인천대학교 현장맞춤형 실전문제연구단 X-IDEA Contest

1. 인천대학교 현장맞춤형 실전문제연구단
X-IDEA Contest
팀장: 이창형
팀원: 이지혜, 이현종, 김영만, 하홍구, 음영현
지도교수 : 강승택
산업체 멘토 : 여용구
ANN Amp

2. Ⅰ. 팀소개
▷ 팀원 소개
저희 ANN AMP ( Artificial neural network Amplifier ) 팀은 무선 시스템에서 가장 중요시
되는 요소 중 하나인 임피던스 정합 최적화 작업에 소요 되는 시간 및 비용을 감소 시키기
위한 방법으로 인공 신경 회로망 방식을 도입하여 임피던스 정합 최적화 작업의 효율을 향
상 시키기 위한 연구팀 입니다.
▷ 팀 활동
이창형 이지혜 이현종 김영만 하홍구 음영현

3. Ⅱ. 연구내용
▷ 연구목표, 배경 및 필요성
그림 1. 국내 임피던스 정합 칩 사례.
그림 2. 정합 단 스위칭을 통한 임피던스 정합 사례
정재파비 모니터링 이후 자동 제어하는 방식 ->
새로운 전원 입력 필요, 최초의 임피던스 정합을 위한
변수들에 대한 최적화 문제 해결 방안이 없음.
입력단 스위칭을 통한 임피던스 정합 ->
매우 한정적이며, 신뢰성이 떨어짐.
◈ 임피던스 부 정합 시 발생하는 현상
① RF 부품 들 간의 에너지 전달 불가능.
② 통신기기의 오작동(발진) 및 부품 수명 저하 등의 요인으로 작용됨.
③ 제품의 신뢰성에 치명적인 영향을 미치게 된다.
임피던스 부 정합 발생

4. Ⅱ. 연구내용
▷ 차별성 및 신규성
그림 3. 임피던스 정합 회로도 및 스미스 차트
① L, C 소자를 활용하여 정합 하는 기법
② 직 병렬 타입 L, C 소자를 활용하여 양호한 정합 특성을 얻을 수
있음.
③ 단기간 개발 및 다양한 요구사항에 대해서는 한계를 가지며, 주
파수 범위에도 매우 민감하여 새로운 설계가 요구됨.
1. 기존 사례 2. 제안된 연구방식
① 사람의 두뇌를 모델로 하여 여러 정보를 처리하는데 있어서 두뇌와
비슷한 방식으로 처리하기 위한 알고리듬 이다.
② 이러한 알고리듬 방식을 통해 비용함수 (Cost function)을 설정함에
따라 원하는 특성을 얻기 위한 알고리듬 방식 선정.
그림 4. 인공 신경 회로망 개념도

5. Ⅱ. 연구내용
▷ 수행 방안
그림 5. 임피던스 정합 시스템 개념도
◈ 제안된 임피던스 정합 시스템의 설계과정은 그림. 5을
통해 확인 할 수 있다. 먼저 일반적인 증폭기 개발을 한 뒤
임피던스 정합을 위한 알고리듬을 개발 한다. 개발 된
ANN은 실제 전자기 모의시험이 가능한 프로그램과 접목
하여 L, C를 통한 임피던스 정합을 할 수 있게 한다. ANN
을 통해 얻어진 정합 회로를 제작 가능한 인쇄기판회로
(PCB) 에 적용 할 수 있도록 도면 작업을 완료 한 뒤 제품
검증 및 보완 수정한다.

6. Ⅱ. 연구내용
▷ 수행 방안
본 연구실 수행
ABCD Network를 이용한 MATLAB 방식

7. Ⅱ. 연구내용
▷ 수행 방안
2 GHz
2.45 GHz
2GHz
2.45GHz
EM Simulator 와 ABCD Parameter 결과 비교
◈ ANN 수행에 앞서 간단한 L,C 회로
해석을 통해 Matlab 에 구현하여, 랜
덤변수 알고리듬을 통해 임피던스
정합 구현

8. Ⅱ. 연구내용
▷ 수행 방안 ABCD Network를 이용한 S11 계산 결과
1.5GHz Matching
- C = 0.1pF
- L = 5~6nH
2GHz Matching
- C = 0.1pF
- L = 4~5nH
정합이 안된 상태 정합이 안된 상태
Cost function 적용 ->
-20dB 이하 선택
Cost function 적용 ->
-20dB 이하 선택
◈ ANN 을 적용하여, 실제 RF AMP
의 반사손실을 가지고 회로의 변형
과, Microstrip line의 사용, 좀 더 복
잡한 회로에서의 최적화 시간을 단
축예정.
최적화 작업 최적화 작업

9. Ⅲ. 기대성과 및 활용계획
▷ 기대성과,활용계획
 1) 기대성과 (산업체)
 현재 RF 부품이나 시스템 개발 시, 늘 어렵고 까다로운 부분이 임피던스 정합 분야 이다. RF 제
품 개발자 혹은 생산자들이 임피던스 정합을 직접 수작업으로 많은 시간과 막대한 비용을 지출
하고 있는 상태이다. 이러한 부분을 제안된 방식을 활용한 정합 기법을 통해 시간과 비용을 줄
일 수 있을 거라 사료된다.
 개발된 정합 기법은 증폭기뿐만 아니라, 전자파 간섭 (EMI : Electro Magnetic Interference) 분
야나 안테나 분야, RF System 및 부품 분야 등 전반적으로 기술적 파급 효과는 우수하다고 생
각된다.
 활용분야로는 무선통신기기/방산용 레이더 시스템 / 인공위성통신 / 기지국 등 모든 무선통신기
기에 적용 및 응용 가능한 제품이다.
 위와 같이 모든 무선통신 시스템에 적용 가능함으로써 시장성이나 수익성이 충분하다고 판단
된다.

10. Ⅲ. 기대성과 및 활용계획
▷ 기대성과,활용계획
 2) 기대성과 (연구 및 참여 학생)
 4학년 학생의 경우, 관련 연구를 활용하여 졸업 논문 작성 예정.
 인공 신경 회로망을 통한 임피던스 정합 시스템 관련 특허 출원 1건 예정.
 대한전기학회 추계 학술대회 또는 한국통신학회 추계 학술대회 참가 및 논문 발표 예정.
 학부학생들과 함께 참가 가능한 공모전 참가하여 인공 신경 회로망 시스템을 RF 증폭기
에 적용한 새로운 사례를 통해 좋은 성적을 거둘 예정.

11. 부록
▷ Matlab Code