JPH11112238A - Fetミキサ - Google Patents

Fetミキサ

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JPH11112238A
JPH11112238A JP28769297A JP28769297A JPH11112238A JP H11112238 A JPH11112238 A JP H11112238A JP 28769297 A JP28769297 A JP 28769297A JP 28769297 A JP28769297 A JP 28769297A JP H11112238 A JPH11112238 A JP H11112238A
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fet
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JP28769297A
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Hironori Fujishiro
博記 藤代
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 課程 【課題】 適用される周波数帯域が準ミリ波帯域あって
も,増幅器あるいは逓倍器を用いることなく,発振器か
ら出力された信号を直接的に局部発振信号として入力し
て,無線周波数信号から所望の中間周波数信号を得るこ
とが可能なFETミキサを提供する。 【解決手段】 FETミキサ1は,第1のFET3,第
2のFET5,伝送線路17,およびディバイダ19を
有することを特徴としている。そして,伝送線路は,局
部発振信号SLOに含まれる基本波の波長の1/2の線
路長を有している。かかる構成によれば,局部発振信号
に含まれる2次高調波と無線周波数信号SRFとの混合
がなされた信号が中間周波数信号SIFとして中間周波
数信号出力ポート29から出力される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,周波数変換回路や
周波数測定器などに用いられるFET(Field E
ffect Transistor)ミキサにかかり,
特にミリ波等,高周波信号の周波数変換が可能なFET
ミキサに関する。
【0002】
【従来の技術】近年,衛星通信システムの急速な展開が
図られる中で,ミリ波等の高周波信号の周波数変換を行
うFETミキサに対する需要が高まってきており,さら
なる高性能化,小型化が要求されている。
【0003】このFETミキサは,FETの相互コンダ
クタンスやチャネル抵抗等の素子パラメータの時間変化
を利用することによって,無線周波数(以下,「RF」
という。)信号を局部発振(以下,「LO」という。)
信号と混合し,中間周波数(以下,「IF」という。)
信号を生成する機能を有するものである。そして,FE
Tミキサにおいて,FETの相互コンダクタンスを利用
するものは,アクティブ型ミキサといわれ,チャネル抵
抗を利用するものは,抵抗型ミキサといわれている。
【0004】抵抗型ミキサは,FETのドレイン電流−
電圧特性の線形領域におけるチャネル抵抗の時間変化を
利用しているために,アクティブ型ミキサと比較して,
生成されるIF信号の歪みが小さいという特徴がある。
また,受動型であるため,RF信号の周波数とLO信号
の周波数の和の周波数成分を有するIF信号を生成す
る,いわゆるアップコンバータとして用いることが可能
であると同時に,差の周波数成分を有するIF信号を生
成する,いわゆるダウンコンバータとして用いることも
可能である。そして,FETのドレインバイアスを必要
としないため,ドレインにDC電流が流れず,省電力化
が実現される。さらに,この抵抗型ミキサは,FETの
増幅作用を利用していないため,アクティブ型ミキサと
比較して変換損が若干大きくなるが,基本的にFETの
利得が期待できないミリ波帯域等の高周波数帯域におけ
る周波数変換回路として総合的に適しているといえる。
【0005】以上のような抵抗型ミキサは,例えば,”
MESFETを用いた60GHz帯MMICミキサ 広
田哲夫 1994年電子情報通信学会秋季大会 C−7
8”に開示されている。
【0006】以下,従来の抵抗型のFETミキサ101
