높은 LO-RF 격리 특성의 W-band MIMIC Single-balanced 믹서

안단,이복형,임병옥,이문교,이상진,진진만,고두현,김성찬,신동훈,박형무,박현창,김삼동,이진구,An Dan,Lee Bok-Hyung,Lim Byeong-Ok,Lee Mun-Kyo,Lee Sang-Jin,Jin Jin-Min,Go Du-Hyun,Kim Sung-Chan,Shin Dong-Hoon,Park Hyung-Moo,Park Hyim-Chang,Kim Sa 대한전자공학회 2005 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.42 No.6

본 논문에서는 branch line coupler과 $\lambda$/4 전송라인을 이용하여 W-band MIMIC(Millimeter-wave Monolithic Integrated Circuit) single-balanced 믹서를 설계 및 제작하였다. Single-balanced 믹서의 설계를 위해 branch line coupler와 $\lambda$/4 전송라인 이용한 94 GHz 발룬 회로를 설계하였으며, 시뮬레이션 결과 94 GHz에서 반사계수는 -27.9 dB를 얻었으며, coupling은 4.26 dB, thru 특성은 -3.77 dB의 결과를 얻었다. 격리도와 위상차는 94 GHz에서 각각 23.5 dB 및 $180.2^{\circ}$의 결과를 얻었다. MIMIC single-balanced 믹서는 0.1 $\mu$m InGaAs/InAlAs/GaAs Metamorphic HEMT (High Electron Mobility Transistor) 다이 오드를 이용하여 설계 및 제작되었다. 제작된 MHEMT는 fT는 189 GHz, fmax는 334 GHz의 양호한 성능을 나타내었다. 설계된 믹서는 본 연구에서 개발된 MHEMT MIMIC 공정을 이용해 제작되었다. 94 GHz MIMIC single-balanced 믹서의 측정결과 변환손실 특성은 94 GHz에서 23.1 dB의 특성을 나타내었으며, 입력 Pl dB는 10 dBm, 출력 Pl dB는 -13.9 dBm의 결과를 얻었다. Single-balanced 믹서의 LO-RF 격리도는 94.19 GHz에서 45.5 dB의 높은 LO-RF 격리도 특성을 나타내었다. 본 논문에서 설계 및 제작된 W-band MIMIC Single-balanced 믹서는 기존의 밀리미터파 대역 믹서와 비교하여 높은 LO-RF 격리도 특성을 나타내었다. In this paper, high LO-RF isolation W-band MIMIC single-balanced mixer was designed and fabricated using a branch line coupler and a $\lambda$/4 transmission line. The simulation results of the designed 94 GHz balun show return loss of -27.9 dB, coupling of -4.26 dB, and thru of -3.77 dB at 94 GHz, respectively. The isolation and phase difference were 23.5 dB and $180.2^{\circ}$ at 94 GHz. The W-band MIMIC single-balanced mixer was designed using the 0.1 $\mu$m InGaAs/InAlAs/GaAs Metamorphic HEMT diode. The fabricated MHEMT was obtained the cut-off frequency(fT) of 189 GHz and the maximum oscillation frequency(fmax) of 334 GHz. The designed MIMIC single-balanced mixer was fabricated using 0.1 $\mu$m MHEMT MIMIC Process. From the measurement, the conversion loss of the single-balanced mixer was 23.1 dB at an LO power of 10 dBm. Pl dB(1 dB compression point) of input and output were 10 dBm and -13.9 dBm respectively. The LO-RF isolations of single-balanced mixer was obtained 45.5 dB at 94.19 GHz. We obtained in this study a higher LO-RF isolation compared to some other balanced mixers in millimeter-wave frequencies.

Cascode 하모닉 발생기를 이용한 V-band MIMIC Quadruple Subharmonic 믹서

안단,이문교,진진만,고두현,이상진,김성찬,채연식,박형무,신동훈,이진구,An Dan,Lee Mun Kyo,Jin Jin Man,Go Du Hyun,Lee Sang Jin,Kim Sung Chan,Chae Yeon Sik,Park Hyung Moo,Shin Dong Hoon,Rhee Jin Koo 대한전자공학회 2005 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.42 No.5

