Design of X-Band SOM for Doppler Radar

본 논문에서는 하나의 트랜지스터로 발진과 주파수 혼합이 동시에 이루어지는 self-oscillating-mixer(SOM) 방식을 적용하여 높은 변환 이득을 갖는 X-band 도플러 레이더를 설계하였다. SOM의 위상 잡음 특성을 향상시키기 위하여 ${\lambda}/2$ slotted square patch resonator(SSPR) 공진기를 제안하였으며, 동일 주파수에서 기존 공진기에 비해 50 %의 면적 감소와 175.4의 높은 Q값을 이루었다. 제작된 SOM은 저 전력 시스템을 구현하기 위해 1.7 V의 낮은 바이어스 전압을 인가해 주었으며, 높은 변환 이득을 위하여 트랜지스터의 pinch-off voltage 근처를 동작점으로 설정하였고, 변환 이득이 최대가 되도록 최적화 하였다. 제안된 SOM의 출력 파워는 10.65 GHz에서 -3.16 dBm으로 측정되었으며, DC Power consumption은 7.65 mW로 상대적으로 작은 전력을 소모한다. 또한, 9.48 dB의 높은 변환 이득 특성과 100 kHz offset에서 -90.91 dBc/Hz의 위상 잡음 특성을 나타내며, 이때 성능지수(FOM)는 -181.8 dBc/Hz 으로 다른 SOM에 비해 7 dB 이상 개선되었다. This paper presents a X-band doppler radar with high conversion gain using a self-oscillating-mixer(SOM) that oscillation and frequency mixing is realized at the same time. To improve phase noise of the SOM oscillator, a ${\lambda}/2$ slotted square patch resonator(SSPR) was proposed, which shows high Q-factor of 175.4 and the 50 % reduced circuit area compared to the conventional resonator. To implement the low power system, low biasing voltage of 1.7 V was supplied. To enhance the conversion gain of the SOM, bias circuit is configured near the pinch-off region of transistor, and the conversion gain was optimized. The output power of the proposed SOM was -3.16 dBm at 10.65 GHz. A high conversion gain of 9.48 dB was obtained whereas DC Power consumption is relatively low about 7.65 mW. The phase noise is -90.91 dBc/Hz at 100 kHz offset. The figure-of-merit(FOM) of the proposed SOM was measured as -181.8 dBc/Hz, which is supplier to other SOMs by more than about 7 dB.