음 증폭기의 성능middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

약 어

LNA Low NoiseAmplifier

RF RadioFrequency

NF NoiseFigure

G Powergain

Mu Stabilityfactor

Pin RFinputpower

Pout RFoutputpower

Pdc DCpower

P1dB The1dBgaincompressionpoint

[S] Scatteringmatrix

Zo Characteristicimpedance

ZS Sourceimpedance

ZL Loadimpedance

Zin Theinputimpedance

Zout Theoutputimpedance

Γin Theinputreflectioncoefficient

Γout Theoutputreflectioncoefficient

ΓS Thesourcereflectioncoefficient

ΓL Theloadreflectioncoefficient

IMD Intermodulationdistortion

-1-

제 1장 서 론

DAB(DigitalAudioBroadcasting)라 불리는 디지털 라디오방송은 기존

라디오방송 신호를 디지털 신호로 변환하여 송하는 라디오방송으로서

AM과 FM에 이은 제 3세 라디오방송이라 할 수 있다DAB는 고품질

CD수 의 음질다양한 데이터 서비스우수한 이동수신 품질을 제공하

며 차세 라디오방송으로서 고품질 음악방송 교통정보뉴스 등 다양

한 멀티미디어 정보(문자그래픽 형태 등)제공이 가능하다즉 DAB는 최

신의 디지털 오디오 부호화기술과 송방식을 사용하기 때문에 CD수

의 고음질과 뛰어난 수신감도를 제공할 뿐 아니라 이동수신 환경을 개선

하고 동일한 주 수 역에서 다양한 부가서비스의 제공이 가능하고 디

지털 기술의 발 에 따라 최근에는 동 상 제공 등 멀티미디어 서비스까

지도 가능한 단계에 이르고 있다때문에 DAB는 lsquo보는 라디오rsquo로도 불린

다이러한 DAB는 지상 성 이블 인터넷 등 다양한 송수단

을 통해 서비스가 가능하다

이에 따라 세계의 주요 국가들은 기존의 아날로그 AM과 FM방송이 지

닌 기술 한계들 즉 잡음과 다 경로 간섭의 향이 크고 주 수 사용

효율이 낮으며 이동수신을 포함한 서비스 품질이 낮은 등을 극복하면

서주 수 이용의 효율성을 높이고 고품질 방송 다양한 부가서비스

제공은 물론 련 기기산업의 경쟁력 강화차원에서 DAB도입을 서두르

고 있다

DAB기술은 ITU 내 WARC79의 결정에 따라 성 DAB에 한 기술

검토가 시작된 이래1987년 유럽의 첨단 기술 공동개발 계획인

ldquoEureka 로젝트의 일환으로 개발이 본격화되기 시작하 다국내는 유

럽지상 디지털 오디오 방송 Eureka-147기반으로 새로운 미디어 시장

창출과 세계시장 주도의 견인차 역할을 할 것으로 보인다

DMB(DigitalMultimediaBroadcasting)는 이동 TV기술로서 차량에 탑

재하거나 개인 휴 형 단말기 등을 이용하여 이동 에 수신이 가능하도

록 한다이 서비스는 종 의 아날로그 방송 형태를 디지털화 함으로써

고품질 CD 수 의 음질다양한 데이터 서비스양방향성우수한 이동

수신 품질 등을 제공하고기존의 lsquo보고 듣는 방송rsquo개념을 lsquo보고 듣고 참

여하는 방송rsquo으로 확장시키며데이터 방송을 통해 음악 방송 외에도 뉴

-2-

스교통정보기상정보지리 치정보동 상 정보 등 다양한 멀티미디

어 정보를 문자와 그래픽으로 송할 수 있다DMB수신기는 PC-카드

형홈 오디오형자동차형 등이 있으며 송 수단인 매체에 따라 지상

DMB와 성 DMB로 크게 구분 할 수 있다지상 DMB는 지상의 송

신시스템을 이용하는 방식으로서 VHF주 수를 이용하여 비디오 오

디오 방송을 구 한다정부에서는 추후 성 DMB 서비스를 구 하기

한 계획을 수립하고 있으며2630sim2655GHz 역의 S밴드 주 수를

확보하고 있다DMB는 차세 의 방송방식으로서 발 하게 되므로 엄청

난 효과가 상되며이를 한 수신시스템의 개발이 시 하다 한

미래의 단말기에서는 이동통신과 디지털방송 수신기그리고 GPS등의 서

비스를 모두 이용할 수 있는 성능이 요구될 것으로 상되므로 이들의

주 수 범 를 수용할 수 있는 소형의 역 고효율 안테나와 통신모

듈의 개발이 필요하다

본 연구에서는 의 요구를 수용할 수 있는 잡음 증폭기의 구조를 제

안하고이의 타당성을 검증한다제안하는 구조는 동일한 입력출력단을

사용하면서 다른 주 수 역의 회로들이 서로에게 향을 주지않도록

정합회로를 필터로 구 한다먼 AM 역에서는 입출력단에 역통과

필터를 정합회로부분과 함께 구 하여 FM 역신호의 향을 받지 않도

록 설계를 하고 회로의 안정도와 이득 역폭 등을 히 고려하여 부

궤환 회로의 항값을 조 한다FM 역에서는 원하는 주 수 역을

제외한 AM 역과 DMB 역에 향을 받지 않기 해서 입력단에는 고

역통과필터를 구 하 고 출력단에는 역통과필터로 구 하여 입출력단

정합회로에 함께 설계한다그리고 AM 역에서와 마찬가지로 부궤환 회

로의 항값을 조 하여 한 안정도와 이득 역폭을 원하는 사양에

맞게 조정한다AMFM 역에서는 신호의 강 계 특성으로 인하여 선형

성 상호변조 특성을 가장 우선 으로 고려하여 트랜지스터를 선정하

여야 한다그래서 출력신호가 차단(cut-off)에 의해서 출력 신호가 왜곡

이 발생하는 부분을 제외하고 가장 한 동작 으로 선정해야한다

DMB 역에서도 역통과필터를 사용하여 FM주 수의 향을 최소화

할 수 있도록 한다DMB 역은 AMFM 역과 동일한 입력포트를 사용

하지만 출력단은 분리하여 FM 역의 향으로 인한 잡음지수의 성능열

화를 방지한다GPS 역은 AMFMDMB 역의 주 수들이 주 역

인 반면 고주 역인 1575GHz 역을 사용하므로 다른 잡음 증폭기

-3-

시스템의 주 수 역과의 결합에도 그 게 큰 향을 받지 않아서 정합

회로에 다른 주 수의 향을 고려한 별도의 필터를 추가하지 않는다하

지만 고주 역에서 선로의 길이 향을 고려하여 회로를 설계해야한다

이런 방법을 통하여 여러 역의 잡음 증폭기를 동일한 기 에 설계하

면서 입출력단의 통합을 통하여 크기 가격 인 단 을 개선한다

모의실험 최 화는 Agilent사의 ADS(AdvancedDesignSystem)툴

을 사용한다최 화된 회로를 MentorGraphic사의 PADS를 이용하여

이아웃 후 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 을 사용하여 제작

측정을 수행하 다본 논문의 구성은 다음과 같다

제 2장에서는 잡음 증폭기 이론에 해 설명한다 잡음 증폭기의 종

류와 증폭기 분석에 필요한 성능지수에 해 정의하 다

제 3장에서는 제안된 통합 잡음 증폭기에 해서 설명한 후 이를 바

탕으로 AMFMDMBGPS 역에서 각각 동작하는 잡음 증폭기를 설

계하 다설계된 잡음 증폭기의 제작 과정에 해서 설명하고 측정된

데이터를 이용하여 본 논문에서 제안하는 각 역별 잡음 증폭기의 회

로 구조를 검증한다

마지막으로 제 4장에서는 잡음 증폭기 구 에 한 연구 결과에 한

분석 고찰을 통하여 결론을 맺는다

-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

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[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

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[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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工學碩士學位論文

차량용 통합 잡음 증폭기

구 에 한 연구

A StudyontheImplementationofIntegrated

Low NoiseAmplifierforVehicles

2009年 2月

仁荷大學校 大學院

電子工學科(電子通信 攻)

表 昇 徹

工學碩士學位論文

차량용 통합 잡음 증폭기

구 에 한 연구

A StudyontheImplementationofintegrated

Low noiseamplifierforvehicles

2009年 2月

指 敎授 朴 孝 達

이 論文을 工學碩士學位論文으로 提出함

仁荷大學校 大學院

電子工學科(電子通信 攻)

表 昇 徹

이 論文을 表昇徹의 工學碩士學位論文으로 認定함

2009年 2月

主 審 (印)

副 審 (印)

委 員 (印)

-i-

요 약

본 논문은 AMFM와 DMB그리고 GPS 역에서 동작하는 차량용 통

신 시스템의 통합 잡음 증폭기를 제안하고 설계제작하여 이의 타당성

을 검증한 연구결과이다제안된 증폭기는 531KHzsim1602KHzAM 역과

88MHzsim108MHzFM 역과 170MHzsim220MHzDMB 역과 1575GHz

GPS 역에서의 잡음 증폭기로 통합 구성되어 있다

제안된 통합 잡음 증폭기의 성능 검증은 RF 마이크로웨이 회로

설계 툴인 Agilent사의 ADS를 이용하 고 MentorGraphics사의 PADS

를 이용하여 PCB 이아웃을 수행하 다제작은 유 율 46두께 10

mm인 FR-4 기 을 사용했으며 잡음 증폭기 소자는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357과 2SC4703이 이용되었다

제작된 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특

성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력 정합 특성 그리

고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진다FM 역에서

는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이하의 입력 정합

특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주 수에서 00dBm

의 입력 1dB 압축 을 가진다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim

-38dB이하의 격리도 특성과 -10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim

-15dB이하의 출력 정합 특성 그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입

력 1dB압축 을 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하

의 격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정

합 특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB 압축 을

가진다설계된 증폭기들은 별도의 스 치회로를 사용하지 않고 필터를

사용해서 가능한한 단일 입출력단으로 구 하여 크기와 가격 면에서 우

수하다

본 논문에서 연구한 통합 잡음 증폭기 회로는 차량용 잡음 시스템

뿐만 아니라 일반 인 잡음 시스템에도 응용이 가능할 것으로 단된

-ii-

Abstract

InthispaperwedesignedLow Noiseamplifiersthatoperatesat

AMFMDMBGPSbandforvehiclesProposedLow Noiseamplifiers

consistoffourLNAs(inthebandof531KHzsim1602KHzintheband

of88MHzsim108MHzinthebandof170MHzsim220MHzinthebandof

1575GHz)

ForaperformancetestaboutLow NoiseamplifiersweusedRF

and Microwave circuitry toolADS(Advanced Design System) of

AgilentTechnologiesAndweusedPADS ofMentorGraphicsfor

PCB LayoutThiscircuitboardwasdesignedbyusingFR4(=46

H=10mm)and BFP620F transistormadeby Infineon2SC3357amp

2SC4703transistormadebyNEC

AM low noise amplifieris showed gain of6~7dBisolation of

-20dBinputmatchingof-10dBoutputmatchingof-15dBandinput

1dB compressionpointof00dBm at1MHz FM low noiseamplifier

isshowedgainof11dBisolationof-20dBinputmatchingof-8dB

outputmatchingof-10dBandinput1dBcompressionpointof00dBm

at98MHzDMB low noise amplifieris showed gain of9~13dB

isolation of -34~-38dB input matching of -10~-20dB output

matchingof-11~-15dBandinput1dBcompressionpointof-17dBm

at200MHz GPS low noiseamplifierisshowed gain of176dB

isolation of-24dBinputmatching of-34dBoutputmatching of

-10dB and input1dB compression pointof-100dBm at1575MHz

Designed amplifiers have notadditionalswitching circuitbutthis

circuitwasdesignedaslessinput-outputportaspossibleusingfilter

leadingtoreductionofsizeandcost

ThereforeweexpectthatthiscanbeutilizedatLNA system for

vehiclesandgeneralLNAsystems

-iii-

목 차

요 약middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

Abstractmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅱ

목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅲ

그림목차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

표 목차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

약 어middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅷ

제 1장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

제 2장 잡음 증폭기 이론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

21산란 라미터middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

22이득공식middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

23안정도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

24잡음지수 정잡음 지수원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

241잡음지수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

242정잡음 지수원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

25선형성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

251비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

2521dB이득 압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

253상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

26임피던스 정합middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

제 3장 통합 잡음 증폭기 설계 제작middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32AM 잡음 증폭기 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

-iv-

33FM 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

34DMB 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

35GPS 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

36제안된 잡음 증폭기 제작 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

37제안된 잡음 증폭기 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

제 4장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

-v-

그림 목차

[그림 21] 2단자 회로망에서 입사와 반사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

[그림 22] 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 23] ΓL평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 24] ΓS평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 25] 무조건 안정을 한 조건middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 26] 일반 인 정 잡음지수 원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

[그림 27] 증폭기의 비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 28] 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[그림 29] 1dB압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

[그림 210]비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

[그림 211]ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

[그림 31] 제안된 잡음 증폭기 구성도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

[그림 32] 2SC4703소자의 DC-IV곡선middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

[그림 33] 안정화 회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 34] 입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 35] 출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 36] 설계된 AM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 37] 설계된 AM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 38] 설계된 BPF 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 39] 설계된 AM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

[그림 310]FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 311]입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 312]출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 313]설계된 FM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

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[그림 314]설계된 FM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

[그림 315]설계된 BPF 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 316]설계된 FM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 317]설계된 DMB 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 318] 역통과필터 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 319]설계된 DMB 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 320]설계된 DMB 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

[그림 321]AMFM T-DMB 증폭단 통합설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

[그림 322]통합설계 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

[그림 323]증폭소자의 압- 류 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 324]설계된 GPS 증폭기 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 325]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

[그림 326]설계된 잡음 증폭기 이아웃middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 327]제작된 실제 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 328]설계된 AM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

[그림 329]설계된 FM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 330]설계된 DMB 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 331]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-vii-

표 목차

[표 21]2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

[표 22]필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[표 23]통합 잡음 증폭기의 성능middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

약 어

LNA Low NoiseAmplifier

RF RadioFrequency

NF NoiseFigure

G Powergain

Mu Stabilityfactor

Pin RFinputpower

Pout RFoutputpower

Pdc DCpower

P1dB The1dBgaincompressionpoint

[S] Scatteringmatrix

Zo Characteristicimpedance

ZS Sourceimpedance

ZL Loadimpedance

Zin Theinputimpedance

Zout Theoutputimpedance

Γin Theinputreflectioncoefficient

Γout Theoutputreflectioncoefficient

ΓS Thesourcereflectioncoefficient

ΓL Theloadreflectioncoefficient

IMD Intermodulationdistortion

-1-

제 1장 서 론

DAB(DigitalAudioBroadcasting)라 불리는 디지털 라디오방송은 기존

라디오방송 신호를 디지털 신호로 변환하여 송하는 라디오방송으로서

AM과 FM에 이은 제 3세 라디오방송이라 할 수 있다DAB는 고품질

CD수 의 음질다양한 데이터 서비스우수한 이동수신 품질을 제공하

며 차세 라디오방송으로서 고품질 음악방송 교통정보뉴스 등 다양

한 멀티미디어 정보(문자그래픽 형태 등)제공이 가능하다즉 DAB는 최

신의 디지털 오디오 부호화기술과 송방식을 사용하기 때문에 CD수

의 고음질과 뛰어난 수신감도를 제공할 뿐 아니라 이동수신 환경을 개선

하고 동일한 주 수 역에서 다양한 부가서비스의 제공이 가능하고 디

지털 기술의 발 에 따라 최근에는 동 상 제공 등 멀티미디어 서비스까

지도 가능한 단계에 이르고 있다때문에 DAB는 lsquo보는 라디오rsquo로도 불린

다이러한 DAB는 지상 성 이블 인터넷 등 다양한 송수단

을 통해 서비스가 가능하다

이에 따라 세계의 주요 국가들은 기존의 아날로그 AM과 FM방송이 지

닌 기술 한계들 즉 잡음과 다 경로 간섭의 향이 크고 주 수 사용

효율이 낮으며 이동수신을 포함한 서비스 품질이 낮은 등을 극복하면

서주 수 이용의 효율성을 높이고 고품질 방송 다양한 부가서비스

제공은 물론 련 기기산업의 경쟁력 강화차원에서 DAB도입을 서두르

고 있다

DAB기술은 ITU 내 WARC79의 결정에 따라 성 DAB에 한 기술

검토가 시작된 이래1987년 유럽의 첨단 기술 공동개발 계획인

ldquoEureka 로젝트의 일환으로 개발이 본격화되기 시작하 다국내는 유

럽지상 디지털 오디오 방송 Eureka-147기반으로 새로운 미디어 시장

창출과 세계시장 주도의 견인차 역할을 할 것으로 보인다

DMB(DigitalMultimediaBroadcasting)는 이동 TV기술로서 차량에 탑

재하거나 개인 휴 형 단말기 등을 이용하여 이동 에 수신이 가능하도

록 한다이 서비스는 종 의 아날로그 방송 형태를 디지털화 함으로써

고품질 CD 수 의 음질다양한 데이터 서비스양방향성우수한 이동

수신 품질 등을 제공하고기존의 lsquo보고 듣는 방송rsquo개념을 lsquo보고 듣고 참

여하는 방송rsquo으로 확장시키며데이터 방송을 통해 음악 방송 외에도 뉴

-2-

스교통정보기상정보지리 치정보동 상 정보 등 다양한 멀티미디

어 정보를 문자와 그래픽으로 송할 수 있다DMB수신기는 PC-카드

형홈 오디오형자동차형 등이 있으며 송 수단인 매체에 따라 지상

DMB와 성 DMB로 크게 구분 할 수 있다지상 DMB는 지상의 송

신시스템을 이용하는 방식으로서 VHF주 수를 이용하여 비디오 오

디오 방송을 구 한다정부에서는 추후 성 DMB 서비스를 구 하기

한 계획을 수립하고 있으며2630sim2655GHz 역의 S밴드 주 수를

확보하고 있다DMB는 차세 의 방송방식으로서 발 하게 되므로 엄청

난 효과가 상되며이를 한 수신시스템의 개발이 시 하다 한

미래의 단말기에서는 이동통신과 디지털방송 수신기그리고 GPS등의 서

비스를 모두 이용할 수 있는 성능이 요구될 것으로 상되므로 이들의

주 수 범 를 수용할 수 있는 소형의 역 고효율 안테나와 통신모

듈의 개발이 필요하다

본 연구에서는 의 요구를 수용할 수 있는 잡음 증폭기의 구조를 제

안하고이의 타당성을 검증한다제안하는 구조는 동일한 입력출력단을

사용하면서 다른 주 수 역의 회로들이 서로에게 향을 주지않도록

정합회로를 필터로 구 한다먼 AM 역에서는 입출력단에 역통과

필터를 정합회로부분과 함께 구 하여 FM 역신호의 향을 받지 않도

록 설계를 하고 회로의 안정도와 이득 역폭 등을 히 고려하여 부

궤환 회로의 항값을 조 한다FM 역에서는 원하는 주 수 역을

제외한 AM 역과 DMB 역에 향을 받지 않기 해서 입력단에는 고

역통과필터를 구 하 고 출력단에는 역통과필터로 구 하여 입출력단

정합회로에 함께 설계한다그리고 AM 역에서와 마찬가지로 부궤환 회

로의 항값을 조 하여 한 안정도와 이득 역폭을 원하는 사양에

맞게 조정한다AMFM 역에서는 신호의 강 계 특성으로 인하여 선형

성 상호변조 특성을 가장 우선 으로 고려하여 트랜지스터를 선정하

여야 한다그래서 출력신호가 차단(cut-off)에 의해서 출력 신호가 왜곡

이 발생하는 부분을 제외하고 가장 한 동작 으로 선정해야한다

DMB 역에서도 역통과필터를 사용하여 FM주 수의 향을 최소화

할 수 있도록 한다DMB 역은 AMFM 역과 동일한 입력포트를 사용

하지만 출력단은 분리하여 FM 역의 향으로 인한 잡음지수의 성능열

화를 방지한다GPS 역은 AMFMDMB 역의 주 수들이 주 역

인 반면 고주 역인 1575GHz 역을 사용하므로 다른 잡음 증폭기

-3-

시스템의 주 수 역과의 결합에도 그 게 큰 향을 받지 않아서 정합

회로에 다른 주 수의 향을 고려한 별도의 필터를 추가하지 않는다하

지만 고주 역에서 선로의 길이 향을 고려하여 회로를 설계해야한다

이런 방법을 통하여 여러 역의 잡음 증폭기를 동일한 기 에 설계하

면서 입출력단의 통합을 통하여 크기 가격 인 단 을 개선한다

모의실험 최 화는 Agilent사의 ADS(AdvancedDesignSystem)툴

을 사용한다최 화된 회로를 MentorGraphic사의 PADS를 이용하여

이아웃 후 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 을 사용하여 제작

측정을 수행하 다본 논문의 구성은 다음과 같다

제 2장에서는 잡음 증폭기 이론에 해 설명한다 잡음 증폭기의 종

류와 증폭기 분석에 필요한 성능지수에 해 정의하 다

제 3장에서는 제안된 통합 잡음 증폭기에 해서 설명한 후 이를 바

탕으로 AMFMDMBGPS 역에서 각각 동작하는 잡음 증폭기를 설

계하 다설계된 잡음 증폭기의 제작 과정에 해서 설명하고 측정된

데이터를 이용하여 본 논문에서 제안하는 각 역별 잡음 증폭기의 회

로 구조를 검증한다

마지막으로 제 4장에서는 잡음 증폭기 구 에 한 연구 결과에 한

분석 고찰을 통하여 결론을 맺는다

-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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工學碩士學位論文

차량용 통합 잡음 증폭기

구 에 한 연구

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Low noiseamplifierforvehicles

2009年 2月

指 敎授 朴 孝 達

이 論文을 工學碩士學位論文으로 提出함

仁荷大學校 大學院

電子工學科(電子通信 攻)

表 昇 徹

이 論文을 表昇徹의 工學碩士學位論文으로 認定함

2009年 2月

主 審 (印)

副 審 (印)

委 員 (印)

-i-

요 약

본 논문은 AMFM와 DMB그리고 GPS 역에서 동작하는 차량용 통

신 시스템의 통합 잡음 증폭기를 제안하고 설계제작하여 이의 타당성

을 검증한 연구결과이다제안된 증폭기는 531KHzsim1602KHzAM 역과

88MHzsim108MHzFM 역과 170MHzsim220MHzDMB 역과 1575GHz

GPS 역에서의 잡음 증폭기로 통합 구성되어 있다

제안된 통합 잡음 증폭기의 성능 검증은 RF 마이크로웨이 회로

설계 툴인 Agilent사의 ADS를 이용하 고 MentorGraphics사의 PADS

를 이용하여 PCB 이아웃을 수행하 다제작은 유 율 46두께 10

mm인 FR-4 기 을 사용했으며 잡음 증폭기 소자는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357과 2SC4703이 이용되었다

제작된 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특

성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력 정합 특성 그리

고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진다FM 역에서

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특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주 수에서 00dBm

의 입력 1dB 압축 을 가진다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim

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-15dB이하의 출력 정합 특성 그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입

력 1dB압축 을 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하

의 격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정

합 특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB 압축 을

가진다설계된 증폭기들은 별도의 스 치회로를 사용하지 않고 필터를

사용해서 가능한한 단일 입출력단으로 구 하여 크기와 가격 면에서 우

수하다

본 논문에서 연구한 통합 잡음 증폭기 회로는 차량용 잡음 시스템

뿐만 아니라 일반 인 잡음 시스템에도 응용이 가능할 것으로 단된

-ii-

Abstract

InthispaperwedesignedLow Noiseamplifiersthatoperatesat

AMFMDMBGPSbandforvehiclesProposedLow Noiseamplifiers

consistoffourLNAs(inthebandof531KHzsim1602KHzintheband

of88MHzsim108MHzinthebandof170MHzsim220MHzinthebandof

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-iii-

목 차

요 약middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

Abstractmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅱ

목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅲ

그림목차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

표 목차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

약 어middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅷ

제 1장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

제 2장 잡음 증폭기 이론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

21산란 라미터middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

22이득공식middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

23안정도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

24잡음지수 정잡음 지수원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

241잡음지수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

242정잡음 지수원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

25선형성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

251비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

2521dB이득 압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

253상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

26임피던스 정합middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

제 3장 통합 잡음 증폭기 설계 제작middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32AM 잡음 증폭기 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

