Ⅰ. 서 론

LTE-A 서비스는 기존 LTE 서비스와 호환을 이루면 서도 2배에 이르는 무선 전송속도를 확보할 수 있 는 기술로써 세계최초로 7월 우리나라에서 본격적 으로 시작하였다. 이와 관련한 핵심 기술이 CA (Carrier Aggregation) 기술이다. CA 기술은 동시에 최대 20 MHz 대역폭을 갖는 n (n은 2이상의 자연 수) 개의 캐리어를 수신함으로써 기존 기술대비 n 배의 전송속도를 얻을 수 있는 기술이다. LTE-A에 서는 궁극적으로 CA 기술을 기반으로 1 Gbps까지 전송속도를 구현하는데 목표를 두고 있다. 기본적 으로 2개의 캐리어를 CA 하여 전송하는 방법에는 3가지가 있다. 첫째가 망내 연속적인 캐리어 (Intra-band contiguous CA)를 사용하는 방법, 둘째는 망내 비연속적인 캐리어(Intra-band Non-contiguous CA)를 사용하는 방법, 마지막으로 망외의 비연속적 인 캐리어(Inter-band Non-contiguouse CA)를 사용하 는 방법이다. 이를 그림 1에 나타내었다.

그림 1과 같이 두배의 전송속도로 개선하기위해 2 개의 캐리어를 동시에 전송 및 수신하야 하며, 이를 위해서는 캐리어 수 만큼의 송수신기가 필요하여 이동통신 시스템은 더욱 복잡해진다.

2 개의 캐리어를 동시에 사용하는 듀얼 채널 관 련한 또 하나의 예는 IEEE 802.11p WAVE ( Wireless Access in Vehicular Environments)의 차량통 신 표준이다. WAVE는 미국을 시작으로 유럽, 아시 아 등의 전 세계 차량통신 표준으로 자리잡고 있다. 차량통신에서 가장 중요한 기능은 차량안전이다. 차량통신은 안전을 위한 제어채널 통신과 사용자 데이타를 송수신 할 수 있는 서비스채널 통신으로 구분된다. 모두 10 MHz 대역폭을 갖는 1개의 제어 채널과 6개의 서비스 채널로 구성되어 무선으로 27Mbps까지 전송이 가능하다. 서비스채널 통신인 경우는 선택적으로 두개의 대역폭으로 확대하여 보 낼 수 있어서 54 Mbps까지도 전송이 가능하다. 차 량통신에서는 서비스채널 통신을 하면서도 끊김없 는 제어채널 통신을 통해 언제 어디서나 즉각적으 로 안전을 확보할 수 있도록 듀얼 채널통신 구조를 규정하고 있다 [1]. 듀얼 채널통신 구조에는 동시에 제어채널 통신도 하면서 서비스채널 통신도 계속적 으로 할 수 있는 기능까지의 신호의 동시전송 (Concurrent) 듀얼 채널 통신도 포함하고 있다. 궁극 적으로는 보다 안전이 강화된 차량통신일 수 있도 록 신호의 동시전송 듀얼 채널 통신을 사용할 것이 다.

동시에 송신과 수신되는 제어 채널과 서비스 채 널의 데이터를 끊김없이 처리하기위해서 두 개의 송수신기가 모두 송신기로 동작하거나, 또는 모두 수신기로 동작함으로써, 각 채널별로 송수신기가 독립적으로 처리해야한다. 단일 송수신기의 경우와 달리, 두 개의 송수신기를 통해서 각 경로로 제어 채널 데이터와 서비스 채널 데이터를 끊김 없이 처 리하게 함으로써 언제 어디서나 즉각적으로 제어 채널을 통해서 안전데이타를 전송할 수 있게되는 것이다. 따라서 더 짧은 데이터 전송 시간을 통해 고속으로 이동하는 차량 간의 안전 정보 전송 시, 차량 통신의 안전 신뢰성을 높여줄 뿐 아니라, 제어 채널 정보의 연속적인 수신으로 인한 서비스 채널 데이터의 지연되는 단점도 개선하여, 서비스 채널 의 정보 역시 원활하게 처리하도록 하고 있다. 차량 통신에서 중요한 고려사항 중 또 다른 하나는 전파 간섭 현상이다. 빠른 자동차 이동속도로 인해 발생 되는 전파 간섭의 취약한 통신환경을 극복하기위해 서 다이버시티 기술을 활용하고 있다. 다이버시티 기술을 통해 RF 모듈 구조는 두 개의 송수신기에 각 2개씩, 총 4개의 안테나를 연결하게된다. 이러한 다이버시티 기술까지를 적용한다면 차량통신 송수 신기 구조는 그림 3과 같이 되며 [2], 실제 복잡한 도로 환경에서도 송수신을 원활하게 지원하게된다.

