Frequency Octupler for W-band Transceiver

W-대역 송수신기를 위한 주파수 8체배기

Abstract

A W-band frequency octupler is implemented on 100-nm GaAs pHEMT process. The fabricated octupler can be used as a local oscillator or a signal source of W-band transceivers. Three common-source doublers are connected in cascade to multiply an input signal of 10.75 GHz to 83 GHz. A common-source amplifier is followed for each doubler to improve the conversion gain and suppress the unwanted harmonics. The fabricated octupler showes high output of more than 6 dBm in the 80 - 84 GHz band and achieved excellent spurious suppression performance over 20 dBc.

W-대역 송수신기를 위한 주파수 8체배기가 100-nm GaAs pHEMT 공정으로 설계 및 제작되었다. 제작된 체배기는 송수신기의 국부발진기 및 신호원으로 활용 가능하다. 공통-소스 2체배기를 3단 연결하여 10.75 GHz의 입력 신호를 83 GHz로 체배할 수 있다. 변환 이득 향상과 불요파 억제를 위하여 공통-소스 증폭기가 각 체배단 마다 포함되었다. 증폭기를 대역 필터로 활용하여 크고 복잡한 수동 필터 없이 충분한 불요파 억제도를 확보할 수 있다. 또한 각 증폭기 이득을 조정하여 변환 효율을 극대화하였다. 제작된 체배기는 80 - 84 GHz 대역에서 6 dBm 이상의 높은 출력을 보이며 20 dBc 이상의 우수한 불요파 억제 성능을 확보하였다.

그림 1. 트랜지스터 게이트 전압에 따른 기본 주파수와 2차 고조파 전류의 변화 Fig. 1. Change of fundamental frequency and second harmonic current according to transistor gate voltage

그림 2. W-대역 공통-소스 3단 주파수 8체배기 회로도 Fig. 2. Schematic of W-band common-source 3-stage frequency octupler

그림 4. 중간 증폭기를 이용한 불요파 억제 Fig. 4. Suppression of unwanted harmonics by using the buffer amplifiers

그림 3. 체배기 각 단의 출력 파워 최적화 Fig. 3. Output power optimization for each multiplying stage

그림 6. 입력(상)과 출력(하) 정합 특성 그래프 Fig. 6. Input and output matching of designed multiplier

그림 5. 제작된 주파수 8체배기 칩 사진 ( 3.2 × 1.2 mm²) Fig. 5. Microphotograph of designed frequency multiplier

그림 7. 주파수 대비 출력 전력(상)과 입력 대비 83 GHz 출력 전력(하) Fig. 7. Measured output power relative to frequency and 10.375 GHz input power

그림 8. 전 주파수 대역에의 출력 전력 스펙트럼 Fig. 8. Measured output power spectrum

표 1. 기존 주파수 체배기와의 비교표 Table 1. Comparison with the other frequency multipliers