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33FM 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

34DMB 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

35GPS 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

36제안된 잡음 증폭기 제작 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

37제안된 잡음 증폭기 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

제 4장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

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그림 목차

[그림 21] 2단자 회로망에서 입사와 반사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

[그림 22] 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 23] ΓL평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 24] ΓS평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 25] 무조건 안정을 한 조건middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 26] 일반 인 정 잡음지수 원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

[그림 27] 증폭기의 비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 28] 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[그림 29] 1dB압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

[그림 210]비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

[그림 211]ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

[그림 31] 제안된 잡음 증폭기 구성도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

[그림 32] 2SC4703소자의 DC-IV곡선middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

[그림 33] 안정화 회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 34] 입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 35] 출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 36] 설계된 AM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 37] 설계된 AM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 38] 설계된 BPF 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 39] 설계된 AM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

[그림 310]FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 311]입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 312]출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 313]설계된 FM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

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[그림 314]설계된 FM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

[그림 315]설계된 BPF 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 316]설계된 FM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 317]설계된 DMB 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 318] 역통과필터 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 319]설계된 DMB 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 320]설계된 DMB 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

[그림 321]AMFM T-DMB 증폭단 통합설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

[그림 322]통합설계 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

[그림 323]증폭소자의 압- 류 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 324]설계된 GPS 증폭기 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 325]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

[그림 326]설계된 잡음 증폭기 이아웃middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 327]제작된 실제 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 328]설계된 AM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

[그림 329]설계된 FM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 330]설계된 DMB 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 331]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-vii-

표 목차

[표 21]2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

[표 22]필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[표 23]통합 잡음 증폭기의 성능middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

약 어

LNA Low NoiseAmplifier

RF RadioFrequency

NF NoiseFigure

G Powergain

Mu Stabilityfactor

Pin RFinputpower

Pout RFoutputpower

Pdc DCpower

P1dB The1dBgaincompressionpoint

[S] Scatteringmatrix

Zo Characteristicimpedance

ZS Sourceimpedance

ZL Loadimpedance

Zin Theinputimpedance

Zout Theoutputimpedance

Γin Theinputreflectioncoefficient

Γout Theoutputreflectioncoefficient

ΓS Thesourcereflectioncoefficient

ΓL Theloadreflectioncoefficient

IMD Intermodulationdistortion

-1-

제 1장 서 론

DAB(DigitalAudioBroadcasting)라 불리는 디지털 라디오방송은 기존

라디오방송 신호를 디지털 신호로 변환하여 송하는 라디오방송으로서

AM과 FM에 이은 제 3세 라디오방송이라 할 수 있다DAB는 고품질

CD수 의 음질다양한 데이터 서비스우수한 이동수신 품질을 제공하

며 차세 라디오방송으로서 고품질 음악방송 교통정보뉴스 등 다양

한 멀티미디어 정보(문자그래픽 형태 등)제공이 가능하다즉 DAB는 최

신의 디지털 오디오 부호화기술과 송방식을 사용하기 때문에 CD수

의 고음질과 뛰어난 수신감도를 제공할 뿐 아니라 이동수신 환경을 개선

하고 동일한 주 수 역에서 다양한 부가서비스의 제공이 가능하고 디

지털 기술의 발 에 따라 최근에는 동 상 제공 등 멀티미디어 서비스까

지도 가능한 단계에 이르고 있다때문에 DAB는 lsquo보는 라디오rsquo로도 불린

다이러한 DAB는 지상 성 이블 인터넷 등 다양한 송수단

을 통해 서비스가 가능하다

이에 따라 세계의 주요 국가들은 기존의 아날로그 AM과 FM방송이 지

닌 기술 한계들 즉 잡음과 다 경로 간섭의 향이 크고 주 수 사용

효율이 낮으며 이동수신을 포함한 서비스 품질이 낮은 등을 극복하면

서주 수 이용의 효율성을 높이고 고품질 방송 다양한 부가서비스

제공은 물론 련 기기산업의 경쟁력 강화차원에서 DAB도입을 서두르

고 있다

DAB기술은 ITU 내 WARC79의 결정에 따라 성 DAB에 한 기술

검토가 시작된 이래1987년 유럽의 첨단 기술 공동개발 계획인

ldquoEureka 로젝트의 일환으로 개발이 본격화되기 시작하 다국내는 유

럽지상 디지털 오디오 방송 Eureka-147기반으로 새로운 미디어 시장

창출과 세계시장 주도의 견인차 역할을 할 것으로 보인다

DMB(DigitalMultimediaBroadcasting)는 이동 TV기술로서 차량에 탑

재하거나 개인 휴 형 단말기 등을 이용하여 이동 에 수신이 가능하도

록 한다이 서비스는 종 의 아날로그 방송 형태를 디지털화 함으로써

고품질 CD 수 의 음질다양한 데이터 서비스양방향성우수한 이동

수신 품질 등을 제공하고기존의 lsquo보고 듣는 방송rsquo개념을 lsquo보고 듣고 참

여하는 방송rsquo으로 확장시키며데이터 방송을 통해 음악 방송 외에도 뉴

-2-

스교통정보기상정보지리 치정보동 상 정보 등 다양한 멀티미디

어 정보를 문자와 그래픽으로 송할 수 있다DMB수신기는 PC-카드

형홈 오디오형자동차형 등이 있으며 송 수단인 매체에 따라 지상

DMB와 성 DMB로 크게 구분 할 수 있다지상 DMB는 지상의 송

신시스템을 이용하는 방식으로서 VHF주 수를 이용하여 비디오 오

디오 방송을 구 한다정부에서는 추후 성 DMB 서비스를 구 하기

한 계획을 수립하고 있으며2630sim2655GHz 역의 S밴드 주 수를

확보하고 있다DMB는 차세 의 방송방식으로서 발 하게 되므로 엄청

난 효과가 상되며이를 한 수신시스템의 개발이 시 하다 한

미래의 단말기에서는 이동통신과 디지털방송 수신기그리고 GPS등의 서

비스를 모두 이용할 수 있는 성능이 요구될 것으로 상되므로 이들의

주 수 범 를 수용할 수 있는 소형의 역 고효율 안테나와 통신모

듈의 개발이 필요하다

본 연구에서는 의 요구를 수용할 수 있는 잡음 증폭기의 구조를 제

안하고이의 타당성을 검증한다제안하는 구조는 동일한 입력출력단을

사용하면서 다른 주 수 역의 회로들이 서로에게 향을 주지않도록

정합회로를 필터로 구 한다먼 AM 역에서는 입출력단에 역통과

필터를 정합회로부분과 함께 구 하여 FM 역신호의 향을 받지 않도

록 설계를 하고 회로의 안정도와 이득 역폭 등을 히 고려하여 부

궤환 회로의 항값을 조 한다FM 역에서는 원하는 주 수 역을

제외한 AM 역과 DMB 역에 향을 받지 않기 해서 입력단에는 고

역통과필터를 구 하 고 출력단에는 역통과필터로 구 하여 입출력단

정합회로에 함께 설계한다그리고 AM 역에서와 마찬가지로 부궤환 회

로의 항값을 조 하여 한 안정도와 이득 역폭을 원하는 사양에

맞게 조정한다AMFM 역에서는 신호의 강 계 특성으로 인하여 선형

성 상호변조 특성을 가장 우선 으로 고려하여 트랜지스터를 선정하

여야 한다그래서 출력신호가 차단(cut-off)에 의해서 출력 신호가 왜곡

이 발생하는 부분을 제외하고 가장 한 동작 으로 선정해야한다

DMB 역에서도 역통과필터를 사용하여 FM주 수의 향을 최소화

할 수 있도록 한다DMB 역은 AMFM 역과 동일한 입력포트를 사용

하지만 출력단은 분리하여 FM 역의 향으로 인한 잡음지수의 성능열

화를 방지한다GPS 역은 AMFMDMB 역의 주 수들이 주 역

인 반면 고주 역인 1575GHz 역을 사용하므로 다른 잡음 증폭기

-3-

시스템의 주 수 역과의 결합에도 그 게 큰 향을 받지 않아서 정합

회로에 다른 주 수의 향을 고려한 별도의 필터를 추가하지 않는다하

지만 고주 역에서 선로의 길이 향을 고려하여 회로를 설계해야한다

이런 방법을 통하여 여러 역의 잡음 증폭기를 동일한 기 에 설계하

면서 입출력단의 통합을 통하여 크기 가격 인 단 을 개선한다

모의실험 최 화는 Agilent사의 ADS(AdvancedDesignSystem)툴

을 사용한다최 화된 회로를 MentorGraphic사의 PADS를 이용하여

이아웃 후 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 을 사용하여 제작

측정을 수행하 다본 논문의 구성은 다음과 같다

제 2장에서는 잡음 증폭기 이론에 해 설명한다 잡음 증폭기의 종

류와 증폭기 분석에 필요한 성능지수에 해 정의하 다

제 3장에서는 제안된 통합 잡음 증폭기에 해서 설명한 후 이를 바

탕으로 AMFMDMBGPS 역에서 각각 동작하는 잡음 증폭기를 설

계하 다설계된 잡음 증폭기의 제작 과정에 해서 설명하고 측정된

데이터를 이용하여 본 논문에서 제안하는 각 역별 잡음 증폭기의 회

로 구조를 검증한다

마지막으로 제 4장에서는 잡음 증폭기 구 에 한 연구 결과에 한

분석 고찰을 통하여 결론을 맺는다

-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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이 論文을 表昇徹의 工學碩士學位論文으로 認定함

2009年 2月

主 審 (印)

副 審 (印)

委 員 (印)

-i-

요 약

본 논문은 AMFM와 DMB그리고 GPS 역에서 동작하는 차량용 통

신 시스템의 통합 잡음 증폭기를 제안하고 설계제작하여 이의 타당성

을 검증한 연구결과이다제안된 증폭기는 531KHzsim1602KHzAM 역과

88MHzsim108MHzFM 역과 170MHzsim220MHzDMB 역과 1575GHz

GPS 역에서의 잡음 증폭기로 통합 구성되어 있다

제안된 통합 잡음 증폭기의 성능 검증은 RF 마이크로웨이 회로

설계 툴인 Agilent사의 ADS를 이용하 고 MentorGraphics사의 PADS

를 이용하여 PCB 이아웃을 수행하 다제작은 유 율 46두께 10

mm인 FR-4 기 을 사용했으며 잡음 증폭기 소자는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357과 2SC4703이 이용되었다

제작된 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특

성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력 정합 특성 그리

고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진다FM 역에서

는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이하의 입력 정합

특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주 수에서 00dBm

의 입력 1dB 압축 을 가진다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim

-38dB이하의 격리도 특성과 -10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim

-15dB이하의 출력 정합 특성 그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입

력 1dB압축 을 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하

의 격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정

합 특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB 압축 을

가진다설계된 증폭기들은 별도의 스 치회로를 사용하지 않고 필터를

사용해서 가능한한 단일 입출력단으로 구 하여 크기와 가격 면에서 우

수하다

본 논문에서 연구한 통합 잡음 증폭기 회로는 차량용 잡음 시스템

뿐만 아니라 일반 인 잡음 시스템에도 응용이 가능할 것으로 단된

-ii-

Abstract

InthispaperwedesignedLow Noiseamplifiersthatoperatesat

AMFMDMBGPSbandforvehiclesProposedLow Noiseamplifiers

consistoffourLNAs(inthebandof531KHzsim1602KHzintheband

of88MHzsim108MHzinthebandof170MHzsim220MHzinthebandof

1575GHz)

ForaperformancetestaboutLow NoiseamplifiersweusedRF

and Microwave circuitry toolADS(Advanced Design System) of

AgilentTechnologiesAndweusedPADS ofMentorGraphicsfor

PCB LayoutThiscircuitboardwasdesignedbyusingFR4(=46

H=10mm)and BFP620F transistormadeby Infineon2SC3357amp

2SC4703transistormadebyNEC

AM low noise amplifieris showed gain of6~7dBisolation of

-20dBinputmatchingof-10dBoutputmatchingof-15dBandinput

1dB compressionpointof00dBm at1MHz FM low noiseamplifier

isshowedgainof11dBisolationof-20dBinputmatchingof-8dB

outputmatchingof-10dBandinput1dBcompressionpointof00dBm

at98MHzDMB low noise amplifieris showed gain of9~13dB

isolation of -34~-38dB input matching of -10~-20dB output

matchingof-11~-15dBandinput1dBcompressionpointof-17dBm

at200MHz GPS low noiseamplifierisshowed gain of176dB

isolation of-24dBinputmatching of-34dBoutputmatching of

-10dB and input1dB compression pointof-100dBm at1575MHz

Designed amplifiers have notadditionalswitching circuitbutthis

circuitwasdesignedaslessinput-outputportaspossibleusingfilter

leadingtoreductionofsizeandcost

ThereforeweexpectthatthiscanbeutilizedatLNA system for

vehiclesandgeneralLNAsystems

-iii-

목 차

요 약middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

Abstractmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅱ

목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅲ

그림목차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

표 목차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

약 어middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅷ

제 1장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

제 2장 잡음 증폭기 이론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

21산란 라미터middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

22이득공식middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

23안정도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

24잡음지수 정잡음 지수원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

241잡음지수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

242정잡음 지수원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

25선형성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

251비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

2521dB이득 압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

253상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

26임피던스 정합middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

제 3장 통합 잡음 증폭기 설계 제작middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32AM 잡음 증폭기 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

-iv-

33FM 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

34DMB 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

35GPS 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

36제안된 잡음 증폭기 제작 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

37제안된 잡음 증폭기 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

제 4장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

-v-

그림 목차

[그림 21] 2단자 회로망에서 입사와 반사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

[그림 22] 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 23] ΓL평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 24] ΓS평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 25] 무조건 안정을 한 조건middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 26] 일반 인 정 잡음지수 원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

[그림 27] 증폭기의 비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 28] 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[그림 29] 1dB압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

[그림 210]비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

[그림 211]ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

[그림 31] 제안된 잡음 증폭기 구성도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

[그림 32] 2SC4703소자의 DC-IV곡선middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

[그림 33] 안정화 회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 34] 입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 35] 출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 36] 설계된 AM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 37] 설계된 AM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 38] 설계된 BPF 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 39] 설계된 AM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

[그림 310]FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 311]입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 312]출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 313]설계된 FM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

-vi-

[그림 314]설계된 FM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

[그림 315]설계된 BPF 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 316]설계된 FM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 317]설계된 DMB 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 318] 역통과필터 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 319]설계된 DMB 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 320]설계된 DMB 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

[그림 321]AMFM T-DMB 증폭단 통합설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

[그림 322]통합설계 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

[그림 323]증폭소자의 압- 류 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 324]설계된 GPS 증폭기 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 325]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

[그림 326]설계된 잡음 증폭기 이아웃middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 327]제작된 실제 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 328]설계된 AM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

[그림 329]설계된 FM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 330]설계된 DMB 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 331]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-vii-

표 목차

[표 21]2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

[표 22]필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[표 23]통합 잡음 증폭기의 성능middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

약 어

LNA Low NoiseAmplifier

RF RadioFrequency

NF NoiseFigure

G Powergain

Mu Stabilityfactor

Pin RFinputpower

Pout RFoutputpower

Pdc DCpower

P1dB The1dBgaincompressionpoint

[S] Scatteringmatrix

Zo Characteristicimpedance

ZS Sourceimpedance

ZL Loadimpedance

Zin Theinputimpedance

Zout Theoutputimpedance

Γin Theinputreflectioncoefficient

Γout Theoutputreflectioncoefficient

ΓS Thesourcereflectioncoefficient

ΓL Theloadreflectioncoefficient

IMD Intermodulationdistortion

-1-

제 1장 서 론

DAB(DigitalAudioBroadcasting)라 불리는 디지털 라디오방송은 기존

라디오방송 신호를 디지털 신호로 변환하여 송하는 라디오방송으로서

AM과 FM에 이은 제 3세 라디오방송이라 할 수 있다DAB는 고품질

CD수 의 음질다양한 데이터 서비스우수한 이동수신 품질을 제공하

며 차세 라디오방송으로서 고품질 음악방송 교통정보뉴스 등 다양

한 멀티미디어 정보(문자그래픽 형태 등)제공이 가능하다즉 DAB는 최

신의 디지털 오디오 부호화기술과 송방식을 사용하기 때문에 CD수

의 고음질과 뛰어난 수신감도를 제공할 뿐 아니라 이동수신 환경을 개선

하고 동일한 주 수 역에서 다양한 부가서비스의 제공이 가능하고 디

지털 기술의 발 에 따라 최근에는 동 상 제공 등 멀티미디어 서비스까

지도 가능한 단계에 이르고 있다때문에 DAB는 lsquo보는 라디오rsquo로도 불린

다이러한 DAB는 지상 성 이블 인터넷 등 다양한 송수단

을 통해 서비스가 가능하다

이에 따라 세계의 주요 국가들은 기존의 아날로그 AM과 FM방송이 지

닌 기술 한계들 즉 잡음과 다 경로 간섭의 향이 크고 주 수 사용

효율이 낮으며 이동수신을 포함한 서비스 품질이 낮은 등을 극복하면

서주 수 이용의 효율성을 높이고 고품질 방송 다양한 부가서비스

제공은 물론 련 기기산업의 경쟁력 강화차원에서 DAB도입을 서두르

고 있다

DAB기술은 ITU 내 WARC79의 결정에 따라 성 DAB에 한 기술

검토가 시작된 이래1987년 유럽의 첨단 기술 공동개발 계획인

ldquoEureka 로젝트의 일환으로 개발이 본격화되기 시작하 다국내는 유

럽지상 디지털 오디오 방송 Eureka-147기반으로 새로운 미디어 시장

창출과 세계시장 주도의 견인차 역할을 할 것으로 보인다

DMB(DigitalMultimediaBroadcasting)는 이동 TV기술로서 차량에 탑

재하거나 개인 휴 형 단말기 등을 이용하여 이동 에 수신이 가능하도

록 한다이 서비스는 종 의 아날로그 방송 형태를 디지털화 함으로써

고품질 CD 수 의 음질다양한 데이터 서비스양방향성우수한 이동

수신 품질 등을 제공하고기존의 lsquo보고 듣는 방송rsquo개념을 lsquo보고 듣고 참

여하는 방송rsquo으로 확장시키며데이터 방송을 통해 음악 방송 외에도 뉴

-2-

스교통정보기상정보지리 치정보동 상 정보 등 다양한 멀티미디

어 정보를 문자와 그래픽으로 송할 수 있다DMB수신기는 PC-카드

형홈 오디오형자동차형 등이 있으며 송 수단인 매체에 따라 지상

DMB와 성 DMB로 크게 구분 할 수 있다지상 DMB는 지상의 송

신시스템을 이용하는 방식으로서 VHF주 수를 이용하여 비디오 오

디오 방송을 구 한다정부에서는 추후 성 DMB 서비스를 구 하기

한 계획을 수립하고 있으며2630sim2655GHz 역의 S밴드 주 수를

확보하고 있다DMB는 차세 의 방송방식으로서 발 하게 되므로 엄청

난 효과가 상되며이를 한 수신시스템의 개발이 시 하다 한

미래의 단말기에서는 이동통신과 디지털방송 수신기그리고 GPS등의 서

비스를 모두 이용할 수 있는 성능이 요구될 것으로 상되므로 이들의

주 수 범 를 수용할 수 있는 소형의 역 고효율 안테나와 통신모

듈의 개발이 필요하다

본 연구에서는 의 요구를 수용할 수 있는 잡음 증폭기의 구조를 제

안하고이의 타당성을 검증한다제안하는 구조는 동일한 입력출력단을

사용하면서 다른 주 수 역의 회로들이 서로에게 향을 주지않도록

정합회로를 필터로 구 한다먼 AM 역에서는 입출력단에 역통과

필터를 정합회로부분과 함께 구 하여 FM 역신호의 향을 받지 않도

록 설계를 하고 회로의 안정도와 이득 역폭 등을 히 고려하여 부

궤환 회로의 항값을 조 한다FM 역에서는 원하는 주 수 역을

제외한 AM 역과 DMB 역에 향을 받지 않기 해서 입력단에는 고

역통과필터를 구 하 고 출력단에는 역통과필터로 구 하여 입출력단

정합회로에 함께 설계한다그리고 AM 역에서와 마찬가지로 부궤환 회

로의 항값을 조 하여 한 안정도와 이득 역폭을 원하는 사양에

맞게 조정한다AMFM 역에서는 신호의 강 계 특성으로 인하여 선형

성 상호변조 특성을 가장 우선 으로 고려하여 트랜지스터를 선정하

여야 한다그래서 출력신호가 차단(cut-off)에 의해서 출력 신호가 왜곡

이 발생하는 부분을 제외하고 가장 한 동작 으로 선정해야한다

DMB 역에서도 역통과필터를 사용하여 FM주 수의 향을 최소화

할 수 있도록 한다DMB 역은 AMFM 역과 동일한 입력포트를 사용

하지만 출력단은 분리하여 FM 역의 향으로 인한 잡음지수의 성능열

화를 방지한다GPS 역은 AMFMDMB 역의 주 수들이 주 역

인 반면 고주 역인 1575GHz 역을 사용하므로 다른 잡음 증폭기

-3-

시스템의 주 수 역과의 결합에도 그 게 큰 향을 받지 않아서 정합

회로에 다른 주 수의 향을 고려한 별도의 필터를 추가하지 않는다하

지만 고주 역에서 선로의 길이 향을 고려하여 회로를 설계해야한다

이런 방법을 통하여 여러 역의 잡음 증폭기를 동일한 기 에 설계하

면서 입출력단의 통합을 통하여 크기 가격 인 단 을 개선한다

모의실험 최 화는 Agilent사의 ADS(AdvancedDesignSystem)툴

을 사용한다최 화된 회로를 MentorGraphic사의 PADS를 이용하여

이아웃 후 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 을 사용하여 제작

측정을 수행하 다본 논문의 구성은 다음과 같다

제 2장에서는 잡음 증폭기 이론에 해 설명한다 잡음 증폭기의 종

류와 증폭기 분석에 필요한 성능지수에 해 정의하 다

제 3장에서는 제안된 통합 잡음 증폭기에 해서 설명한 후 이를 바

탕으로 AMFMDMBGPS 역에서 각각 동작하는 잡음 증폭기를 설

계하 다설계된 잡음 증폭기의 제작 과정에 해서 설명하고 측정된

데이터를 이용하여 본 논문에서 제안하는 각 역별 잡음 증폭기의 회

로 구조를 검증한다

마지막으로 제 4장에서는 잡음 증폭기 구 에 한 연구 결과에 한

분석 고찰을 통하여 결론을 맺는다

-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

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[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-i-

요 약

본 논문은 AMFM와 DMB그리고 GPS 역에서 동작하는 차량용 통

신 시스템의 통합 잡음 증폭기를 제안하고 설계제작하여 이의 타당성

을 검증한 연구결과이다제안된 증폭기는 531KHzsim1602KHzAM 역과

88MHzsim108MHzFM 역과 170MHzsim220MHzDMB 역과 1575GHz

GPS 역에서의 잡음 증폭기로 통합 구성되어 있다

제안된 통합 잡음 증폭기의 성능 검증은 RF 마이크로웨이 회로

설계 툴인 Agilent사의 ADS를 이용하 고 MentorGraphics사의 PADS

를 이용하여 PCB 이아웃을 수행하 다제작은 유 율 46두께 10

mm인 FR-4 기 을 사용했으며 잡음 증폭기 소자는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357과 2SC4703이 이용되었다

제작된 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특

성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력 정합 특성 그리

고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진다FM 역에서

는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이하의 입력 정합

특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주 수에서 00dBm

의 입력 1dB 압축 을 가진다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim

-38dB이하의 격리도 특성과 -10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim

-15dB이하의 출력 정합 특성 그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입

력 1dB압축 을 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하

의 격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정

합 특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB 압축 을

가진다설계된 증폭기들은 별도의 스 치회로를 사용하지 않고 필터를

사용해서 가능한한 단일 입출력단으로 구 하여 크기와 가격 면에서 우

수하다

본 논문에서 연구한 통합 잡음 증폭기 회로는 차량용 잡음 시스템

뿐만 아니라 일반 인 잡음 시스템에도 응용이 가능할 것으로 단된

-ii-

Abstract

InthispaperwedesignedLow Noiseamplifiersthatoperatesat

AMFMDMBGPSbandforvehiclesProposedLow Noiseamplifiers

consistoffourLNAs(inthebandof531KHzsim1602KHzintheband

of88MHzsim108MHzinthebandof170MHzsim220MHzinthebandof

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AgilentTechnologiesAndweusedPADS ofMentorGraphicsfor