거론한 두 사례의 LTE-A의 CA 기술과 WAVE의 듀얼채널 송수신기 기술은 다채널 수만큼의 송수신 기가 요구되어 단말기의 전력소모 및 복잡도, 가격 을 증가시키게 되어 구현의 제약을 갖게된다. 이의 근본적 해결로 본 논문에서는 Spintronics 발진기 어레를 기반으로 한 통신 기법을 거론하였으며, 이 의 적용 가능성을 실험적 결과를 통해 제시하였다.

Ⅱ. Spintronics 발진기 기술 소개

Spintronics 발진기는 두개의 자성물체 사이에 비 자성 물체를 삽입한 구조를 가지며, 대부분 필러 (Pillar, 둥근 기둥 모양)로 구조화된다. 두 개의 자 성 물체 중 하나는 자화벡터가 고정되어 있는 고정 자성체(Pinned layer)이며, 다른 하나의 자성 물체는 자화벡터가 주변 환경에 의해서 자유롭게 변하는 자유 자성체(Free layer)로 만들어진다. 이러한 구조 의 필러 주변에 자계를 인가하고, 필러를 가로질러 전류를 흐르게함으로써 자유 자성체의 자화벡터가 안정상태를 유지하는 반대방향으로 움직이게 하는 힘을 얻게 된다. 이를 STT (Spin Transfer Torque)라 고 하며 [3], 이러한 STT에 의해서 자화벡터가 회전 하게 되고, 이러한 운동을 통해 GHz 대역의 발진 신호 얻게된다.

Spintronics 기술을 현재 메모리에 적용하면서 MTJ(Magnetic Tuneling Junction) 특성을 이용한 MRAM과 STT(Spin Torque Transfer) 기술을 이용한 STT-MRAM으로 구현 연구되고 있다. 세계에서 처 음으로 2009년 모토롤라에서 분사한 Everspin사에서 MTJ 기반 MRAM을 양산했지만, STT-MRAM은 곧 양산을 하기위해 반도체 회사 중심으로 연구에 집 중하고 있다. 이러한 Spintronics 기술이 최근 메모 리 관련 연구와 별도로 Spintronics 발진 현상의 연 구가 진행되고 있다. 그러나 아직 Nature, Science, Physical Review Letters 등 기초과학 저널 중심으로 소개되는 기초 수준인 Spintronics 발진 현상의 물리 적 원리 연구에 머물러있다.

현재까지의 Spintronics 발진기는 수평형 Spintronics 발진기, 수평/수직 복합형 Spintronics 발 진기, 점접촉형 Spintronics 발진기, Vortex형 Spintronics 발진기의 다양한 구조로 연구가 진행되 고 있으나 출력되는 신호레벨이 작고, 신호의 3-dB 선폭 (Linewidth)이 넓어 통신에 적용하기위해서는 개선이 요구된다. 현재까지 Spin 발진기의 세계 최 고 수준은 -33dBm의 출력 신호와 MHz 단위의 3-dB 선폭 특성을 보이고 있다. 이러한 Spin 발진기 를 통신회로에 응용하려는 연구가 진행되며, Spintronics 발진기에 대한 논문 1건이 전기전자 관 련 저널에 최초로 2010년에 게재되었고 [4], FSK 변 조 가능성을 제시한 논문이 2009년 11월에 1건 게 재되어 [5], spintronics 발진기를 통신에 활용하려는 연구가 개화되었다.

