A Study on the Design of Ku-band Mixer Using a HEMT

HEMT를 이용한 Ku-band 혼합기의 설계에 관한 연구

Diodes and GaAs have been commonly used in a mixer design until recently. However, diodes are not preferred to use at the front-end of DBS receiver due to the conversion loss large noise. HEMT has larger conversion gain and better noise characteristics comparing with GaAs MESFET. This paper describes the design procedure, structure, and performance of a mixer, utilizaing HEMT designed by OKI Co. . A mixer configuration in which the local oscillator(LO) signal is applied to the gate is used. When the LO power is 0.01 dBm, the conversion gain of 3.7dB is obtained at IF and the 3 dB bandwidth is 400MMz.

종래에서는 혼합기제작에 수동소자인 다이오드를 이용하였으나 다이오드는 수동소자이므로 변환손실을 가저 IF증폭기를 설치하여야 하는 단점이 있으며 잡음이 커서 DBS 수신기의 전단부에 사용하기에는 적합치 못하다. GaAs MESFET 혼합기는 다이오드 혼합기보다 우수한 잡음지수와 혼변조 level을 얻을 수 있다. 특히 위성에서 직접 수신되는 신호는 아주 미약하기 때문에 수신부 전체의 감도를 향상시키기 위해 저잡음 특성을 갖는 소자가 요구된다. HEMT(High Electron Mobility Transistor)는 진자의 이동도가 매우 빠르므로 GaAs MESFET보다 transconductance가 커서 큰 변환이득과 우수한 잡음특성을 가지며, millimeter-wave주파수 영역에서도 좋은 잡음특성을 나타내고 있다. 본 연구에서는 18 GHz대역까지 사용가능한 저잡음 증폭기용으로 설계된 OKI사의 HEMT소자인 KGF 1860을 이용하여 혼합기를 제작하였고, LO 주파수를 10.6GHz, RF중심주파수를 11.9GHz로하여 설계하여 RF를 11.4 GHz에서 12.2 GHz까지 변화시키면서 측정한 결과 1~l.4 GHz의 IF대역에서 변환이 득을 얻었으며 RF power -20.5.3 dBm, LO power 0.01 dBm에서 최대 변환이 득 3.7 dB를 얻었다. 또한 출력단의 A/4 개방스터브를 제거하였을 경우 RF를 11.1GHz에서 12.7GHz까지 변화시키면서 측정 한 결과 930MHz ~ 1.8GHz 대역에서 최대 변환이 득 1.35dB를 얻었다.