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at200MHz GPS low noiseamplifierisshowed gain of176dB

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-10dB and input1dB compression pointof-100dBm at1575MHz

Designed amplifiers have notadditionalswitching circuitbutthis

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leadingtoreductionofsizeandcost

ThereforeweexpectthatthiscanbeutilizedatLNA system for

vehiclesandgeneralLNAsystems

-iii-

목 차

요 약middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

Abstractmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅱ

목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅲ

그림목차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

표 목차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

약 어middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅷ

제 1장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

제 2장 잡음 증폭기 이론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

21산란 라미터middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

22이득공식middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

23안정도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

24잡음지수 정잡음 지수원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

241잡음지수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

242정잡음 지수원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

25선형성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

251비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

2521dB이득 압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

253상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

26임피던스 정합middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

제 3장 통합 잡음 증폭기 설계 제작middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32AM 잡음 증폭기 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

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33FM 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

34DMB 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

35GPS 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

36제안된 잡음 증폭기 제작 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

37제안된 잡음 증폭기 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

제 4장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

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그림 목차

[그림 21] 2단자 회로망에서 입사와 반사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

[그림 22] 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 23] ΓL평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 24] ΓS평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 25] 무조건 안정을 한 조건middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 26] 일반 인 정 잡음지수 원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

[그림 27] 증폭기의 비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 28] 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[그림 29] 1dB압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

[그림 210]비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

[그림 211]ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

[그림 31] 제안된 잡음 증폭기 구성도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

[그림 32] 2SC4703소자의 DC-IV곡선middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

[그림 33] 안정화 회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 34] 입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 35] 출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 36] 설계된 AM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 37] 설계된 AM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 38] 설계된 BPF 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 39] 설계된 AM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

[그림 310]FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 311]입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 312]출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 313]설계된 FM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

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[그림 314]설계된 FM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

[그림 315]설계된 BPF 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 316]설계된 FM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 317]설계된 DMB 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 318] 역통과필터 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 319]설계된 DMB 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 320]설계된 DMB 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

[그림 321]AMFM T-DMB 증폭단 통합설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

[그림 322]통합설계 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

[그림 323]증폭소자의 압- 류 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 324]설계된 GPS 증폭기 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 325]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

[그림 326]설계된 잡음 증폭기 이아웃middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 327]제작된 실제 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 328]설계된 AM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

[그림 329]설계된 FM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 330]설계된 DMB 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 331]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-vii-

표 목차

[표 21]2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

[표 22]필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[표 23]통합 잡음 증폭기의 성능middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

약 어

LNA Low NoiseAmplifier

RF RadioFrequency

NF NoiseFigure

G Powergain

Mu Stabilityfactor

Pin RFinputpower

Pout RFoutputpower

Pdc DCpower

P1dB The1dBgaincompressionpoint

[S] Scatteringmatrix

Zo Characteristicimpedance

ZS Sourceimpedance

ZL Loadimpedance

Zin Theinputimpedance

Zout Theoutputimpedance

Γin Theinputreflectioncoefficient

Γout Theoutputreflectioncoefficient

ΓS Thesourcereflectioncoefficient

ΓL Theloadreflectioncoefficient

IMD Intermodulationdistortion

-1-

제 1장 서 론

DAB(DigitalAudioBroadcasting)라 불리는 디지털 라디오방송은 기존

라디오방송 신호를 디지털 신호로 변환하여 송하는 라디오방송으로서

AM과 FM에 이은 제 3세 라디오방송이라 할 수 있다DAB는 고품질

CD수 의 음질다양한 데이터 서비스우수한 이동수신 품질을 제공하

며 차세 라디오방송으로서 고품질 음악방송 교통정보뉴스 등 다양

한 멀티미디어 정보(문자그래픽 형태 등)제공이 가능하다즉 DAB는 최

신의 디지털 오디오 부호화기술과 송방식을 사용하기 때문에 CD수

의 고음질과 뛰어난 수신감도를 제공할 뿐 아니라 이동수신 환경을 개선

하고 동일한 주 수 역에서 다양한 부가서비스의 제공이 가능하고 디

지털 기술의 발 에 따라 최근에는 동 상 제공 등 멀티미디어 서비스까

지도 가능한 단계에 이르고 있다때문에 DAB는 lsquo보는 라디오rsquo로도 불린

다이러한 DAB는 지상 성 이블 인터넷 등 다양한 송수단

을 통해 서비스가 가능하다

이에 따라 세계의 주요 국가들은 기존의 아날로그 AM과 FM방송이 지

닌 기술 한계들 즉 잡음과 다 경로 간섭의 향이 크고 주 수 사용

효율이 낮으며 이동수신을 포함한 서비스 품질이 낮은 등을 극복하면

서주 수 이용의 효율성을 높이고 고품질 방송 다양한 부가서비스

제공은 물론 련 기기산업의 경쟁력 강화차원에서 DAB도입을 서두르

고 있다

DAB기술은 ITU 내 WARC79의 결정에 따라 성 DAB에 한 기술

검토가 시작된 이래1987년 유럽의 첨단 기술 공동개발 계획인

ldquoEureka 로젝트의 일환으로 개발이 본격화되기 시작하 다국내는 유

럽지상 디지털 오디오 방송 Eureka-147기반으로 새로운 미디어 시장

창출과 세계시장 주도의 견인차 역할을 할 것으로 보인다

DMB(DigitalMultimediaBroadcasting)는 이동 TV기술로서 차량에 탑

재하거나 개인 휴 형 단말기 등을 이용하여 이동 에 수신이 가능하도

록 한다이 서비스는 종 의 아날로그 방송 형태를 디지털화 함으로써

고품질 CD 수 의 음질다양한 데이터 서비스양방향성우수한 이동

수신 품질 등을 제공하고기존의 lsquo보고 듣는 방송rsquo개념을 lsquo보고 듣고 참

여하는 방송rsquo으로 확장시키며데이터 방송을 통해 음악 방송 외에도 뉴

-2-

스교통정보기상정보지리 치정보동 상 정보 등 다양한 멀티미디

어 정보를 문자와 그래픽으로 송할 수 있다DMB수신기는 PC-카드

형홈 오디오형자동차형 등이 있으며 송 수단인 매체에 따라 지상

DMB와 성 DMB로 크게 구분 할 수 있다지상 DMB는 지상의 송

신시스템을 이용하는 방식으로서 VHF주 수를 이용하여 비디오 오

디오 방송을 구 한다정부에서는 추후 성 DMB 서비스를 구 하기

한 계획을 수립하고 있으며2630sim2655GHz 역의 S밴드 주 수를

확보하고 있다DMB는 차세 의 방송방식으로서 발 하게 되므로 엄청

난 효과가 상되며이를 한 수신시스템의 개발이 시 하다 한

미래의 단말기에서는 이동통신과 디지털방송 수신기그리고 GPS등의 서

비스를 모두 이용할 수 있는 성능이 요구될 것으로 상되므로 이들의

주 수 범 를 수용할 수 있는 소형의 역 고효율 안테나와 통신모

듈의 개발이 필요하다

본 연구에서는 의 요구를 수용할 수 있는 잡음 증폭기의 구조를 제

안하고이의 타당성을 검증한다제안하는 구조는 동일한 입력출력단을

사용하면서 다른 주 수 역의 회로들이 서로에게 향을 주지않도록

정합회로를 필터로 구 한다먼 AM 역에서는 입출력단에 역통과

필터를 정합회로부분과 함께 구 하여 FM 역신호의 향을 받지 않도

록 설계를 하고 회로의 안정도와 이득 역폭 등을 히 고려하여 부

궤환 회로의 항값을 조 한다FM 역에서는 원하는 주 수 역을

제외한 AM 역과 DMB 역에 향을 받지 않기 해서 입력단에는 고

역통과필터를 구 하 고 출력단에는 역통과필터로 구 하여 입출력단

정합회로에 함께 설계한다그리고 AM 역에서와 마찬가지로 부궤환 회

로의 항값을 조 하여 한 안정도와 이득 역폭을 원하는 사양에

맞게 조정한다AMFM 역에서는 신호의 강 계 특성으로 인하여 선형

성 상호변조 특성을 가장 우선 으로 고려하여 트랜지스터를 선정하

여야 한다그래서 출력신호가 차단(cut-off)에 의해서 출력 신호가 왜곡

이 발생하는 부분을 제외하고 가장 한 동작 으로 선정해야한다

DMB 역에서도 역통과필터를 사용하여 FM주 수의 향을 최소화

할 수 있도록 한다DMB 역은 AMFM 역과 동일한 입력포트를 사용

하지만 출력단은 분리하여 FM 역의 향으로 인한 잡음지수의 성능열

화를 방지한다GPS 역은 AMFMDMB 역의 주 수들이 주 역

인 반면 고주 역인 1575GHz 역을 사용하므로 다른 잡음 증폭기

-3-

시스템의 주 수 역과의 결합에도 그 게 큰 향을 받지 않아서 정합

회로에 다른 주 수의 향을 고려한 별도의 필터를 추가하지 않는다하

지만 고주 역에서 선로의 길이 향을 고려하여 회로를 설계해야한다

이런 방법을 통하여 여러 역의 잡음 증폭기를 동일한 기 에 설계하

면서 입출력단의 통합을 통하여 크기 가격 인 단 을 개선한다

모의실험 최 화는 Agilent사의 ADS(AdvancedDesignSystem)툴

을 사용한다최 화된 회로를 MentorGraphic사의 PADS를 이용하여

이아웃 후 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 을 사용하여 제작

측정을 수행하 다본 논문의 구성은 다음과 같다

제 2장에서는 잡음 증폭기 이론에 해 설명한다 잡음 증폭기의 종

류와 증폭기 분석에 필요한 성능지수에 해 정의하 다

제 3장에서는 제안된 통합 잡음 증폭기에 해서 설명한 후 이를 바

탕으로 AMFMDMBGPS 역에서 각각 동작하는 잡음 증폭기를 설

계하 다설계된 잡음 증폭기의 제작 과정에 해서 설명하고 측정된

데이터를 이용하여 본 논문에서 제안하는 각 역별 잡음 증폭기의 회

로 구조를 검증한다

마지막으로 제 4장에서는 잡음 증폭기 구 에 한 연구 결과에 한

분석 고찰을 통하여 결론을 맺는다

-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

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[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

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pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-ii-

Abstract

InthispaperwedesignedLow Noiseamplifiersthatoperatesat

AMFMDMBGPSbandforvehiclesProposedLow Noiseamplifiers

consistoffourLNAs(inthebandof531KHzsim1602KHzintheband

of88MHzsim108MHzinthebandof170MHzsim220MHzinthebandof

1575GHz)

ForaperformancetestaboutLow NoiseamplifiersweusedRF

and Microwave circuitry toolADS(Advanced Design System) of

AgilentTechnologiesAndweusedPADS ofMentorGraphicsfor

PCB LayoutThiscircuitboardwasdesignedbyusingFR4(=46

H=10mm)and BFP620F transistormadeby Infineon2SC3357amp

2SC4703transistormadebyNEC

AM low noise amplifieris showed gain of6~7dBisolation of

-20dBinputmatchingof-10dBoutputmatchingof-15dBandinput

1dB compressionpointof00dBm at1MHz FM low noiseamplifier

isshowedgainof11dBisolationof-20dBinputmatchingof-8dB

outputmatchingof-10dBandinput1dBcompressionpointof00dBm

at98MHzDMB low noise amplifieris showed gain of9~13dB

isolation of -34~-38dB input matching of -10~-20dB output

matchingof-11~-15dBandinput1dBcompressionpointof-17dBm

at200MHz GPS low noiseamplifierisshowed gain of176dB

isolation of-24dBinputmatching of-34dBoutputmatching of

-10dB and input1dB compression pointof-100dBm at1575MHz

Designed amplifiers have notadditionalswitching circuitbutthis

circuitwasdesignedaslessinput-outputportaspossibleusingfilter

leadingtoreductionofsizeandcost

ThereforeweexpectthatthiscanbeutilizedatLNA system for

vehiclesandgeneralLNAsystems

-iii-

목 차

요 약middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

Abstractmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅱ

목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅲ

그림목차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

표 목차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

약 어middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅷ

제 1장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

제 2장 잡음 증폭기 이론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

21산란 라미터middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

22이득공식middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

23안정도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

24잡음지수 정잡음 지수원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

241잡음지수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

242정잡음 지수원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

25선형성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

251비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

2521dB이득 압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

253상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

26임피던스 정합middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

제 3장 통합 잡음 증폭기 설계 제작middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32AM 잡음 증폭기 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

-iv-

33FM 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

34DMB 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

35GPS 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

36제안된 잡음 증폭기 제작 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

37제안된 잡음 증폭기 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

제 4장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

-v-

그림 목차

[그림 21] 2단자 회로망에서 입사와 반사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

[그림 22] 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 23] ΓL평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 24] ΓS평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 25] 무조건 안정을 한 조건middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 26] 일반 인 정 잡음지수 원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

[그림 27] 증폭기의 비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 28] 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[그림 29] 1dB압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

[그림 210]비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

[그림 211]ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

[그림 31] 제안된 잡음 증폭기 구성도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

[그림 32] 2SC4703소자의 DC-IV곡선middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

[그림 33] 안정화 회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 34] 입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 35] 출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 36] 설계된 AM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 37] 설계된 AM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 38] 설계된 BPF 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 39] 설계된 AM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

[그림 310]FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 311]입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 312]출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 313]설계된 FM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

-vi-

[그림 314]설계된 FM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

[그림 315]설계된 BPF 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 316]설계된 FM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 317]설계된 DMB 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 318] 역통과필터 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 319]설계된 DMB 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 320]설계된 DMB 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

[그림 321]AMFM T-DMB 증폭단 통합설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

[그림 322]통합설계 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

[그림 323]증폭소자의 압- 류 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 324]설계된 GPS 증폭기 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 325]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

[그림 326]설계된 잡음 증폭기 이아웃middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 327]제작된 실제 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 328]설계된 AM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

[그림 329]설계된 FM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 330]설계된 DMB 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 331]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-vii-

표 목차

[표 21]2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

[표 22]필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[표 23]통합 잡음 증폭기의 성능middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

약 어

LNA Low NoiseAmplifier

RF RadioFrequency

NF NoiseFigure

G Powergain

Mu Stabilityfactor

Pin RFinputpower

Pout RFoutputpower

Pdc DCpower

P1dB The1dBgaincompressionpoint

[S] Scatteringmatrix

Zo Characteristicimpedance

ZS Sourceimpedance

ZL Loadimpedance

Zin Theinputimpedance

Zout Theoutputimpedance

Γin Theinputreflectioncoefficient

Γout Theoutputreflectioncoefficient

ΓS Thesourcereflectioncoefficient

ΓL Theloadreflectioncoefficient

IMD Intermodulationdistortion

-1-

제 1장 서 론

DAB(DigitalAudioBroadcasting)라 불리는 디지털 라디오방송은 기존

라디오방송 신호를 디지털 신호로 변환하여 송하는 라디오방송으로서

AM과 FM에 이은 제 3세 라디오방송이라 할 수 있다DAB는 고품질

CD수 의 음질다양한 데이터 서비스우수한 이동수신 품질을 제공하

며 차세 라디오방송으로서 고품질 음악방송 교통정보뉴스 등 다양

한 멀티미디어 정보(문자그래픽 형태 등)제공이 가능하다즉 DAB는 최

신의 디지털 오디오 부호화기술과 송방식을 사용하기 때문에 CD수

의 고음질과 뛰어난 수신감도를 제공할 뿐 아니라 이동수신 환경을 개선

하고 동일한 주 수 역에서 다양한 부가서비스의 제공이 가능하고 디

지털 기술의 발 에 따라 최근에는 동 상 제공 등 멀티미디어 서비스까

지도 가능한 단계에 이르고 있다때문에 DAB는 lsquo보는 라디오rsquo로도 불린

다이러한 DAB는 지상 성 이블 인터넷 등 다양한 송수단

을 통해 서비스가 가능하다

이에 따라 세계의 주요 국가들은 기존의 아날로그 AM과 FM방송이 지

닌 기술 한계들 즉 잡음과 다 경로 간섭의 향이 크고 주 수 사용

효율이 낮으며 이동수신을 포함한 서비스 품질이 낮은 등을 극복하면

서주 수 이용의 효율성을 높이고 고품질 방송 다양한 부가서비스

제공은 물론 련 기기산업의 경쟁력 강화차원에서 DAB도입을 서두르

고 있다

DAB기술은 ITU 내 WARC79의 결정에 따라 성 DAB에 한 기술

검토가 시작된 이래1987년 유럽의 첨단 기술 공동개발 계획인

ldquoEureka 로젝트의 일환으로 개발이 본격화되기 시작하 다국내는 유

럽지상 디지털 오디오 방송 Eureka-147기반으로 새로운 미디어 시장

창출과 세계시장 주도의 견인차 역할을 할 것으로 보인다

DMB(DigitalMultimediaBroadcasting)는 이동 TV기술로서 차량에 탑

재하거나 개인 휴 형 단말기 등을 이용하여 이동 에 수신이 가능하도

록 한다이 서비스는 종 의 아날로그 방송 형태를 디지털화 함으로써

고품질 CD 수 의 음질다양한 데이터 서비스양방향성우수한 이동

수신 품질 등을 제공하고기존의 lsquo보고 듣는 방송rsquo개념을 lsquo보고 듣고 참

여하는 방송rsquo으로 확장시키며데이터 방송을 통해 음악 방송 외에도 뉴

-2-

스교통정보기상정보지리 치정보동 상 정보 등 다양한 멀티미디

어 정보를 문자와 그래픽으로 송할 수 있다DMB수신기는 PC-카드

형홈 오디오형자동차형 등이 있으며 송 수단인 매체에 따라 지상

DMB와 성 DMB로 크게 구분 할 수 있다지상 DMB는 지상의 송

신시스템을 이용하는 방식으로서 VHF주 수를 이용하여 비디오 오

디오 방송을 구 한다정부에서는 추후 성 DMB 서비스를 구 하기

한 계획을 수립하고 있으며2630sim2655GHz 역의 S밴드 주 수를

확보하고 있다DMB는 차세 의 방송방식으로서 발 하게 되므로 엄청

난 효과가 상되며이를 한 수신시스템의 개발이 시 하다 한

미래의 단말기에서는 이동통신과 디지털방송 수신기그리고 GPS등의 서

비스를 모두 이용할 수 있는 성능이 요구될 것으로 상되므로 이들의

주 수 범 를 수용할 수 있는 소형의 역 고효율 안테나와 통신모

듈의 개발이 필요하다

본 연구에서는 의 요구를 수용할 수 있는 잡음 증폭기의 구조를 제

안하고이의 타당성을 검증한다제안하는 구조는 동일한 입력출력단을

사용하면서 다른 주 수 역의 회로들이 서로에게 향을 주지않도록

정합회로를 필터로 구 한다먼 AM 역에서는 입출력단에 역통과

필터를 정합회로부분과 함께 구 하여 FM 역신호의 향을 받지 않도

록 설계를 하고 회로의 안정도와 이득 역폭 등을 히 고려하여 부

궤환 회로의 항값을 조 한다FM 역에서는 원하는 주 수 역을

제외한 AM 역과 DMB 역에 향을 받지 않기 해서 입력단에는 고

역통과필터를 구 하 고 출력단에는 역통과필터로 구 하여 입출력단

정합회로에 함께 설계한다그리고 AM 역에서와 마찬가지로 부궤환 회

로의 항값을 조 하여 한 안정도와 이득 역폭을 원하는 사양에

맞게 조정한다AMFM 역에서는 신호의 강 계 특성으로 인하여 선형

성 상호변조 특성을 가장 우선 으로 고려하여 트랜지스터를 선정하

여야 한다그래서 출력신호가 차단(cut-off)에 의해서 출력 신호가 왜곡

이 발생하는 부분을 제외하고 가장 한 동작 으로 선정해야한다

DMB 역에서도 역통과필터를 사용하여 FM주 수의 향을 최소화

할 수 있도록 한다DMB 역은 AMFM 역과 동일한 입력포트를 사용

하지만 출력단은 분리하여 FM 역의 향으로 인한 잡음지수의 성능열

화를 방지한다GPS 역은 AMFMDMB 역의 주 수들이 주 역

인 반면 고주 역인 1575GHz 역을 사용하므로 다른 잡음 증폭기

-3-

시스템의 주 수 역과의 결합에도 그 게 큰 향을 받지 않아서 정합

회로에 다른 주 수의 향을 고려한 별도의 필터를 추가하지 않는다하

지만 고주 역에서 선로의 길이 향을 고려하여 회로를 설계해야한다

이런 방법을 통하여 여러 역의 잡음 증폭기를 동일한 기 에 설계하

면서 입출력단의 통합을 통하여 크기 가격 인 단 을 개선한다

모의실험 최 화는 Agilent사의 ADS(AdvancedDesignSystem)툴

을 사용한다최 화된 회로를 MentorGraphic사의 PADS를 이용하여

이아웃 후 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 을 사용하여 제작

측정을 수행하 다본 논문의 구성은 다음과 같다

제 2장에서는 잡음 증폭기 이론에 해 설명한다 잡음 증폭기의 종

류와 증폭기 분석에 필요한 성능지수에 해 정의하 다

제 3장에서는 제안된 통합 잡음 증폭기에 해서 설명한 후 이를 바

탕으로 AMFMDMBGPS 역에서 각각 동작하는 잡음 증폭기를 설

계하 다설계된 잡음 증폭기의 제작 과정에 해서 설명하고 측정된

데이터를 이용하여 본 논문에서 제안하는 각 역별 잡음 증폭기의 회

로 구조를 검증한다

마지막으로 제 4장에서는 잡음 증폭기 구 에 한 연구 결과에 한

분석 고찰을 통하여 결론을 맺는다

-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-iii-

목 차

요 약middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

Abstractmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅱ

목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅲ

그림목차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

표 목차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

약 어middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅷ

제 1장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

제 2장 잡음 증폭기 이론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

21산란 라미터middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

22이득공식middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

23안정도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

24잡음지수 정잡음 지수원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

241잡음지수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

242정잡음 지수원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

25선형성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

251비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

2521dB이득 압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

253상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

26임피던스 정합middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

제 3장 통합 잡음 증폭기 설계 제작middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32AM 잡음 증폭기 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

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33FM 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

34DMB 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

35GPS 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

36제안된 잡음 증폭기 제작 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

37제안된 잡음 증폭기 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

제 4장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

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그림 목차

[그림 21] 2단자 회로망에서 입사와 반사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

[그림 22] 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 23] ΓL평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 24] ΓS평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 25] 무조건 안정을 한 조건middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 26] 일반 인 정 잡음지수 원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

[그림 27] 증폭기의 비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 28] 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[그림 29] 1dB압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

[그림 210]비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

[그림 211]ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

[그림 31] 제안된 잡음 증폭기 구성도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

[그림 32] 2SC4703소자의 DC-IV곡선middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

[그림 33] 안정화 회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 34] 입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 35] 출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 36] 설계된 AM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 37] 설계된 AM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 38] 설계된 BPF 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 39] 설계된 AM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

[그림 310]FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 311]입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 312]출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 313]설계된 FM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

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[그림 314]설계된 FM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

[그림 315]설계된 BPF 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 316]설계된 FM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 317]설계된 DMB 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 318] 역통과필터 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 319]설계된 DMB 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 320]설계된 DMB 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

[그림 321]AMFM T-DMB 증폭단 통합설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

[그림 322]통합설계 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

[그림 323]증폭소자의 압- 류 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 324]설계된 GPS 증폭기 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 325]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

[그림 326]설계된 잡음 증폭기 이아웃middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 327]제작된 실제 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 328]설계된 AM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

[그림 329]설계된 FM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 330]설계된 DMB 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 331]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

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표 목차

[표 21]2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

[표 22]필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[표 23]통합 잡음 증폭기의 성능middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

