Balun-BPF 특성 구현을 위한 3-단자 링-공진기의 해석

강성준(Seong-Jun Kang),박웅희(Ung-Hee Park),황희용(Hee-Yong Hwang) 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.4

본 논문은 최근 발표된 이중 모드 링-공진기를 이용한 Balun-BPF를 3-단자 회로망 분석 방법을 이용하여 전체 어드미턴스 파라미터를 유도하고 이를 이용하여 Balun의 특성을 만족함을 수식적으로 증명하였다. BPF의 표준설계법을 적용하여 손쉽게 임의의 특성을 갖는 Balun-BPF 설계가 가능하도록 Balun 동작 상태에서의 이미턴스슬로프 파라미터를 도출하고, Balun-BPF 양단의 감쇄극 주파수를 예측하는 방법을 제시하였다. 회로 시뮬레이션과 실제 제작·측정을 통해 제안된 해석식들을 검증하였다. 제작된 Balun-BPF는 중심 주파수 2.46 ㎓에서 71 ㎒ 대역폭과 삽입 손실 0.92 ㏈를 가지며, 174~181°의 위상 특성과 0.5 ㏈ 이내의 크기 특성을 나타내었다. In this paper, we derived the Y-parameter of the recently reported Balun-BPF with a dual mode ring resonator by using the network analysis method. Using the derived Y-parameter we verified that the Balun-BPF structure satisfy the balun conditions. In order to design the Balun-BPF with arbitrary characteristics using the standard BPF design method with ease we derived the immittance slope parameters of the dual mode ring resonator with a load. The notch frequencies are also predicted. By designing with the proposed equations, simulating with a circuit simulator, fabricated and measured a Balun-BPF we confirmed the validation of the equations. The measured data shows bandwidth of 71 ㎒ and insertion loss of 0.92 ㏈ at the center frequency of 2.46 ㎓. It shows the phase imbalance of 174~181 degree and the magnitude imbalance within 0.5 ㏈.

Design of a 2.4-㎓ Fully Differential Zero-IF CMOS Receiver Employing a Novel Hybrid Balun for Wireless Sensor Network

Shinil Chang,Jubong Park,Kwang-Ho Won,Hyunchol Shin 대한전자공학회 2008 Journal of semiconductor technology and science Vol.8 No.2

A novel compact model for a five-port transformer balun is proposed for the efficient circuit design of hybrid balun. Compared to the conventional model, the proposed model provides much faster computation time and more reasonable values for the extracted parameters. The hybrid balun, realized in 0.18 ㎛ CMOS, achieves 2.8 ㏈ higher gain and 1.9 ㏈ lower noise figure than its passive counterpart only at a current consumption of 0.67 ㎃ from 1.2 V supply. By employing the hybrid balun, a differential zero-IF receiver is designed in 0.18 ㎛ CMOS for IEEE 802.15.4 ZigBee applications. It is composed of a differential cascode LNA, passive mixers, and active RC filters. Comparative investigations on the three receiver designs, each employing the hybrid balun, a simple transformer balun, and an ideal balun, clearly demonstrate the advantages of the hybrid balun in fully differential CMOS RF receivers. The simulated results of the receiver with the hybrid balun show 33 ㏈ of conversion gain, 4.2 ㏈ of noise figure with 20 ㎑ of 1/f noise corner frequency, and -17.5 ㏈m of IIP3 at a current consumption of 5 ㎃ from 1.8 V supply.

Design of a 2.4-GHz Fully Differential Zero-IF CMOS Receiver Employing a Novel Hybrid Balun for Wireless Sensor Network

장신일,박주봉,원광호,신현철 대한전자공학회 2008 Journal of semiconductor technology and science Vol.8 No.2

A novel compact model for a five-port transformer balun is proposed for the efficient circuit design of hybrid balun. Compared to the conventional model, the proposed model provides much faster computation time and more reasonable values for the extracted parameters. The hybrid balun, realized in 0.18 μm CMOS, achieves 2.8 dB higher gain and 1.9 dB lower noise figure than its passive counterpart only at a current consumption of 0.67 mA from 1.2 V supply. By employing the hybrid balun, a differential zero-IF receiver is designed in 0.18 μm CMOS for IEEE 802.15.4 ZigBee applications. It is composed of a differential cascode LNA, passive mixers, and active RC filters. Comparative investigations on the three receiver designs, each employing the hybrid balun, a simple transformer balun, and an ideal balun, clearly demonstrate the advantages of the hybrid balun in fully differential CMOS RF receivers.The simulated results of the receiver with the hybrid balun show 33 dB of conversion gain, 4.2 dB of noise figure with 20 kHz of 1/f noise corner frequency, and -17.5 dBm of IIP3 at a current consumption of 5 mA from 1.8 V supply.

