In this study, we propose a wideband input impedance-invariant active phase shifter tailored for millimeter-wave 5G communication systems. The compensation for high path losses inherent in the millimeter-wave frequency band necessitates beamforming technology, underscoring the importance of an active phase shifter capable of controlling phase and gain. To mitigate input impedance variations in the active phase shifter, we propose a Miller capacitor neutralization technique. This ensures a consistent input impedance across all phase and gain states, effectively resolving IQ imbalance issues caused by input impedance variations. Consequently, it minimizes the degradation of maximum available gain per unit power. Moreover, we address bandwidth limitations problem in the Gilbert cell-based vector adder by proposing an inter-stage CLC π-network. Inserting this network between common source and common gate stages introduces a complex pole in the transfer function, creating gain peaking at higher frequencies and extending the bandwidth. Additionally, low-power circuit biasing significantly reduces the power consumption of the active phase shifter.
본 연구에서는 밀리미터파 5G 통신을 위한 입력 임피던스 불변 광대역 능동 위상 변위기를 제안했습니다. 밀리미터파 주파수 대역에서 발생하는 높은 경로 손실을 보정하기 위해 빔포밍 기술이 필수적이며, 이를 위해 위상과 이득을 조절할 수 있는 능동 위상 변위기가 점점 중요해지고 있습니다. 먼저 능동 위상 변위기에서 발생하는 입력 임피던스 불균형 문제를 해결하기 위해 밀러 커패시터 상쇄 기법이 제안되었습니다. 이를 통해 모든 위상 및 이득 상태에서 항상 일정한 입력 임피던스를 유지함으로써 입력 임피던스 변화로 인한 IQ 불균형 문제를 해결했습니다. 이를 통해 단위 전력당 최대 가용 이득의 저하를 줄일 수 있었습니다. 또한, 기존에 존재하던 길버트 셀 기반의 벡터 합성기의 대역폭 제한 문제를 해결하기 위해 단계 간 CLC 파이 네트워크를 제안하였습니다. 공통 소스 단계와 공통 게이트 단계 사이에 CLC 파이 네트워크를 추가함으로써 전달 함수에 복소극을 만들어 고주파에서 이득 피킹을 형성하고, 이를 통해 밴드위스를 확장할 수 있었습니다. 또한 저전력으로 회로를 바이어싱하여 능동 위상 변위기의 전력 소모를 크게 줄였습니다.
