MIMIC 94 GHz high isolation single balanced cascode mixer

In this paper, the high isolation and wideband 94 GHz MIMIC(Millimeter-wave Monolithic Integrated Circuit) single balanced cascode mixer was designed and fabricated. Also, we designed and fabricated a 3 dB tandem coupler which has a high isolation and wideband characteristic. The single balanced resistive mixer which does not require an external IF balun was designed using the 0.1 ${\mu}m$ InGaAs/InAlAs/GaAs metamorphic HEMT(High Electron Mobility Transistor). The DC characteristics of MHEMT's are 665 mA/mm of drain current density, 691 mS/mm of maximum transconductance. The current gain cut-off frequency($f_T$) is 189 GHz and the maximum oscillation frequency($f_{max}$) is 334 GHz. A 94 GHz single balanced cascode mixer was fabricated using our 0.1 ${\mu}m$ MHEMT MIMIC process. From the measurements, the fabricated couplers showed wideband characteristics. The conversion loss of single balanced cascode mixer was 9.8 dB at an LO power of 10.9 dBm. The LO to RF isolation of single balanced cascode mixer was 29.5 dB at 94 GHz. We obtained in this study a higher LO-RF isolation compared to some other single balanced mixers.

94 GHz 대역의 높은 격리 특성의 MIMIC single balanced cascode 믹서

본 논문에서는 높은 격리특성과 광대역 특성을 갖고 IF 발룬을 필요로 하지 않는 94 GHz MIMIC(Millimeter-wave Monolithic Integrated Circuit) single balanced cascode 믹서를 설계 및 제작하였다. 또한 믹서의 높은 격리특성과 광대역 특성을 위한 94 GHz 대역의 3 dB tandem 커플러를 설계 및 제작하였다. MIMIC single balanced cascode 믹서는 $0.1{\mu}m$ InGaAs/InAlAs/GaAs Metamorphic HEMT(High Electron Mobility Transistor)를 이용하여 설계 및 제작되었다. 제작된 MHEMT는 드레인 전류 밀도 665 mA/mm, 최대 전달컨덕턴스(Gm)는 691 mS/mm를 얻었으며, RF 특성으로 $f_T$는 189 GHz, $f_{max}$는 334 GHz의 양호한 성능을 나타내었다. 94 GHz MIMIC 믹서의 개발을 위해 MHEMT의 비선형 모델과 CPW 라이브러리를 구축하였으며, 이를 이용하여 MIMIC 믹서를 설계하였다. 설계된 믹서는 본 연구에서 개발된 MHEMT MIMIC 공정을 이용해 제작되었다. 94 GHz MIMIC single balanced cascode 믹서의 측정결과 변환손실 특성은 LO 신호의 크기가 10.9 dBm 일 때 94 GHz에서 9.8 dB의 양호한 특성을 나타내었다. 제작된 믹서의 LO-RF 격리도는 94 GHz에서 29.5 dB 그리고 100 GHz에서 39.5 dB의 측정 결과를 얻었다. 또한 제작된 믹서는 외부의 IF 발룬을 필요하지 않아 소형화가 가능하다. 본 논문에서 설계 및 제작된 94 GHz MIMIC single balanced cascode믹서는 기존의 balanced 믹서와 비교하여 높은 격리 특성을 나타내었다.