について,図2を参照しながら説明する。このFETミ
キサ101は,FET103,LO信号整合回路10
5,RF信号整合回路107,IF信号整合回路10
9,ゲートバイアス回路111,キャパシタ113,L
O信号入力ポート115,RF信号入力ポート117,
IF信号出力ポート119,およびゲートバイアスポー
ト121から構成されている。
【0007】そして,LO信号入力ポート115は,L
O信号整合回路105の入力部に接続され,また,LO
信号整合回路105の出力部は,FET103のゲート
とゲートバイアス回路111の一端に共通接続されてい
る。さらに,ゲートバイアス回路111の他端は,ゲー
トバイアスポート121とキャパシタ113の一端に共
通接続され,キャパシタ113の他端は,グランドレベ
ルに接続されている。
【0008】一方,FET103のドレインは,RF信
号整合回路107の出力部とIF信号整合回路109の
入力部に共通接続されている。そして,RF信号整合回
路107の入力部は,RF信号入力ポート117に接続
され,IF信号整合回路109の出力部は,IF信号出
力ポート119に接続されている。さらに,FET10
3のソースは,グランドレベルに接続されている。
【0009】以上のような構成を有する従来のFETミ
キサ101の動作を詳細に説明する。まず,FET10
3のしきい値近傍のバイアス電圧Vgをゲートバイアス
ポート121に印加する。
【0010】ここで,LO信号SLOをLO信号入力ポ
ート115に入力し,RF信号SRFをRF信号入力ポ
ート117に入力する。これによって,LO信号SLO
は,LO信号整合回路105を介して,FET103の
ゲートに入力され,RF信号SRFは,RF信号整合回
路107を介して,FET103のドレインに入力され
る。ところで,ドレイン電圧が十分小さい場合,FET
103のチャネル抵抗は,ゲート電圧値に対して線形の
特性を示す。したがって,LO信号整合回路105を介
してLO信号SLOが入力されたFET103のチャネ
ル抵抗値は,このLO信号SLOの周波数に対応して時
間的に変化する。この結果,ドレイン側の反射係数に時
間変化が生じ,RF信号整合回路107を介して入力さ
れたRF信号SRFは,LO信号SLOと混合される。
この混合によって,RF信号SRFの周波数とLO信号
SLOの周波数の和,および,差の周波数成分を有する
IF信号SIFが生じ,IF信号整合回路109を介し
てIF信号出力ポート119から出力されることとな
る。
【0011】なお,以上説明したFETミキサ101に
おいて,FET103のドレインには,バイアス電圧を
印加する必要がないため回路全体の消費電力量を低く抑
えることが可能となっている。
【0012】ところで,従来のFETミキサ101を用
いて,所望のIF信号SIFを得るためには,その周波
数に対応するLO信号SLOが必要となる。そして,所
定のLO信号SLOを得るためには,(1)LO信号S
LOを生成する発振器(図示せず。)において,直接,
必要とされる周波数信号を発振させる方法と,(2)発
振器において,予め必要とされる周波数の1/nの周波
数を有する信号を生成し,その信号を逓倍器によりn逓
倍する方法が一般的である。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,FET
ミキサ101を準ミリ波帯またはミリ波帯などの高周波
帯に適用するために,上記(1)の方法を用いて,例え
ば100GHz以上のLO信号SLOを得ようと試みた
場合,発振器からの出力が不足してしまい,別途,増幅
器を追加して信号増幅を行う必要性が生じていた。一
方,上記(2)の方法を用いたのでは,逓倍器が必要と
なる。すなわち,(1),(2)のいずれの方法を採用
しても,発振器やFETミキサ101を含むシステムの
規模の増大,および,システムの複雑化は避けられなか
った。さらに,これに伴うコストアップも課題とされて
いた。
【0014】本発明は,上記のような課題に鑑みてなさ
れたものであり,本発明の目的は,FETミキサが適用
される周波数帯域が準ミリ波帯域またはミリ波帯域であ
っても,増幅器あるいは逓倍器を用いることなく,発振
器から出力された信号を直接LO信号として入力し,R
F信号との安定した混合によって所望のIF信号を得る
ことが可能な新規かつ改良されたFETミキサを提供す
ることにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に,請求項1によれば,無線周波数信号を相互に同位相
である一の無線周波数信号と他の無線周波数信号に等分
割する第1のディバイダと,局部発振信号を入力し,前
記局部発振信号に対して1/2周期の位相差を有する逆
相局部発振信号を出力する第2のディバイダと,前記一
の無線周波数信号をソースに入力し,前記局部発振信号
をゲートに入力する第1のFETと,前記他の無線周波
数信号をソースに入力し,前記逆相局部発振信号をゲー
トに入力する第2のFETと,前記第1のFETのドレ
インと前記第2のFETのドレインが共通接続される接
続点とを備えたことを特徴とするFETミキサが提供さ
れる。
【0016】かかる構成によれば,第1のFETのドレ
インにおいて,一の無線周波数信号と局部発振信号が混
合され,第2のFETのドレインにおいて,他の無線周
波数信号と逆相局部発振信号が混合されることとなる。
ところで,局部発振信号と逆相局部発振信号との位相差
は,1/2周期であるために,第1のFETのドレイン
と第2のFETのドレインが共通接続される接続点は,
局部発振信号の基本波と逆相局部発振信号の基本波に対
して仮想的な短絡点となる。一方,局部発振信号の2次
高調波と逆相局部発振信号の2次高調波については,接
続点において位相が一致する。このために,接続点で
は,一の無線周波数信号と局部発振信号の2次高調波と
の混合がなされた信号と,他の無線周波数信号と逆相局
部発振信号の2次高調波との混合がなされた信号が合成
されることとなる。
【0017】すなわち,請求項1に記載のFETミキサ
によれば,無線周波数信号と局部発振信号の2倍の周波
数成分を混合した中間周波数信号を接続点から抽出する
ことが可能となる。したがって,所定の中間周波数信号
を得るために必要な局部発振信号の周波数は従来の1/
2となり,発振器の安定した出力信号を用いてミリ波,
準ミリ波等の周波数変換を効率よく行うことが可能とな
る。
【0018】そして,請求項2に記載のように,請求項
1のFETミキサにおいて,第2のディバイダとして,
局部発振信号に含まれる基本波の波長の1/2の線路長
を有する伝送線路を用いることができる。かかる手段に
よれば,単純な回路構成でありながら,容易に,局部発
振信号から1/2周期の位相差を有する逆相局部発振信
号を生成することが可能となる。
【0019】さらに,請求項1または2に記載のFET
ミキサにおいて,請求項3に記載のように,局部発振信
号を一旦第1の局部発振信号整合回路に入力し,そこか
らの出力信号を第1のFETのゲートに入力するように
構成するとともに,逆相局部発振信号を一旦第2の局部
発振信号整合回路に入力し,そこからの出力信号を第2
のFETのゲートに入力させるように構成してもよい。
また,請求項4に記載のように,一の無線周波数信号を
一旦第1の無線周波数信号整合回路に入力し,そこから
の出力信号を第1のFETのソースに入力するように構
成するとともに,他の無線周波数信号を一旦第2の無線
周波数信号整合回路に入力し,そこからの出力信号を第
2のFETのソースに入力させるように構成してもよ
い。そして,請求項5に記載のように,前記接続点に中
間周波数信号整合回路を接続し,この中間周波数信号整
合回路から,所定の中間周波数信号を出力させることも
可能である。また,請求項6に記載のように,第1のF
ETのソースに第1のソース接地回路を接続し,第2の
FETのソースに第2のソース接地回路を接続するよう
に構成してもよい。
【0020】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら,
本発明にかかるFETミキサの好適な実施の形態につい
て詳細に説明する。
【0021】本発明の実施の形態にかかるFETミキサ
1は,図1に示すように,第1,2のFET3,5,第
1,2のLO信号整合回路7,9,第1,2のRF信号
整合回路11,13,IF信号整合回路15,第2のデ
ィバイダとしての伝送線路17,第1のディバイダとし
てのディバイダ19,ゲートバイアス回路21,キャパ
シタ23,LO信号入力ポート25,RF信号入力ポー
ト27,IF信号出力ポート29,ゲートバイアスポー
ト31,および第1,2のソース接地回路33,35か
ら構成されている。
【0022】そして,LO信号入力ポート25は,第1