Reconfigurable RF 또는 다수개의 RF의 신호의 동시전송 동작 기술은 다수개의 RF 및 가변성을 갖 는 소자를 적용하여 구현함으로써 여전히 칩 회로 에 부가 회로가 많아 칩사이즈가 크며, 전력 소모가 커서 비효율적인 융복합 구조가 된다. 가변 기능을 갖는 RF 기술은 Varactor 혹은 가변 Inductor를 채택 하지만 그 변조 주파수의 선택 폭에 제한이 있으므 로, 이동통신 융합회로 (Mobile convergence)에 대응 하기 위해서는 별도의 다수 공진기를 필요로 하는 문제를 갖고 있다. 이의 대안으로 연구되는 디지털 RF는 변조 신호의 선형성 확보에 어려움을 갖고 있 으며, 현재의 혼성회로 기술로는 낮은 전송 속도 (Data Rate)의 전송만 구현되는 수준이다.

본 연구에서는 나노미터 크기의 Spintronics 발진 기 어레이를 바탕으로 한 듀얼 채널 통신을 구현하 는데 있다. 이는 기존의 LC발진기와 비교할 때, 작 은 크기로 마이크로 와트 (μW) 단위의 저전력형 구 현이 가능하며, 단일 발진기로 수 ~ 수십 GHz 광대 역 발진이 가능하여 새로운 변조 방식 및 통신 구 조가 예상되어 혁신적 통신 기술이 제시될 수 있다.

Ⅲ. Spintronics 발진기의 듀얼 채널 구조

나노미터 크기로 μW 단위의 저전력형 구현이 가 능한 GHz 광대역 신호 발진을 얻을 수 있는 Spintronics 발진기 기술을 이용하면 쉽게 듀얼 채널 통신 구조를 얻을 수 있어서 다중 채널의 동시 구 동 (Concurent) 동작이 용이해 진다. 크기가 대략 100 나노미터 크기로 구현됨으로 어레이 구조가 쉽 고, n x m 어레이 구조로 구현하면서 수십, 수백개 의 다수 채널 구조를 이루면서도 마이크로 미터 단 위로 구현될 수 있다. 또한 광대역 동작 특성을 가 짐으로 이격된 여러개의 주파수를 발진 시킬수 있 는 특징을 갖는다.

본 논문에서는 3.5 GHz에서 4.2 GHz 동작 특성 을 갖는 Spintronics 발진기를 이용하여 듀얼채널 동 작을 갖는 송수신기의 가능성을 제시하였다.

1. Spintronics 발진기의 레벨 및 3-dB 선폭 특성을 고려한 송수신기 방식

나노미터 단위 기술로 만들어지는 Spintronics 발 진기는 차세대 이동통신 기술의 장벽이였던 협대역 의 주파수 특성, 복잡도에 따른 큰 사이즈 및 높은 전력 소비의 한계를 획기적으로 극복할 수 있는 대 안이 될 수 있다. 특히, Spintronics 발진기의 High-Q 및 1~2 나노초 단위의 발진 신호 안정시간 (Settling time) 특성 바탕으로 고속통신이 가능한 고도화 특 성을 수용할 수 있는 차세대 통신 기술을 수용할 수 있다.

그러나 현재까지의 Spintronics 발진기는 2012년 일본 AIST의 –33 dBm이 최대 출력 레벨에 그치고 있으며, 대부분 –60 ~ -80 dBm 수준의 출력레벨에 머물러 있어서 통신에 활용되기에는 아직 어렵다.

또한 Spintronics 발진기 신호가 통신기술에 접목 되기 위해서는 위상잡음(Phase Noise) 특성이 각 통 신 서비스에서 요구하는 수준을 만족시켜야 한다. 이러한 위상잡음 특성은 Spintronics 발진기의 3-dB 선폭과 관련이 있고, 3-dB 선폭은 Spintronics 발진 기의 위상 및 진폭의 노이즈, 열 변동 스펙트럼 (Thermal fluctuation spectrum) 및 마그네틱 백색 잡 음 (Magnetic white noise)에 의해서 결정되며, TMR 일 경우 터널(Tunneling) 효과에 의한 순간 잡음 (Shot Noise)이 포함되어 결정되는 것으로 알려져 있다 [6].

