Study on Millimeter-wave Broadband Balanced Amplifiers with Cascode Configuration

We report broadband cascode amplifiers of a single-ended and a balanced amplifier for the millimeter-wave applications. The amplifiers were fabricated using 0.1 ${\mu}m\;{\Gamma}-gate$ PHEMT technology on GaAs substrate. The single-ended cascode amplifier was designed and fabricated by using shunt peaking technology. The fabricated single-ended cascode amplifier shows 3 dB bandwidth of 37 GHz($18.5{\sim}55.5$ GHz) and the maximum $S_{21}$ gain of 9.38 dB. The balanced cascode amplifier using tandem couplers achieves 3 dB bandwidth and the maximum $S_{21}$ gain of 44.5 GHz($21{\sim}65.5$ GHz) and 10.4 dB at 60 GHz, respectively. The 3 dB bandwidth of the balanced cascode amplifier shows 20% lager than the single-ended cascode amplifier.

Cascode 구조를 이용한 밀리미터파 광대역 평형 증폭기의 연구

본 논문에서는 cascode 구조에 shunt peaking 기술을 접목시킨 밀리미터파 광대역 단일 종단 증폭기와 tandem 결합기를 이용한 밀리미터파 광대역 평형 증폭기를 설계 및 제작하였다. 증폭기 제작을 위하여 0.1 ${\mu}m\;{\Gamma}-gate$ GaAs PHEMT가 사용되었다. 제작된 단일 종단 증폭기는 37 GHz($18.5{\sim}55.5$ GHz)의 3 dB 대역폭과 47 GHz에서 9.38 dB의 최대 $S_{21}$ 이득 특성을 얻을 수 있었다. 밀리미터파 대역용 광대역 평형 증폭기 제작을 위해 사용된 tandem 결합기는 $30{\sim}60$ GHz에서 평균 3.5 dB의 결합 계수 및 -23 dB 이하의 반사 손실을 얻을 수 있었다. 제작된 평형 증폭기는 44.5 GHz($21{\sim}65.5$ GHz)의 3 dB 대역폭을 얻었으며, 최대 $S_{21}$ 이득은 60 GHz에서 10.4 dB의 값을 얻을 수 있었다. Tandem 결합기를 이용한 평형 증폭기는 shunt peaking 기술을 이용한 단일 종단 증폭기에 비해 20% 증가된 3 dB 대역폭을 보였으며, 더 낮은 입력 및 출력 반사 손실을 얻을 수 있었다.