본 논문에서는 cascode 하모닉 발생기를 이용하여 V-band MIMIC (Millimeter-wave Monolithic Integrated Circuit) quadruple subharmonic 믹서를 설계 및 제작하였다. 고변환 이득 특성을 위하여 cascode 하모닉 발생기를 제안하였다. 제안된 cascode 하모닉 발생기는 기존의 multiplier 구조의 비해 평균 2.9 dB 및 최대 4 dB의 높은 4차 하모닉 출력 특성을 나타내었다. 제작된 V-band subharmonic 믹서의 측정결과 14.5 GHz LO 신호를 13 dBm의 크기로 입력하였을 때 3_4 dB의 높은 변환이득 특성을 얻었다. 또한 -53.6 dB의 LO-to-IF, -46.2 dB의 우수한 LO-to-RF 격리 특성을 나타내었다. 제작된 밀리미터파 subharmonic 믹서는 기존에 발표된 밀리미터파 대역의 subharmonic 믹서에 비해 우수한 변환이득 특성을 나타내었다. A V-band MIMIC quadruple subharmonic mixer is reported in this paper. The cascode harmonic generator is proposed for a high conversion gain. The proposed cascode harmonic generator is shown with a 4-th harmonic output characteristic that represents an average of 2.9 dB and a maximum of 4 dB higher than the conventional multiplier. The measured result of the subharmonic mixer has a conversion gain of 3_4 dB which a good conversion gain at a LO power of 13 dBm. Isolations of LO-to-IF and LO-to-RF were obtained -53.6 dB and -46.2 dB, respectively. The conversion gain of the subharmonic mixer in this study has a higher conversion gain compared with some other reports in millimeter-wave range.

Cascode형 하모닉 발생기를 이용한 고변환이득 특성의 밀리미터파 단일칩 Subharmonic 믹서

안단,김성찬,설우석,한효종,이한신,엄원영,박형무,김삼동,이진구,An, Dan,Kim, Sung-Chan,Sul, Woo-Suk,Han, Hyo-Jong,Lee, Han-Shin,Uhm, Won-Young,Park, Hyung-Moo,Kim, Sam-Dong,Rhee, Jin-Koo 대한전자공학회 2003 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.40 No.5

본 논문에서는 cascode 하모닉 발생기를 이용하여 고변환이득 특성의 밀리미터파 subharmonic 믹서를 설계 및 제작하였다. 밀리미터파 subharmonic 믹서는 0.1 ㎛ GaAs PHEMT와 CPW 라이브러리를 이용하여 설계되었다. 설계된 cascode 하모닉 발생기의 출력 특성 측정결과, 14.5 GHz의 신호를 10 dBm 전력으로 인가하였을때, 1차, 2차 및 4차 하모닉 성분은 각각 -21.62 dBm, -32.65 dBm 및 -13.45 dBm의 결과를 얻어 가장 큰 4차 하모닉 성분을 얻었으며, 제작된 밀리미터파 subharmonic 믹서의 측정결과 14.5 GHz LO 신호를 13 dBm의 크기로 입력하였을 때 3.4 dB의 높은 변환이득 특성을 얻었다. 또한 -53.6 dB의 LO-to-IF, -46.2 dB의 우수한 LO-to-RF 격리 특성을 나타내었다. 제작된 밀리미터파 subharmonic 믹서는 기존에 발표된 밀리미터파 대역의 subharmonic 믹서에 비해 가장 높은 변환이득 특성을 나타내었다. In this paper, we have presented millimeter-wave high conversion gain quadruple subharmonic mixers adopting the cascode harmonic generator The subharmonic mixers were successfully integrated by using 0.1 ${\mu}{\textrm}{m}$ GaAs pseudomorphic HEMTs(PHEMTs) and coplanar waveguide(CPW) structures. Measured output of 1st, 2nd and 4th harmonics of the fabricated cascode 4th harmonic generator are -21.42 dBm, -32.65 dBm and -13.45 dBm, respectively, for an input power of 10 dBm at 14.5 GHz. We showed that the highest conversion gain of 3.4 dB has obtained thus far at a LO power of 13 dBm from the fabricated subharmonic mixers. The millimeter-wave subharmonic mixer also ensure a high degree of isolation showing -53.6 dB in the LO-to-IF and -46.2 dB in the LO-to-RF, respectively, at a frequency of 14.5 GHz. The high conversion gain achieved in this work is the first report among the millimeter-wave subharmonic mixers.

