RF 통신 모듈

무선 통신은 전자공학을 논하는 데에 있어 빠져서는 안 될 중요한 분야입니다. 이 기술은 수백 KHz 대역에서 수십 GHz 대역까지 다양한 영역의 주파수를 다룰 수 있습니다.
본 작품은 이렇게 중요한 무선 통신의 원리를 이해하기 위해, 간단한 RF 통신 모듈을 설계 및 제작하기로 하였습니다.

보드는 PLL(출력 제어기), LNA(수신부), PA(송신부), MODEM(변복조 및 제어기), 전원부를 모두 내장하고 있는 Si4463 칩을 이용하기로 하였습니다.
주파수 대역은 UHF에서 가장 많이 사용되면서, 면허가 필요 없는 434MHZ로 선정했습니다.
레이아웃 구성 유형은 TX, RX 경로가 직접 연결된 Direct Tie를 선택하였습니다. 이 레이아웃은 송수신부가 동일한 안테나 선로를 공유하기에, 다른 타입과 달리 안테나가 하나만 있어도 작동 가능합니다.
RF 모듈을 동작시킬 때, 10 dBm 이상의 RF 출력 전력을 얻어 출력 전력의 효율성을 높이고, drain voltage가 8V가 넘지 않도록 제한시킬 필요가 있었습니다. 이를 위해서, Class E(CLE) Matching Procedure에 근거해 각 부품(저항, 캐패시터, 인덕터 등)의 값을 결정하였습니다.
easy eda 툴을 이용하여, 회로를 설계한 다음, 이 회로도를 바탕으로 PCB 아트웍을 디자인하였습니다.
PCB 아트웍 설계하는 과정에서, 통신에서의 노이즈 발생을 줄이기 위해, PCB의 금속 가장자리를 여러 개의 비아로 둘러싼 다음, 겉면을 GND로 코팅하였습니다.
완성한 PCB 아트웍 디자인을 발주한 후, 배송된 Si4463 칩(마더 보드)을 도터 보드랑 납땜으로 연결한 다음, 안테나를 SMA 커넥터에 연결하였습니다.

Easy eda 툴로 설계한 회로도와 PCB 아트워크입니다.

제작한 RF 모듈의 사진과 구조도 입니다.

본래 목표로 아두이노 보드와 연결하여 테스트를 해본 다음, PHY 상위 계층을 구현하는 것이 목적이었으나, 시간 부족으로 이 부분까지 다루지는 못하였습니다.
회로 설계, 아트웍, SMT 발주 등 전자 공학의 과정에 대한 전반적인 경험, 및 이해를 할 수 있었습니다. 이를 바탕으로 추후 메시 네트워크 구현 등 다양한 무선 통신에 대한 후속 연구가 기대됩니다.