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약 어

LNA Low NoiseAmplifier

RF RadioFrequency

NF NoiseFigure

G Powergain

Mu Stabilityfactor

Pin RFinputpower

Pout RFoutputpower

Pdc DCpower

P1dB The1dBgaincompressionpoint

[S] Scatteringmatrix

Zo Characteristicimpedance

ZS Sourceimpedance

ZL Loadimpedance

Zin Theinputimpedance

Zout Theoutputimpedance

Γin Theinputreflectioncoefficient

Γout Theoutputreflectioncoefficient

ΓS Thesourcereflectioncoefficient

ΓL Theloadreflectioncoefficient

IMD Intermodulationdistortion

-1-

제 1장 서 론

DAB(DigitalAudioBroadcasting)라 불리는 디지털 라디오방송은 기존

라디오방송 신호를 디지털 신호로 변환하여 송하는 라디오방송으로서

AM과 FM에 이은 제 3세 라디오방송이라 할 수 있다DAB는 고품질

CD수 의 음질다양한 데이터 서비스우수한 이동수신 품질을 제공하

며 차세 라디오방송으로서 고품질 음악방송 교통정보뉴스 등 다양

한 멀티미디어 정보(문자그래픽 형태 등)제공이 가능하다즉 DAB는 최

신의 디지털 오디오 부호화기술과 송방식을 사용하기 때문에 CD수

의 고음질과 뛰어난 수신감도를 제공할 뿐 아니라 이동수신 환경을 개선

하고 동일한 주 수 역에서 다양한 부가서비스의 제공이 가능하고 디

지털 기술의 발 에 따라 최근에는 동 상 제공 등 멀티미디어 서비스까

지도 가능한 단계에 이르고 있다때문에 DAB는 lsquo보는 라디오rsquo로도 불린

다이러한 DAB는 지상 성 이블 인터넷 등 다양한 송수단

을 통해 서비스가 가능하다

이에 따라 세계의 주요 국가들은 기존의 아날로그 AM과 FM방송이 지

닌 기술 한계들 즉 잡음과 다 경로 간섭의 향이 크고 주 수 사용

효율이 낮으며 이동수신을 포함한 서비스 품질이 낮은 등을 극복하면

서주 수 이용의 효율성을 높이고 고품질 방송 다양한 부가서비스

제공은 물론 련 기기산업의 경쟁력 강화차원에서 DAB도입을 서두르

고 있다

DAB기술은 ITU 내 WARC79의 결정에 따라 성 DAB에 한 기술

검토가 시작된 이래1987년 유럽의 첨단 기술 공동개발 계획인

ldquoEureka 로젝트의 일환으로 개발이 본격화되기 시작하 다국내는 유

럽지상 디지털 오디오 방송 Eureka-147기반으로 새로운 미디어 시장

창출과 세계시장 주도의 견인차 역할을 할 것으로 보인다

DMB(DigitalMultimediaBroadcasting)는 이동 TV기술로서 차량에 탑

재하거나 개인 휴 형 단말기 등을 이용하여 이동 에 수신이 가능하도

록 한다이 서비스는 종 의 아날로그 방송 형태를 디지털화 함으로써

고품질 CD 수 의 음질다양한 데이터 서비스양방향성우수한 이동

수신 품질 등을 제공하고기존의 lsquo보고 듣는 방송rsquo개념을 lsquo보고 듣고 참

여하는 방송rsquo으로 확장시키며데이터 방송을 통해 음악 방송 외에도 뉴

-2-

스교통정보기상정보지리 치정보동 상 정보 등 다양한 멀티미디

어 정보를 문자와 그래픽으로 송할 수 있다DMB수신기는 PC-카드

형홈 오디오형자동차형 등이 있으며 송 수단인 매체에 따라 지상

DMB와 성 DMB로 크게 구분 할 수 있다지상 DMB는 지상의 송

신시스템을 이용하는 방식으로서 VHF주 수를 이용하여 비디오 오

디오 방송을 구 한다정부에서는 추후 성 DMB 서비스를 구 하기

한 계획을 수립하고 있으며2630sim2655GHz 역의 S밴드 주 수를

확보하고 있다DMB는 차세 의 방송방식으로서 발 하게 되므로 엄청

난 효과가 상되며이를 한 수신시스템의 개발이 시 하다 한

미래의 단말기에서는 이동통신과 디지털방송 수신기그리고 GPS등의 서

비스를 모두 이용할 수 있는 성능이 요구될 것으로 상되므로 이들의

주 수 범 를 수용할 수 있는 소형의 역 고효율 안테나와 통신모

듈의 개발이 필요하다

본 연구에서는 의 요구를 수용할 수 있는 잡음 증폭기의 구조를 제

안하고이의 타당성을 검증한다제안하는 구조는 동일한 입력출력단을

사용하면서 다른 주 수 역의 회로들이 서로에게 향을 주지않도록

정합회로를 필터로 구 한다먼 AM 역에서는 입출력단에 역통과

필터를 정합회로부분과 함께 구 하여 FM 역신호의 향을 받지 않도

록 설계를 하고 회로의 안정도와 이득 역폭 등을 히 고려하여 부

궤환 회로의 항값을 조 한다FM 역에서는 원하는 주 수 역을

제외한 AM 역과 DMB 역에 향을 받지 않기 해서 입력단에는 고

역통과필터를 구 하 고 출력단에는 역통과필터로 구 하여 입출력단

정합회로에 함께 설계한다그리고 AM 역에서와 마찬가지로 부궤환 회

로의 항값을 조 하여 한 안정도와 이득 역폭을 원하는 사양에

맞게 조정한다AMFM 역에서는 신호의 강 계 특성으로 인하여 선형

성 상호변조 특성을 가장 우선 으로 고려하여 트랜지스터를 선정하

여야 한다그래서 출력신호가 차단(cut-off)에 의해서 출력 신호가 왜곡

이 발생하는 부분을 제외하고 가장 한 동작 으로 선정해야한다

DMB 역에서도 역통과필터를 사용하여 FM주 수의 향을 최소화

할 수 있도록 한다DMB 역은 AMFM 역과 동일한 입력포트를 사용

하지만 출력단은 분리하여 FM 역의 향으로 인한 잡음지수의 성능열

화를 방지한다GPS 역은 AMFMDMB 역의 주 수들이 주 역

인 반면 고주 역인 1575GHz 역을 사용하므로 다른 잡음 증폭기

-3-

시스템의 주 수 역과의 결합에도 그 게 큰 향을 받지 않아서 정합

회로에 다른 주 수의 향을 고려한 별도의 필터를 추가하지 않는다하

지만 고주 역에서 선로의 길이 향을 고려하여 회로를 설계해야한다

이런 방법을 통하여 여러 역의 잡음 증폭기를 동일한 기 에 설계하

면서 입출력단의 통합을 통하여 크기 가격 인 단 을 개선한다

모의실험 최 화는 Agilent사의 ADS(AdvancedDesignSystem)툴

을 사용한다최 화된 회로를 MentorGraphic사의 PADS를 이용하여

이아웃 후 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 을 사용하여 제작

측정을 수행하 다본 논문의 구성은 다음과 같다

제 2장에서는 잡음 증폭기 이론에 해 설명한다 잡음 증폭기의 종

류와 증폭기 분석에 필요한 성능지수에 해 정의하 다

제 3장에서는 제안된 통합 잡음 증폭기에 해서 설명한 후 이를 바

탕으로 AMFMDMBGPS 역에서 각각 동작하는 잡음 증폭기를 설

계하 다설계된 잡음 증폭기의 제작 과정에 해서 설명하고 측정된

데이터를 이용하여 본 논문에서 제안하는 각 역별 잡음 증폭기의 회

로 구조를 검증한다

마지막으로 제 4장에서는 잡음 증폭기 구 에 한 연구 결과에 한

분석 고찰을 통하여 결론을 맺는다

-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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33FM 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

34DMB 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

35GPS 잡음 증폭기 설계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

36제안된 잡음 증폭기 제작 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

37제안된 잡음 증폭기 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

제 4장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

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그림 목차

[그림 21] 2단자 회로망에서 입사와 반사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

[그림 22] 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 23] ΓL평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 24] ΓS평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 25] 무조건 안정을 한 조건middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 26] 일반 인 정 잡음지수 원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

[그림 27] 증폭기의 비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 28] 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[그림 29] 1dB압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

[그림 210]비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

[그림 211]ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

[그림 31] 제안된 잡음 증폭기 구성도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

[그림 32] 2SC4703소자의 DC-IV곡선middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

[그림 33] 안정화 회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 34] 입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 35] 출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 36] 설계된 AM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 37] 설계된 AM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 38] 설계된 BPF 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 39] 설계된 AM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

[그림 310]FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 311]입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 312]출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 313]설계된 FM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

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[그림 314]설계된 FM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

[그림 315]설계된 BPF 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 316]설계된 FM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 317]설계된 DMB 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 318] 역통과필터 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 319]설계된 DMB 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 320]설계된 DMB 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

[그림 321]AMFM T-DMB 증폭단 통합설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

[그림 322]통합설계 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

[그림 323]증폭소자의 압- 류 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 324]설계된 GPS 증폭기 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 325]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

[그림 326]설계된 잡음 증폭기 이아웃middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 327]제작된 실제 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 328]설계된 AM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

[그림 329]설계된 FM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 330]설계된 DMB 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 331]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

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표 목차

[표 21]2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

[표 22]필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[표 23]통합 잡음 증폭기의 성능middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

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약 어

LNA Low NoiseAmplifier

RF RadioFrequency

NF NoiseFigure

G Powergain

Mu Stabilityfactor

Pin RFinputpower

Pout RFoutputpower

Pdc DCpower

P1dB The1dBgaincompressionpoint

[S] Scatteringmatrix

Zo Characteristicimpedance

ZS Sourceimpedance

ZL Loadimpedance

Zin Theinputimpedance

Zout Theoutputimpedance

Γin Theinputreflectioncoefficient

Γout Theoutputreflectioncoefficient

ΓS Thesourcereflectioncoefficient

ΓL Theloadreflectioncoefficient

IMD Intermodulationdistortion

-1-

제 1장 서 론

DAB(DigitalAudioBroadcasting)라 불리는 디지털 라디오방송은 기존

라디오방송 신호를 디지털 신호로 변환하여 송하는 라디오방송으로서

AM과 FM에 이은 제 3세 라디오방송이라 할 수 있다DAB는 고품질

CD수 의 음질다양한 데이터 서비스우수한 이동수신 품질을 제공하

며 차세 라디오방송으로서 고품질 음악방송 교통정보뉴스 등 다양

한 멀티미디어 정보(문자그래픽 형태 등)제공이 가능하다즉 DAB는 최

신의 디지털 오디오 부호화기술과 송방식을 사용하기 때문에 CD수

의 고음질과 뛰어난 수신감도를 제공할 뿐 아니라 이동수신 환경을 개선

하고 동일한 주 수 역에서 다양한 부가서비스의 제공이 가능하고 디

지털 기술의 발 에 따라 최근에는 동 상 제공 등 멀티미디어 서비스까

지도 가능한 단계에 이르고 있다때문에 DAB는 lsquo보는 라디오rsquo로도 불린

다이러한 DAB는 지상 성 이블 인터넷 등 다양한 송수단

을 통해 서비스가 가능하다

이에 따라 세계의 주요 국가들은 기존의 아날로그 AM과 FM방송이 지

닌 기술 한계들 즉 잡음과 다 경로 간섭의 향이 크고 주 수 사용

효율이 낮으며 이동수신을 포함한 서비스 품질이 낮은 등을 극복하면

서주 수 이용의 효율성을 높이고 고품질 방송 다양한 부가서비스

제공은 물론 련 기기산업의 경쟁력 강화차원에서 DAB도입을 서두르

고 있다

DAB기술은 ITU 내 WARC79의 결정에 따라 성 DAB에 한 기술

검토가 시작된 이래1987년 유럽의 첨단 기술 공동개발 계획인

ldquoEureka 로젝트의 일환으로 개발이 본격화되기 시작하 다국내는 유

럽지상 디지털 오디오 방송 Eureka-147기반으로 새로운 미디어 시장

창출과 세계시장 주도의 견인차 역할을 할 것으로 보인다

DMB(DigitalMultimediaBroadcasting)는 이동 TV기술로서 차량에 탑

재하거나 개인 휴 형 단말기 등을 이용하여 이동 에 수신이 가능하도

록 한다이 서비스는 종 의 아날로그 방송 형태를 디지털화 함으로써

고품질 CD 수 의 음질다양한 데이터 서비스양방향성우수한 이동

수신 품질 등을 제공하고기존의 lsquo보고 듣는 방송rsquo개념을 lsquo보고 듣고 참

여하는 방송rsquo으로 확장시키며데이터 방송을 통해 음악 방송 외에도 뉴

-2-

스교통정보기상정보지리 치정보동 상 정보 등 다양한 멀티미디

어 정보를 문자와 그래픽으로 송할 수 있다DMB수신기는 PC-카드

형홈 오디오형자동차형 등이 있으며 송 수단인 매체에 따라 지상

DMB와 성 DMB로 크게 구분 할 수 있다지상 DMB는 지상의 송

신시스템을 이용하는 방식으로서 VHF주 수를 이용하여 비디오 오

디오 방송을 구 한다정부에서는 추후 성 DMB 서비스를 구 하기

한 계획을 수립하고 있으며2630sim2655GHz 역의 S밴드 주 수를

확보하고 있다DMB는 차세 의 방송방식으로서 발 하게 되므로 엄청

난 효과가 상되며이를 한 수신시스템의 개발이 시 하다 한

미래의 단말기에서는 이동통신과 디지털방송 수신기그리고 GPS등의 서

비스를 모두 이용할 수 있는 성능이 요구될 것으로 상되므로 이들의

주 수 범 를 수용할 수 있는 소형의 역 고효율 안테나와 통신모

듈의 개발이 필요하다

본 연구에서는 의 요구를 수용할 수 있는 잡음 증폭기의 구조를 제

안하고이의 타당성을 검증한다제안하는 구조는 동일한 입력출력단을

사용하면서 다른 주 수 역의 회로들이 서로에게 향을 주지않도록

정합회로를 필터로 구 한다먼 AM 역에서는 입출력단에 역통과

필터를 정합회로부분과 함께 구 하여 FM 역신호의 향을 받지 않도

록 설계를 하고 회로의 안정도와 이득 역폭 등을 히 고려하여 부

궤환 회로의 항값을 조 한다FM 역에서는 원하는 주 수 역을

제외한 AM 역과 DMB 역에 향을 받지 않기 해서 입력단에는 고

역통과필터를 구 하 고 출력단에는 역통과필터로 구 하여 입출력단

정합회로에 함께 설계한다그리고 AM 역에서와 마찬가지로 부궤환 회

로의 항값을 조 하여 한 안정도와 이득 역폭을 원하는 사양에

맞게 조정한다AMFM 역에서는 신호의 강 계 특성으로 인하여 선형

성 상호변조 특성을 가장 우선 으로 고려하여 트랜지스터를 선정하

여야 한다그래서 출력신호가 차단(cut-off)에 의해서 출력 신호가 왜곡

이 발생하는 부분을 제외하고 가장 한 동작 으로 선정해야한다

DMB 역에서도 역통과필터를 사용하여 FM주 수의 향을 최소화

할 수 있도록 한다DMB 역은 AMFM 역과 동일한 입력포트를 사용

하지만 출력단은 분리하여 FM 역의 향으로 인한 잡음지수의 성능열

화를 방지한다GPS 역은 AMFMDMB 역의 주 수들이 주 역

인 반면 고주 역인 1575GHz 역을 사용하므로 다른 잡음 증폭기

-3-

시스템의 주 수 역과의 결합에도 그 게 큰 향을 받지 않아서 정합

회로에 다른 주 수의 향을 고려한 별도의 필터를 추가하지 않는다하

지만 고주 역에서 선로의 길이 향을 고려하여 회로를 설계해야한다

이런 방법을 통하여 여러 역의 잡음 증폭기를 동일한 기 에 설계하

면서 입출력단의 통합을 통하여 크기 가격 인 단 을 개선한다

모의실험 최 화는 Agilent사의 ADS(AdvancedDesignSystem)툴

을 사용한다최 화된 회로를 MentorGraphic사의 PADS를 이용하여

이아웃 후 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 을 사용하여 제작

측정을 수행하 다본 논문의 구성은 다음과 같다

제 2장에서는 잡음 증폭기 이론에 해 설명한다 잡음 증폭기의 종

류와 증폭기 분석에 필요한 성능지수에 해 정의하 다

제 3장에서는 제안된 통합 잡음 증폭기에 해서 설명한 후 이를 바

탕으로 AMFMDMBGPS 역에서 각각 동작하는 잡음 증폭기를 설

계하 다설계된 잡음 증폭기의 제작 과정에 해서 설명하고 측정된

데이터를 이용하여 본 논문에서 제안하는 각 역별 잡음 증폭기의 회

로 구조를 검증한다

마지막으로 제 4장에서는 잡음 증폭기 구 에 한 연구 결과에 한

분석 고찰을 통하여 결론을 맺는다

-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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그림 목차

[그림 21] 2단자 회로망에서 입사와 반사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

[그림 22] 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 23] ΓL평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 24] ΓS평면에서의 안정 역과 불안정 역middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 25] 무조건 안정을 한 조건middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 26] 일반 인 정 잡음지수 원middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

[그림 27] 증폭기의 비선형 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 28] 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[그림 29] 1dB압축 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

[그림 210]비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

[그림 211]ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

[그림 31] 제안된 잡음 증폭기 구성도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

[그림 32] 2SC4703소자의 DC-IV곡선middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

[그림 33] 안정화 회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 34] 입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

[그림 35] 출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 36] 설계된 AM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 37] 설계된 AM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 38] 설계된 BPF 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 39] 설계된 AM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

[그림 310]FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 311]입력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 312]출력 정합회로 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 313]설계된 FM 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

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[그림 314]설계된 FM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

[그림 315]설계된 BPF 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 316]설계된 FM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 317]설계된 DMB 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 318] 역통과필터 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 319]설계된 DMB 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 320]설계된 DMB 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

[그림 321]AMFM T-DMB 증폭단 통합설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

[그림 322]통합설계 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

[그림 323]증폭소자의 압- 류 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 324]설계된 GPS 증폭기 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 325]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

[그림 326]설계된 잡음 증폭기 이아웃middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 327]제작된 실제 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 328]설계된 AM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

[그림 329]설계된 FM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 330]설계된 DMB 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 331]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

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표 목차

[표 21]2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

[표 22]필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[표 23]통합 잡음 증폭기의 성능middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

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약 어

LNA Low NoiseAmplifier

RF RadioFrequency

NF NoiseFigure

G Powergain

Mu Stabilityfactor

Pin RFinputpower

Pout RFoutputpower

Pdc DCpower

P1dB The1dBgaincompressionpoint

[S] Scatteringmatrix

Zo Characteristicimpedance

ZS Sourceimpedance

ZL Loadimpedance

Zin Theinputimpedance

Zout Theoutputimpedance

Γin Theinputreflectioncoefficient

Γout Theoutputreflectioncoefficient

ΓS Thesourcereflectioncoefficient

ΓL Theloadreflectioncoefficient

IMD Intermodulationdistortion

-1-

제 1장 서 론

DAB(DigitalAudioBroadcasting)라 불리는 디지털 라디오방송은 기존

라디오방송 신호를 디지털 신호로 변환하여 송하는 라디오방송으로서

AM과 FM에 이은 제 3세 라디오방송이라 할 수 있다DAB는 고품질

CD수 의 음질다양한 데이터 서비스우수한 이동수신 품질을 제공하

며 차세 라디오방송으로서 고품질 음악방송 교통정보뉴스 등 다양

한 멀티미디어 정보(문자그래픽 형태 등)제공이 가능하다즉 DAB는 최

신의 디지털 오디오 부호화기술과 송방식을 사용하기 때문에 CD수

의 고음질과 뛰어난 수신감도를 제공할 뿐 아니라 이동수신 환경을 개선

하고 동일한 주 수 역에서 다양한 부가서비스의 제공이 가능하고 디

지털 기술의 발 에 따라 최근에는 동 상 제공 등 멀티미디어 서비스까

지도 가능한 단계에 이르고 있다때문에 DAB는 lsquo보는 라디오rsquo로도 불린

다이러한 DAB는 지상 성 이블 인터넷 등 다양한 송수단

을 통해 서비스가 가능하다

이에 따라 세계의 주요 국가들은 기존의 아날로그 AM과 FM방송이 지

닌 기술 한계들 즉 잡음과 다 경로 간섭의 향이 크고 주 수 사용

효율이 낮으며 이동수신을 포함한 서비스 품질이 낮은 등을 극복하면

서주 수 이용의 효율성을 높이고 고품질 방송 다양한 부가서비스

제공은 물론 련 기기산업의 경쟁력 강화차원에서 DAB도입을 서두르

고 있다

DAB기술은 ITU 내 WARC79의 결정에 따라 성 DAB에 한 기술

검토가 시작된 이래1987년 유럽의 첨단 기술 공동개발 계획인

ldquoEureka 로젝트의 일환으로 개발이 본격화되기 시작하 다국내는 유

럽지상 디지털 오디오 방송 Eureka-147기반으로 새로운 미디어 시장

창출과 세계시장 주도의 견인차 역할을 할 것으로 보인다

DMB(DigitalMultimediaBroadcasting)는 이동 TV기술로서 차량에 탑

재하거나 개인 휴 형 단말기 등을 이용하여 이동 에 수신이 가능하도

록 한다이 서비스는 종 의 아날로그 방송 형태를 디지털화 함으로써

고품질 CD 수 의 음질다양한 데이터 서비스양방향성우수한 이동

수신 품질 등을 제공하고기존의 lsquo보고 듣는 방송rsquo개념을 lsquo보고 듣고 참

여하는 방송rsquo으로 확장시키며데이터 방송을 통해 음악 방송 외에도 뉴

-2-

스교통정보기상정보지리 치정보동 상 정보 등 다양한 멀티미디

어 정보를 문자와 그래픽으로 송할 수 있다DMB수신기는 PC-카드

형홈 오디오형자동차형 등이 있으며 송 수단인 매체에 따라 지상

DMB와 성 DMB로 크게 구분 할 수 있다지상 DMB는 지상의 송

신시스템을 이용하는 방식으로서 VHF주 수를 이용하여 비디오 오

디오 방송을 구 한다정부에서는 추후 성 DMB 서비스를 구 하기

한 계획을 수립하고 있으며2630sim2655GHz 역의 S밴드 주 수를

확보하고 있다DMB는 차세 의 방송방식으로서 발 하게 되므로 엄청

난 효과가 상되며이를 한 수신시스템의 개발이 시 하다 한

미래의 단말기에서는 이동통신과 디지털방송 수신기그리고 GPS등의 서

비스를 모두 이용할 수 있는 성능이 요구될 것으로 상되므로 이들의

주 수 범 를 수용할 수 있는 소형의 역 고효율 안테나와 통신모

듈의 개발이 필요하다

본 연구에서는 의 요구를 수용할 수 있는 잡음 증폭기의 구조를 제

안하고이의 타당성을 검증한다제안하는 구조는 동일한 입력출력단을

사용하면서 다른 주 수 역의 회로들이 서로에게 향을 주지않도록

정합회로를 필터로 구 한다먼 AM 역에서는 입출력단에 역통과

필터를 정합회로부분과 함께 구 하여 FM 역신호의 향을 받지 않도

록 설계를 하고 회로의 안정도와 이득 역폭 등을 히 고려하여 부

궤환 회로의 항값을 조 한다FM 역에서는 원하는 주 수 역을

제외한 AM 역과 DMB 역에 향을 받지 않기 해서 입력단에는 고

역통과필터를 구 하 고 출력단에는 역통과필터로 구 하여 입출력단

정합회로에 함께 설계한다그리고 AM 역에서와 마찬가지로 부궤환 회

로의 항값을 조 하여 한 안정도와 이득 역폭을 원하는 사양에

맞게 조정한다AMFM 역에서는 신호의 강 계 특성으로 인하여 선형

성 상호변조 특성을 가장 우선 으로 고려하여 트랜지스터를 선정하

여야 한다그래서 출력신호가 차단(cut-off)에 의해서 출력 신호가 왜곡

이 발생하는 부분을 제외하고 가장 한 동작 으로 선정해야한다

DMB 역에서도 역통과필터를 사용하여 FM주 수의 향을 최소화

할 수 있도록 한다DMB 역은 AMFM 역과 동일한 입력포트를 사용

하지만 출력단은 분리하여 FM 역의 향으로 인한 잡음지수의 성능열

화를 방지한다GPS 역은 AMFMDMB 역의 주 수들이 주 역

인 반면 고주 역인 1575GHz 역을 사용하므로 다른 잡음 증폭기

-3-

시스템의 주 수 역과의 결합에도 그 게 큰 향을 받지 않아서 정합

회로에 다른 주 수의 향을 고려한 별도의 필터를 추가하지 않는다하

지만 고주 역에서 선로의 길이 향을 고려하여 회로를 설계해야한다

이런 방법을 통하여 여러 역의 잡음 증폭기를 동일한 기 에 설계하

면서 입출력단의 통합을 통하여 크기 가격 인 단 을 개선한다

모의실험 최 화는 Agilent사의 ADS(AdvancedDesignSystem)툴

을 사용한다최 화된 회로를 MentorGraphic사의 PADS를 이용하여

이아웃 후 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 을 사용하여 제작

측정을 수행하 다본 논문의 구성은 다음과 같다

제 2장에서는 잡음 증폭기 이론에 해 설명한다 잡음 증폭기의 종

류와 증폭기 분석에 필요한 성능지수에 해 정의하 다

제 3장에서는 제안된 통합 잡음 증폭기에 해서 설명한 후 이를 바

탕으로 AMFMDMBGPS 역에서 각각 동작하는 잡음 증폭기를 설

계하 다설계된 잡음 증폭기의 제작 과정에 해서 설명하고 측정된

데이터를 이용하여 본 논문에서 제안하는 각 역별 잡음 증폭기의 회

로 구조를 검증한다

마지막으로 제 4장에서는 잡음 증폭기 구 에 한 연구 결과에 한

분석 고찰을 통하여 결론을 맺는다

-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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[그림 314]설계된 FM 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