낮은 변환손실 특성의 94 GHz MHEMT MIMIC Resistive 믹서

안단,이복형,임병옥,이문교,오정훈,백용현,김성찬,박정동,신동훈,박형무,박현창,김삼동,이진구,An Dan,Lee Bok-Hyung,Lim Byeong-Ok,Lee Mun-Kyo,Oh Jung-Hun,Baek Yong-Hyun,Kim Sung-Chan,Park Jung-Dong,Shin Dong-Hoon,Park Hyung-Moo,Park Hyun-Chang 대한전자공학회 2005 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.42 No.5

본 논문에서는 낮은 변환손실 특성의 94 GHz MIMIC(Millimeter-wave Monolithic Integrated Circuit) resistive 믹서를 설계 및 제작하였다. MIMIC resistive 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 fT는 189 GHz, fmax는 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 resistive 믹서의 측정결과 변환손실 특성은 94 GHz에서 8.2 dB의 양호한 특성을 나타내었으며, 입력 P1 dB는 9 dBm, 출력 P1 dB는 0 dBm의 결과를 얻었다. Resistive 믹서의 LO-IF 격리도는 94.03 GHz에서 15.6 dB의 측정 결과를 얻었다. 본 논문에서 설계 및 제작된 94 GHz MIMIC resistive 믹서는 기존의 W-band 대역 resistive 믹서와 비교하여 낮은 변환손실 특성을 나타내었다. In this paper, low conversion loss 94 GHz MIMIC resistive mixer was designed and fabricated. The $0.1{\mu}m$ InGaAs/InAlAs/GaAs Metamorphic HEMT, which is applicable to MIMIC's, was fabricated. The DC characteristics of MHEMT are 665 mA/mm of drain current density, 691 mS/mm of maximum transconductance. The current gain cut-off frequency(fT) is 189 GHz and the maximum oscillation frequency(fmax) is 334 GHz. A 94 GHz resistive mixer was fabricated using $0.1{\mu}m$ MHEMT MIMIC process. From the measurement, the conversion loss of the 94 GHz resistive mixer was 8.2 dB at an LO power of 10 dBm. P1 dB(1 dB compression point) of input and output were 9 dBm and 0 dBm, respectively. LO-RF isolations of resistive mixer was obtained 15.6 dB at 94.03 GHz. We obtained in this study a lower conversion loss compared to some other resistive mixers in W-band frequencies.

고이득 및 광대역 특성의 밀리미터파 MHEMT Cascode 증폭기

안단,이복형,임병옥,이문교,백용현,채연식,박형무,이진구,An, Dan,Lee, Bok-Hyung,Lim, Byeong-Ok,Lee, Mun-Kyo,Baek, Yong-Hyun,Chae, Yeon-Sik,Park, Hyung-Moo,Rhee, Jin-Koo 대한전자공학회 2004 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.41 No.8

In this paper, millimeter-wave high gain and broadband MHEMT cascode amplifiers were designed and fabricated. The 0.1 ${\mu}{\textrm}{m}$ InGaAs/InAlAs/GaAs Metamorphic HEMT was fabricated for cascode amplifiers. The DC characteristics of MHEMT are 640 mA/mm of drain current density, 653 mS/mm of maximum transconductance. The current gain cut-off frequency(f$_{T}$) is 173 GHz and the maximum oscillation frequency(f$_{max}$) is 271 GHz. By using the CPW transmission line, the cascode amplifier was designed the matched circuit for getting the broadband characteristics. The designed amplifier was fabricated by the MHEMT MIMIC process that was developed through this research. As the results of measurement, the 1 stage amplifier obtained 3 dB bandwidth of 37 GHz between 31.3 to 68.3 GHz. Also, this amplifier represents the S21 gain with the average 9.7 dB gain in bandwidth and the maximum gain of 11.3 dB at 40 GHz. The 2 stage amplifier has the broadband characteristics with 3 dB bandwidth of 29.5 GHz in the frequency range from 32.5 to 62.0 GHz. The 2 stage cascode amplifier represents the high gain characteristics with the average gain of 20.4 dB in bandwidth and the maximum gain of 22.3 dB at 36.5 GHz.z.z. 본 논문에서는 밀리미터파 대역에서 고이득과 광대역 특성을 갖는 MHEMT(Metamorphic High Electron Mobility Transistor) cascode 증폭기를 설계 및 제작하였다. Cascode 증폭기 제작을 위해 0.1 ㎛ InGaAs/InAlAs/GaAs MHEMT를 설계ㆍ제작하였다. 제작된 MHEMT는 드레인 전류 밀도 640 mA/mm, 최대 전달컨덕턴스(gm)는 653 mS/mm를 얻었으며, 주파수 특성으로 f/sub T/는 173 GHz, f/sub max/는 271 GHz의 우수한 특성을 나타내었다. Cascode 증폭기는 CPW 전송선로를 이용하여 광대역 특성을 얻을 수 있도록 정합회로를 설계하였으며, 1단과 2단 증폭기의 2가지 종류로 회로를 설계하였다. 설계된 증폭기는 본 연구에서 개발된 MHEMT MIMIC 공정을 이용해 제작되었다. 제작된 cascode 증폭기의 측정결과, 1단 증폭기는 3 dB 대역폭이 31.3∼68.3 GHz로 37 GHz의 넓은 대역 특성을 얻었으며, 대역내에서 평균 9.7 dB 및 40 GHz에서 최대 11.3 dB의 S21 이득 특성을 나타내었다. Cascode 2단 증폭기는, 3 dB 대역폭이 32.5∼62.0 GHz로 29.5 GHz의 대역폭과 대역내에서 평균 20.4 dB 및 36.5 GHz에서 최대 22.3 dB의 높은 이득 특성을 얻었다.

