2019년 4월3일 SK텔레콤, KT, LG유플러스 등 3개 이동통신사는 5세대(5G) 이동통신 스마트폰을 개통했다. 2018년 12월 기업 고객을 대상으로 시작한 5G 서비스가 일반인에게까지 확대된 것이다.5G 서비스를 시작한지 5년 반이 조금 넘은 상황에서 6G 서비스에 대한 논의가 진행 중이다. 초고주파 대역의 사용 및 전파 손실, 고속 이동 환경에서 안정성 확보, 인공지능(AI) 기반 네트워크 관리 및 보안, 친환경 및 에너지 소비, 초연결 사회 구현에 따른 개인 정보보호, 표준화 지연과 기술 격차와 같은 다양한 기술적, 정책적, 환경적 이슈 등이 제기되고 있기 때문이다.초고주파 대역의 사용 및 전파 손실 문제와 관련해서 초고주파용 통신 부품이나 소자에서 디임베딩(De-embedding) 알고리즘에 관한 연구도 활발히 진행되고 있다.PCB 인덕터(Inductor)뿐만 아니라 주파 트랜지스터(RF Transistor), 고주파용 커패시터 및 저항 (High-Frequency Capacitors and Resistors), 고주파 필터(RF Filter), 안테나, 변압기 (RF Transformer)와 같은 다양한 고주파 소자에서 디임베딩 알고리즘은 매우 중요한 역할을 수행한다.이번 회에서는 'PCB 인덕터용 디임베딩 알고리즘' 논문을 소개한다. 본 논문은 2022년도 한국전자파학회 하계종합학술대회 논문집 Vol. 10, No. 1 2022. 8. 17~20에 게재됐다.PCB 인덕터의 특성은 네트워크 분석기(Network Analyzer)를 이용한 S-파라미터 측정, 인덕턴스 브리지(Inductance Bridge), 주파수 응답 분석기(Frequency Response Analyzer), 타임 도메인 반사 측정(Time Domain Reflectometry, TDR), 레이저 스캐닝 진동계(Laser Scanning Vibrometer), 등을 통해 측정될 수 있다.본 논문에서는 PCB 인덕터의 특성을 정확하게 추출하기 위해 디임베딩 알고리즘을 제안한다.◇ 서론... 픽스처(Fixture) 성분이 포함된 DUT 분석시 디임베딩 작업 필수PCB 인덕터의 온-웨이퍼(On-Wafer) 측정 시에 Ground-Signal-Ground (GSG) 패드와 상호연결라인(Interconnection Line)의 성분이 포함된 상태에서 Device-Under-Test(DUT)를 분석하면 픽스처(Fixture) 성분이 포함된 특성을 분석하는 것이기 때문에 디임베딩 작업을 필수적으로 필요로 한다.패드(Pad)와 쇼트(Short) 2개의 패턴을 바탕으로 디엠베딩 알고리즘이 수행되며, DUT만을 시뮬레이션한 주파수 특성과 Total Pattern에 디임베딩을 적용한 주파수 특성을 비교하여 제안된 알고리즘의 정확성을 확인했다.◇ 본론... 패드와 쇼트 패턴들을 이용한 디임베딩 알고리즘 제안CMOS 트랜지스터의 경우에는 PSOD(Pad-Short-Open De-embedding)이 필요하지만 면적이 큰 DUT의 경우 PSOD를 변형시킨 PSD(Pad-Short De-embedding)를 수행한다.패드, 쇼트, DUT가 포함된 토탈(Total) 구조의 레이아웃(Layout)과 등과 회로(Equivalent circuit)는 Fig.1에서 볼 수 있다.▲ 각 구조의 레이아웃 및 등가회로등가 회로의 Y1 성분과 Z1 성분은 각각 GSG 패드에서 기생 어드미턴스(Parasitic admittance) 성분과 상호연결라인(Interconnection Line)에서 기생 임피던스(Parasitic impedance) 성분을 나타낸다.즉, Y1 성분 값은 패드(Pad) 구조 측정을 통해 기생 어드미턴스 성분을 추출해 생성된다. Z1 성분값은 쇼트(Short) 구조에서 패드 구조의 Y1 성분을 제거해 만들어진다.