5G 이동통신 빔포밍 전단부용 위상 보상 가변 이득 증폭기

Abstract

급증하고 있는 데이터 트래픽을 커버하기 위해서, 기존의 이동통신보다 더 넓은 대역폭을 가지고 더 빠른 데이터 처리속도를 가지는 차세대 이동통신으로 밀리미터파 대역이 유력한 반송파로 대두되고 있다. 밀리미터파 대역은 신호의 파장의 짧아져 공기 중에서 감쇠가 심해지기 때문에 스몰셀 기지국 기반의 통신이 중심이 될 것으로 예상되며 짧아진 파장으로 인해 안테나의 크기가 작아지기 때문에 많은 수의 안테나 배열의 구현이 가능해진다. 이러한 밀리미터파 대역의 특성으로 인해 5세대 이동통신에는 빔포밍 기술이 적용될 것이다. 5세대 이동통신을 위해서 많은 수의 스몰셀 기지국이 건설될 것으로 예상되는데 이 때문에 정확한 방향으로만 빔을 조향하는 것이 중요하다. 이를 위해서 체비셰프 이득 증량을 통해 사이드 로브를 줄여주는 기술이 적용될 것이다. 그렇기 때문에 빔포밍 시스템에서 이득 조절 역할을 하는 가변 이득 증폭기는 필수적이다. 이득 조절을 하는 동안 위상이 변하게 되면 추가적인 사이드 로브가 발생하기 때문에 위상이 일정한 가변 이득 증폭기 개발은 필수적이다. 단일 스테이지에서 이중 모드, 위상 보상 네트워크를 통해 위상이 일정하며 넓은 구동 범위를 가지는 저전력, 소형의 가변 이득 증폭기를 구현하였다. 설계된 가변 이득 증폭기는 약 24dB의 구동 범위를 가지고 최대 이득은 13dB이며 28GHz에서 RMS 위상 오차가 2.77도로 측정이 되었다. 이득에 따라 파워 소모가 적응적으로 변하고 있고 최대 파워 소모는 24mW이다. 칩 사이즈는 $0.066mm^2$으로 설계가 되었다.