Abstract
We report our research work on the millimeter-wave broadband amplifier integrating the shunt peaking technology with the cascode configuration. The millimeter-wave broadband cascode amplifier on MIMIC technology was designed and fabricated using $0.1{\mu}m\;{\Gamma}-gate$ GaAs PHEMT, CPW, and passive library. The fabricated PHEMT has shown a transconductance of 346.3 mS/mm, a current gain cut off frequency ($f_T$) of 113 GHz, and a maximum oscillation frequency ($f_{max}$) of 180 GHz. To prevent oscillation of designed cascode amplifier, a parallel resistor and capacitor were connected to drain of common-gate device. For expansion of the bandwidth and flatness of the gain, we inserted the short stub into bias circuits and the compensation transmission line between common-source device and common-gate device, and then their lengths were optimized. Also, the input and output stages were designed using the matching method to obtain the broadband characteristic. From the measurement, we could confirm to extend bandwidth and flat gain by integrating the shunt peaking technology with the cascode configuration. The cascode amplifier shows the broadband characteristic from 19 GHz to 53.5 GHz. Also, the average gain of this amplifier is about 6.5 dB over the bandwidth.
본 논문에서는 cascode 구조에 shunt peaking 기술을 접목시킨 밀리미터파 광대역 amplifier를 설계 및 제작하였다. 밀리미터파 광대역 cascode amplifier의 설계 및 제작을 위해서 $0.1{\mu}m\;{\Gamma}-gate$ GaAs PHEMT와 CPW 및 passive library를 개발하였다. 제작된 PHEMT는 최대 전달 컨덕턴스는 346.3 mS/mm, 전류이득 차단 주파수 ($f_T$)는 113 GHz, 그리고 최대공진 주파수($f_{max}$)는 180 GHz의 특성을 갖고 있다. 설계된 cascode amplifier는 회로의 발진을 막기 위해서 저항과 캐패시터를 common-rate 소자의 드레인에 병렬로 연결하였다. 대역폭의 확장 및 gain의 평탄화를 위해 바이어스 단들에 short stub 및 common-source 소자와 common-gate 소자 사이에 보상 전송선로를 삽입하고 최적화하였으며, 입출력 단은 광대역 특성을 갖는 정합회로로 설계하였다. 제작된 cascode amplifier의 측정결과, cascode 구조에 shunt peaking 기술을 접목시킴으로써 대역폭을 확장 및 gain을 평탄화 시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 3 dB 대역폭은 34.5 GHz ($19{\sim}53.5GHz$)로 광대역 특성을 얻었으며, 3 dB대역 내에서 평균 6.5 dB의 $S_{21}$ 이득 특성을 나타내었다.
