A simplified 4-channel phased array structure that uses one stage of switched type passive phase shifter and structures of phase shifters using 65-nm CMOS process are described. In many case, one channel of phased array has phase shifter that can control the phase with more than eight states. However, in certain case, required phase states can be reduced. At this paper, different with typical phased array, each channel of proposed phased array needs only two kinds of phase states. Fewer required states makes loss of phase shift-er improved. Therefore, this modified structure makes total performance of the system better. Besides, sim-plified one stage switched line type SPDT 180° passive phase shifter for this phased array structure is present-ed. The proposed phase shifter reduces the number of required elements as compared with conventional SPDT phase shifter due to the reactance sharing method. This SPDT 180° phase shifter is designed and im-plemented targeting 60 GHz application, and conventional 90° phase shifter for the system are also designed additionally. The proposed 180° phase shifter features average -4.15 dB of measured gain, 0.88 dB of gain error, 175.5° of phase difference, and 4.4° phase error. Chip area is 0.04$mm^2$ without pad. The significance of this paper is that it reports compact low loss one stage phase shifter for 4 channel phased array.
단일 스테이지의 switched 타입 위상천이기를 사용하는 간소화된 4 채널 위상 배열 구조와 CMOS 65nm 공정을 이용한 위상천이기의 구조에 대해 서술되어있다. 대부분의 경우, 위상 배열에 있는 각 채널들은 여덟 가지 이상의 위상을 조절할 수 있는 해상도의 위상천이기를 사용한다. 하지만 특정 경우에는 위상천이기에서 필요한 위상의 종류를 줄일 수 있다. 기존의 위상배열과는 다르게, 이 논문에서 제안된 위상 배열 구조는 각 채널에서 오직 두 종류의 위상만을 이용하여 빔 형성을 할 수 있는 개선된 구조이다. 이처럼 위상천이기가 필요로 하는 위상 상태의 수가 줄어들 경우 위상천이에서 발생하는 손실을 개선할 수 있다. 따라서 이렇게 개선된 구조에서는 최종적인 위상 배열의 성능이 더 좋아질 수 있다. 그리고, 이런 변형된 위상배열 구조에 필요한 간소화된 단일 스테이지 switched line 타입의 SPDT 180° 수동적 위상천이기에 대해 설명한다. 제안된 위상천이기는 리액턴스 공유 방식을 이용함으로써 기존 방식에 비해 요구되는 리액턴스 소자의 수를 줄였는데, 이렇게 개선된 SPDT 180° 위상 천이기는 60 GHz 주파수를 이용하는 기술에 적용하는 것을 목표로 구상하고 설계되었다. 또한, 시스템에 필요한 90° 위상천이기를 기존의 방식을 사용하여 추가적으로 설계하였다. 제안한 180° 위상천이기를 측정한 결과, 평균 -4.15dB의 이득, 0.88dB의 경로간 이득 오차, 175.5°의 경로간 위상 차이, 4.4°의 위상 오류를 가진다. 칩의 면적은 측정을 위한 패드를 포함하지 않을 경우 0.04$mm^2$이다. 요약하자면, 이 논문의 핵심은 4채널 위상배열을 위한 소형 저손실 단일 스테이지 위상천이기에 대한 것이다.