진화된 위상보정 구조를 갖는 0.6~2.0 GHz 광대역 Active Balun 설계

박지안(Ji An Park),진호정(Ho Jeong Jin),조춘식(Choon Sik Cho) 한국전자파학회 2014 한국전자파학회논문지 Vol.25 No.3

본 논문에서는 진화된 위상보정 구조를 이용한 0.6~2.0 GHz에서 동작하는 Active Balun을 제안한다. 제안하는 회로는 서로 다른 구조 및 성능을 보이는 Active Balun 회로를 Cascode 구조와 더불어 구현하여 기존의 위상 보정구조를 갖는 회로보다 위상보정에 있어 높은 성능을 보인다. 제안하는 Active Balun은 0.6~2.0 GHz 대역에서 10°의 위상 오차 및 2dB의 진폭오차를 가지며, 1.8 V DC에서 약 7 mW의 전력을 소모한다. In this paper a wideband active balun using advanced phase correction architecture is proposed. The proposed active balun is constructed with each different architecture of active balun combined with the cascode architecture to improve phase correction performance compared with conventional phase correction techniques. Operating over 0.6~2.0 GHz band, the proposed balun shows 10° of phase error and 2 dB of gain error with 7 mW power consumption from 1.8 V supply voltage.

Design of a 2.4-GHz Fully Differential Zero-IF CMOS Receiver Employing a Novel Hybrid Balun for Wireless Sensor Network

Chang, Shin-Il,Park, Ju-Bong,Won, Kwang-Ho,Shin, Hyun-Chol The Institute of Electronics and Information Engin 2008 Journal of semiconductor technology and science Vol.8 No.2

A novel compact model for a five-port transformer balun is proposed for the efficient circuit design of hybrid balun. Compared to the conventional model, the proposed model provides much faster computation time and more reasonable values for the extracted parameters. The hybrid balun, realized in $0.18\;{\mu}m$ CMOS, achieves 2.8 dB higher gain and 1.9 dB lower noise figure than its passive counterpart only at a current consumption of 0.67 mA from 1.2 V supply. By employing the hybrid balun, a differential zero-IF receiver is designed in $0.18\;{\mu}m$ CMOS for IEEE 802.15.4 ZigBee applications. It is composed of a differential cascode LNA, passive mixers, and active RC filters. Comparative investigations on the three receiver designs, each employing the hybrid balun, a simple transformer balun, and an ideal balun, clearly demonstrate the advantages of the hybrid balun in fully differential CMOS RF receivers. The simulated results of the receiver with the hybrid balun show 33 dB of conversion gain, 4.2 dB of noise figure with 20 kHz of 1/f noise corner frequency, and -17.5 dBm of IIP3 at a current consumption of 5 mA from 1.8 V supply.

두 개의 링-공진기로 구성된 Balun-BPF의 설계

강성준(Seong-Jun Kang),황희용(Hee-Yong Hwang) 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.8

본 논문에서는 평형 출력단간 출력 특성을 향상시키기 위하여 두 개의 링-공진기를 이용한 Balun-BPF의 구조를 제안한다. 기존의 Balun-BPF는 출력 포트의 대칭성 및 선택도의 측면에서 문제를 가지고 있었다. 기존 구조의 문제점을 해결하기 위한 두 개의 링-공진기의 적절한 커플링 위치를 제시한다. 제작된 Balun-BPF는 선택도가 향상되었고, 대칭적인 감쇄극 특성을 보였다. In this paper, we propose a double rings structure to improve the balanced-port characteristics of Balun-Bandpass Filter(Balun-BPF). The conventional Balun-BPF has limitations on output symmetry and skirt steepness. We introduce a double rings structure and the suitable coupling point between the two ring resonators to solve these problems. The fabricated double rings Balun-BPF shows excellent characteristics as a Balun-BPF without the conventional limitations.

초고주파대역 발룬의 설계

정을영,황희용 강원대학교 정보통신연구소 2007 정보통신논문지 Vol.11 No.-

In this paper, Not only brief reviews for typical baluns of wireless communication systems, such as the Marchand balun, the microstrip balun, etc, but also a design of Balun-BPF, which is a BPF with an unbalanced input and two balanced outputs using a dual-mode ring resonator, are presented. The fabricated Balun-BPF shows 2-pole BPF characteristics with bandwidth of 42 MHz and insertion loss of 2.4 dB at a center frequency of 2.45 GHz. These improved baluns and the Balun-BPF could be useful to design RF/MW/mm-wave systems that require small size and light weight.