のLO信号整合回路7の入力部,および伝送線路17の
一方の端子17aに共通接続されている。また,第1の
LO信号整合回路7の出力部は,第1のFET3のゲー
トに接続されている。そして,伝送線路17の他方の端
子17bは,第2のLO信号整合回路9の入力部に接続
され,この第2のLO信号整合回路9の出力部は,第2
のFET5のベース,およびゲートバイアス回路21の
一端に共通接続されている。さらに,ゲートバイアス回
路21の他端は,ゲートバイアスポート31,および,
キャパシタ23の一端に共通接続され,このキャパシタ
23の他端は,グランドレベルに接続されている。
【0023】一方,RF信号入力ポート27は,ディバ
イダ19の第1の端子19aに接続されている。そし
て,ディバイダ19の第2の端子19bは,第1のRF
信号整合回路11の入力部に接続され,ディバイダ19
の第3の端子19cは,第2のRF信号整合回路13の
入力部に接続されている。さらに,第1のRF信号整合
回路11の出力部は,第1のFET3のソースおよび第
1のソース接地回路33の一端に共通接続され,第2の
RF信号整合回路13の出力部は,第2のFET5のソ
ースおよび第2のソース接地回路35の一端に共通接続
されている。
【0024】そして,第1のFET3のドレインおよび
第2のFET5のドレインは,共通化され,接続点とし
てのノードAを介してIF信号整合回路15の入力部に
接続されており,このIF信号整合回路15の出力部
は,IF信号出力ポート29に接続されている。
【0025】また,第1のソース接地回路33の他端お
よび第2のソース接地回路35の他端は,グランドレベ
ルに接続されている。
【0026】ここで,伝送線路17は,LO信号SLO
に含まれる基本波の波長の1/2の線路長を有してお
り,端子17aに入力された信号と端子17bから出力
される信号との間には,1/2周期の位相差が生ずるこ
ととなる。
【0027】また,ディバイダ19は,例えば,ウィル
キンソン型を採用することが可能であり,第1の端子1
9aから入力した信号を2つの信号に分離し,それぞれ
の信号を相互に干渉することなく第2の端子19bおよ
び第3の端子19cから出力することが可能な機能を有
するものである。
【0028】ところで,本発明の実施の形態において
は,第1のソース接地回路33および第2のソース接地
回路35は,RF信号SRFの周波数(fRF)に対して
開放となり,その他の周波数に対しては短絡となるよう
に設定され,かつ,IF信号整合回路15は,LO信号
SLOの周波数(fLO)に対して十分に高いインピーダ
ンスを有するいわゆるロウパスフィルタとして構成され
ている場合に即して以下説明する。
【0029】なお,第1のLO信号整合回路7と第2の
LO信号整合回路9,第1のFET3と第2のFET
5,第1のRF信号整合回路11と第2のRF信号整合
回路13,および,第1のソース接地回路33と第2の
ソース接地回路35は,それぞれ相互に略同一の構成・
機能を有するものである。
【0030】以上のような構成を有する本発明の実施の
形態にかかるFETミキサ1の動作を詳細に説明する。
まず,第1,2のFET3,5のしきい値近傍のバイア
ス電圧Vgをゲートバイアスポート31に印加する。
【0031】ここで,LO信号SLOをLO信号入力ポ
ート25に入力し,RF信号SRFをRF信号入力ポー
ト27に入力する。
【0032】LO信号SLOは,第1のLO信号整合回
路7を介して,第1のゲート入力信号SLOaとして第
1のFET3のゲートに入力されるとともに,伝送線路
17および第2のLO信号整合回路9を介して,第2の
ゲート入力信号SLObとして第2のFET5のゲート
に入力される。ところで,上述のように伝送線路17
は,LO信号SLOに含まれる基本波の波長の1/2の
線路長を有しているために,第1のゲート入力信号SL
Oaの位相と,第2のゲート入力信号SLObの位相に
は,1/2周期の差が生じることとなる。
【0033】一方,RF信号SRFは,ディバイダ19
の第1の端子19aに入力され,内部で同位相の2つの
信号に分割された後に,それぞれ第2の端子19bおよ
び第3の端子19cから出力される。そして,第2の端
子19bから出力された一の信号は,第1のRF信号整
合回路11を介して,第1の分割信号SRFaとして第
1のFET3のソースに入力され,また,第3の端子1
