High Conversion Gain and Isolation Characteristic V-band Quadruple Sub-harmonic Mixer

In this paper, we have proposed a high conversion and isolation characteristic V-band quadruple sub-harmonic mixer monolithic circuit which is designed and fabricated for the millimeter wave down converter applications. While most of the sub-harmonic mixers use a half of fundamental frequency, we adopt a quarter of the fundamental frequency. The proposed circuit is based on a sub-harmonic mixer with APDP(anti-parallel diode pair) and the 0.1 ${\mu}{\textrm}{m}$ PHEMT's (pseudomorphic high electron mobility transistors). Lumped elements at IF port provide better selectivity of IF frequency and increase isolation. Maximum conversion gain of 0.8 ㏈ at a LO frequency of 14.5㎓ and at a RF frequency of 60.4 ㎓ is measured. Both LO-to-RF and LO-to-IF isolations are higher than 50 ㏈. The conversion gain and isolation characteristic are the best performances among the reported quadruple sub-harmonic mixer operating in the V-band millimeter wave frequency thus far.

고 변환이득 및 격리 특성의 V-band용 4체배 Sub-harmonic Mixer

본 논문에서는 0.1 ㎛ GaAs PHEMTs MIMIC 공정을 이용하여 V-band에서 사용 가능한 고 성능의 sub-harmonic mixer를 제안하였다. LO신호의 n차 하모닉 성분을 이용하기 위해서는 LO신호 전력의 필연적인 감쇠가 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 본 논문에서는 주파수를 혼합하기 위한 APDP(anti-parallel diode pair) 구조에 0.1 ㎛ PHEMT (pseudomorphic high electron mobility transistors)를 각 단에 연결시켜 LO 신호의 4차 성분을 이용하는데 있어 주요한 성능 향상을 이루었다. PHEMT 다이오드 와 PHEMT를 0.1 ㎛의 게이트 길이를 갖는 동일 공정을 통하여 구현하였고 CPW (Coplanar Waveguide) 라이브러리를 개발하여 제안된 회로를 설계하였다. 또한 상대적으로 낮은 주파수의 출력 IF 단에는 출력 주파수의 선택성을 좋게 하기 위하여 Lumped 소자를 이용하여 정합회로를 구성하여 RF 입력 신호와 LO 신호의 출력단 유입을 억제하였다. 제작된 sub-harmonic mixer의 특성을 측정한 결과 입력 RF 주파수가 60.4 ㎓, LO 주파수가 14.5 ㎓일 때, 0.8 ㏈의 변환이득 특성을 얻었으며, LO-to-IF, LO-to-RF 격리 특성을 측정한 결과 동작영역에 걸쳐 50 ㏈ 이상의 높은 격리 특성을 나타내었다.