현재까지의 Spintronics 발진 신호에서 측정된 3-dB 선폭은 수 ~ 수십 MHz 특성으로 나타나고 있 다. 이러한 위상 잡음특성의 문제의 원인은 첫째로 출력 레벨이 작음으로 인해 여러 잡음 환경에서 만 들어지는 잡음 레벨과 크게 차이나지 않는 현상에 기인하며, 둘째로는 주파수가 동조가 되지 않아 여 러 주파수 성분을 가지고 발진하기 때문이다. 실제 적으로 스펙트럼을 통해 PLL On/Off 조건을 달리하 여 Spin 발진 신호를 측정하면 위상잡음 특성이 20dB 정도의 개선을 보인다 [6].

2. Spintronics 발진기의 진폭/주파수 비 선형 성 특성을 고려한 송수신기 방식

Spintronics 발진기는 일반적으로 인가되는 자계 와 전류에 대하여 주파수가 이동하는 특성을 가지 고 있다 [7]. 이러한 특성을 적극 활용하여 PRF (Pulse Repetation Frequency) 신호의 의해서 Spintronics 발진기에 주파수 변조(Frequency shifting Keying)을 할 수 있음을 제시하고 있고 참조논문 [7]에서는 PRF 주파수 10 MHz 이상에서 변조 한계 를 가짐을 보고하고 있다. 또 하나의 Spintronics 발 진기의 특성은 전류에 따라서 출력레벨과 출력신호 의 3-dB 선폭이 변화한다. 주파수만 이동하는 것이 아니라 전류에 따라서 출력 신호의 진폭 및 3-dB 선폭이 변화함으로 최종 출력되는 Spintronics 발진 기의 출력 주파수는 출력되는 신호 진폭에 의해서 도 영향을 받아서 결정됨을 생각할 수 있다. 이러한 특성으로 Spintronics 발진기는 전류에 대한 주파수 의 선형 특성과 비선형 특성이 얻어지고 있음을 보 고하고 있다 [8]. 참조논문 [8]의 논문에서는 선형 영역 동작은 대략 발진 주파수의 상/하 측파대역 (sideband) 신호의 레벨 크기가 같으며, 비선형 영역 동작에서는 상/하 측파대역 신호의 레벨 크기가 달 라짐을 보고하고 있다.

즉, Spintronics 발진기를 활용한 통신구현에서는 기존 방식과 다른 새로운 변조 방식이 요구되며, 선 형 및 비선형 동작에 영향 받지 않는 스핀 변조가 되어야 한다. 이러한 Spintronics 발진기 특성을 고 려하여 본 논문에서는 인가되는 자계에 의해서 주 파수를 결정하고, 전류에 의해서 발진 신호를 출력 하는 방식의 주파수와 진폭을 동시에 사용하는 스 핀 변조 방법을 택하였다. 이러한 스핀 변조 방식은 나노미터 크기를 갖는 Spintronics 어레이 구조를 적 극 활용하면 구현이 쉽다.

3. Spintronics 발진기를 활용한 듀얼채널 구조

통신에 활용한 Spintronics 발진기를 자계가 없는 환경 조건에서 0.6 mA 에서 1.3 mA 까지의 전류의 변화를 주어서 발진 주파수를 4 GHz 대역에서 얻 었다. 측정하여 얻어진 신호 레벨(Spectral density)과 3-dB 선폭을 그림 4에 나타내었다. 측정은 Tektronics 사의 RSA 3408A Real-time 스펙트럼 분 석기 (spectrum analyzer)를 사용하여 측정하였다. 얻 어진 결과는 20 ~ 45 nV/ H z 사이의 출력레벨 결 과와 100 ~ 200 MHz의 3-dB 선폭을 얻은 결과를 확인할 수 있었다.

이러한 결과는 특성 개선을 하지 않고는 기존 통 신에 활용될 수 없는 수준의 발진 특성이다. 그러나 전 세계 유수 기관들이 발진 특성을 개선하기 위한 연구를 집중적으로 진행하고 있기때문에 곧 극복되 리라 판단한다.

