고주파모델링을 위한 이중게이트 FET의 열잡음 파라미터 추출과 분석

김규철,Kim, Gue-Chol 한국전자통신학회 2013 한국전자통신학회 논문지 Vol.8 No.11

In this paper, noise parameters for high frequency modeling of dual-gate FET are extracted and analyzed. To extract thermal noise parameter of dual gate, noise characteristics are measured by changing input impedance of noise source using Tuner, and the influence of pad parasitic elements are subtracted using open and short dummy structure. Measured results indicated that the dual-gate FET is improved the noise figure by 0.2dB compared with conventional cascode structure FET at 5GHz, and it confirmed that the noise figure has dropped due to reduction of capacitances between the drain and source, gate and drain by simulation and analysis of small-signal parameters. 본 논문에서는 이중게이트 FET를 고주파회로에 응용하기 위해 필요한 열잡음 파라미터를 추출하여 그 특성을 분석하였다. 이중게이트 열잡음 파라미터를 추출하기 위해 튜너를 이용해 잡음원의 임피던스를 바꿔가며 잡음특성을 측정하였으며, open과 short 더미를 이용해서 패드의 기생성분을 제거하였다. 측정결과 일반적인 캐스코드구조의 FET와 비교해서 5GHz에서 약 0.2dB의 잡음 개선효과가 있음을 확인하였으며, 시뮬레이션과 소신호 파라미터 분석을 통해 드레인 소스 및 드레인 게이트간 캐패시턴스의 감소에 의해 잡음지수가 줄어들었음을 확인하였다.

공핍형 SOI MOSFET를 이용한 5GHz대역 저잡음증폭기

김규철,Kim, Gue-Chol 한국정보통신학회 2009 한국정보통신학회논문지 Vol.13 No.10

SOI MOSFET를 이용하여 5GHz대역 저잡음 증폭기를 설계하였다. 잡음특성을 향상시키기 위해 공핍형 SOI-MOSFET를 사용하였고, 저전압에서 동작시키기 위해 소스접지와 게이트접지 증폭기를 연결한 2단형으로 설계 하였다. 제작된 LNA는 5.5GHz에서 이득이 21dB, S11이 -10dB이하, 소비전력 8.3mW의 결과를 얻었으며 잡음지수는 공핍형 저잡음 증폭기가 1.7dB로 일반형보다 0.3dB 개선된 결과를 얻을 수 있었다. 이 같은 결과로 공핍형 SOI MOSFET를 사용함으로써 보다 잡음특성이 우수한 CMOS LNA를 설계 할 수 있음을 확인하였다. A 5-GHz band Low Noise Amplifier(LNA) using SOI MOSFET is designed. To improve the noise performance, depletion-type SOI MOSFET is adopted, and it is designed by the two-stage topology consisting of common-source and common-gate stages for low-voltage operation. The fabricated LNA achieved an S11 of less than -10dB, voltage gain of 21dB with a power consumption of 8.3mW at 5.5GHz, and a noise figure of 1.7dB indicated that the depletion-type LNA improved the noise figure by 0.3dB compared with conventional type. These results show the feasibility of a CMOS LNA employing depletion-type SOI MOSFET for low-noise application.

마이크로스트립 종단형 CSRR구조를 이용한 X-band 레이다용 전압제어발진기의 설계

김규철,Kim, Gue-Chol 한국전자통신학회 2013 한국전자통신학회 논문지 Vol.8 No.9

본 논문에서는 마이크로스트립라인 종단형 CSRR구조를 이용하여 X-band 레이다에 사용하는 새로운 전압 제어 발진기를 제안하였다. 마이크로스트립 종단형 CSRR을 발진기와 버퍼 사이에 삽입되는 필터로 사용하여 고주파억압특성을 개선하였다. 측정 결과 제어전압을 0~10V로 가변 하였을 때 9.28~9.39GHz가 발진 하였으며 발진주파수 9.35GHz에서 16.6dBm의 높은 출력을 얻을 수 있었다. 또한 일반적인 발진기 보다 고주파억압 특성이 10.4dB 개선되었다. In this paper, a novel voltage controlled oscillator(VCO) using CSRR loaded microstrip line for X-band RADAR is proposed. Using the microstrip line loaded CSRR inserted between the oscillator and buffer to the filter, the harmonic suppression has been improved. The measured results of the fabricated oscillator shows that its oscillation frequencies are from 9.28 to 9.39GHz according to the tuning voltage 0~10V, its output power level are about 16.6dBm at 9.35GHz. Compared with VCO using the conventional VCO, VCO using CSRR loaded microstirp, the harmonic suppression characteristic has been improved in 10.4dB

