Abstract
MMIC low noise amplifiers for millimeter-wave application using 0.15 $\mu$m pHEMT have been presented in this paper. The design emphasis is on active device model and EM simulation. The deficiency of conventional device models is identified. A distributed device model has been adapted to circumvent the scaling problems and, thus, to predict small signal and noise parameters accurately. Two single-ended low noise amplifier are designed using distributed active device model for Q-band(40 ∼ 44 GHz) and V-band(58 ∼65 GHz) application. The Q-band amplifier achieved a average noise figure of 2.2 dB with 18.3 dB average gain. The V-band amplifier achieved a average noise figure of 2.9 dB with 14.7 dB average gain. The design technique and model employed provides good agreement between measured and predicted results. Compared with the published data, this work also represents state-of-the-art performance in terms of gain and noise figure.
본 연구에서는 밀리미터파용 MMIC 저잡음 증폭기를 0.15$\mu$m pHEMT TRW 파운드리를 이용하여 설계, 제작하였다. 증폭기 설계시 능동소자모델링과 EM 시뮬레이션을 중심으로 설계가 이루어졌다. 기존의 모델의 단점을 기술하고 스케일링 문제를 해결하기 위하여 분산소자 모델을 사용하여 소신호 파라미터와 잡음 파리 미터를 정확히 예측하였다. 이러한 모델을 사용하며 2-단 단일 종지형 저잡음 증폭기 2종이 각각 Q-band(40~44 GHz)와 V-band(58~65GHz) 주파수 대역에서 설계되었다. Q-band 저잡음 증폭기의 경우 2.2 dB의 평균잡음지수와 18.3 dB의 평균이득이 측정되었으며 V-band 저잡음 증폭기의 경우는 65 GHz에서 14.7 dB의 평균이득과 2.9 dB의 평균잡음지수가 측정되었다. 이러한 결과는 시뮬레이션 결과와 일치하며 따라서 본 논문에서 사용설계기법이 밀리미터파 대역에서도 정확함을 의미한다. 또한 기존의 문헌과 비교하여 볼 때 잡음지수와 이득면에서 state-of-the-art성능을 나타냄을 확인하였다.