9cから出力された他の信号は,第2のRF信号整合回
路13を介して,第2の分割信号SRFbとして第2の
FET5のソースに入力される。
【0034】そして,第1のFET3のドレインでは,
第1のFET3のゲートに入力される第1のゲート入力
信号SLOaとソースに入力される第1の分割信号SR
Faが混合される。同様に,第2のFET5のドレイン
では,第2のFET5のゲートに入力される第2のゲー
ト入力信号SLObとソースに入力される第2の分割信
号SRFbが混合される。
【0035】ところで,上述の通り,第1のゲート入力
信号SLOaの位相と,第2のゲート入力信号SLOb
の位相は,1/2周期の差が生じているために,第1の
FET3のドレインと第2のFET5のドレインの接続
点であるノードAは,LO信号SLOに含まれる基本波
に対して仮想的な短絡点となる。
【0036】一方,LO信号SLOの2次高調波は,基
本波の2倍の周波数を有しているために,第1のゲート
入力信号SLOaの2次高調波の位相,および第2のゲ
ート入力信号SLObの2次高調波の位相は一致するこ
ととなる。したがって,第1のFET3によって第1の
分割信号SRFaと第1のゲート入力信号SLOaが混
合され,また,第2のFET5によって第2の分割信号
SRFbと第2のゲート入力信号SLObが混合された
結果,ノードAにおいては,RF信号SRFとLO信号
SLOの2次高調波が混合された信号が生成される。そ
して,生成された信号は,IF信号整合回路15を介し
てIF信号SIFとしてIF信号出力ポート29から外
部に出力される。すなわち,IF信号SIFは,RF信
号SRFの周波数(fRF)とLO信号SLOの2次高調
波の周波数(2*fLO)の差の周波数(fRF−2*
fLO)を有することになる。
【0037】以上説明したように,本発明の実施の形態
にかかるFETミキサ1によれば,RF信号SRFは,
LO信号SLOの2次高調波と混合され,RF信号SR
Fの周波数(fRF)とLO信号SLOの2次高調波の周
波数(2*fLO)の差の周波数(fRF−2*fLO)を有
するIF信号SIFを生成することが可能である。すな
わち,LO信号SLOの発振器に要求される発振周波数
は従来の半分となり,FET1をミリ波等の高周波数帯
に適用した場合でも,増幅器や逓倍器を用いることな
く,発振器の出力信号を直接的にLO信号SLOとして
用いることが可能となる。したがって,従来,増幅器や
逓倍器によって占められていたスペースが省略され,シ
ステムのコンパクト化が図れる。
【0038】また,本発明の実施の形態にかかるFET
ミキサ1において,ゲートバイアスポート31に対して
第1,2のFET3,5のしきい値近傍のバイアス電圧
Vgが印加され,第1,2のFET3,5はピンチオフ
状態とされているために,LO信号入力ポート25,R
F信号入力ポート27,およびIF信号入力ポート29
は,相互にアイソレーションが確保されることとなる。
【0039】以上,添付図面を参照しながら本発明の好
適な実施形態について説明したが,本発明はかかる例に
限定されない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載
された技術的思想の範疇内において各種の変更例または
修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについ
ても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解され
る。
【0040】例えば,本実施の形態においては,LO信
号SLOに含まれる基本波の波長の1/2の線路長を有
する伝送線路17を用いた場合に即して説明したが,こ
の伝送線路17の代わりに,LO信号SLOの周波数
(fLO)を中心周波数とする180゜ハイブリッド結合
器を用いるようにしてもよい。この場合,180゜ハイ
ブリッド結合器のΔポートをLO信号SLOの入力部と
し,Σポートを50Ωで終端する。
【0041】また,上記実施の形態においては,ディバ
イダ19としてウィルキンソン型を用いた場合に即して
説明したが,入力される信号を同一の位相を有する2つ
の信号に分割可能なディバイダであればウィルキンソン
型に限定されない。
【0042】さらに,FETミキサ1は,ダウンコンバ
ータとして構成されているが,本発明はアップコンバー