낮은 변환 손실 및 높은 격리 특성의 W-band MMIC 믹서 모듈

안단(Dan An),이진구(Jin-Koo Rhee) 한국통신학회 2012 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.6

낮은 변환 손실 및 높은 격리 특성의 W-band MMIC 믹서 모듈

안단(Dan An),이진구(Jin-Koo Rhee) 대한전자공학회 2015 전자공학회논문지 Vol.52 No.2

본 논문에서는 밀리미터파 센서 응용을 위한 낮은 변환손실 및 높은 LO-RF 격리도 특성의 W-band MMIC 믹서 모듈을 설계 및 제작하였다. MMIC 믹서는 0.1 ㎛ MHEMT를 이용하여 설계 및 제작되었다. MMIC 믹서는 낮은 변환손실과 높은 LO-RF 격리도 특성을 얻기 위해 RF 입력단에 MHEMT를 추가하여 설계하였다. 제작된 MMIC 칩을 모듈화 하기 위해 CPW-도파관 변환기를 설계 및 제작하였으며, 최종적으로 MMIC 믹서 모듈을 개발하였다. MMIC 믹서 모듈의 측정결과 변환 손실 특성은 94 GHz에서 MMIC 칩은 6.3 dB, MMIC 모듈은 9.5 dB의 양호한 특성을 나타내었다. MMIC 믹서 모듈의 LO-RF 격리도는 94 GHz에서 30.4 dB의 양호한 측정 결과를 얻었다. 본 논문에서 개발된 W-band MMIC 믹서모듈은 기존의 발표된 W-band(75-110 GHz) MMIC 믹서와 비교하여 우수한 성능을 나타내었다. In this paper, we report on a high performance 94 GHz MMIC mixer module using 0.1-um metamorphic high electron mobility transistors (MHEMTs). A modified resistive mixer with a RF amplifier was proposed in this work for low conversion loss and high LO-RF isolation. The MMIC mixer module was fabricated using a MMIC chip and CPW-waveguide transitions. The fabricated mixer chip and module showed a low conversion loss of 6.3 dB and 9.5 dB, and LO-RF isolations of 24.8 and 30.4 dB at 94 GHz, respectively. This results are superior to those of previously W-band (75-110 GHz) MMIC mixers.

Tuner System을 이용한 밀리미터파 탐색기용 W-band MMIC 저잡음 증폭기

안단(Dan An),김성찬(Sung-Chan Kim),이진구(Jin Koo Rhee) 大韓電子工學會 2011 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.48 No.11

본 논문에서는 밀리미터파 Tuner system을 이용하여 밀리미터파 탐색기에 적용 가능한 W-band MMIC 저잡음 증폭기를 구현하였다. 저잡음 증폭기를 위해 구현된 MHEMT의 측정결과 692㎃/㎜의 드레인 전류 밀도 726mS/㎜의 최대전달컨덕턴스를 얻었으며 RF 특성으로 전류이득차단주파수는 195Ghz 최대공진주파수는 305Ghz의 양호한 성능을 나타내었다. 제작된 W-band 저잡음 증폭기의 측정결과 94Ghz에서 7.42dB의 우수한 S21 이득 특성을 얻었으며 잡음 지수의 측정결과 94.2Ghz에서 2.8dB의 잡음 특성을 얻었다. In this paper we developed the W-band MMIC low noise amplifier for the millimeter-wave seeker using the tuner system. The MHEMT devices for MMIC LNA exhibited DC characteristics with a drain current density of 692㎃/㎜ an extrinsic transconductance of 726mS/㎜. The current gain cutoff frequency(fT) and maximum oscillation frequency(fmax) were 195Ghz and 305Ghz respectively. The fabricated W-band low noise amplifier represented S21 gain of 7.42dB at 94 Ghz and noise figure of 2.8dB at 94.2 Ghz.