[그림 315]설계된 BPF 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 316]설계된 FM 증폭기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 317]설계된 DMB 증폭기 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 318] 역통과필터 설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 319]설계된 DMB 증폭기 회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 320]설계된 DMB 증폭기의 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

[그림 321]AMFM T-DMB 증폭단 통합설계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

[그림 322]통합설계 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

[그림 323]증폭소자의 압- 류 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 324]설계된 GPS 증폭기 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

[그림 325]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

[그림 326]설계된 잡음 증폭기 이아웃middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 327]제작된 실제 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 328]설계된 AM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

[그림 329]설계된 FM 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 330]설계된 DMB 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

[그림 331]설계된 GPS 증폭단 특성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-vii-

표 목차

[표 21]2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

[표 22]필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[표 23]통합 잡음 증폭기의 성능middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

약 어

LNA Low NoiseAmplifier

RF RadioFrequency

NF NoiseFigure

G Powergain

Mu Stabilityfactor

Pin RFinputpower

Pout RFoutputpower

Pdc DCpower

P1dB The1dBgaincompressionpoint

[S] Scatteringmatrix

Zo Characteristicimpedance

ZS Sourceimpedance

ZL Loadimpedance

Zin Theinputimpedance

Zout Theoutputimpedance

Γin Theinputreflectioncoefficient

Γout Theoutputreflectioncoefficient

ΓS Thesourcereflectioncoefficient

ΓL Theloadreflectioncoefficient

IMD Intermodulationdistortion

-1-

제 1장 서 론

DAB(DigitalAudioBroadcasting)라 불리는 디지털 라디오방송은 기존

라디오방송 신호를 디지털 신호로 변환하여 송하는 라디오방송으로서

AM과 FM에 이은 제 3세 라디오방송이라 할 수 있다DAB는 고품질

CD수 의 음질다양한 데이터 서비스우수한 이동수신 품질을 제공하

며 차세 라디오방송으로서 고품질 음악방송 교통정보뉴스 등 다양

한 멀티미디어 정보(문자그래픽 형태 등)제공이 가능하다즉 DAB는 최

신의 디지털 오디오 부호화기술과 송방식을 사용하기 때문에 CD수

의 고음질과 뛰어난 수신감도를 제공할 뿐 아니라 이동수신 환경을 개선

하고 동일한 주 수 역에서 다양한 부가서비스의 제공이 가능하고 디

지털 기술의 발 에 따라 최근에는 동 상 제공 등 멀티미디어 서비스까

지도 가능한 단계에 이르고 있다때문에 DAB는 lsquo보는 라디오rsquo로도 불린

다이러한 DAB는 지상 성 이블 인터넷 등 다양한 송수단

을 통해 서비스가 가능하다

이에 따라 세계의 주요 국가들은 기존의 아날로그 AM과 FM방송이 지

닌 기술 한계들 즉 잡음과 다 경로 간섭의 향이 크고 주 수 사용

효율이 낮으며 이동수신을 포함한 서비스 품질이 낮은 등을 극복하면

서주 수 이용의 효율성을 높이고 고품질 방송 다양한 부가서비스

제공은 물론 련 기기산업의 경쟁력 강화차원에서 DAB도입을 서두르

고 있다

DAB기술은 ITU 내 WARC79의 결정에 따라 성 DAB에 한 기술

검토가 시작된 이래1987년 유럽의 첨단 기술 공동개발 계획인

ldquoEureka 로젝트의 일환으로 개발이 본격화되기 시작하 다국내는 유

럽지상 디지털 오디오 방송 Eureka-147기반으로 새로운 미디어 시장

창출과 세계시장 주도의 견인차 역할을 할 것으로 보인다

DMB(DigitalMultimediaBroadcasting)는 이동 TV기술로서 차량에 탑

재하거나 개인 휴 형 단말기 등을 이용하여 이동 에 수신이 가능하도

록 한다이 서비스는 종 의 아날로그 방송 형태를 디지털화 함으로써

고품질 CD 수 의 음질다양한 데이터 서비스양방향성우수한 이동

수신 품질 등을 제공하고기존의 lsquo보고 듣는 방송rsquo개념을 lsquo보고 듣고 참

여하는 방송rsquo으로 확장시키며데이터 방송을 통해 음악 방송 외에도 뉴

-2-

스교통정보기상정보지리 치정보동 상 정보 등 다양한 멀티미디

어 정보를 문자와 그래픽으로 송할 수 있다DMB수신기는 PC-카드

형홈 오디오형자동차형 등이 있으며 송 수단인 매체에 따라 지상

DMB와 성 DMB로 크게 구분 할 수 있다지상 DMB는 지상의 송

신시스템을 이용하는 방식으로서 VHF주 수를 이용하여 비디오 오

디오 방송을 구 한다정부에서는 추후 성 DMB 서비스를 구 하기

한 계획을 수립하고 있으며2630sim2655GHz 역의 S밴드 주 수를

확보하고 있다DMB는 차세 의 방송방식으로서 발 하게 되므로 엄청

난 효과가 상되며이를 한 수신시스템의 개발이 시 하다 한

미래의 단말기에서는 이동통신과 디지털방송 수신기그리고 GPS등의 서

비스를 모두 이용할 수 있는 성능이 요구될 것으로 상되므로 이들의

주 수 범 를 수용할 수 있는 소형의 역 고효율 안테나와 통신모

듈의 개발이 필요하다

본 연구에서는 의 요구를 수용할 수 있는 잡음 증폭기의 구조를 제

안하고이의 타당성을 검증한다제안하는 구조는 동일한 입력출력단을

사용하면서 다른 주 수 역의 회로들이 서로에게 향을 주지않도록

정합회로를 필터로 구 한다먼 AM 역에서는 입출력단에 역통과

필터를 정합회로부분과 함께 구 하여 FM 역신호의 향을 받지 않도

록 설계를 하고 회로의 안정도와 이득 역폭 등을 히 고려하여 부

궤환 회로의 항값을 조 한다FM 역에서는 원하는 주 수 역을

제외한 AM 역과 DMB 역에 향을 받지 않기 해서 입력단에는 고

역통과필터를 구 하 고 출력단에는 역통과필터로 구 하여 입출력단

정합회로에 함께 설계한다그리고 AM 역에서와 마찬가지로 부궤환 회

로의 항값을 조 하여 한 안정도와 이득 역폭을 원하는 사양에

맞게 조정한다AMFM 역에서는 신호의 강 계 특성으로 인하여 선형

성 상호변조 특성을 가장 우선 으로 고려하여 트랜지스터를 선정하

여야 한다그래서 출력신호가 차단(cut-off)에 의해서 출력 신호가 왜곡

이 발생하는 부분을 제외하고 가장 한 동작 으로 선정해야한다

DMB 역에서도 역통과필터를 사용하여 FM주 수의 향을 최소화

할 수 있도록 한다DMB 역은 AMFM 역과 동일한 입력포트를 사용

하지만 출력단은 분리하여 FM 역의 향으로 인한 잡음지수의 성능열

화를 방지한다GPS 역은 AMFMDMB 역의 주 수들이 주 역

인 반면 고주 역인 1575GHz 역을 사용하므로 다른 잡음 증폭기

-3-

시스템의 주 수 역과의 결합에도 그 게 큰 향을 받지 않아서 정합

회로에 다른 주 수의 향을 고려한 별도의 필터를 추가하지 않는다하

지만 고주 역에서 선로의 길이 향을 고려하여 회로를 설계해야한다

이런 방법을 통하여 여러 역의 잡음 증폭기를 동일한 기 에 설계하

면서 입출력단의 통합을 통하여 크기 가격 인 단 을 개선한다

모의실험 최 화는 Agilent사의 ADS(AdvancedDesignSystem)툴

을 사용한다최 화된 회로를 MentorGraphic사의 PADS를 이용하여

이아웃 후 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 을 사용하여 제작

측정을 수행하 다본 논문의 구성은 다음과 같다

제 2장에서는 잡음 증폭기 이론에 해 설명한다 잡음 증폭기의 종

류와 증폭기 분석에 필요한 성능지수에 해 정의하 다

제 3장에서는 제안된 통합 잡음 증폭기에 해서 설명한 후 이를 바

탕으로 AMFMDMBGPS 역에서 각각 동작하는 잡음 증폭기를 설

계하 다설계된 잡음 증폭기의 제작 과정에 해서 설명하고 측정된

데이터를 이용하여 본 논문에서 제안하는 각 역별 잡음 증폭기의 회

로 구조를 검증한다

마지막으로 제 4장에서는 잡음 증폭기 구 에 한 연구 결과에 한

분석 고찰을 통하여 결론을 맺는다

-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-vii-

표 목차

[표 21]2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

[표 22]필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[표 23]통합 잡음 증폭기의 성능middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

약 어

LNA Low NoiseAmplifier

RF RadioFrequency

NF NoiseFigure

G Powergain

Mu Stabilityfactor

Pin RFinputpower

Pout RFoutputpower

Pdc DCpower

P1dB The1dBgaincompressionpoint

[S] Scatteringmatrix

Zo Characteristicimpedance

ZS Sourceimpedance

ZL Loadimpedance

Zin Theinputimpedance

Zout Theoutputimpedance

Γin Theinputreflectioncoefficient

Γout Theoutputreflectioncoefficient

ΓS Thesourcereflectioncoefficient

ΓL Theloadreflectioncoefficient

IMD Intermodulationdistortion

-1-

제 1장 서 론

DAB(DigitalAudioBroadcasting)라 불리는 디지털 라디오방송은 기존

라디오방송 신호를 디지털 신호로 변환하여 송하는 라디오방송으로서

AM과 FM에 이은 제 3세 라디오방송이라 할 수 있다DAB는 고품질

CD수 의 음질다양한 데이터 서비스우수한 이동수신 품질을 제공하

며 차세 라디오방송으로서 고품질 음악방송 교통정보뉴스 등 다양

한 멀티미디어 정보(문자그래픽 형태 등)제공이 가능하다즉 DAB는 최

신의 디지털 오디오 부호화기술과 송방식을 사용하기 때문에 CD수

의 고음질과 뛰어난 수신감도를 제공할 뿐 아니라 이동수신 환경을 개선

하고 동일한 주 수 역에서 다양한 부가서비스의 제공이 가능하고 디

지털 기술의 발 에 따라 최근에는 동 상 제공 등 멀티미디어 서비스까

지도 가능한 단계에 이르고 있다때문에 DAB는 lsquo보는 라디오rsquo로도 불린

다이러한 DAB는 지상 성 이블 인터넷 등 다양한 송수단

을 통해 서비스가 가능하다

이에 따라 세계의 주요 국가들은 기존의 아날로그 AM과 FM방송이 지

닌 기술 한계들 즉 잡음과 다 경로 간섭의 향이 크고 주 수 사용

효율이 낮으며 이동수신을 포함한 서비스 품질이 낮은 등을 극복하면

서주 수 이용의 효율성을 높이고 고품질 방송 다양한 부가서비스

제공은 물론 련 기기산업의 경쟁력 강화차원에서 DAB도입을 서두르

고 있다

DAB기술은 ITU 내 WARC79의 결정에 따라 성 DAB에 한 기술

검토가 시작된 이래1987년 유럽의 첨단 기술 공동개발 계획인

ldquoEureka 로젝트의 일환으로 개발이 본격화되기 시작하 다국내는 유

럽지상 디지털 오디오 방송 Eureka-147기반으로 새로운 미디어 시장

창출과 세계시장 주도의 견인차 역할을 할 것으로 보인다

DMB(DigitalMultimediaBroadcasting)는 이동 TV기술로서 차량에 탑

재하거나 개인 휴 형 단말기 등을 이용하여 이동 에 수신이 가능하도

록 한다이 서비스는 종 의 아날로그 방송 형태를 디지털화 함으로써

고품질 CD 수 의 음질다양한 데이터 서비스양방향성우수한 이동

수신 품질 등을 제공하고기존의 lsquo보고 듣는 방송rsquo개념을 lsquo보고 듣고 참

여하는 방송rsquo으로 확장시키며데이터 방송을 통해 음악 방송 외에도 뉴

-2-

스교통정보기상정보지리 치정보동 상 정보 등 다양한 멀티미디

어 정보를 문자와 그래픽으로 송할 수 있다DMB수신기는 PC-카드

형홈 오디오형자동차형 등이 있으며 송 수단인 매체에 따라 지상

DMB와 성 DMB로 크게 구분 할 수 있다지상 DMB는 지상의 송

신시스템을 이용하는 방식으로서 VHF주 수를 이용하여 비디오 오

디오 방송을 구 한다정부에서는 추후 성 DMB 서비스를 구 하기

한 계획을 수립하고 있으며2630sim2655GHz 역의 S밴드 주 수를

확보하고 있다DMB는 차세 의 방송방식으로서 발 하게 되므로 엄청

난 효과가 상되며이를 한 수신시스템의 개발이 시 하다 한

미래의 단말기에서는 이동통신과 디지털방송 수신기그리고 GPS등의 서

비스를 모두 이용할 수 있는 성능이 요구될 것으로 상되므로 이들의

주 수 범 를 수용할 수 있는 소형의 역 고효율 안테나와 통신모

듈의 개발이 필요하다

본 연구에서는 의 요구를 수용할 수 있는 잡음 증폭기의 구조를 제

안하고이의 타당성을 검증한다제안하는 구조는 동일한 입력출력단을

사용하면서 다른 주 수 역의 회로들이 서로에게 향을 주지않도록

정합회로를 필터로 구 한다먼 AM 역에서는 입출력단에 역통과

필터를 정합회로부분과 함께 구 하여 FM 역신호의 향을 받지 않도

록 설계를 하고 회로의 안정도와 이득 역폭 등을 히 고려하여 부

궤환 회로의 항값을 조 한다FM 역에서는 원하는 주 수 역을

제외한 AM 역과 DMB 역에 향을 받지 않기 해서 입력단에는 고

역통과필터를 구 하 고 출력단에는 역통과필터로 구 하여 입출력단

정합회로에 함께 설계한다그리고 AM 역에서와 마찬가지로 부궤환 회

로의 항값을 조 하여 한 안정도와 이득 역폭을 원하는 사양에

맞게 조정한다AMFM 역에서는 신호의 강 계 특성으로 인하여 선형

성 상호변조 특성을 가장 우선 으로 고려하여 트랜지스터를 선정하

여야 한다그래서 출력신호가 차단(cut-off)에 의해서 출력 신호가 왜곡

이 발생하는 부분을 제외하고 가장 한 동작 으로 선정해야한다

DMB 역에서도 역통과필터를 사용하여 FM주 수의 향을 최소화

할 수 있도록 한다DMB 역은 AMFM 역과 동일한 입력포트를 사용

하지만 출력단은 분리하여 FM 역의 향으로 인한 잡음지수의 성능열

화를 방지한다GPS 역은 AMFMDMB 역의 주 수들이 주 역

인 반면 고주 역인 1575GHz 역을 사용하므로 다른 잡음 증폭기

-3-

시스템의 주 수 역과의 결합에도 그 게 큰 향을 받지 않아서 정합

회로에 다른 주 수의 향을 고려한 별도의 필터를 추가하지 않는다하

지만 고주 역에서 선로의 길이 향을 고려하여 회로를 설계해야한다

이런 방법을 통하여 여러 역의 잡음 증폭기를 동일한 기 에 설계하

면서 입출력단의 통합을 통하여 크기 가격 인 단 을 개선한다

모의실험 최 화는 Agilent사의 ADS(AdvancedDesignSystem)툴

을 사용한다최 화된 회로를 MentorGraphic사의 PADS를 이용하여

이아웃 후 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 을 사용하여 제작

측정을 수행하 다본 논문의 구성은 다음과 같다

제 2장에서는 잡음 증폭기 이론에 해 설명한다 잡음 증폭기의 종

류와 증폭기 분석에 필요한 성능지수에 해 정의하 다

제 3장에서는 제안된 통합 잡음 증폭기에 해서 설명한 후 이를 바

탕으로 AMFMDMBGPS 역에서 각각 동작하는 잡음 증폭기를 설

계하 다설계된 잡음 증폭기의 제작 과정에 해서 설명하고 측정된

데이터를 이용하여 본 논문에서 제안하는 각 역별 잡음 증폭기의 회

로 구조를 검증한다

마지막으로 제 4장에서는 잡음 증폭기 구 에 한 연구 결과에 한

분석 고찰을 통하여 결론을 맺는다

-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

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Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

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[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

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[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-viii-

