アンテナ・フィルター体型RF-CMOS低雑音増幅器の開発

• Project/Area Number: 15760245
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 金谷 晴一 九州大学, 大学院システム情報科学研究院, 助教授 (40271077)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2005: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2003: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: RF-CMOS / アンテナ / 低雑音増幅器 / フィルタ / インピーダンス整合回路 / アナログ増幅器

Research Abstract

これまで行ってきた受動素子の開発技術と、CMOSプロセスによるアナログ増幅器とを一体化し、アンテナ・フィルター体型RF-CMOS低雑音増幅器を開発することを目的とする。
(1)広帯域整合回路と増幅器の一体化技術の確立については、作製した整合回路とCMOS増幅器をボンディングによりオンチップ化するための設計方法を確立した。まず、電極パッドのマイクロ波的な影響を明らかにするため、試作チップ内にダミーパッドを設計し、現有するベクトルネットワークアナライザから得られるSパラメータの実部及び虚部のデータを得た。得られたデータをアドミタンス行列に変換し、寄生パラメータを差し引くことで、パッドのみの情報を得た。その結果、電極パッドとの接触部の影響については、接触インピーダンスがキャパシティブであることを明らかにした。
(2)アンテナ・フィルター体型増幅器の実装試験については、オンチップ化によるマイクロ波特性の影響について測定し、その影響を考慮して、設計の再調整を行った。特に、中心周波数と使用帯域については、実用化の観点からは正確さが求められるので、中心周波数はアンテナのスロット長を調整し、帯域についてはインバータ回路の形状を調整することで実現した。また、導体の膜厚についても、設計値との誤差が確認されたので、これを考慮に入れて設計を行った。最終的にプリント基板上に3段バンドパスフィルター体型スロットアンテナを設計し、現有装置であるマスクアライナを用いてウエットエッチングプロセスにより試作した。その結果、中心周波数がほぼ一致したフィルター体型アンテナを完成した。

Research Products

• [Journal Article] Design of a Miniaturized Superconducting Bandpass Filter by Evaluating the Kinetic Inductance in the K-inverter (2006)
  • Author(s): H.Kanaya, K.Kawakami, K.Yoshida
  • Journal Title: IEICE Electron., Vol.E89-C Pages: 145-150
  • NAID: 110004657595
• [Journal Article] Electrically Small Antennas with Miniaturized Impedance Matching Circuits for Semiconductor Amplifiers (2005)
  • Author(s): K.Yoshida, Y.Tsutsumi, H.Kanaya
  • Journal Title: IEICE Electron. Vol.E88-C Pages: 1368-1374
• [Journal Article] Design of Coplanar Waveguide Matching Circuit for RF-CMOS Front-End (2005)
  • Author(s): H.Kanaya, T.Nakamura, K.Kawakami, K.Yoshida
  • Journal Title: Electronics and Communications in Japan, Part2 Pages: 19-26
  • NAID: 210000161697
• [Journal Article] Design of a One-Chip Power Amplifier with Transmission Line Based Matching Circuit (2005)
  • Author(s): H.Kanaya, H.Koga, T.Nakamura, L.Jia, K.Yoshida
  • Journal Title: Proc.IEEE MAPE Pages: 898-901
• [Journal Article] Design of a Single Chip Antenna Combined with Coplanar Matching Circuit and Duplexer (2005)
  • Author(s): H.Kanaya, K.Seki, K.Yoshida
  • Journal Title: Proc.IEEE 66th ARFTG Microwave Measurements Conference Pages: 83-86
• [Journal Article] Impedance Matching Circuit for Wireless Transceiver Amplifier Based on Transmission Line Theory (2005)
  • Author(s): H.Kanaya, F.Koga, K.Seki, K.Yoshida
  • Journal Title: 2005 APMC Proceedings Pages: 3364-3367
• [Journal Article] Design of On Chip Coplanar Waveguide Matching Circuit for BI-CMOS RF Amplifier (2004)
  • Author(s): Haruichi Kanaya et al.
  • Journal Title: Proc.IEEE 64th ARFTG Microwave Measurements Conference Pages: 113-116
• [Journal Article] CPW整合回路を用いたRF-CMOSフロントエンドの設計手法 (2004)
  • Author(s): 金谷 晴一 他
  • Journal Title: 電子情報通信学会論文誌 J87-C Pages: 1017-1023
• [Journal Article] CMOS System LSI For Processing IEEE 802.11b WLAN PHY Signals Through Digital, Analog Baseband, and RF (2004)
  • Author(s): T.Tsujimoto, et al.
  • Journal Title: Proc.of the 2004 IEEE Asia-Pacific Conference on Circuits and Systems Pages: 17-20
• [Publications] Haruichi Kanaya et al.: "Design of HTS Coplanar Waveguide Matching Circuit for Low Noise CMOS-HTS Receiver"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 13・2. 1031-1034 (2003)
• [Publications] Haruichi Kanaya et al.: "Design Method of Miniaturized HTS Coplanar Waveguide Bandpass Filters using Cross Coupling"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 13・2. 265-238 (2003)
• [Publications] Haruichi Kanaya et al.: "Development of CMOS Coplanar Waveguide Matching Circuit for RF Front-end"2003 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings. 3. 1692-1695 (2003)