고효율 및 저전압 동작 특성의 Q-band MIMIC HEMT발진기

이문교,안단,이복형,김성찬,임병옥,한효종,채연식,신동훈,김용호,박형무,이진구,Lee, Mun-Kyo,An, Dan,Lee, Bok-Hyung,Kim, Sung-Chan,Lim, Byeong-Ok,Han, Hyo-Jong,Chae, Yeon-Sik,Shin, Dong-Hoon,Kim, Yong-Hoh,Park, Hyung-Moo,Rhee, Jin-Koo 대한전자공학회 2004 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.41 No.4

In this paper, we present the low voltage and high efficiency Q-band MIMIC oscillator using device-level power combined structure. The oscillator was successfully integrated by using 0.1 ${\mu}{\textrm}{m}$ GaAs PHEMTS and the CPW transmission line. We show that the highest efficiency is 19 % with an output power of 2.6 ㏈m at a frequency of 34.56 ㎓. The operating voltage of the oscillator is 2.2 V which is lower voltage than that of previously reported oscillators at Q-band. And the maximum output power of 6.7 ㏈m was obtained at a frequency of 34.56 ㎓. 본 논문에서는 소자 결합 구조를 통해 발진전력이 합쳐지는 회로를 이용한 저전압, 고효율 Q-band MIMIC 발진기를 제안한다. 0.1 ㎛ GaAs PHEMTS와 CPW 전송라인을 사용하여 제안된 구조의 발진기를 성공적으로 집적화하였다. 제작된 발진기는 34.56 ㎓ 주파수에서 2.6 ㏈m의 출력 전력일때 19 %의 높은 효율특성을 가졌다. 이때 회로에 인가된 전압은 2.2 V로 현재까지 Q-band에서 발표된 발진기보다 낮은 구동전압 특성을 얻었다. 또한 최대 출력 전력은 34.56 ㎓ 주파수에서 6.7 ㏈m을 얻었다.

정합회로 보상 방법을 이용한 S-밴드용 광대역 증폭기 연구

김진성,안단,이진구,Kim, Jin-Sung,An, Dan,Rhee, Jin-Koo 대한전자공학회 2003 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.40 No.6

본 논문에서는 ETRI의 0.5 ㎛ MESFET 공정을 이용하여 광대역 MMIC 2단 증폭기를 설계 및 제작하였다. 정합회로에 의한 보상 방법(Compensated matching network)을 응용하여 2단 증폭기에서 첫 번째 단과 두 번째 단의 이득 특성이 서로 보상되도록 설계하여 광대역 특성을 얻을 수 있었으며, 일반적인 광대역 증폭기가 넓은 대역폭과 낮은 이득 및 출력 전력을 갖지만 본 논문에서는 compensated matching network를 이용하여 넓은 대역폭뿐만 아니라 높은 이득 특성을 얻었다. 제작된 광대역 증폭기의 측정결과, 1.1∼2.8 ㎓의 대역폭을 가졌으며 S/sub 21/ 이득은 11.1±0.3 ㏈를 얻었다. 전력 특성의 경우 2.4 ㎓에서 입력전력이 4 ㏈m일 때 P1㏈는 12.6 ㏈m을 얻었다. In this paper, we have designed and fabricated a broadband 2-stage MMIC amplifier. Broadband characteristics could be obtained by compensated matching networks in a 2-stage amplifier design. This method is compensating low gains at lower frequencies in the 1st-stage with higher gains at lower frequencies in the 2nd- stage and then finally flat gains are obtained in the wide frequency ranges. Also, we have obtained not only broadband characteristics but also high gain using compensation matching network. The fabricated amplifier is measured by attaching on the test PCB(Printed Circuits Board). The measurement results are bandwidth of 1.1~2.8 GHz, S$_{21}$ gain of 11.1$\pm$0.3 ㏈ and P1㏈ of 12.6 ㏈m at 2.4 GHz.