A bidirectional beamforming circuit is being studied to obtain high antenna gain within limited footprints in the millimeter-wave frequency band. Bidirectional wideband variable gain amplifier (VGA) and bidirectional active vector modulator are proposed, which are exploited for millimeter-wave 5G beamforming IC. VGA consists of a symmetrical pair of differential main and auxiliary amplifiers in which the auxiliary amplifiers are cross-connected to have gain control function. The capacitances are added at auxiliary amplifiers to reduce the phase variation while controlling the gain. Transmission line transformers implement wideband matching input and output networks with high coupling coefficients. In addition, a bidirectional vector modulator is designed by applying the structure of the above VGA. A coupled line coupler generates a low-loss quadrature signal with a small amplitude and phase mismatch. Gain of quadrature signal adjusted by phase-invariant bidirectional VGA. Therefore, the vector modulator has a high gain due to using the active bidirectional circuit.
본 연구에서는 밀리미터파 5세대 주파수 대역 빔포밍 IC를 위한 양방향 광대역 가변이득 증폭기, 양방향 능동 벡터 변조기에 대해 제안하였다. 밀리미터파 주파수 대역의 큰 경로 손실로부터 제한된 면적 내에서 높은 안테나 이득을 얻기 위해 양방향 빔포밍 회로가 연구되고 있다. 스위치 없이 넓은 주파수 대역을 하나의 블록으로 양방향 이득 조절이 가능하며, 기생 커패시턴스 및 트랜지스터의 크기 조절을 통해 위상 오차가 적고 대역이 넓은 양방향 가변이득 증폭기를 설계하였다. 입력과 출력에 높은 결합계수를 가지는 전송라인 변압기를 사용해 n257. n258 및 n261 대역을 지원한다. 또한 위 가변이득 증폭기의 구조를 응용하여 양방향 벡터 변조기를 설계하였다. 낮은 삽입손실을 가지는 직교 신호를 생성하기 위해 결합라인 커플러를 사용하였으며, 이득 변화에 따라 입출력 임피던스가 변하지 않는 양방향 가변 이득 증폭기를 집적해 직교 신호의 이득을 조절, 이를 바탕으로 신호의 위상을 변조시킨다. 수동소자가 아닌 증폭기를 사용함으로 인해 높은 이득을 가지는 양방향 능동 벡터 변조기를 제안하였다.
