소형화된 Ka 대역 송수신모듈 설계 및 제작

Abstract

본 논문에서는 대용량의 무선전송장비에 적용할 수 있는 마이크로스트립 대 도파관 전이구조를 갖는 소형화된 Ka 대역 송수신모듈을 제안하였다. 소형화된 모듈 설계를 위해 다양한 형태의 전이구조 연구사례를 분석하였고, 송수신모듈 상단에 최종단 필터를 장착할 수 있도록 기판과 도파관이 수직 구조인 프로브 형태의 전이구조를 적용하였다. 정확한 설계를 위해 3D 시뮬레이션을 진행하였고 제작 및 시험을 통해 성능을 검증하였다. 5G 무선통신, 대용량 전송장비, UAV 통신중계 등의 분야에 적용할 수 있도록 28.0GHz ~ 30.0GHz 대역의 광대역, 저손실 특성의 송수신모듈을 설계하였으며, 실제 통신시스템에 적용될 수 있도록 전이구조, 전력증폭부 및 저잡음증폭부를 일체형 구조로 설계하여 크기를 최소화한 모듈을 제시하였다. 송신부는 2W 이상 출력과 35dB 이득을 가지며, 수신부는 20dB 이득을 갖도록 설계하였다. 입력 커넥터는 K-Type 커넥터를 사용하였으며 출력 커넥터는 무선전송장비의 최종단 필터와의 전송 손실을 최소화할 수 있도록 도파관 구조를 적용하였다. 최종적으로 제작한 모듈을 WR-28 도파관 어댑터를 사용하여 모듈의 성능을 검증하였다. 제작된 송수신모듈의 크기는 150mm x 87mm 이며, 프로브 전이길이는 약 4mm이다. ridge 또는 antipodal 전이구조를 적용했을 경우 대비 전이길이 기준으로 약 60%, 송수신모듈의 크기를 기준으로는 약 10% 정도 모듈 크기가 소형화 된 것으로 판단된다. 따라서 본 논문에서 제안된 구조를 토대로 Ka 대역의 대용량 무선전송장비의 소형화가 가능하게 될 것으로 기대한다.