Design of Single Balanced Diode Mixer with Filter for Improving Band Flatness in Microwave Frequency Down Converter

마이크로파 주파수 하향 변환기에서의 대역 평탄도 개선을 위한 여파기 집적형 단일 평형 다이오드 혼합기 설계

In this.paper, we introduce design and implementation results of the single balanced diode mixer for European point-to-point microwave radio in order to improve flatness performance. When a resonator such as RF filter is integrated with a mixer, impedance characteristic of 50 ohm is maintained only in RF band, not in LO band resulting deterioration of flatness performance because of LO power variation on the diode. In the paper, we suggest a design method of mixer integrated with image rejection filter and LO harmonic filter to have a better performance of flatness using embedding electrical length between filter and mixer's port. Frequency specification of fabricated mixer is $21.2{\sim}22.6\;GHz$ for RF, $19.32{\sim}20.72\;GHz$ for LO and 1.88 GHz+/-50 MHz for IF, respectively. Measured results show conversion loss of 8.5 dB, flatness of 2 dB, input PldB of 8 dBm, IIP3 of 15 dBm under LO power level of 10 dBm. Return losses of RF, LO and IF port are under -12 dB, -10 dB and -5 dB, respectively. Isolations of LO/RF and LO/IF are 20 dB and 50 dB, respectively.

본 논문에서는 유럽형 점 대 점 마이크로파 고정 통신에 이용되는 주파수 하향 변환기 설계에 있어, 평탄도 개선 측면에서 접근한 단일 평형 주파수 혼합기의 설계 및 제작 결과에 대해 소개하도록 한다. 일반적인 주파수 하향 변환기의 구성에서 주파수 혼합기에 연결되는 RF필터 등의 여파기 임피던스 특성이 RF 대역에서만 유지되고 LO 대역에서는 그 특성이 달라져 LO 구동 전력이 혼합기 다이오드에 불규칙하게 인가됨에 따라 대역 평탄도 특성이 악화된다. 이에 대해 본 논문에서는 영상 대역 제거 필터 및 LO 고조파 필터를 혼합기 내에 집적하고 여파기와 혼합기 포트 간 전기적 길이를 이용하여, 평탄도 특성에 대한 여파기의 영향을 최소로 한 여파기 집적형 주파수 혼합기를 설계하였다. 제작된 주파수 혼합기는 RF 대역 $21.2{\sim}22.6\;GHz$, LO 대역 $19.32{\sim}20.72\;GHz$ IF 대역 1.88 GHz+/-50 MHz의 주파수 재원을 가지며, LO 구동 전력 10 dBm에서 영상 대역 제거 필터를 포함한 변환 손실이 8.5 dB, 대역평탄도 2 dB, 입력 PldB 8 dBm, 입력 IIP3 15 dBm의 특성을 보였다. RF, LO 및 IF 포트의 반사 손실은 각각 -12 dB, -10 dB, -5 dB의 특성을 보였다. LO/RF, LO/IF 격리도는 각각 20 dB, 50 dB로 측정되었다.