Design and Fabrication of 40 ㎓ MMIC Double Balanced Star Mixer using Novel Balun

In this paper, MMIC double balanced star mixer for 40 ㎓ was implemented on GaAs substrate with backside vias. In the design of the MMIC mixer, the design of balun and diode was required. A novel balun structure using microstrip to CPS was presented. The 40 ㎓ balun was designed based on the design experience of the scale-down balun by 2 ㎓. The balun may be suitable for fabrication in MMIC process with backside via and can easily be applied for DBM(Double Balanced Mixer). A Schottky diode was designed and implemented using p-HEMT process considering the compatability with other high frequency MMIC's fabricated on p-HEMT base process. Finally, the double balanced star mixer was fabricated using the balun and the p=HEMP Schottky diode. The measured performance of mixer shows 30 ㏈ conversion loss at 18 ㏈m LO power. This insufficient performance is caused by the unwanted diode at AlGaAs junction in vertical structure of p-HEMT. If the p-HEMT's gate is recessed to AlGaAs layer, and so the diode is eliminated, the mixer's performances will be improved.

새로운 발룬 회로를 이용한 40 ㎓ 대역 MMIC 이중 평형 Star 혼합기의 설계 및 제작

본 논문에서는 40 ㎓ 대역 MMIC(Monolithic Microwave Intergrated Circuit) 이중평형 star 혼합기를 비아 공정이 있는 GaAs substrate(두께 4 mil)상에서 설계 및 제작, 측정하였다. 이중평형 star 혼합기를 구현하기 위해 발룬회로와 다이오드 설계가 필요했다. 발룬회로는 microstrip과 CPS(Coplanar Strip)를 이용하여 새로운 구조를 제안하여, 2 ㎓ 대역으로 주파수를 낮추어 새로운 구조의 발룬 성능을 PCB로 제작하여 확인한 바 있다. 이를 바탕으로 40 ㎓에서 MMIC 발룬을 설계하였다. 제안된 발룬은 비아 공정이 포함된 MMIC 회로에 적 합하며, 이중평형 혼합기 구현에 쉽게 적용 가능하다는 특징이 있다. 다이오드는 p-HEMT를 사용하는 밀리미터파 대역의 다른 MMIC 회로들과의 호환성을 고려하여, p-HEMT 공정을 기반으로 한 쇼트키 다이오드를 설계하였다. 이를 이용 제안한 발룬회로와 다이오드를 조합하여, 이중평형 star 혼합기를 구현하였다. 혼합기의 측정 결과 LO전력이 18 ㏈m일 때, 변환손실 약 30 ㏈를 얻었다. 이는 p-HEMT의 AlGaAs/InGaAs 층에 의한 다이오드 때문이며, p-HEMT구조에서 AlGaAs층을 식각하여 단일 접합 다이오드를 만들면 혼합기의 성능이 개선될 것으로 예상된다.