결과적으로 Spintronics 발진기 기술을 활용하여 통신에 활용하기 위해서는 기존 통신 기술이 아닌 새로운 구조적 접근이 요구된다. 본 논문에서는 Spintronics 발진기의 저출력 신호 특성으로도 무선 통신이 가능한 응용인 NFC (Near Field Communication)와 같은 근접거리 통신에 국한했다.

본 논문에서 사용된 Spintronics 발진기는 –60 dBm 수준으로 수신기는 1 cm 이하의 거리를 지원 하는 Link buget을 만족하여 수신할 수 있도록 수신 기의 잡음지수 및 수신기 이득을 갖도록 설계하였 다. 송수신 방식에 있어서는 위상잡음 (Phase noise) 에 둔감한 진폭변조 통신 구조를 채택하였다. 자유 공간 경로손실은 일반적으로 식 (1)과 같다.

또한 Spintronics 발진기의 진폭 및 주파수 비선형 동작 특성으로도 통신이 가능할 수 있도록 OOK 구 조로 통신을 채택하였다.

이러한 기본적 특성을 바탕으로 통신 방식을 정 하였고, 두개의 Spintronics 발진기를 어레이화하여 듀얼 채널 통신 구조를 실험하였다. 그림 5는 Spintronics 발진기의 어레이 구조를 활용한 듀얼채 널 송수신기 구조를 나타낸 것이다.

3-dB 선폭이 200 MHz 까지의 특성을 갖는 Spintronics 발진기 특성과 Spintronics 발진기의 광대 역 동작 특성을 고려하여 통신 가능한 두 주파수의 이격거리를 700 MHz로 하여 f1 주파수를 3.5GHz, f2 주파수를 4.2 GHz로 정하였고, 하나의 안테나로 2개의 채널 신호를 동시에 전송할 수 있도록 구조 화 하였다. 수신기에서는 기존 LC 기술을 활용하여 이격된 각각의 주파수를 수신할 수 있도록 각 주파 수에 해당하는 BPF와 LNA를 설계하였고, OOK 수 신을 하여 신호를 복조할 수 있도록하였다.

IV. 실험 및 결과

송신기는 나노미터 크기의 Spintronics 발진기의 동작을 위해서 Probe station에서 동작하였고, Probe station 바로 아래는 자계 발생기를 위치시켜 자계의 크기와 각도를 변화시켜 주면서 원하는 주파수에 발진 할 수 있도록 세팅하였다. 동작 환경에 대한 그림은 그림 6과 같다.

그림 6은 Spintronics 어레이 발진기를 원하는 발 진 주파수인 3.5 GHz 와 4.2 GHz 로 세팅하고, Spintronics 어레이 발진기의 신호에 각각 OOK 변조 시켜 근접거리에 있는 듀얼 채널 수신기로 신호를 전달하여 복조시키는 실험 환경을 나타내었다. Spintronics 어레이 발진기를 원하는 주파수에 발진 시킬 수 있도록 Probe station 바로 밑에 자계발생 장치를 두었다. 자계 발생장치는 C-형 구조의 폐쇄 형 회로로 구현하였으며, 정류된 전류 크기에의해 서 자계 값이 결정되도록 하였다. 발생되는 자계는 시료 중간으로 오도록 구조화 하였다. RF 신호의 특성은 스펙트럼 분석기 (Spectrum Analyzer)와 네트 워크 분석기 (Network Analyzer)를 통해 검증하였고, 송수신된 신호는 오실로스코프 2개를 사용하여 수 신된 복조 신호가 변조된 신호와 함께 비교하면서 실험할 수 있도록 하였다.

