Design of 2nd-harmonic Quadrature Mixer for Ultra Wideband(UWB) Systems

This paper presents an ultra wideband(UWB) direct conversion mixer for IEEE 802.15.3a applications with simulation and measurement results. Since the direct conversion mixing causes dc-offset and even-order distortion, the proposed mixer adopts an anti-parallel diode pairs(APDPs) to solve these problems. The proposed mixer consists of an in-phase wilkinson power divider over $3.1{\sim}4.8GHz$, a wideband $45^{\circ}$ power divider over $1.5{\sim}2.4GHz$, and miniatured band pass filters(BPFs) for RF-LO isolations. The conversion loss is optimized with impedance matchings between APDPs and wideband components. The measured mixer shows the conversion loss of 13.5 dB, input third-order intercept-point($IIP_3$) of 7 dBm, and 1-dB gam compression point($P_{1dB}$) of -4 dBm. Quadrature(I/Q) outputs have the magnitude difference of about 1 dB and phase difference of ${\pm}3^{\circ}$.

2차 고조파를 이용한 UWB 시스템용 쿼드러쳐 혼합기 설계

본 논문에서는 IEEE 802.15.3a의 초광대역(Ultra Wideband: UWB) 시스템용 직접 변환 혼합기를 설계 및 제작하였다. 직접 변환 방식을 사용하는 UWB 혼합기는 dc offset, 2차 고조파 왜곡 등을 발생시키는데, 이 문제를 해결하기 위해 역병렬 다이오드 쌍을 이용하였다. $3.1{\sim}4.8GHz$ 동위상 전력분배기와 $1.5{\sim}2.4GHz$ 광대역 $45^{\circ}$ 전력분배기를 사용하였고, RF-LO의 격리도를 높이기 위하여 RF 신호는 -0.5 dB 이상 손실로 통과시키고 LO 신호는 -10 dB 이하로 차단하는 광대역 여파기를 작은 크기로 설계하였다. 이와 더불어, 역병렬 다이오드와 광대역 소자의 초광대역 임피던스 정합을 통해 주파수 변환 손실을 최소로 하였다. 제안된 혼합기의 측정 결과는 주파수 변환 손실이 13.5 dB, input third-order intercept-point($IIP_3$)는 7 dBm, 그리고 1-dB gain compression point ($P_{1dB}$)는 -4 dBm이다. I/Q 출력 양단간의 전력 오차는 1 dB, 그리고 위상오차는 ${\pm}3^{\circ}$이내의 초광대역 쿼드러쳐 혼합기로 동작하였다.