약 어

LNA Low NoiseAmplifier

RF RadioFrequency

NF NoiseFigure

G Powergain

Mu Stabilityfactor

Pin RFinputpower

Pout RFoutputpower

Pdc DCpower

P1dB The1dBgaincompressionpoint

[S] Scatteringmatrix

Zo Characteristicimpedance

ZS Sourceimpedance

ZL Loadimpedance

Zin Theinputimpedance

Zout Theoutputimpedance

Γin Theinputreflectioncoefficient

Γout Theoutputreflectioncoefficient

ΓS Thesourcereflectioncoefficient

ΓL Theloadreflectioncoefficient

IMD Intermodulationdistortion

-1-

제 1장 서 론

DAB(DigitalAudioBroadcasting)라 불리는 디지털 라디오방송은 기존

라디오방송 신호를 디지털 신호로 변환하여 송하는 라디오방송으로서

AM과 FM에 이은 제 3세 라디오방송이라 할 수 있다DAB는 고품질

CD수 의 음질다양한 데이터 서비스우수한 이동수신 품질을 제공하

며 차세 라디오방송으로서 고품질 음악방송 교통정보뉴스 등 다양

한 멀티미디어 정보(문자그래픽 형태 등)제공이 가능하다즉 DAB는 최

신의 디지털 오디오 부호화기술과 송방식을 사용하기 때문에 CD수

의 고음질과 뛰어난 수신감도를 제공할 뿐 아니라 이동수신 환경을 개선

하고 동일한 주 수 역에서 다양한 부가서비스의 제공이 가능하고 디

지털 기술의 발 에 따라 최근에는 동 상 제공 등 멀티미디어 서비스까

지도 가능한 단계에 이르고 있다때문에 DAB는 lsquo보는 라디오rsquo로도 불린

다이러한 DAB는 지상 성 이블 인터넷 등 다양한 송수단

을 통해 서비스가 가능하다

이에 따라 세계의 주요 국가들은 기존의 아날로그 AM과 FM방송이 지

닌 기술 한계들 즉 잡음과 다 경로 간섭의 향이 크고 주 수 사용

효율이 낮으며 이동수신을 포함한 서비스 품질이 낮은 등을 극복하면

서주 수 이용의 효율성을 높이고 고품질 방송 다양한 부가서비스

제공은 물론 련 기기산업의 경쟁력 강화차원에서 DAB도입을 서두르

고 있다

DAB기술은 ITU 내 WARC79의 결정에 따라 성 DAB에 한 기술

검토가 시작된 이래1987년 유럽의 첨단 기술 공동개발 계획인

ldquoEureka 로젝트의 일환으로 개발이 본격화되기 시작하 다국내는 유

럽지상 디지털 오디오 방송 Eureka-147기반으로 새로운 미디어 시장

창출과 세계시장 주도의 견인차 역할을 할 것으로 보인다

DMB(DigitalMultimediaBroadcasting)는 이동 TV기술로서 차량에 탑

재하거나 개인 휴 형 단말기 등을 이용하여 이동 에 수신이 가능하도

록 한다이 서비스는 종 의 아날로그 방송 형태를 디지털화 함으로써

고품질 CD 수 의 음질다양한 데이터 서비스양방향성우수한 이동

수신 품질 등을 제공하고기존의 lsquo보고 듣는 방송rsquo개념을 lsquo보고 듣고 참

여하는 방송rsquo으로 확장시키며데이터 방송을 통해 음악 방송 외에도 뉴

-2-

스교통정보기상정보지리 치정보동 상 정보 등 다양한 멀티미디

어 정보를 문자와 그래픽으로 송할 수 있다DMB수신기는 PC-카드

형홈 오디오형자동차형 등이 있으며 송 수단인 매체에 따라 지상

DMB와 성 DMB로 크게 구분 할 수 있다지상 DMB는 지상의 송

신시스템을 이용하는 방식으로서 VHF주 수를 이용하여 비디오 오

디오 방송을 구 한다정부에서는 추후 성 DMB 서비스를 구 하기

한 계획을 수립하고 있으며2630sim2655GHz 역의 S밴드 주 수를

확보하고 있다DMB는 차세 의 방송방식으로서 발 하게 되므로 엄청

난 효과가 상되며이를 한 수신시스템의 개발이 시 하다 한

미래의 단말기에서는 이동통신과 디지털방송 수신기그리고 GPS등의 서

비스를 모두 이용할 수 있는 성능이 요구될 것으로 상되므로 이들의

주 수 범 를 수용할 수 있는 소형의 역 고효율 안테나와 통신모

듈의 개발이 필요하다

본 연구에서는 의 요구를 수용할 수 있는 잡음 증폭기의 구조를 제

안하고이의 타당성을 검증한다제안하는 구조는 동일한 입력출력단을

사용하면서 다른 주 수 역의 회로들이 서로에게 향을 주지않도록

정합회로를 필터로 구 한다먼 AM 역에서는 입출력단에 역통과

필터를 정합회로부분과 함께 구 하여 FM 역신호의 향을 받지 않도

록 설계를 하고 회로의 안정도와 이득 역폭 등을 히 고려하여 부

궤환 회로의 항값을 조 한다FM 역에서는 원하는 주 수 역을

제외한 AM 역과 DMB 역에 향을 받지 않기 해서 입력단에는 고

역통과필터를 구 하 고 출력단에는 역통과필터로 구 하여 입출력단

정합회로에 함께 설계한다그리고 AM 역에서와 마찬가지로 부궤환 회

로의 항값을 조 하여 한 안정도와 이득 역폭을 원하는 사양에

맞게 조정한다AMFM 역에서는 신호의 강 계 특성으로 인하여 선형

성 상호변조 특성을 가장 우선 으로 고려하여 트랜지스터를 선정하

여야 한다그래서 출력신호가 차단(cut-off)에 의해서 출력 신호가 왜곡

이 발생하는 부분을 제외하고 가장 한 동작 으로 선정해야한다

DMB 역에서도 역통과필터를 사용하여 FM주 수의 향을 최소화

할 수 있도록 한다DMB 역은 AMFM 역과 동일한 입력포트를 사용

하지만 출력단은 분리하여 FM 역의 향으로 인한 잡음지수의 성능열

화를 방지한다GPS 역은 AMFMDMB 역의 주 수들이 주 역

인 반면 고주 역인 1575GHz 역을 사용하므로 다른 잡음 증폭기

-3-

시스템의 주 수 역과의 결합에도 그 게 큰 향을 받지 않아서 정합

회로에 다른 주 수의 향을 고려한 별도의 필터를 추가하지 않는다하

지만 고주 역에서 선로의 길이 향을 고려하여 회로를 설계해야한다

이런 방법을 통하여 여러 역의 잡음 증폭기를 동일한 기 에 설계하

면서 입출력단의 통합을 통하여 크기 가격 인 단 을 개선한다

모의실험 최 화는 Agilent사의 ADS(AdvancedDesignSystem)툴

을 사용한다최 화된 회로를 MentorGraphic사의 PADS를 이용하여

이아웃 후 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 을 사용하여 제작

측정을 수행하 다본 논문의 구성은 다음과 같다

제 2장에서는 잡음 증폭기 이론에 해 설명한다 잡음 증폭기의 종

류와 증폭기 분석에 필요한 성능지수에 해 정의하 다

제 3장에서는 제안된 통합 잡음 증폭기에 해서 설명한 후 이를 바

탕으로 AMFMDMBGPS 역에서 각각 동작하는 잡음 증폭기를 설

계하 다설계된 잡음 증폭기의 제작 과정에 해서 설명하고 측정된

데이터를 이용하여 본 논문에서 제안하는 각 역별 잡음 증폭기의 회

로 구조를 검증한다

마지막으로 제 4장에서는 잡음 증폭기 구 에 한 연구 결과에 한

분석 고찰을 통하여 결론을 맺는다

-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-1-

제 1장 서 론

DAB(DigitalAudioBroadcasting)라 불리는 디지털 라디오방송은 기존

라디오방송 신호를 디지털 신호로 변환하여 송하는 라디오방송으로서

AM과 FM에 이은 제 3세 라디오방송이라 할 수 있다DAB는 고품질

CD수 의 음질다양한 데이터 서비스우수한 이동수신 품질을 제공하

며 차세 라디오방송으로서 고품질 음악방송 교통정보뉴스 등 다양

한 멀티미디어 정보(문자그래픽 형태 등)제공이 가능하다즉 DAB는 최

신의 디지털 오디오 부호화기술과 송방식을 사용하기 때문에 CD수

의 고음질과 뛰어난 수신감도를 제공할 뿐 아니라 이동수신 환경을 개선

하고 동일한 주 수 역에서 다양한 부가서비스의 제공이 가능하고 디

지털 기술의 발 에 따라 최근에는 동 상 제공 등 멀티미디어 서비스까

지도 가능한 단계에 이르고 있다때문에 DAB는 lsquo보는 라디오rsquo로도 불린

다이러한 DAB는 지상 성 이블 인터넷 등 다양한 송수단

을 통해 서비스가 가능하다

이에 따라 세계의 주요 국가들은 기존의 아날로그 AM과 FM방송이 지

닌 기술 한계들 즉 잡음과 다 경로 간섭의 향이 크고 주 수 사용

효율이 낮으며 이동수신을 포함한 서비스 품질이 낮은 등을 극복하면

서주 수 이용의 효율성을 높이고 고품질 방송 다양한 부가서비스

제공은 물론 련 기기산업의 경쟁력 강화차원에서 DAB도입을 서두르

고 있다

DAB기술은 ITU 내 WARC79의 결정에 따라 성 DAB에 한 기술

검토가 시작된 이래1987년 유럽의 첨단 기술 공동개발 계획인

ldquoEureka 로젝트의 일환으로 개발이 본격화되기 시작하 다국내는 유

럽지상 디지털 오디오 방송 Eureka-147기반으로 새로운 미디어 시장

창출과 세계시장 주도의 견인차 역할을 할 것으로 보인다

DMB(DigitalMultimediaBroadcasting)는 이동 TV기술로서 차량에 탑

재하거나 개인 휴 형 단말기 등을 이용하여 이동 에 수신이 가능하도

록 한다이 서비스는 종 의 아날로그 방송 형태를 디지털화 함으로써

고품질 CD 수 의 음질다양한 데이터 서비스양방향성우수한 이동

수신 품질 등을 제공하고기존의 lsquo보고 듣는 방송rsquo개념을 lsquo보고 듣고 참

여하는 방송rsquo으로 확장시키며데이터 방송을 통해 음악 방송 외에도 뉴

-2-

스교통정보기상정보지리 치정보동 상 정보 등 다양한 멀티미디

어 정보를 문자와 그래픽으로 송할 수 있다DMB수신기는 PC-카드

형홈 오디오형자동차형 등이 있으며 송 수단인 매체에 따라 지상

DMB와 성 DMB로 크게 구분 할 수 있다지상 DMB는 지상의 송

신시스템을 이용하는 방식으로서 VHF주 수를 이용하여 비디오 오

디오 방송을 구 한다정부에서는 추후 성 DMB 서비스를 구 하기

한 계획을 수립하고 있으며2630sim2655GHz 역의 S밴드 주 수를

확보하고 있다DMB는 차세 의 방송방식으로서 발 하게 되므로 엄청

난 효과가 상되며이를 한 수신시스템의 개발이 시 하다 한

미래의 단말기에서는 이동통신과 디지털방송 수신기그리고 GPS등의 서

비스를 모두 이용할 수 있는 성능이 요구될 것으로 상되므로 이들의

주 수 범 를 수용할 수 있는 소형의 역 고효율 안테나와 통신모

듈의 개발이 필요하다

본 연구에서는 의 요구를 수용할 수 있는 잡음 증폭기의 구조를 제

안하고이의 타당성을 검증한다제안하는 구조는 동일한 입력출력단을

사용하면서 다른 주 수 역의 회로들이 서로에게 향을 주지않도록

정합회로를 필터로 구 한다먼 AM 역에서는 입출력단에 역통과

필터를 정합회로부분과 함께 구 하여 FM 역신호의 향을 받지 않도

록 설계를 하고 회로의 안정도와 이득 역폭 등을 히 고려하여 부

궤환 회로의 항값을 조 한다FM 역에서는 원하는 주 수 역을

제외한 AM 역과 DMB 역에 향을 받지 않기 해서 입력단에는 고

역통과필터를 구 하 고 출력단에는 역통과필터로 구 하여 입출력단

정합회로에 함께 설계한다그리고 AM 역에서와 마찬가지로 부궤환 회

로의 항값을 조 하여 한 안정도와 이득 역폭을 원하는 사양에

맞게 조정한다AMFM 역에서는 신호의 강 계 특성으로 인하여 선형

성 상호변조 특성을 가장 우선 으로 고려하여 트랜지스터를 선정하

여야 한다그래서 출력신호가 차단(cut-off)에 의해서 출력 신호가 왜곡

이 발생하는 부분을 제외하고 가장 한 동작 으로 선정해야한다

DMB 역에서도 역통과필터를 사용하여 FM주 수의 향을 최소화

할 수 있도록 한다DMB 역은 AMFM 역과 동일한 입력포트를 사용

하지만 출력단은 분리하여 FM 역의 향으로 인한 잡음지수의 성능열

화를 방지한다GPS 역은 AMFMDMB 역의 주 수들이 주 역

인 반면 고주 역인 1575GHz 역을 사용하므로 다른 잡음 증폭기

-3-

시스템의 주 수 역과의 결합에도 그 게 큰 향을 받지 않아서 정합

회로에 다른 주 수의 향을 고려한 별도의 필터를 추가하지 않는다하

지만 고주 역에서 선로의 길이 향을 고려하여 회로를 설계해야한다

이런 방법을 통하여 여러 역의 잡음 증폭기를 동일한 기 에 설계하

면서 입출력단의 통합을 통하여 크기 가격 인 단 을 개선한다

모의실험 최 화는 Agilent사의 ADS(AdvancedDesignSystem)툴

을 사용한다최 화된 회로를 MentorGraphic사의 PADS를 이용하여

이아웃 후 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 을 사용하여 제작

측정을 수행하 다본 논문의 구성은 다음과 같다

제 2장에서는 잡음 증폭기 이론에 해 설명한다 잡음 증폭기의 종

류와 증폭기 분석에 필요한 성능지수에 해 정의하 다

제 3장에서는 제안된 통합 잡음 증폭기에 해서 설명한 후 이를 바

탕으로 AMFMDMBGPS 역에서 각각 동작하는 잡음 증폭기를 설

계하 다설계된 잡음 증폭기의 제작 과정에 해서 설명하고 측정된

데이터를 이용하여 본 논문에서 제안하는 각 역별 잡음 증폭기의 회

로 구조를 검증한다

마지막으로 제 4장에서는 잡음 증폭기 구 에 한 연구 결과에 한

분석 고찰을 통하여 결론을 맺는다

-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

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[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-2-

스교통정보기상정보지리 치정보동 상 정보 등 다양한 멀티미디

어 정보를 문자와 그래픽으로 송할 수 있다DMB수신기는 PC-카드

형홈 오디오형자동차형 등이 있으며 송 수단인 매체에 따라 지상

DMB와 성 DMB로 크게 구분 할 수 있다지상 DMB는 지상의 송

신시스템을 이용하는 방식으로서 VHF주 수를 이용하여 비디오 오

디오 방송을 구 한다정부에서는 추후 성 DMB 서비스를 구 하기

한 계획을 수립하고 있으며2630sim2655GHz 역의 S밴드 주 수를

확보하고 있다DMB는 차세 의 방송방식으로서 발 하게 되므로 엄청

난 효과가 상되며이를 한 수신시스템의 개발이 시 하다 한

미래의 단말기에서는 이동통신과 디지털방송 수신기그리고 GPS등의 서

비스를 모두 이용할 수 있는 성능이 요구될 것으로 상되므로 이들의

주 수 범 를 수용할 수 있는 소형의 역 고효율 안테나와 통신모

듈의 개발이 필요하다

본 연구에서는 의 요구를 수용할 수 있는 잡음 증폭기의 구조를 제

안하고이의 타당성을 검증한다제안하는 구조는 동일한 입력출력단을

사용하면서 다른 주 수 역의 회로들이 서로에게 향을 주지않도록

정합회로를 필터로 구 한다먼 AM 역에서는 입출력단에 역통과

필터를 정합회로부분과 함께 구 하여 FM 역신호의 향을 받지 않도

록 설계를 하고 회로의 안정도와 이득 역폭 등을 히 고려하여 부

궤환 회로의 항값을 조 한다FM 역에서는 원하는 주 수 역을

제외한 AM 역과 DMB 역에 향을 받지 않기 해서 입력단에는 고

역통과필터를 구 하 고 출력단에는 역통과필터로 구 하여 입출력단

정합회로에 함께 설계한다그리고 AM 역에서와 마찬가지로 부궤환 회

로의 항값을 조 하여 한 안정도와 이득 역폭을 원하는 사양에

맞게 조정한다AMFM 역에서는 신호의 강 계 특성으로 인하여 선형

성 상호변조 특성을 가장 우선 으로 고려하여 트랜지스터를 선정하

여야 한다그래서 출력신호가 차단(cut-off)에 의해서 출력 신호가 왜곡

이 발생하는 부분을 제외하고 가장 한 동작 으로 선정해야한다

DMB 역에서도 역통과필터를 사용하여 FM주 수의 향을 최소화

할 수 있도록 한다DMB 역은 AMFM 역과 동일한 입력포트를 사용

하지만 출력단은 분리하여 FM 역의 향으로 인한 잡음지수의 성능열

화를 방지한다GPS 역은 AMFMDMB 역의 주 수들이 주 역

인 반면 고주 역인 1575GHz 역을 사용하므로 다른 잡음 증폭기

-3-

시스템의 주 수 역과의 결합에도 그 게 큰 향을 받지 않아서 정합

회로에 다른 주 수의 향을 고려한 별도의 필터를 추가하지 않는다하

지만 고주 역에서 선로의 길이 향을 고려하여 회로를 설계해야한다

이런 방법을 통하여 여러 역의 잡음 증폭기를 동일한 기 에 설계하

면서 입출력단의 통합을 통하여 크기 가격 인 단 을 개선한다

모의실험 최 화는 Agilent사의 ADS(AdvancedDesignSystem)툴

을 사용한다최 화된 회로를 MentorGraphic사의 PADS를 이용하여

이아웃 후 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 을 사용하여 제작

측정을 수행하 다본 논문의 구성은 다음과 같다

제 2장에서는 잡음 증폭기 이론에 해 설명한다 잡음 증폭기의 종

류와 증폭기 분석에 필요한 성능지수에 해 정의하 다

제 3장에서는 제안된 통합 잡음 증폭기에 해서 설명한 후 이를 바

탕으로 AMFMDMBGPS 역에서 각각 동작하는 잡음 증폭기를 설

계하 다설계된 잡음 증폭기의 제작 과정에 해서 설명하고 측정된

데이터를 이용하여 본 논문에서 제안하는 각 역별 잡음 증폭기의 회

로 구조를 검증한다

마지막으로 제 4장에서는 잡음 증폭기 구 에 한 연구 결과에 한

분석 고찰을 통하여 결론을 맺는다

-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-3-

시스템의 주 수 역과의 결합에도 그 게 큰 향을 받지 않아서 정합

회로에 다른 주 수의 향을 고려한 별도의 필터를 추가하지 않는다하

지만 고주 역에서 선로의 길이 향을 고려하여 회로를 설계해야한다

이런 방법을 통하여 여러 역의 잡음 증폭기를 동일한 기 에 설계하

면서 입출력단의 통합을 통하여 크기 가격 인 단 을 개선한다

모의실험 최 화는 Agilent사의 ADS(AdvancedDesignSystem)툴

을 사용한다최 화된 회로를 MentorGraphic사의 PADS를 이용하여

이아웃 후 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 을 사용하여 제작

측정을 수행하 다본 논문의 구성은 다음과 같다

제 2장에서는 잡음 증폭기 이론에 해 설명한다 잡음 증폭기의 종

류와 증폭기 분석에 필요한 성능지수에 해 정의하 다

제 3장에서는 제안된 통합 잡음 증폭기에 해서 설명한 후 이를 바

탕으로 AMFMDMBGPS 역에서 각각 동작하는 잡음 증폭기를 설

계하 다설계된 잡음 증폭기의 제작 과정에 해서 설명하고 측정된

데이터를 이용하여 본 논문에서 제안하는 각 역별 잡음 증폭기의 회

로 구조를 검증한다

마지막으로 제 4장에서는 잡음 증폭기 구 에 한 연구 결과에 한

분석 고찰을 통하여 결론을 맺는다

-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-4-

제 2장 잡음 증폭기 이론

수신기의 첫 번째 부품인 잡음 증폭기는 안테나에서 수신한 작은 신

호를 증폭시켜서 주 수 변환기로 넘겨주는 역할을 한다따라서 낮은 잡

음이 요구된다 한 주 수 혼합기의 좋지 않은 잡음 특성 때문에 체

수신단의 잡음 특성이 하되는 것을 막기 해 충분한 이득을 가져야한

다이러한 잡음 증폭기를 이해하고 이를 설계에 이용할 수 있어야한

21산란계수

마이크로 회로는 되는 입사 반사 투과 의 크기 상

으로 회로의 특성을 나타내며 이를 이용하여 산란계수(scattering

parameter)를 정의한다이 라미터는 2단자 회로망의 동작을 완 하게

특성화시킬 수 있다그림 21은 산란계수를 해석하기 해 2단자 회로망

의 입사 와 반사 에 해 나타냈다

그림 212단자 회로망에서 입사와 반사

Fig21Theincidentandreflectedwavesof2-portnetwork

그림 21의 2단자 회로망에서 의 치를 기 으로 할 때

을 입사 라고 하고 을 반사 라고 정의한다 의 치를 기

으로 할 때를 입사 라 하고를 반사 라 정의한다각

포트에서 출력되는 를 각 포트에 입력되는 를 가지고 수식으로 표

하면 식 21과 식 22와 같다

-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-5-

(21)

(22)

식 21과 식 22를 매트릭스 형태로 표 하면 다음과 같다

(23)

S11S12S21S22는 각각 반사 계수와 달 계수를 나타내며2-포트

회로망의 산란 라미터라고 부른다S- 라미터는 포트 1과 포트 2에서

측정되며각각의 라미터는 다음 식과 같다

입력 반사 계수 (24)

순방향 달 계수 (25)

출력 반사 계수 (26)

역방향 달 계수 (27)

이들 라미터를 측정하여 회로의 입출력 반사계수와 달 이득을 구

할 수 있다[1][2]

-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-6-

22증폭기 이득 공식

고주 증폭기의 설계에서 자주 사용되는 이득 공식에 해서 알아보

도록 하자변환 력이득 력 이득 유효 력 이득 는 다음

과 같이 정의 된다

소스의 유효 전력

부하로 전달된 전력

회로의 입력 전력

부하로 전달된 전력

소스의 유효 전력

회로의 유효 전력

(28)

변환 력 이득은 측정 시 평상 으로 이용하는 이득을 나타내고 유효

력 이득은 입력 측의 부정합 계수를 력 이득은 출력 측 부정합 계수

를 나타내게 된다

안정도 계수 K가 1보다 작을 때 능동소자에서 안정하게 얻을 수 있는

최 이득을 MSG라 하고 이는 다음과 같이 정의 된다

(29)

소자가 무조건 안정일 때 취할 수 있는 최 이득을 MAG라 하고 다음

과 같이 정의 된다

(210)

-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-7-

23증폭기 안정도

고주 증폭기 설계에서 발진으로 인한 오동작을 막고 안정된 증폭기

동작을 하여 안정도는 매우 요하다안정도 해석은 넓은 주 수 범

가능한 모든 종단 그리고 력 벨에 해서도 이루어져야 한다운

용 주 수 역 내에서 안정도가 확보되었을지라도 그 외의 주 수 역

에서의 불안정은 회로 상에서의 발진 가능성을 높여주므로 되도록 넓은

주 수 역에 해 안정도 해석이 이루어져야 하며특히 주 역에

서의 안정도는 소홀히 하기 쉬우므로 이로 인한 발진 가능성도 고려해야

만 한다 한 회로 상에서의 잘못된 지상태 등으로 인한 기생발진도

신 히 고려되어야 한다

그림 22는 일반 인 증폭기의 구조를 나타낸 그림으로임의의 입출

력 임피던스 에 하여 식 (211)을 만족하면주어진 주 수에

하여 무조건 안정하다고 할 수 있다

(211)

식 (211)은다시 식 (212)과 같이 표 할 수 있다

그림 22 2단자 회로망에서의 임피던스 반사계수

Fig22Theimpedenceandreflectioncoefficientof2-portnetwork

-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-8-

ΓS와 Γ

L의 평면에서 식 (212)을 만족하는 Γ

S와 Γ

L에 하여 식

(213)과 식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 경우가 된다즉ΓS와 Γ

L

평면 에 나타난 스미스 차트의 단 원 내부의 모든 이 식 (213)과

식 (214)을 만족하면 무조건 안정한 상태이고 그 지 않으면 잠재 으로

불안정한 상태이다즉 |Γin|=1|Γout|=1을 경계로 하여 안정 역

과 불안정 역을 구분할 수 있다|Γin|=1|Γout|=1인 경계선은

식 (217)식 (218)과 같이 원의 방정식으로 유도된다

|ΓS |lt1 |ΓL|lt1 (212)

|Γin|=|S11+S12S21ΓL1-S22ΓL |lt1 (213)

|Γout|=|S22+S12S21ΓS1-S11ΓS|lt1 (214)

|ΓL-(S22-ΔS11)

|S22|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S22|2-|Δ |2| (215)

|ΓS-(S11-ΔS

22)

|S11|2-|Δ |2 |=|

S12S21

|S11|2-|Δ |2| (216)

여기서Δ=S11S22-S12S21이다

식 (27)(28)에 의한 원을 안정도 원이라고 하며ΓSΓ

L평면에서

|Γin|=1|Γout|=1인 원의 반경과 심은 각각 다음과 같다

출력 안정도 원

(반경) (217)

( 심) (218)

-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-9-

입력 안정도 원

(반경) (219)

( 심) (220)

여기서

(221)

이며과 은 출력 안정도원의 반경과 심을 나타내고와 는

각각 입력 안정도원의 반경과 심을 나타내며 첨자 는 복소 공액을

표시한다

안정도 원은 안정 역과 불안정 역의 경계를 나타내는 식이므로 식들

을 이용하여 안정한 역이 어느 역인지를 별할 필요가 있다이것은

ΓS는 Γ

L평면상에 별이 용이한 역을 택하여 안정 역을 별한

다같은 방법으로 |S11|과 |S22|의 상태에 따른 안정 역을 그림23과

그림 24에 회색 역으로 나타내었다그리고 ΓL평면상에서 식 (222)

과 식 (223)을 만족하면 식 (213)과 식 (214)을 만족하는 경우가 되므로

무조건 안정한 경우이다이러한 경우를 그림 25에 나타내었다

(222)

(223)

-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-10-

frac12 Gfrac12 Gfrac12 G그림 23 Γ

L평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig23ThestableregionandunstableregionatΓLplane

frac12 Gfrac12 G그림 24 Γ

S평면에서의 안정 역과 불안정 역

Fig24ThestableregionandunstableregionatΓSplane

그림 25 무조건 안정을 한 조건

Fig25Theconditionforunconditionalstable

-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-11-

지 까지 회로 상에서 나타나는 소신호 S- 라미터를 이용해 그래픽

으로 안정도를 별하는 방법에 해 알아보았다이와 다른 방법으로 회

로가 나타내는 안정도에 한 특성들을 안정도 계수와 같이 수식 으로

표 할 수 있는데여기서는 안정도 계수를 이용한 몇 가지 방법들에

해 알아보겠다

회로가 무조건 안정 상태에 있으려면 이를 K 인자를 이용해 나타낼 수

있는데 K 인자에 한 정의는 다음과 같다

(224)

무조건 안정한 경우 와 인 경우를 동시에 만족해야 하며 그

지 못한 경우 조건부 안정이 된다

이 때

(225)

로 정의되는 를 이용하는 경우도 있으며이 때 무조건 안정할 조건은

와 인 경우가 모두 만족되어야 한다마찬가지로 이 두 경우

를 모두 만족 시키지 못할 때 조건부 안정이 된다하지만 이와 같이 K

인자를 이용할 경우에는 두 가지의 상황을 계산하여 두 조건을 모두 만

족시키는지를 확인해야 한다이보다 개선된 실용 인 형태의 μ 인자를

이용하는 방법이 있으며 이는 1992년 MLEdwards에 의해 제시되었

다μ 인자에 한 정의는 다음과 같다

μ=1-|S22|

2

|S11-Δ(S22)|+|S21S12|(226)

이 경우 K 인자에서와는 달리 μ 인자만을 이용해 안정도를 별할 수

있으며μgt1인 경우 회로는 무조건 안정하다고 할 수 있다 한 μ 인

자의 값이 클수록 더 나은 안정도를 가지고 있다고 할 수 있다

-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-12-

24잡음지수 정 잡음 지수원

241 잡음지수

잡음지수는 회로에 입력된 신호의 신호 잡음비와 회로를 통한 후의

신호 잡음비의 비율을 나타낸다즉 신호가 임의의 회로를 통과하면

그 회로의 잡음이 더해져서 신호 잡음비가 작아지게 되는데 회로를

통과하면서 신호 잡음비가 얼마나 작아졌는지를 나타내는 것이 잡음

지수이다다음 식 (227)은 이러한 잡음지수를 수식으로 나타낸 것이다

F =[SinNin]

[SoutNout]

=SinNin

GSinG(Nin+Na)= 1+

NaNin

(227)

여기서 은 각각 입력신호와 출력신호의 크기를 나타내며

은 각각 입력 잡음과 출력잡음의 크기를 나타낸다그리고 G는

이득을 나타내며 는 회로 내부에서 더해지는 잡음의 크기를 나타낸다

이러한 잡음지수의 정의 식에 의 개념을 도입하면

(228)

의 잘 알려진 계식을 얻을 수 있다여기에서 은 2포트 회로망의

정규화 된 등가잡음 항이고 는 정규화 된 소스의 어드미턴

스이다그리고 는 최소 잡음지수 값을 얻을 수 있는 소스 어드미턴스

값을 정규화한 값이다

와 를 반사계수 ΓS와 Γ

opt를 이용하여 표 하면

-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-13-

(229)

(230)

식 (221)과 (222)를 식 (220)에 입하면 다음의 결과식이 얻어진다

(231)