자기결합 구조를 갖는 공진기 쌍을 이용한 발룬 여파기

이자현 ( Ja Hyeon Lee ),남훈 ( Hun Nam ),김경근 ( Kyoung Keun Kim ),임영석 ( Yeong Seog Lim ) 전남대학교 전자통신기술연구소 2008 전자통신기술논문지 Vol.11 No.1

본 논문에서는 자기결합 구조를 갖는 공진기 쌍을 이용하여 여파기의 특성을 갖는 발룬을 제안 하였다. 기존의 저주파에서 이상적으로 사용가능한 트랜스포머를 변형해 자기결합 구조를 갖는 공진기 쌍으로 대체함으로써 발룬에 여파기의 특성을 갖게 하며 발룬 여파기의 설계를 위해 기존의 결합구조를 갖는 공진기를 이용한 필터 설계 이론을 이용 하였다. 2.4~2.5GHz에서 사용가능 하도록 설계하였으며 제작에 사용된 기판은 유전체 유전율 εr=3.5, 유전체 두께 0.25mm, 유전체 손실 tanδ=0.0018, 도체두께 0.02mm인 Tefron 기판을 이용하였다. 제작한 발룬 여파기는 동작대역 내에서 6dB이내의 삽입손실을 가지며 최대 2°의 위상오류 및 최대 0.183dB의 불 평형 출력을 보인다. In this paper, a Balun BPF achieved a filter characteristic using coupled resonators. The Balun BPF achieved a filter characteristic due to replaced by two coupled resonators which fundamental representations of transformer circuit used as a balun. Design of Balun BPF using conventional coupled-resonator filter theory. Pass-bands of Balun BPF are 2.4~2.5GHz. The fabricated Balun BPF used Tefron substrate with relative permittivity of 3.5, height of 0.25mm, tanδ of 0.0018 and conductor height of 0.02mm. Measured Balun BPF have less then 6dB insertion loss and phase difference are within Maximum 0.18dB and 2° in operating bands.

슬롯을 가진 사각 패치형의 발룬-대역 통과 여파기

오송이(Song-Yi Oh),황희용(Hee-Yong Hwang) 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.11

본 논문에서는 슬롯을 가진 마이크로스트립 사각 패치 형태의 balun-BPF를 제안한다. 기존의 balun-BPF는 대역폭이 좁고 손실이 다소 큰 단점을 가지고 있다. 이런 점을 개선하기 위해 사각 패치 평면에 수직으로 교차하는 슬롯을 넣고 한 모서리에 perturbation을 준 구조를 제시한다. 이러한 구조는 패치의 공간을 최대로 활용하기 때문에 손실을 줄일 수 있고 또한, 슬롯의 길이를 변화시킴으로써 주파수를 조절하고 대역폭을 넓힐 수 있다. 시험 제작된 balun-BPF는 2.4 ㎓ 대역에서 300 ㎒(12.7 %)의 넓은 대역폭과 0.56 ㏈의 낮은 삽입 손실을 가지며, 두 출력 포트 간에 184°±15° 이내의 위상차와 1 ㏈ 이내의 출력차를 나타낸다. In this paper, a microstrip balun-BPF of slotted-square-patch type is proposed. The conventional balun-BPF has some drawbacks of narrow bandwidth and high insertion loss. In order to improve these weak points, we used a square patch in designing balun-BPF on which two slots intersecting perpendicularly and one corner-edge perturbation are adopted. This structure allows one of the most effective use of the patch space so that the insertion loss can be decreased. Changing the slot lengths is use to control the operating frequency and the bandwidth of the balun-BPF. A fabricated balun-BPF shows wide bandwidth of 300 ㎒(12.7 %), small insertion loss of 0.56 ㏈, phase difference of 184°±15° and amplitude imbalances of within 1 ㏈ between two output ports at 2.4 ㎓ band.

두 개의 링-공진기를 갖는 Balun-BPF의 소형화

강성준(Seong-Jun Kang),황희용(Hee-Yong Hwang) 한국전자파학회 2009 한국전자파학회논문지 Vol.20 No.2

본 논문에서는 semi-lumped line을 이용하여 기존의 두 개의 링-공진기로 구성된 Balun-BPF를 소형화 시켰다. 기존의 Ring Balun-BPF는 두 개의 링 공진기의 사용, 손실을 줄이기 위한 임피던스가 낮은 선로의 사용과 λ/4 전송선로 인버터의 사용으로 회로의 면적이 크다는 문제점을 가지고 있다. Semi-lumped line 구조를 이용하여 링 공진기를 소형화 하였고, 용량성 성분의 보충을 위하여 링 공진기 안쪽에 삼각형 패치를 추가해 줌으로써 구조적 효율성을 높여주었다. 제작된 balun-BPF는 평형 출력단간 대칭적인 출력 특성을 보였으며, 1/4로 소형화 되었다. In this paper, we proposed a miniaturized Balun-BPF structure using semi-lumped line. The conventional Ring Balun-BPF relatively has a big size structure because they consist of two ring resonators, wide line width ring-resonators for low loss and λ/4 transmission line inverters. The ring resonators are miniaturized to 1/4 size by semi-lumped line and we added triangle patches in the ring resonator for compact Balun-BPF structure. The fabricated Balun-BPF is miniaturized to 1/4 size and contains symmetrical output characteristics of balance ports.