추출된 Y1 성분값과 Z1 성분값을 바탕으로 수식(1)을 통해 DUT가 포함된 전체(Total) 구조로부터 DUT만의 2-Port Y 매트릭스(matrix)가 획득된다.▲ 수식 (1)[Y]Total 및 [Y]DUT는 각각 Total 구조와 DUT만의 2-Port Y 매트릭스를 나타낸다.DUT의 Reff와 Leff, Total 구조에 PSD를 적용하지 않고 얻은 Reff와 Leff, DUT만을 시뮬레이션(simulation)해서 얻은 Reff와 Leff들을 각각 비교했다. 그 결과는 Fig.2에 도시된 바와 같다.▲ 비교 결과◇ 결론... 디임베딩 알고리즘을 적용해 추출한 PCB 인덕터의 Y 파라미터와 인덕터만을 시뮬레이션한 Y 파라미터의 비교값이 관심 주파수 대역에서 동일본 연구는 온-웨이퍼(On-wafer) 측정 환경에서 인덕터만의 특성을 추출하기 위해 패드와 쇼트 패턴들을 이용한 디임베딩 알고리즘을 제안했다.디임베딩 알고리즘을 적용해 추출한 PCB 인덕터의 Y 파라미터와 인덕터만을 시뮬레이션한 Y 파라미터를 서로 비교한 결과값은 관심 주파수 대역에서 동일함이 확인되므로 제안한 알고리즘이 올바르게 동작되는 것으로 검증됐다.▲ 신윤상 전문위원 (서울대학교)

미국의 화가겸 발명가인 새뮤얼 핀리 브리즈 모스(Samuel Finley Breese Morse)는 1844년 모스 부호(Morse Code)를 개발했다.모스 부호는 짧은 발신 전류와 긴 발신 전류로 전신부호를 구성한 후 문장으로 만들어 송수신한다. 도달 거리가 상상한 것보다 길고 정확한 메시지 전달이 가능하다.대부분의 국가에서 모스 부호의 사용을 중단했지만 아직도 북한, 중국, 한국 등 일부 국가에서 명맥을 유지 중이다. 어찌되었건 모스 부호의 등장으로 인편이나 봉화, 파발 등으로 정보를 전달하는 시대는 종말을 고했다.◇ 6G 통신기술에 대한 연구가 활발하게 진행 중... 원격의료 및 자율주행자동차 등 미래 기술 실현 가능1세대 이동통신(1G)은 음성통화만 가능한 아날로그 통신을 말하며 ​1980년대 초반에 등장했다. 1990년대 초반부터 2세대 이동통신 기술(2G)이 개발됐으며 1996년 한국에서 세계 최초로 상용화에 성공했다.2G는 디지털 통신기술을 기반으로 기존 음성통화 외에 ​문자메시지, e메일까지 가능해졌다. 3세대 이동통신(3G)은 영상통화, 인터넷 사용까지 허용한다. 4세대 이동통신(4G)은 이동전화 하나로 유/무선 전화, 위성통신, 무선랜, 디지털 방송 등이 연동된 서비스를 제공한다.5세대 이동통신(5G)은  4G와는 차원이 다를 정도로 속도가 빠르다. 원격진료, 자율주행자동차의 운행 통제, 원격수술 등이 가능해졌다.6G는 5G보다 약 100배 빠른 속도를 제공하도록 초당 최대 1Tbps(테라비트)의 전송 속도를 목표로 하며 지연 시간은 1밀리초 이하로 감소된다.이를 통해 6G 통신망에서는 자율주행자동차, 원격 의료, 고해상도 실시간 스트리밍과 같은 서비스가 더욱 안정적으로 운영될 수 있을 것으로 기대되고 있다.특히 6G는 5G에서 사용하지 않았던 테라헤르츠(THz) 대역까지도 활용할 계획이다. 초광대역 대역폭을 통해 더욱 높은 데이터 전송률을 확보할 수 있지만 고주파는 더 짧은 거리에서 신호가 감쇄하기 때문에 더욱 촘촘한 네트워크 구축이 필요하다.이러한 주파수 이용은 네트워크 인프라 비용을 증가시킬 수 있으며 연구개발(R&D)이 중요해지고 있다. 특히 6G 통신기술의 구현을 위해 다양한 통신 부품 및 소자의 발전이 필요하다.이번 회에서는 '커넥터 특성 추출 알고리즘 및 디임베딩' 논문을 소개한다. 본 논문은 2021년도 한국전자파학회 추계학술대회 논문집 Vol. 31, No. 1에 게재됐다.