단채널 MOSFET의 열잡음 모델링을 위한 잡음 파라메터의 분석과 추출방법

김규철,Kim, Gue-Chol 한국정보통신학회 2009 한국정보통신학회논문지 Vol.13 No.12

단채널 MOSFET의 열잡음 모델링을 위한 정밀한 잡음 파라메터를 유도하고 추출했다. MOSFET의 잡음 파라메터를 계산하기 위한 Fukui모델을 단채널에서의 기생성분의 영향을 고려하여 수정하였고, 기존의 모델식과 비교하였다. 또한 소자 고유의 잡음원을 얻기 위해서 서브마이크론 MOSFET의 잡음 파라메터(최소잡음지수 $F_{min}$, 등가잡음 저항 $R_n$, 최적 소스어드미턴스 $Y_{opt}=G_{opt}+B_{opt}$)를 추출하는 방법을 제시하였다. 이러한 추출방법을 통하여 프로브패드의 영향과 외부기생소자 영향을 제거한 MOSFET 고유의 잡음 파라메터가 RF잡음측정으로부터 직접 얻어지게 된다. In this paper, an accurate noise parameters for thermal noise modeling of short channel MOSFET is derived and extracted. Fukui model for calculating the noise parameters of a MOSFET is modified by considering effects of parasitic elements in short channel, and it is compared with conventional noise model equation. In addition, for obtaining the intrinsic noise sources of devices, noise parameters(minimum noise figure $F_{min}$, equivalent noise resistance $R_n$ optimized source admittance $Y_{opt}=G_{opt}+B_{opt}$) in submicron MOSFETs is extracted. With this extraction method, the intrinsic noise parameters of MOSFET without effects of probe pad and extrinsic parasitic elements from RF noise measurements can be directly obtained.

슬롯깊이 변화에 따른 도파관 슬롯 안테나의 설계

김규철,Kim, Gue-Chol 한국전자통신학회 2013 한국전자통신학회 논문지 Vol.8 No.4

We design a slotted waveguide antenna for X-band which a 1.4m length with slot depth variation. A 54 slot array is modeled and simulated by CST, and the side lobe level is suppressed effectively in a certain range of frequency. The experimental results of the antenna show that its gain, maximum sidelobe level and half power beam-width are 21.8dB, -31dB and 2.0deg, respectively. 본 논문에서는 슬롯의 깊이를 변화시켜 X-밴드에서 동작하는 1.4m길이의 도파관 슬롯배열 안테나를 설계하였다. 54개의 슬롯배열이 모델링되어 CST로 시뮬레이션 되었으며 부엽레벨은 주어진 주파수 범위에서 효과적으로 억압되었다. 안테나의 측정 결과 이득은 21.8dB, 최대 부엽레벨은 -31dB, 반전력빔폭은 $2.0^{\circ}$의 결과를 얻을 수 있었다.

NQS효과를 고려한 FD-SOI MOSFET의 고주파 소신호 모델변수 추출방법

김규철,Kim, Gue-Chol 한국정보통신학회 2007 한국정보통신학회논문지 Vol.11 No.10

An accurate and simple method to extract equivalent circuit parameters of fully-depleted silicon-on-insulator MOSFETs small-signal modeling operating at RF frequencies including the non-quasi static effects is presented in this article. The advantage of this method is that a unique and physically meaningful set of intrinsic equivalent circuit parameters is extracted by de-embedding procedure of extrinsic elements such as parasitic capacitances and resistances of MOSFETs from measured S-parameters using simple Z- and Y- matrices calculations. The calculated small-signal parameters using the presented extraction method give modeled Y-parameters which are in good agreement with the measured Y-parameters from 0.5 to 20GHz. 본 논문에서는 NQS(non-quasi-static)효과를 고려한 FD(fully depleted)-SOI(silicon-on-insulator) MOSFETs의 고주파 소신호 모델링을 위한 등가회로 변수들을 간단하고 정확히 추출하는 방법을 제시하였다. 제시된 추출방법은 임피던스와 어드미턴스 행렬계산으로 S-파라미터의 측정 결과로부터 MOSFET의 외부 기생용량과 기생저항을 제거하여 물리적인 특성을 바탕으로 한 MOSFET의 내부등가회로변수가 간단히 추출되어진다. 제시된 방법으로 등가 회로를 구한 후 Y-파라미터를 계산하여 측정치와 비교한 결과 500MHz부터 200Hz까지 잘 일치함을 확인하였다.

해상용 VHF 디지털통신 시스템에 대한 성능평가 방안

김규철(Gue-Chol Kim),최조천(Jo-Cheon Choi),김철호(Chul-Ho Kim),전혜지(Hye-Ji Jun),박종용(Jong-Yong Park) 한국통신학회 2013 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.11

