太赫兹科学与电子信息学报, 2019, 17 (2): 179, 网络出版: 2019-06-10   

120 GHz GaAs MMIC双平衡式基尔伯特混频器

120 GHz GaAs MMIC double-balanced Gilbert mixer
作者单位
1 中国工程物理研究院 a.微系统与太赫兹研究中心, 四川 成都 610200
2 b.电子工程研究所, 四川 绵阳 621999
摘要
作为低频段混频电路中的典型拓扑结构, 基尔伯特单元在毫米波、太赫兹领域的应用较少, 在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体单片微波集成电路 (MMIC)设计中, 超过 100 GHz的基尔伯特混频器很少有文献报导。基于 70 nm GaAs mHEMT工艺, 设计了一款 120 GHz的双平衡式基尔伯特混频器, 同时对该混频器版图结构进行优化改进, 提升了混频器中频差分输出端口间的平衡度。仿真结果显示该混频器在本振输入 0 dBm功率时, 在 100~135 GHz频率范围内有 (-7.6±1.5) dB的变频损耗, 射频输入 1 dB压缩点为 0 dBm@120 GHz, 中频输出带宽大于 10 GHz, 差分输出信号间的功率失配 <1 dB, 相位失配 <4°。该芯片直流功耗为 90 mW, 面积为 1.5 mm×1.5 mm。
Abstract
As a standard topology in low frequency region, the double-balanced Gilbert mixer is seldom applied in millimeter-wave and terahertz range. For compound semiconductor Monolithic Microwave Integrated Circuit(MMIC) design, few literature focuses on Gilbert mixer above 100 GHz. In this paper, a 120 GHz double-balanced Gilbert mixer is designed based on 70 nm GaAs High Electron Mobility Transistors(mHEMT) technology. And the layout is modified to improve the IF output balance performance. The simulated results show that within 100-135 GHz, the conversion loss is (-7.6±1.5) dB with PLO=0 dBm. The P1dB of RF input is 0 dBm@120 GHz. The bandwidth of IF is above 10 GHz and the differential IF output ports own an imbalance performance better than 1 dB and 4°. The chip consumes a DC power of 90 mW and the chip size is 1.5 mm×1.5 mm.

张亮, 陈凤军, 罗显虎, 韩江安, 程序, 成彬彬, 邓贤进. 120 GHz GaAs MMIC双平衡式基尔伯特混频器[J]. 太赫兹科学与电子信息学报, 2019, 17(2): 179. ZHANG Liang, CHEN Fengjun, LUO Xianhu, HAN Jiangan, CHENG Xu, CHENG Binbin, DENG Xianjin. 120 GHz GaAs MMIC double-balanced Gilbert mixer[J]. Journal of terahertz science and electronic information technology, 2019, 17(2): 179.

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