핵심 내용은 비대칭 커넥터를 포함한 PCB 라인이나 안테나 등 DUT(Device Under Test)의 특성을 정확하게 추출하는 알고리즘을 제안하고 이를 통해 DUT 특성을 도출한다.◇ 서론... 효율적으로 커넥터만의 특성을 추출하는 알고리즘 및  해당 알고리즘을 이용해 커넥터의 특성을 디임베딩해 DUT 의 네트워크 특성 제시DUT의 S-파라미터(S-parameter) 특성을 정확히 측정하기 위해서는 DUT와 연결된 커넥터의 특성을 제거하는 디임베딩(de-embedding)이 필요하다.기존 연구에서는 커넥터를 대칭으로 가정해 측정했지만 실제 커넥터가 비대칭일 경우 오류가 발생한다. 이에 따라 본 논문은 효율적으로 커넥터만의 특성을 추출하는 알고리즘을 제안한다.즉 논문은 동일한 2개 커넥터의 등을 맞댄 구조와 특성을 알고 있는 라인이 두 커넥터 사이에 있는 구조를 측정하여 마이크로웨이브 커넥터의 특성을 추출한다. 해당 알고리즘을 이용해 커넥터의 특성을 디임베딩해 DUT 의 네트워크 특성을 제시한다.▲ 디임베딩을 위한 구조의 ABCD 매트릭스◇ 측정 이론 및 원리... 커넥터의 특성을 디임베딩하는 데 ABCD 행렬 사용DUT의 특성을 얻기 위해 커넥터의 특성을 디임베딩하는 데 ABCD 행렬을 사용한다. 전체 네트워크는 커넥터, DUT(마이크로스트립 라인), 커넥터로 구성되며 각 부분은 각각 ABCD 행렬로 표현된다. Thru 및 Back-to-Back 측정 구조로 커넥터 특성을 추출한다.Back-to-Back 구조는 동일한 커넥터를 맞대어 연결한 구조이고 Thru 구조는 커넥터 사이에 특성을 알고 있는 라인을 끼워 넣은 구조다.Thru 구조의 라인은 CST 소프트웨어 시뮬레이션으로 특성을 알고 있는 라인을 사용해 커넥터의 특성을 정확하게 추출한다.또한 Thru 구조의 경우, even mode analysis를 통해 open-circuited 1-Port 네트워크로 해석하고 반사계수 및 S-parameter를 계산하여 커넥터의 특성을 정밀하게 추출할 수 있다.◇ 측정 결과 및 분석... DUT의 ABCD parameter는 이론적 전송선로의 계산 결과와 유사디임베딩 목표 주파수는 0.5GHz에서 5GHz까지 설정하였고 DUT와 커넥터의 특성을 50Ω 매칭 기준으로 추출했다.커넥터의 ABCD 파라미터(parameter)가 전송선로의 ABCD 형태와 유사함을 확인했지만 비대칭성으로 A와 D 간에 차이가 발생한다. S-parameter 결과를 통해 해당 커넥터가 50Ω으로 설계됐음을 확인했다.▲ DUT의 S 파라미터(parameter)DUT로 설정된 2가지 길이(10mm, 40mm)의 라인에 대해 커넥터 특성을 제거한 후 S-parameter를 추출했다. 대칭 구조로 설정한 DUT의 ABCD parameter는 이론적 전송선로의 계산 결과와 유사했지만 실험에서 일부 허수부 차이가 발생했다.이는 시뮬레이션과 제작 라인간의 미세한 오차로 인해 발생한 것으로 정확도를 높이기 위한 추가 연구가 필요하다.◇ 결론... 비대칭성을 고려한 결과를 통해 DUT의 S-parameter를 정확히 산출본 논문은 비대칭 커넥터의 특성을 정밀하게 추출하는 알고리즘을 통해 DUT 특성을 분리해 얻을 수 있는 방법을 제안한다.특히 동일 커넥터를 맞댄 Back-to-Back 구조와 Thru 구조를 조합해 커넥터의 ABCD 및 S-parameter를 성공적으로 추출했다. 비대칭성을 고려한 결과를 통해 DUT의 S-parameter를 정확히 산출했다.이 연구는 향후 정확한 디임베딩을 통해 다양한 DUT의 특성을 분석하는 데 중요한 기초 자료가 될 것으로 기대된다.▲ 신윤상 전문위원 (서울대학교)