전송된 듀얼채널 신호를 분리하여 수신하기 위 해서 수신기는 안테나 바로 다음단에 각각 BPF를 적용하였고, 3.5GHz, 4.2 GHz 각 신호 주파수 대역 에서 1.5 dB, 2.0 dB의 삽입 손실을 가짐을 확인하 였다. 또한 3.5 GHz 신호전송 시 4.2 GHz 주파수에 의서 격리는 15 dB 이상의 격리를 가지며, 4.2 GHz 신호전송 시 3.5 GHz 주파수에의서 격리는 –35 dB 이상의 격리를 갖도록 설계하였다. LNA 이하 3.5 GHz 신호경로의 수신기는 3.8 GHz 까지 수신하도 록 정합하였고, 4.2 GHz 신호경로의 수신기는 6 GHz 이상 충분히 수신하도록 듀얼 채널 수신기를 설계하였다.

격리도가 낮은 3.5 GHz 신호경로에서 4.2 GHz 신 호가 간섭으로 작용할 것인지를 판단하기 위해서 가장 큰 신호레벨이 입력 될 수 있는 조건인 유선 연결시에 3.5 GHz 발진 신호를 제거하고 4.2 GHz 신호만을 입력시켰을 때에 수신기에서 수신되지 않 음을 확인하여 격리도에 문제가 없음을 확인하였다.

BPF 다음단에는 Spintronics 발진기의 작은 출력 레벨에서도 신호를 수신할 수 있도록 수신기의 감 도를 높이기 위한 LNA (저잡음 증폭기)를 설계하여 수신기가 저잡음 지수로 충분한 이득을 가질 수 있 도록 하였다. 측정결과 LNA는 3.5 GHz 신호 경로 에서 잡음지수가 1.8 dB 이며, 이득은 20 dB를 얻었 고, 4.2 GHz 신호 경로에서는 잡음지수가 2.0 dB 이 며, 이득은 17.1 dB를 얻었다.

그림 7은 3.5 GHz 신호경로와 4.2 GHz 신호경로 의 BPF 와 LNA 의 동작 결과를 네트워크 분석기로 측정하여 나타내었다.

채널이 3.5 GHz 신호 경로는 18 dB 이득을 가지 며, 4.2 GHz 지점에서 15 dB 이격 시키고 있음을 나타내고 있으며, 채널이 4.2 GHz 신호 경로에서는 15 dB 이득을 가지며, 3.5 GHz 지점에서 35 dB 이 격 시킴으로써 역시 충분히 간섭없이 4.2 GHz 수신 신호를 받아 들 일 수 있음을 확인하였다.

수신기 각 채널에서 최종적으로 RF 신호를 복조 하여 얻은 결과를 그림 8에 나타내었다. 스핀 변조 기의 실험 조건으로 50% Duty를 갖는 사각파형의 주기신호를 각 채널에 사용하였고, 변조된 신호를 수신기의 각 채널에서 수신하여 결과를 얻었다. 송 수신기 거리는 1 cm 조건이다.

얻어진 결과는 각 채널이 200 kbps 와 400 kbps 를 수신함을 보여주고 있으며, 200 kbps의 경우 변 조시 On/Off 신호에 따라의 수신된 신호의 증가하 고 감소하는 지연시간 (rising/falling time) 결과가 90% 이내에서 동작함을 판단할 때 200 kbps 신호까 지 안정적으로 수신하고 있음을 알 수 있었다.

본 논문을 통해서 200 kbps 수준의 전송 속도까 지의 실험결과를 확보하였지만 여러 다른 논문을 통해서 보고된 결과는 수 나노 초 단위로 동작하는 안정 시간을 갖는 Spintronics 발진기를 기반으로 수 십 Mbps 급의 동작을 얻을 수 있음을 보고 하고 있 다 [5-9]. 본 논문에서는 200 kbps 급 수준의 제한된 전송 속도 성능을 얻고 있는 것은 Spintronics 발진 기의 구동 전류를 지원하는 전류 미러 회로 (Current mirror circuit)를 통해 변조를 하는데 있어 서 Transistor 응답 속도의 제한과 Spintronics 발진기 의 바이어스를 지원하는 Bias-T의 RC 지연시간으로 인한 결과이다. RF 구동을 위한 Bias-T 회로는 피할 수 없는 필수적인 회로인 반면, 전류 미러 회로 대 신 빠른 응답 속도를 갖는 전류 지원회로를 사용한 다면 데이타 전송율을 올리 수 있을 것이다. 또는 전류 미러 회로에서 사용된 Transistor를 응답 속도 가 빠른 Transistor로 대체하여 설계하면 Spintronics 발진기 전류를 빠르게 동작시킬 수 있어서 전송속 도를 올릴 수 있을 것으로 판단한다.