CSRR 구조 이중대역 마이크로스트립 패치안테나의 최적 설계

김규철(Gue Chol Kim) 한국전자통신학회 2017 한국전자통신학회 논문지 Vol.12 No.1

본 논문에서는 음의 투자율(negative values permeability)을 가지는 CSRR(: Complementary split ring resonator)를 안테나의 그라운드면에 적용하여 이중대역에서 사용가능한 마이크로스트립 패치안테나를 최적설계하였다. SRR의 음각형태인 CSRR을 안테나의 급전선 뒷면에 배치하여 대역저지특성을 만들고 이를 이용해서 위성통신에 사용하는 L-band의 두주파수 f1(1.53GHz), f2(1.63GHz)에서 사용가능한 안테나를 제안하였다. 제안한 안테나는 마이크로스트립라인을 이용하여 배열이 가능하고 기존의 패치안테나에 비해 소형으로 제작이 가능하다. 제작된 안테나는 f1과 f2에서 각각 -12.5dB, -14.5dB의 입력반사계수와 2.0dB, -0.8dB의 이득을 얻을 수 있어 이중대역에서 충분한 성능을 나타내는 것을 확인하였다. In this paper, dual band patch antenna was designed using a CSRR structure with negative values permeability which inserted into the ground plane. We propose an antenna that can be used in dual band f1(1.53GHz) and f2(1.63GHz) for satellite communications by using the CSRR placed on the backside of feeding line, which is a negative shape of SRR. The proposed antenna can be arrayed using microstrip line and can be made smaller than conventional patch antenna. The fabricated antenna has the input reflection coefficient of -12.5dB and -14.5dB at f1 and f2, and the gain of 2dB and -0.8dB, respectively. and it was confirmed that the performance was sufficient in the dual-band.

Chebyshev 다항식을 이용한 70GHz 대역 근거리 레이다 센서용 배열안테나의 최적설계

김규철(Gue-Chol Kim),김주석(Joo-Suk Kim) 한국전자통신학회 2024 한국전자통신학회 논문지 Vol.19 No.1

본 논문에서는 Chebyshev 다항식을 이용해서 차량용 근거리 레이다에서 사용하는 70GHz 대역 배열안테나를 최적 설계하였다. SRR(: Short Range Radar)에서는 근거리 내에 물표를 검출하면서 높은 FoV(: Field of View)를 확보하기 위한 빔폭과 낮은 SLL(: Side lobe level)을 가져야 한다. 최적 설계된 안테나는 76∼81GHz에서 동작하며 안테나의 크기를 소형으로 하기 위해 12개의 패치를 직렬로 배열하여 구성하였고, 78GHz에서 SLL -10dB이하, 안테나의 이득 15.4dB를 만족하고 빔폭 112.5o, 입력반사계수 -10dB이하의 성능을 갖는다. 본 논문에서는 Chebyshev 다항식을 이용해서 SRR을 위한 안테나의 설계를 진행하고 이를 기반으로 MRR과 LRR에 사용될 안테나 구조 설계를 위한 최적 설계법을 제시한다. This paper presents a procedure to optimize the design of 70GHz band array antenna for automotive short range radar sensor applications using Chebyshev polynomials. SRR(: Short Range Radar) systems require a wide angle width and low Side lobe level to detect targets within close proximity while ensuring a high Field of View(FoV). The optimized antenna operates in the 76 to 81GHz frequency range, and to reduce the antenna size, we arranged 12 patches in series, achieving an SLL of 10dB, angle with of 112.5o, gain of 15.4dB and an input return loss of less than -10dB at 78GHz. In this paper, we proceed with antenna design for SRR using Chebyshev polynomials, and present an optimal design for antenna structures to be used in MRR(: Medium-Range Radar) and LRR(: Long Range Radar) applications based on this paper

공핍형 SOI MOSFET를 이용한 5GHz대역 저잡음증폭기

김규철(Gue-chol Kim) 한국정보기술학회 2009 Proceedings of KIIT Conference Vol.2009 No.-

SOI MOSFET를 이용하여 5㎓대역 저잡음 증폭기를 설계하였다. 잡음특성을 향상시 키기 위해 공핍형 SOI-MOSFET를 사용하였으며, 저전압에서 동작하기 위해 소스접지와 게이트접지 증폭기를 연결한 2단형으로 설계하였다. 제작된 LNA는 5㎓에서 이득이 21㏈, S11이 -10㏈이하, 소비전력 8.3㎽의 결과를 얻었으며 잡음지수는 공핍형 저잡음 증폭기가 1,7dB로 일반형보다 0.3㏈ 개선된 결과를 얻을 수 있었다. 이 같은 결과로 공핍형 SOI MOSFET를 사용하면 보다 잡음특성이 우수한 CMOS LNA를 설계 할 수 있음을 확인할 수 있었다. A 5-㎓-band Low Noise Amplifier(LNA) using SOI MOSFET is designed. To improve the noise performance, the proposed LNA adopted depletion-type SOI MOSFET and designed by the two-stage topology consisting of common-source and common-gate stages for low-voltage operation. The fabricated LNA achieved an S11 of less than -10㏈, voltage gain of 21㏈ with a power consumption of 8.3㎽ at 5㎓, and indicated that the depletion-type LNA improved the noise figure by 0.3㏈ compared with conventional type. These measured results indicate the feasibility of a CMOS LNA employing depletion-type SOI MOSFET for low-noise application.