증폭기의 체 잡음 압 출력은 입력에 신호를 가하지 않은 상태에서

출력신호를 측정함으로써 알 수 있다이러한 체 잡음출력은 외부에서

인가된 잡음의 증폭분과 증폭기 내부에서 발생한 잡음의 두 가지 성분으

로 구성이 된다

이름에서 증폭기 내부에서 발생된 잡음출력은 시스템의 신호 잡음비

를 악화시키는 요인이 되며이 에서 이러한 잡음 출력은 최소화하는

잡음 설계에 해서 다룬다[7]

242정 잡음 지수원

증폭기의 잡음지수는 식 (232)과 같이 주어진다 는 트랜

지스터의 소스 어드미턴스이고 는 최 잡음 지수를 래하는 최

소스 어드미턴스 은 일때의 최 잡음 지수 은 등가

잡음 항는 소스 어드미턴스의 실수 부분이다

(232)

와 를 반사계수로 나타내면

-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-14-

(233)

(234)

ΓS는 소스 반사계수Γ

opt는 최 반사계수를 나타낸다

(235)

식 (234)을 소스 반사계수와 최 반사계수로 정리하면

(236)

와 같이 되며 ΓS= Γ

opt일 때 이 됨을 알 수 있다

따라서 입력 반사계수를 Γopt로 결정하면 최소의 잡음지수를 얻을 수

있으나 이 값은 최 달 력 이득을 얻기 한 반사 계수 값과는 차

이가 있다

주어진 잡음지수 에 해서 다음과 같이 잡음지수 계수 를 정의

할 수 있다식 (236)로 부터

(237)

이 되며다시 식 (237)로 부터

(238)

-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-15-

이 된다

식을 정리하면원의 방정식을 구할 수 있고이 원을 일정 잡음원이

라 한다

(239)

일정 잡음원의 심과 반경은 다음과 같다

(240)

(241)

만일 =이라면 원의 심은 최 반사계수가 되고반경

이 된다

모든 일정 잡음원은 심이 원 으로부터 Γopt

까지 선을 따라 움직

이며잡음지수가 클수록 원의 심 는 원 으로 더 가까워지고반

경 은 더 커진다

이러한 원들을 정 잡음지수 원 이라고 부르며 형 인 를 그림 26에

나타내었다[10]

그림 26 일반 인 정 잡음지수 원

Figure26 Circlesofconstantnoisefigure

-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-16-

25선형성

251비선형 특성

선형 증폭은 진폭 변조 는 상 변조된 신호 모두를 포함하고 있을

경우에 요구되며 력증폭기에서 매우 요한 설계 사항이다

력이나 효율을 높이면 보통 강한 비선형 특성이 나타나며비선형 인

증폭은 입력된 신호에 하여 출력신호의 진폭이 왜곡되는 원인이 되고

인 채 로의 혼신 에러 검출을 발생시킨다따라서 부분 진폭 선

형성을 효율 RF출력 력과 상호 보완하여 설계한다

강한 비선형 특성을 요구하는 2단자 망이 아닌 경우는 식 (242)와 같이

3차 항만으로 비선형 달 특성을 표 할 수가 있다

(242)

입력 신호 압이 라면 출력 압 특성은 식 (243)과 같이

나타낼 수 있으며 출력신호의 구성을 살펴보면 기본 주 수 과 dc

의 불요 (spurious)신호가 동반됨을 알 수가 있다

(243)

식 (243)에서 기본 주 수 의 출력신호 진폭을 보면

times 인데 이면 times 이 되므로

가상 선형 출력신호 의 진폭보다 작게 된다이것을 이득의 감

소 는 AM-to-AM 변화 특성이라고 한다 한 증폭기에서는 출력 압

의 진폭뿐만 아니라 상 상도 지연되어 나타나는데 이것을

AM-to-PM 변화 특성이라고 하고 식 (244)와 같이 정의된다

-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-17-

(244)

여기에서 는 입력 력에 한 출력의 상 상의 기울기를 의미한다

입력 신호가 작을 때는 신호의 왜곡이 비교 은 선형 역에서 동작

하지만 입력 신호의 크기가 커지면 비선형 달 특성을 일으키는 신호의

진폭과 상의 왜곡이 심해진다그림 27(a)는 비선형 달 특성 에

AM-to-AM 특성을 나타내고 있고 그림 27(b)는 AM-to-PM의 일반

인 특성을 나타내고 있다따라서 이를 바탕으로 증폭기의 선형성을 단

할 수 있다

(a)AM-to-AM 특성 (b)AM-to-PM 특성

그림 27 증폭기의 비선형 특성

Figure27 Thenonlinearcharacteristicsofamplifier

증폭기는 입력 력 벨이 올라갈수록 출력 력의 상 인 이득이

차 감소하는 경향을 보인다이는 력 트랜지스터 자체의 일반 인 비선

형 특성으로이러한 비선형 달특성은 입력 압의 함수로 나타낼 수 있

다동일 진폭을 갖는 두 개의 주 수 성분 가 정 신호로 입력

될 때입력신호는 식 (245)로 표 할 수 있다

(245)

-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-18-

식 (245)와 같은 신호 가 비선형 소자에 인가되면 비선형 요소에 의해

단일 주 수의 정수배에 해당하는 고주 인 가 발생하는데 이는 식

(246)과 같이 개할 수 있다

⋯ (246)

의 개된 값들을 2배각 공식으로 정리하면 식 (247)의 주 수 성분

들을 유도할 수 있으며식 (247)에 개된 값들을 주 수 성분별로 정리

하면 표 21과 같다

⋯ (247)

-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-19-

표 21 2-톤 신호를 비선형 2단자 망에 입력 시 출력 주 수 성분

Table21 Theoutputfrequencycomponentofamplifierfor2-tonesignal

inputtononlinear2-portnetwork

주파수 크 기 비고

직류

기본

2차

고조

3차

고조

2차

혼변조

주 수

3차

혼변조

주 수

표 21에서 보는 바와 같이 기본 주 수가 인 입력 신호에 해

출력단에서는 기본 주 수 외에 DC2차 고조 와 3차

고조 그리고 2차 혼변조 주 수 plusmn와 3차 혼변조 주 수

plusmnplusmnplusmn등이 포함된 출력신호가 발생됨을 알 수 있다

보통 증폭기의 동작 주 수 역은 옥타 역보다 작으므로 불요

신호 DCplusmn 인 주 수 성

분은 동작 주 수 역의 외부에 치하므로 당한 필터를 쓰면 제거할

수 있으나 3차 혼변조 신호는 기본 주 수 에 인 해 있으므로 기

본 주 수에 왜곡을 주게 된다이러한 왜곡은 필터를 사용하여 제거하기

가 어렵기 때문에 선형화기를 반드시 사용해서 통신 시스템의 성능을 향

상 시켜야 한다표 22은 2-톤 신호 입력 시 생성되어 필터로 제거 가능

한 주 수와 어려운 주 수 성분을 구분하여 나타내었으며1-톤 신호 입

-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

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[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

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  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-20-

력 시 비선형 주 수 응답 특성과 2-톤 신호 입력 시 비선형 주 수 응

답 특성을 그림 28에 나타내었다[6][8][9]

표 22 필터로 제거 가능한 주 수 성분과 제거가 어려운 주 수 성분

Table22 Thefrequencycomponentsrejectedandnon-rejectedbyfilter

필터로 제거 가능한 주 수plusmn

필터로 제거 어려운 주 수

그림 28 신호 입력 시 비선형 주 수 응답 특성

Fig28 Thenonlinearfrequencyresponseincaseofsignalinput

2521dB이득 압축

모든 증폭기는 무한 의 력을 내보낼 수 없으며입력 력이 증가할

수록 이득이 어들게 된다소자의 비선형성에 의해 소신호의 선형 인

력이득에 비해 력이득이 1dB 감소되는 때의 력이득을 1dB 이득

압축 ()이라 정의하며식 (248)로 표 된다

(248)

여기서 는 소신호 력이득이다 력이득과 출력 력과의 계는

-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

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(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-21-

식 (249)와 같다

(249)

1dB이득 압축 에서의 출력을 라 식 (250)으로 표 될 수 있다

(250)

는 증폭기가 포화되지 않는다고 가정하 을 때의 출력 벨과 실제

로 포화되는 력곡선과의 력차이가 1dB가 될 때의 력 값이다그림

29에 간략히 나타내었다에서는 신호 이득이 이미 1dB 어든 상태

로 선형성을 벗어났기 때문에 에서의 신호는 완 히 선형 인 신

호가 아니다그래서 최 선형 출력이라 표 은 하지만실제로 선형

으로 동작하는 지 은 보다 3sim5dB정도 낮은 지 이 된다

자체가 꼭 선형 출력 을 의미하는 것은 아니지만선형성을

가름할 수 있는 지표가 되기 때문에 증폭기의 최 출력 력 선형성

을 나타내는 규격으로 사용된다

`

`

OutputPowerdBm

Input Power dBmInput P1dB

1dB Compression Point

`

`

1dB

`

그림 29 1dB압축

Fig29 The1dBGaincompressionpoint

-22-

253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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253상호 혼변조 왜곡

증폭기와 같은 비선형 회로에 신호의 세기가 같고 주 수만 약간 다른

2개의 신호를 인가할 때 그림 210(a)와 같이 상호 혼변조 왜곡 스펙트럼

이 발생하게 되며 력증폭기의 비선형 특성으로 인해 고조 성분과 상

호 혼변조 성분들이 발생한다

(a)IMD3 (b)IP3

그림 210 비선형 회로의 상호 혼변조 왜곡

Fig210 Theinter-modulationofnon-linearitycircuit

상호 혼변조로 인해 발생한 왜곡신호 는 그 왜곡 신호의 크기를 3차

상호 혼변조(IMD3)로 정의하여 선형성의 척도로 사용한다특히

과 와 같이 역폭 내에 존재하는 3차 상호 혼변조 성분은 기본

주 수에 매우 근 해 있어서 필터를 사용하여 제거하기가 어려우며스

펙트럼 재 성장의 주원인이 된다

그림 210(b)는 입력 력에 따른 출력 IP3를 나타낸다선형 인 역에

서 2차와 3차 IMD 력은 입력 력의 1dB 증가에 따라 각각 2dB와

3dB씩 증가한다IMD특성은 출력 력이 포화되는 과 거의 같은 입력

벨에서 포화되지만 이 포화 벨 아래에서의 IMD특성은 거의 직선이

다따라서 입력이 포화 벨보다 은 곳에서기본주 수와 IMD3 력

이 선형 으로 증가한다고 가정했을 때 만나는 을 IP3로 측할 수 있

다[5][6]

-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-23-

26임피던스 정합

임피던스 정합이 요한 이유는 부하가 선로에 정합되었을 때 최 이

득이 달되기 때문이다

임피던스 정합의 방법은만일 리엑턴스의 추가는 ZY 스미스차트에서

동일 항 원을 따른 움직임을 가져오고 병렬 서셉턴스의 추가는 ZY 스

미스 차트에서 동일 컨덕턴스 원을 따른 움직임을 가져온다즉콘덴서

를 어떤 임피던스에 직렬로 연결해 때는 콘덴서의 리액턴스 크기만큼

임피던스의 아래쪽으로(반 시계 방향)즉 항이 일정한 원을 따라서 시

계 반 방향인 아래쪽으로 이동하고인덕터를 임피던스에 직렬로 연결

해주면 콘덴서와 반 되는 이동 즉인덕터의 리액턴스 크기만큼 시계 방

향 쪽으로 이동한다이러한 이동결과에 의해 올바르게 임피던스를 스

미스차트 에 치시킬 수 있다[11][12]

콘덴서를 병렬로 연결해 때는 콘덴서의 서셉턴스 크기만큼 서셉턴스

의 쪽(시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라 시계 방향인 쪽

방향으로 이동하고인덕터를 병렬로 연결하면 인덕터의 서셉턴스 크기만

큼 서셉턴스의 쪽으로 (반시계방향)즉컨덕턴스가 일정한 원을 따라

시계 반 방향인 아래쪽으로 이동한다

그림 211을 살펴보면 스미스 차트 상에서 직렬 혹은 병렬로 연결된 콘

덴서나 인덕터의 이동을 쉽게 볼 수 있을 것이다[3][4][10]

그림 211ZY스미스 차트에서 직병렬 소자를 추가한 효과

Fig211 TheeffectofaddingserialshuntcomponentatZYsmithchart

-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-24-

제 3장 잡음 증폭기 설계 제작

잡음 증폭기 설계는 먼 바이어스 회로를 구성하여 트랜지스터가 동

작할 수 있도록 동작 에 해당하는 압원을 인가하고각 정합회로와 필

터회로를 추가 설계하 다모의실험은 ADS툴을 이용하고제작을 통하

여 실제 측정 분석을 통하여 이를 검증한다

31제안된 통합 잡음 증폭기 개요

GPS를 제외한 AMFMDMB의 입력단은 동일한 포트를 통해서 연결

되어있고 DMB를 제외한 출력단은 동일한 포트를 통해서 연결이 되어있

다제안된 통합 잡음 증폭기는 다 역의 안테나의 수신을 개선시키

는 것에 목 이 있다

그림 31 제안된 잡음 증폭기 구성도

Fig31 TheconfigurationofproposedLow noiseamplifier

제안된 회로를 설계하기 해서 마이크로웨이 역의 회로 설계에

합한 Agilent사의 ADS2005를 사용하며정확한 모의실험을 하여 PCB

재질 정보 사용 소자의 정확한 모델링 라미터를 입력한다 한 수

동 소자는 모의실험과의 오차를 게 하기 하여 ADS2005라이 러리

에 있는 무라다 사의 커패시터와 도코 사의 인덕터를 사용한다그리고

회로 내에 사용되는 모든 마이크로스트립 송선로의 길이를 고려하여

모의실험을 수행한다

-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

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[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-25-

32AM 잡음 증폭기 설계

목표 사양을 만족하는 치 증폭단 설계를 해서는 트랜지스터 선정이

요하다일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의

잡음지수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택

한다하지만 본 설계에서는 AMFM 신호의 강 계 특성으로 인한 선형

성 상호변조 특성을 우선 고려하여 트랜지스터를 선정하 다

그림 32는 선택한 2SC4703소자의 DC-IV 곡선을 나타내었고동작

은 그림에서 보듯이 여러 지 을 선택할 수 있다포화와 능동 역의 경

계 지 의 동작 으로 선정하면 포화에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하

며출력 신호가 차단(cutoff)에 의해서 출력 신호가 왜곡이 발생하는 부

분을 제외하고 가장 한 동작 으로 그림의 동작 을 선택하 다

그림 322SC4703소자의 DC-IV곡선

Fig32 DC-IVcurveof2SC4703

동작 은 다음과 같이 결정하 다

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

그림 33은 부궤환을 용한 회로도를 나타내었다궤환 항의 증가에

따라 입출력 임피던스 변화가 되는데 항값이 증가함에 입출력 임피던

스는 특성임피던스에 근 하게 되지만 안정도 특성이 나빠지기 때문에

한 Trade-off가 요구된다

-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-26-

그림 33안정화 회로 설계

Fig33 Thestablecircuitdesign

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 34(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 커패시터와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고34(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 34입력 정합회로 설계

Fig34 Theinputmatchingcircuitdesign

-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-27-

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 35(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 직렬 인덕터와 병렬 커패시터 성분으로 정합하는 과

정을 나타내었고35(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나타

내었다

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 35출력 정합회로 설계

Fig35 Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 36은 설계된 AM 증폭기를 나타내

었다

그림 36설계된 AM 증폭기 회로

Fig36ThedesignedAM amplifiercircuit

-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-28-

그림 37은 설계된 AM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 AM 역에서

이득은 7dBsim8dB입출력 임피던스는 -10dB이하의 특성을 나타내고 있

(a) Gain and Return Loss (b) 1-dB Compression Point

그림 37설계된 AM 증폭기의 특성

Fig37ThedesignedAM amplifiercircuitcharacter

FM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

신호 제거 특성을 갖도록 하 다REVB에서는 역통과필터로 설계하

으나 FM 증폭단과 단일 입력단자를 사용했을 때 FM 증폭단의 역통

과 특성에 변화를 가져오는 원인이 되었다그림 38은 설계된 역통과

필터 회로의 주 수 특성을 나타내었다

그림 38설계된 BPF특성

Fig38ThedesignedBPFcharacter

-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-29-

그림 39는 역통과필터를 용한 AM 증폭단의 회로 이득 특성을

나타내었다AM 증폭단의 이득은 6sim8dB의 이득 특성 -10dB이

하의 입출력 정합특성을 갖도록 설계하 다FM 역에 한 충분한 제

거 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다

(a) 회로도

(b) 이득 (c)입출력 정합 특성

그림 39설계된 AM 증폭기

Fig39ThedesignedAM amplifier

-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-30-

33FM 잡음 증폭기 설계

회로의 안정화를 해서 부궤환(negativefeedback)기법을 용하 다

부궤환 설계는 이득 조 을 통하여 다음과 같은 특성을 갖도록 할 수

있다그림 310(a)는 궤환 항의 증가에 따른 입출력 임피던스 변화를

나타낸 것으로 항값이 증가함에 입출력 임피던스는 특성임피던스에 근

하게 되고이는 그림 310(c)처럼 이득 증가의 효과를 나타낸다그러

나 궤환 항값의 증가에 따라 그림 310(d)처럼 안정도 특성이 나빠지

기 때문에 한 Trade-off가 요구된다

(a) 부궤환에 의한 안정화 설계 (b) 입출력 임피던스 변화

(c) 이득 변화 (d) 안정도 변화

그림 310FM 안정화 회로 설계 증폭기 특성

Fig310 ThestableFM circuitdesignandamplifiercharacter

-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-31-

입출력 임피던스는 주 수의 함수이므로 단일 주 수에 해서 공액정

합(conjugatematching)을 쉽게 할 수 있지만 동작 주 수의 모든 역

에서 공액정합은 불가능하다입력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하

으며AM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역통과필터(HPF)의

주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 311(a)는 증폭

기의 입력 임피던스를 병렬 인덕터와 직렬 커패시터 성분으로 정합하는

과정을 나타내었고311(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

(a) 회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 311입력 정합회로 설계

Fig311Theinputmatchingcircuitdesign

출력 반사손실을 최소화할 수 있도록 하 으며증폭기의 비선형 동작으

로 발생되는 고조 성분들을 제거하기 하여 역통과필터(LPF)의 주

수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그림 312(a)는 증폭기

의 입력 임피던스를 병렬 콘덴서와 직렬 인덕터 성분으로 정합하는 과정

을 나타내었고그림 312(b)는 설계된 정합회로의 주 수 응답 특성을 나

타내었다

-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-32-

(a) 정합회로 설계 (b)주 수 응답 특성

그림 312출력 정합회로 설계

Fig312Theoutputmatchingcircuitdesign

설계된 입출력 정합회로를 연결했을 때트랜지스터의 bilateral특성으로

설계의 최 화 설계가 요구된다그림 313는 설계된 FM 증폭기를 나타

내었다

그림 313설계된 FM 증폭기 회로

Fig313ThedesignedFM amplifiercircuit

그림 314는 설계된 FM 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 FM 역에서

이득은 14dB입출력 임피던스는 -20dB이하의 특성을 나타내고 있으며

AM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타내고 있다

AM 신호의 유입을 막기 하여 입출력 정합회로를 역통과 특성을 갖

도록 설계하 으며 추가로 입력단에 역통과필터를 삽입하여 높은 FM

-33-

신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

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(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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JOHNWILEYamp SONSINC2001

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[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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신호 제거 특성을 갖도록 하 다회로 사이즈의 증가를 고려하여 낮은

차수의 역통과필터를 설계하 다그림 315는 설계된 필터 회로의 주

수 특성을 나타내었다

(a) 주 수 응답특성 (b) 1-dB 압축

그림 314설계된 FM 증폭기의 특성

Fig314ThecharacterofdesignedFM amplifier

그림 315설계된 BPF특성

Fig315ThecharacterofdesignedBPF

그림 316은 역통과필터를 용했을 때 FM 증폭기의 이득 특성을 나

타낸 것으로 역통과 특성을 나타내고 있으며AM 역에 해서

-50dB이상의 감쇠특성을 나타내고 있다

-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

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JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

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[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-34-

(a) 회로도 (b) 이득 특성

그림 316설계된 FM 증폭기

Fig316thedesignedFM amplifier

34DMB 잡음 증폭기 설계

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 인피니언사의

BFP620을 선택하 다회로의 안정화는 부궤환(negativefeedback)방법

을 용하 다 부궤환 회로망과 안정화 항을 용하여 모든 주 수

역에서 안정도 조건을 만족하도록 하 다지상 DMB주 수 역은

174MHzsim216MHz로 비교 FM 역에 인 하여 있기 때문에 송출 력

이 상 으로 높은 FM 신호는 DMB증폭단에 잡음 간섭 신호로 작

용할 수 있다입출력 정합회로는 FM 신호의 유입을 차단함과 동시에

낮은 잡음지수 특성을 갖도록 설계되어야 한다입력 반사손실을 최소화

할 수 있도록 하 으며FM 역 신호의 유입을 방지하기 하여 고역

통과필터(HPF)의 주 수 응답 특성을 갖도록 정합회로를 구성하 다그

림 317(a)는 정합하는 과정을 나타내었고그림 317(b)는 설계된 정합

회로의 주 수 응답 특성을 나타내었다그림 317(c)는 설계된 입력정합

회로를 용한 증폭단의 특성을 나타낸 것으로 잡음지수는 12dB이하의

특성을 갖지만충분한 FM 역 제거특성을 나타내지 못하고 있다

-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

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[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

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[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

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[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

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[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

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[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-35-

(a) 입력 정합회로 (b) 주 수 응답특성

(c) 증폭기 특성

그림 317설계된 DMB증폭기 특성

Fig317ThedesignedDMBamplifiercharacter

입력단에 역통과필터를 용하는 경우잡음지수 특성이 3dB 이상으

로 높아지는 문제가 발생하여 출력측에 역통과필터를 삽입하여 증폭단

체 달특성이 FM 역신호 제거 특성을 갖도록 하 다출력정합회

로는 FM 역의 감쇠를 최 화하기 하여 역통과필터를 용하 다

그림 318(a)는 설계된 역통과필터 회로를 나타내었고그림 318(b)는

주 수 응답특성을 나타내었다

-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

Ultrawide-bandMicrowaveAmplificationwithGaAsMESFETs

IEEETransMicrowaveTheoryTechMTT-28No4Apr1980

[4]GuillermoGonzalezldquoMicrowaveTransistorAmplifiersAnalysisand

Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

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[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

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[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

NO4April1997pp268-280

[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

2001

[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-36-

(a) 역통과필터

(b) 주 수 응답 특성

그림 318 역통과필터 설계

Fig318Thebandpassfilterdesign

그림 319은 설계된 DMB증폭단의 회로를 나타내었다입력단에는 FM

역 제거특성을 개선하기 하여 직렬공진회로를 추가로 사용하 으며

원하는 특성을 얻기 하여 최 화 튜닝 작업을 하 다소자들은 무

라타 인덕터 커패시터 모델링 값을 용하 다

그림 319설계된 DMB증폭기 회로

Fig319ThedesignedDMBamplifiercircuit

-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

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(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

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그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

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37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

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372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

Ultrawide-bandMicrowaveAmplificationwithGaAsMESFETs

IEEETransMicrowaveTheoryTechMTT-28No4Apr1980

[4]GuillermoGonzalezldquoMicrowaveTransistorAmplifiersAnalysisand

Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

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[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

1990

[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

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[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

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[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

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[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-37-

그림 320는 설계된 DMB증폭기의 특성을 나타낸 것으로 DMB 역에

서 이득은 17dB입출력 임피던스는 -10dB-15dB 이하의 특성을 나타

내고 있으며FM 역 신호에 해서는 -23dB이하의 감쇠 특성을 나타

내고 있다잡음지수는 15dB이하의 특성을 갖는다

(a) 증폭기 특성

(b) 잡음지수 특성

그림 320설계된 DMB증폭기의 특성

Fig320ThecharacterofdesignedDMBamplifier

단일 안테나로 AMFM DMB수신을 하는 구조이므로 DMB증폭단

은 AMFM 증폭단과 동일한 단자를 사용하게 된다이를 고려하여 그림

321과 같이 통합된 모듈 조건에서 모의실험을 수행하 다그림 321(b)