아직 Spintronics 발진기는 통신에 사용하기에는 출력 레벨이 작고, 위상 잡음 특성을 거론하기에는 너무도 나쁜 위상잡음 특성을 갖는다. 하지만 OOK 통신 방식을 기반으로 실험 진행한 본 연구 결과를 통해서 Spintronics 발진기 신호를 통신에 사용할 수 있음과 동시에, 통신에 사용할 경우 Spintronics 어 레이를 기반으로 듀얼 채널 송 수신기로 확대 적용 할 수 있음을 확인할 수 있었다.

기존 듀얼 채널 통신 구현은 반드시 단말기와 중 계기가 송수신기를 2개씩 가지고 있어야 가능한 개 념이었다. 그러나 Spintronics 어레이를 사용하면 듀얼채널 통신을 간단히 구현할 수 있는 큰 장점을 갖는다. 더욱이 다채널 통신 구현으로도 확장이 가 능함을 알 수 있다.

그림 9는 듀얼 채널 수신기의 실장 보드를 나타 내었다. 각 주파수를 수용할 수 있는 광대역 안테나 를 사용하였고, 안테나의 이득은 2 dBi이다. 각 채 널의 경로에는 안테나 바로 다음단에 BPF와 LNA 가 위치하고 있음을 볼 수 있다. 각 신호 경로는 PCB에서도 충분히 격리되도록 분리하여 설계하였 다. LNA 출력은 각 채널의 수신기(Receiver1, Receiver2)로 입력되기 전에 8 GHz 까지 동작하는 RF 스위치(SW)를 사용하여 RF 모니터 또는 각 채 널의 수신기의 경로를 선택할 수 있도록 하여 RF 경로의 디버깅을 쉽도록 하였다. RF 모니터 또는 각 채널의 수신기의 경로 선택은 딥 스위치로 조정 할 수 있도록 회로화하였다. Spintronics 발진기를 통해서 송신된 두 신호는 수신기에서 주파수별 분 리처리되어 각각 신호를 200 kbps까지 복조하고 있 음을 확인하였다.

Ⅴ. 고찰

Spintronics 발진기의 어레이에서 송신된 듀얼 채 널 신호를 동시에 수신하는 수신기를 통해서 두 채 널의 수신 데이타를 각각 최종적으로 200 kbps급의 데이타 전송을 무선으로 할 수 있었다. 수신기의 크 기는 56 x 33 mm² 크기로 구현되었다. 본 논문은 Spintronics 발진기의 신호 레벨 –60 dBm 크기의 한계로 근접거리 통신에만 가능하였지만 Spintronics 발진기 어레이 신호를 활용하여 진폭 및 주파수 변 조를 동시에 할수 있는 새로운 스핀 변조의 가능성 을 제시하였다. 듀얼 채널 수신기를 활용하여 각 채 널을 복조할 수 있었으며, 200 kbps 까지의 통신을 구현하였다. 이는 아직까지 구현된 연구가 전 세계 적으로 이루어 진 바 없는 결과이다.

본 연구를 통해 Spintronics 발진기의 나노미터 급 크기의 재료를 사용하여 저전력 소모로 수 GHz의 초고주파 발진신호 대역에서 듀얼 채널 통신을 실 현하였다.

다양한 통신 및 방송 서비스를 수용해야 하는 이 동통신 단말기와 언제 어디서나 안전통신 채널을 확보하고자 하는 차량용 WAVE 통신의 듀얼채널 통신등의 요구사항으로 복잡해져 가는 무선통신 시 스템에 나노기술로 대표되는 Spintronics 기술을 새 롭게 적용함으로써 무선통신 구조를 획기적으로 개 선할 수 있는 가능성을 제시하였다. 또한 새로운 접 근의 미래 유비쿼터스 환경 무선 센서로 본 기술이 경쟁력 있게 사용될 수 있음을 알 수 있었다.