에서 보듯이 AMFM 역은 통합 이 의 특성과 동일한 특성을 나타내

는 반면에 DMB증폭단의 이득은 통합 이 의 17dB이득에서 10dB정

도로 하되고 있음을 알 수 있으며그림 321(c)에서 보듯이 잡음지수

특성이 48dB로 격하게 증가하는 특성을 갖는다단일 입력 단일 출

력 구성에 의하여 T-DMB증폭단의 잡음지수 이득 특성이 하되는

문제를 해결하기 해서 T-DMB 수신시에는 AMFM 단자를 격리시켜

주는 스 칭 회로를 용하는 방법이 있다하지만 이러한 방식은 가격

-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

Ultrawide-bandMicrowaveAmplificationwithGaAsMESFETs

IEEETransMicrowaveTheoryTechMTT-28No4Apr1980

[4]GuillermoGonzalezldquoMicrowaveTransistorAmplifiersAnalysisand

Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

Sons1998

[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

1990

[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

NO4April1997pp268-280

[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

2001

[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-38-

공간에 제약을 받으며 한 AMFM 증폭단과 T-DMB증폭단의 격

리도 특성에 한계가 있다는 단 을 갖는다

(a) 이득 특성 (b) 잡음지수 특성

그림 321AMFMT-DMB증폭단 통합설계

Fig321TheintergratedDesignofAMFMDMB

그림 322(a)는 통합 안테나 모듈에서 능동 증폭단의 구성을 나타낸 것

으로 T-DMB와 AMFM 출력을 다른 분리하는 구조를 선택하 다그

림 322(b)와 (c)는 AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단의 출력을 각각

다른 단자를 사용한 경우에 한 모의실험 결과를 나타낸 것으로 AM 증

폭단 이득은 7dBFM 증폭단 이득은 13dB그리고 T-DMB증폭단의 이

득은 17dB특성을 나타내고 있다각 증폭단의 잡음지수 특성을 나타내

는 그림 322(c)에서 보듯이 T-DMB증폭단은 12dB정도의 잡음지수

특성을 나타내고 있다

-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

Ultrawide-bandMicrowaveAmplificationwithGaAsMESFETs

IEEETransMicrowaveTheoryTechMTT-28No4Apr1980

[4]GuillermoGonzalezldquoMicrowaveTransistorAmplifiersAnalysisand

Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

Sons1998

[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

1990

[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

NO4April1997pp268-280

[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

2001

[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-39-

(a) AMFM 증폭단과 T-DMB 증폭단 구성도

(b) 이득 특성

(c) 잡음지수

그림 322통합설계 특성

Fig322Theintergrateddesigncharacter

-40-

35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

Ultrawide-bandMicrowaveAmplificationwithGaAsMESFETs

IEEETransMicrowaveTheoryTechMTT-28No4Apr1980

[4]GuillermoGonzalezldquoMicrowaveTransistorAmplifiersAnalysisand

Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

Sons1998

[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

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[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

NO4April1997pp268-280

[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

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[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

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[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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35GPS 잡음 증폭기 설계

GPS단품의 하드웨어 성능의 차이보다는 GPS 성 알고리즘이나 안테

나 치 성능에 따라 향을 받는다GPS성능에 향을 미치는 주

에 구성된 지면EMI를 향상시키기 한 EMI차폐 도료세시

(chassie)의 재질 등이 있다일반 으로 사용되고 있는 GPS 신호의 반

송 심주 수는 157543MHz를 심으로 2064MHz 역폭을 갖고 있

다안테나 성능을 나타내는 특성을 방사패턴이득 축비 역폭

VSWR과 같은 지표로 표기할 수 있다GPS 성 신호는 성에서 직

수신되는 RHCP신호에 외부 지형물에 의해 반사되어 편 flip에 의해서

발생되는 LHCP신호가 함께 존재한다이러한 LHCP 신호를 제거하기

한 방법은 안테나의 Polarization purity를 확보하는 것이다

Polarizationpurity특성은 안테나 축비가 좋아야 한다

다음으로는 송선로와 안테나 속부에서 반사를 최소화하기 해 임

피던스 정합과 잡음 증폭기의 이득을 고려해야 한다약한(-115dBmsim

-150dBm)GPS신호를 모듈에서 인식할 수 있는 수 까지 증폭하기

해서 잡음 증폭기를 사용하며최 의 성능을 낼 수 있도록 증폭이득을

선택해야 한다증폭이득을 무 낮게 설정하는 경우약 계에서 GPS

신호를 정 수 까지 증폭하지 못함에 따라 GPS수신감도가 하되고

증폭이득을 무 높게 설정하는 경우강 계에서 포화가 발생하여 수신

감도가 하된다

일반 으로 수신기의 체 잡음특성은 앞단에 치한 증폭기의 잡음지

수 특성에 많은 향을 받기 때문에 잡음지수가 낮은 소자를 선택한다

선택한 소자는 낮은 잡음지수 높은 이득 특성을 갖는 Infineon사의

BFP620F를 선택하 다후단의 역통과 필터는 EPCOS사의 B4060모

델을 사용하 다

-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

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Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

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TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

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[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

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[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

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CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-41-

그림 323증폭소자의 압- 류 특성

Fig323IVcurvecharacterofamplifier

그림 324은 설계된 GPS증폭기를 나타낸 것으로 입출력 정합회로와 바

이패스 캐패시터그리고 원하는 바이어스를 구 하기 한 력분배회로

로 구 되었다

그림324설계된 GPS증폭기 회로도

Fig324ThedesignedGPSamplifiercircuit

그림 325에서 설계된 회로는 심주 수 역에서 19dB정도의 충분한

이득을 가지며 입력 정합값은 -11dB출력 정합값은 -9dB정도의 값을 가

진다잡음지수는 심주 수에서 약 06정도이고 안정도는 넓은 역에

서 1이상의 안정한 값을 가진다

-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

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Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

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Sons1998

[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

1990

[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

NO4April1997pp268-280

[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

2001

[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-42-

(a) 이득 (b) 잡음지수

그림 325설계된 GPS증폭단 특성

Fig325ThecharacterofdesignedGPSamplifier

GPS의 출력단은 AMFM 출력단과 동일한 포트로 나오게 제작되었다

주 수 역의 큰 차이로 서로의 회로에 향을 주지는 않으나 제작과정

에서 AMFM 출력단의 긴 라인길이가 GPS단에 향을 끼쳐서 GPS출

력정합을 틀어지게 만들었다따라서 AMFM 출력라인과 출력단이 만나

는 끝부분에 FM 역까지 통과를 시키는 LPF를 달아서 GPS단에서 보았

을 때 개방회로로 동작하도록 만들었다

36제안된 잡음 증폭기 제작

본 연구에서 제안한 잡음 증폭기를 제작하기 하여 제 32-35 에서

의 회로를 바탕으로 PCB회로를 구성한다 원선을 연결할 시에는 충분

한 류를 견딜 수 있는 폭으로 설계해야하고 주 수에 따라서 소자간의

연결라인들의 효과들을 고려해서 재설계해야한다

통합 잡음 증폭기는 AMFMDMBGPS에서의 잡음 증폭기들을

제작 측정하 으며최종 으로 통합된 회로를 구 한다PCB제작을

해 Agilent사의 ADS2005와 MentorGraphics사의 PADS를 겸하여 이

아웃을 수행한다

회로내의 소자와 송선로간의 커 링을 방지하기 하여 소자의 배치

를 고려하 다성능 하의 원인을 분석하여 설계에 반 하 고최 의

성능을 얻기 하여 반복 과정을 수행한다

그림 326은 설계된 잡음 증폭기의 이아웃 앞면과 뒷면을 보여주고

있다

-43-

그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

Ultrawide-bandMicrowaveAmplificationwithGaAsMESFETs

IEEETransMicrowaveTheoryTechMTT-28No4Apr1980

[4]GuillermoGonzalezldquoMicrowaveTransistorAmplifiersAnalysisand

Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

Sons1998

[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

1990

[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

NO4April1997pp268-280

[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

2001

[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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그림 326 설계된 잡음 증폭기 이아웃

Fig326 ThelayoutofoveralldesignedLNA

그림 327는 유 율 46두께 10mm인 FR-4기 에 구 한 잡음 증

폭기 실제사진이다집 정수 소자는 1608크기의 칩 타입 커패시터

인덕터를 사용하 다제작된 력증폭기의 크기는 3535mm2이다

그림 327 제작된 실제 사진

Fig327 Thepictureoffabricatedobjects

-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

Ultrawide-bandMicrowaveAmplificationwithGaAsMESFETs

IEEETransMicrowaveTheoryTechMTT-28No4Apr1980

[4]GuillermoGonzalezldquoMicrowaveTransistorAmplifiersAnalysisand

Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

Sons1998

[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

1990

[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

NO4April1997pp268-280

[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

2001

[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-44-

37제안된 잡음 증폭기 측정

371 소형화된 통합 모듈의 AM 증폭단 측정

그림 328는 AM 역 특성을 나타낸 것으로 500KHzsim16MHz 역에

서 6sim7dB이득 특성을 갖으며FM 신호의 제거 특성은 -50dB이상

의 특성을 나타내고 있다 역 내 격리도 특성은 -20dB이하의 특성을

나타내고 있고 -10dB 이하의 입력 정합 특성과 -15dB 이하의 출력

정합특성을 나타내었다1dB압축 특성은 최 이득을 갖는 1MHz주

수에서 입력 1dB 압축 은 00dBm 특성을 갖는다 주 역이기

때문에 원하는 역에서 아주 정확한 소자값들을 사용할 수 없는 경우가

발생했지만 일반 상용제품에서도 AM 역은 일종의 완충증폭기로 설계

가 되면 강 계 특성으로 인하여 충분히 수신이 가능하다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 328설계된 AM 증폭단 특성

Fig328ThecharacterofdesignedAM amplifier

-45-

372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

Ultrawide-bandMicrowaveAmplificationwithGaAsMESFETs

IEEETransMicrowaveTheoryTechMTT-28No4Apr1980

[4]GuillermoGonzalezldquoMicrowaveTransistorAmplifiersAnalysisand

Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

Sons1998

[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

1990

[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

NO4April1997pp268-280

[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

2001

[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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372 소형화된 통합 모듈의 FM 증폭단 측정값

그림 329는 이득 특성을 나타낸 것으로 70MHzsim120MHz 역에서 11

dB이득 특성을 갖으며AM 신호의 제거 특성은 -50dB이상의 특성을

나타내고 있으며 200MHz이상의 역에서는 -20dB이상의 제거 특성을

나타내고 있다입력정합은 측정 역에서 -8dB이하의 특성을 나타내고

있고 -20dB이하의 격리도 특성과 -10dB이하의 출력 정합특성을 나

타내었다 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 최 이득을 갖는

98MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 00dBm 특성을 갖는다통합된

회로에서 DMB 역의 향을 미세하지만 받고 있다스 칭 회로를 사용

하여 이 문제를 해결할 수 있지만 본 설계에서는 크기문제를 으로

고려하 기 때문에 각 회로간에 필터를 사용하여 각 신호들간의 격리도

를 개선하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 329설계된 FM 증폭단 특성

Fig329ThecharacterofdesignedFM amplifier

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

Ultrawide-bandMicrowaveAmplificationwithGaAsMESFETs

IEEETransMicrowaveTheoryTechMTT-28No4Apr1980

[4]GuillermoGonzalezldquoMicrowaveTransistorAmplifiersAnalysisand

Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

Sons1998

[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

1990

[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

NO4April1997pp268-280

[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

2001

[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
Page 58: Disclaimer - inha.ac.kr · 저작자표시 2.0 대한민국 이용자는 아래의 조건을 따르는 경우에 한하여 자유롭게 l 이 저작물을 복제, 배포, 전송,

-46-

373 소형화된 통합 모듈의 DMB 증폭단 측정값

그림 428은 DMB 증폭기의 이득 특성을 나타낸 것으로 175MHzsim

220MHz 역에서 9sim13dB이득 특성을 나타내고 있으며-34sim-38dB

이하의 격리도 특성을 나타내었다입력정합은 -12sim-20dB이하의 특성

을 나타내며-11sim-15dB이하의 출력정합 특성을 나타내었다 DMB

증폭기의 1dB 압축 특성을 나타낸 것으로 200MHz주 수에서 입력

1dB압축 은 -17dBm 특성을 갖는다DMB증폭기는 FM 신호의 향

을 최소화하기 해서 입력단에 DMB 역을 통과시키는 필터를 구 하

다출력단도 동일하게 역통과 필터를 구 하 으나 동일한 출력 포

트로 AMFMDMBGPS단들을 묶어서 설계할 경우에는 잡음지수가 나

빠지기 때문에 잡음지수의 개선을 하여 DMB출력단만 별도로 분리하

여 설계제작하 다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 330설계된 DMB증폭단 특성

Fig330ThecharacterofdesignedDMBamplifier

-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

Ultrawide-bandMicrowaveAmplificationwithGaAsMESFETs

IEEETransMicrowaveTheoryTechMTT-28No4Apr1980

[4]GuillermoGonzalezldquoMicrowaveTransistorAmplifiersAnalysisand

Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

Sons1998

[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

1990

[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

NO4April1997pp268-280

[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

2001

[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-47-

374 소형화된 통합 모듈의 GPS 증폭단 측정값

그림 331은 GPS 증폭기의 특성을 나타낸 것으로 1575MHz에서 176

dB이득 특성을 나타내고 있으며-24dB이하의 격리도 특성을 나타내

고 입력정합은 -34dB 이하의 특성을 나타내고출력 정합특성은 -10

dB이하를 나타내었다 GPS증폭기의 1dB압축 특성을 나타낸 것

으로 1575MHz주 수에서 입력 1dB압축 은 -10dBm 이하의 특성을

갖는다GPS증폭기는 고주 특성으로 인하여 회로의 스트립라인이 회

로의 특성에 향을 주게된다단독으로 설계된 경우라면 선의 길이를 최

소로 하여 설계가 가능하나 본 설계에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하

나의 기 에 구 되었기 때문에 회로상에서 불가피하게 선의 길이를 늘

일 수 밖에 없는 경우가 발생하게 되었다그래서 시뮬 이션상에서의 소

자값과 실제 제작시 사용된 소자값에는 차이가 있었고 측정을 해가면서

그 값들을 보정해나갔다

(a) 산란계수 (b) 1dB 압축

그림 331설계된 GPS증폭단 특성

Fig331TheCharacterofdesignedGPSamplifier

-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

Ultrawide-bandMicrowaveAmplificationwithGaAsMESFETs

IEEETransMicrowaveTheoryTechMTT-28No4Apr1980

[4]GuillermoGonzalezldquoMicrowaveTransistorAmplifiersAnalysisand

Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

Sons1998

[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

1990

[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

NO4April1997pp268-280

[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

2001

[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-48-

375 통합 잡음 증폭기 체 성능

각단들을 통합 설계하여 제작한 모듈로 측정한 체 성능표가 아래 표

23에 나타나있다 각각의 단들을 개별 설계하여 측정한 데이터와는 약간

의 오차를 가지고 있으나 시스템 성능에 향을 만큼 큰 변화를 나타

내지는 않는다 앞서 설명하 듯 DMB 잡음 증폭기의 출력단을 다른

증폭기들의 출력단과 결합하여 설계시 잡음지수 열화에 향을 미쳐서

본 설계에서는 입력단은 동일한 포트를 사용하지만 출력단에서는 분리된

구조를 사용하 다 도출된 측정값과 모의실험값과도 이득은 큰 차이가

없으며 입출력단을 통합하는 과정에서 설계와는 다소 차이가 입출력 정

합값을 가지게 된다 오차가 발생한 입출력 임피던스들은 측정시 실제 소

자값을 변경하며 보정을 하여 맞춰주었다 유사한 주 수 역에서 다른

회로들 간에 간섭을 일 수 있는 방법과 크기를 고려하여 충한 설계

를 할 필요가 있다 본 설계에서는 수용할 수 있는 범 내에서 최소의

크기를 하여 별도의 스 치 회로를 이용하여 각각의 시스템들을 통합

하지 않았다

표 23 통합 잡음 증폭기의 성능

Table23 TheperformanceofintergratedLNA

S21(dB) S12(dB) S11(dB) S22(dB) P1dB(dBm) NF(dB)

AM 6sim7 -20 -10 -15 0 -

FM 11 -20 -8 -10 0 27

DMB 9sim13 -34sim-38 -12sim-20 -11sim-15 -17 3

GPS 176 -24 -34 -10 -10 13

-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

Ultrawide-bandMicrowaveAmplificationwithGaAsMESFETs

IEEETransMicrowaveTheoryTechMTT-28No4Apr1980

[4]GuillermoGonzalezldquoMicrowaveTransistorAmplifiersAnalysisand

Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

Sons1998

[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

1990

[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

NO4April1997pp268-280

[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

2001

[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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-49-

제 4장 결 론

본 논문에서는 차량용에서 사용될 수 있는 DABDMBGPS용 통합

잡음 증폭기 구 에 하여 연구하 고 통합된 각 시스템들을 최소한의

입력출력단으로 통합하기 해서 각 시스템간의 격리를 해 입출력 정

합회로에 여 기를 구성하 다본 논문의 회로설계는 Agilent사의 ADS

를 이용하여 설계하 으며 MentorGraphics사의 PADS를 이용하여 PCB

이아웃을 수행하 다설계 제작에는 유 율 46두께 10mm인

FR4기 을 사용하 으며 잡음 증폭기용 트랜지스터는 Infineon사의

BFP620F트랜지스터와 NEC사의 2SC3357와 2SC4703가 이용되었다제

작된 통합 잡음 증폭기 모듈의 크기는 35times35mm이다

제작된 통합 잡음 증폭기는 AM 역에서 6sim7dB의 이득과 -20dB이

하의 격리도 특성과 -10dB이하의 입력 정합 특성과 -15dB이하의 출력

정합 특성 그리고 1MHz주 수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가진

다FM 역에서는 11dB의 이득과 -20dB이하의 격리도 특성과 -8dB이

하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합 특성 그리고 98MHz주

수에서 00dBm의 입력 1dB압축 을 가지고 27dB의 잡음지수를 가진

다DMB 역에서 9sim13dB의 이득과 -34sim-38dB이하의 격리도 특성과

-10sim-20dB이하의 입력 정합 특성과 -11sim-15dB이하의 출력 정합 특성

그리고 200MHz주 수에서 -17dBm의 입력 1dB 압축 을 가지고 3dB

의 잡음지수를 가진다 GPS 역에서는 176dB의 이득과 -24dB이하의

격리도 특성과 -34dB이하의 입력 정합 특성과 -10dB이하의 출력 정합

특성 그리고 1575MHz주 수에서 -100dBm의 입력 1dB압축 을 가지

고 13dB의 잡음지수를 가진다AM 역에서는 입출력단에 역통과필

터를 사용하여 AM 역에 신호외에는 다른 신호가 들어올 수 없도록 설

계하여 가장 인 한 역인 FM 신호를 차단하 다FM 역에서는

역통과필터를 사용하여 AM 역과 DMB 역에서의 신호들을 차단할

수 있도록 설계되었다AM과 FM 용 잡음 증폭기는 신호의 강 계 특

성으로 인하여 최 한 선형성을 가질 수 있도록 회로를 구 하 고 소자

한 선형 인 특성이 우수한 제품을 사용하 다DMB 역에서는 입력

단을 고역통과필터를 사용하여 인가되는 AM과 FM 신호를 차단할 수

-50-

있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

Ultrawide-bandMicrowaveAmplificationwithGaAsMESFETs

IEEETransMicrowaveTheoryTechMTT-28No4Apr1980

[4]GuillermoGonzalezldquoMicrowaveTransistorAmplifiersAnalysisand

Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

Sons1998

[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

1990

[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

NO4April1997pp268-280

[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

2001

[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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있게 하 고 출력단에는 역통과필터를 사용하여 다른 신호의 향이

없도록 설계하 다하지만 설계된 회로에서 인 한 FM 역의 신호

향으로 잡음지수가 열화되는 상이 발생하여 DMB 역의 출력단만을

별도로 격리시키는 구조로 설계되었다AMFMDMB 역은 상 으

로 주 역이기 때문에 그 역에서의 신호들이 GPS 역에서 큰

향을 미치지는 않는다하지만 고주 특성으로 인하여 선로의 길이가 회

로의 특성에 향을 다본 회로에서는 4개의 잡음 증폭기들을 하나

의 회로에 구 함으로써 불가피하게 선로의 길이가 길어지는 경우가 발

생했다그래서 GPS용 잡음 증폭기 특성은 시뮬 이션상에서의 정합시

킨 소자들의 값과는 차이를 보 다그래서 제작된 회로상에서의 라인길

이를 다시 시뮬 이션상에서 고려하여 다시 정합회로를 설계하고 실제

측정을 하며 그 소자값을 보정해나갔다

본 논문은 차량용 통합 잡음 증폭기로서 소형화된 회로로 제작됨으로

써 설치의 용이성을 가지고 있고 최소한의 입출력단을 통해서 안테나와

의 용이한 연결을 이룰 수 있으므로 차량용 안테나 시스템에서 용이하게

사용될 수 있을 것이고 다른 분야에서도 응용이 가능하다고 생각된다

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

Ultrawide-bandMicrowaveAmplificationwithGaAsMESFETs

IEEETransMicrowaveTheoryTechMTT-28No4Apr1980

[4]GuillermoGonzalezldquoMicrowaveTransistorAmplifiersAnalysisand

Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

Sons1998

[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

1990

[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

NO4April1997pp268-280

[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

2001

[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
Page 63: Disclaimer - inha.ac.kr · 저작자표시 2.0 대한민국 이용자는 아래의 조건을 따르는 경우에 한하여 자유롭게 l 이 저작물을 복제, 배포, 전송,

-51-

참 고 문 헌

[1]DMPozarldquoMicrowaveandRF DesignofWirelessSystemrdquo

JOHNWILEYamp SONSINC2001

[2]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[3] K B Niclas et al The Matched Feedback Amplifier

Ultrawide-bandMicrowaveAmplificationwithGaAsMESFETs

IEEETransMicrowaveTheoryTechMTT-28No4Apr1980

[4]GuillermoGonzalezldquoMicrowaveTransistorAmplifiersAnalysisand

Designrdquo2ndPrenticeHallINC1997

[5]DMPozarldquoMicrowaveEngineeringrdquo2nd edJohn Wiley

Sons1998

[6]GD VendelinldquoMicrowaveCircuitDesignrdquoJhonWileyandSons

1990

[7]J JWhelehanLow-Noise Millimeter-Wave ReceiversIEEE

TransationsonMicrowaveTheoryandTechniquesVolMTT-25

NO4April1997pp268-280

[8]MMRadmaneshldquoRadioFrequencyandMicrowaveElectronicsrdquo

PrenticeHallPTR2001

[9] M M Radmanesh ldquoRadio Frequency and MICROWAVE

ELECTRONICSILLUSTRATEDrdquoPERSON EDUCATION KOREA

2001

[10]GirlandoPalmisanNoiseFigureandImpedanceMatchinginRF

CascodeAmplifierIEEEVOL46pp1388-13961999

[11]박효달ldquoMMIC기술에 용이한 역 분포증폭기의 역폭 증가에

-52-

한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌
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한 연구rdquo마이크로 연구회 학술발표 논문집제 15권 제 2호

pp32-351992년 10월

[12]HDParkEtude etrealisation dun amplificateurdistribue

hyperfrequencesentechnologiehybridePhDthesis19877

  • 제 1 장 서론
  • 제 2장 저잡음 증폭기 이론
    • 21 산란계수
    • 22 증폭기 이득 공식
    • 23 증폭기 안정도
    • 24 잡음지수 및 정 잡음 지수원
      • 241 잡음지수
      • 242 정 잡음 지수원
        • 25 선형성
          • 251 비선형 특성
          • 252 1dB 이득 압축점
          • 253 상호 혼변조 왜곡
            • 26 임피던스 정합
              • 제 3 장 저잡음 증폭기 설계 및 제작
                • 31 제안된 통합 저잡음 증폭기 개요
                • 32 AM 저잡음 증폭기 설계
                • 33 FM 저잡음 증폭기 설계
                • 34 DMB 저잡음 증폭기 설계
                • 35 GPS 저잡음 증폭기 설계
                • 36 제안된 저잡음 증폭기 제작
                • 37 제안된 저잡음 증폭기 측정
                  • 제 4 장 결론
                  • 참고문헌