タとして構成された場合であっても適用可能である。ま
た,上述のFETミキサ1においては,各入出力ポート
に対してそれぞれ局部発振信号,無線周波数信号,およ
び中間周波数信号が割り付けられているが,これに限定
されず,その他の信号の割り付けも可能である。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば,
LO信号の出力源である発振器に要求される発振周波数
は従来の半分となるために,FETミキサが適用される
周波数帯域が,ミリ波帯域や準ミリ波帯域であっても,
増幅器や逓倍器を追加することなく,発振器の出力信号
を直接的にLO信号として用いて所望のIF信号を安定
的に得ることが可能となる。したがって,従来,増幅器
や逓倍器によって占められていたスペースが省略され,
システムのコンパクト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかるFETミキサの構
成を示す回路図である。
【図2】従来のFETミキサの構成を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
1 FETミキサ 3 第1のFET 5 第2のFET 7 第1のLO信号整合回路 9 第2のLO信号整合回路 11 第1のRF信号整合回路 13 第2のRF信号整合回路 15 IF信号整合回路 17 伝送線路 19 ディバイダ 33 第1のソース接地回路 35 第2のソース接地回路 SIF IF信号 SLO LO信号 SRF RF信号

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無線周波数信号を相互に同位相である一
    の無線周波数信号と他の無線周波数信号に等分割する第
    1のディバイダと;局部発振信号を入力し,前記局部発
    振信号に対して1/2周期の位相差を有する逆相局部発
    振信号を出力する第2のディバイダと;前記一の無線周
    波数信号をソースに入力し,前記局部発振信号をゲート
    に入力する第1のFETと;前記他の無線周波数信号を
    ソースに入力し,前記逆相局部発振信号をゲートに入力
    する第2のFETと;前記第1のFETのドレインと前
    記第2のFETのドレインが共通接続される接続点と;
    を備えたことを特徴とするFETミキサ。
  2. 【請求項2】 前記第2のディバイダは,前記局部発振
    信号に含まれる基本波の波長の1/2の線路長を有する
    伝送線路であることを特徴とする請求項1に記載のFE
    Tミキサ。
  3. 【請求項3】 前記局部発振信号は,第1の局部発振信
    号整合回路を経由して前記第1のFETのゲートに入力
    され,前記逆相局部発振信号は,第2の局部発振信号整
    合回路を経由して前記第2のFETのゲートに入力され
    ることを特徴とする請求項1または2に記載のFETミ
    キサ。
  4. 【請求項4】 前記一の無線周波数信号は,第1の無線
    周波数信号整合回路を経由して前記第1のFETのソー
    スに入力され,前記他の無線周波数信号は,第2の無線
    周波数信号整合回路を経由して前記第2のFETのソー
    スに入力されることを特徴とする請求項1,2,または
    3のいずれかに記載のFETミキサ。
  5. 【請求項5】 前記接続点には,中間周波数信号整合回
    路が接続されることを特徴とする請求項1,2,3,ま
    たは4のいずれかに記載のFETミキサ。
  6. 【請求項6】 前記第1のFETのソースには,第1の
    ソース接地回路が接続され,前記第2のFETのソース
    には,第2のソース接地回路が接続されることを特徴と
    する請求項1,2,3,4,または5のいずれかに記載
    のFETミキサ。
JP28769297A 1997-10-03 1997-10-03 Fetミキサ Withdrawn JPH11112238A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003044941A1 (en) * 2001-11-20 2003-05-30 Sang-Kun Lee Microwave detector using fet resistive mixer
CN113114114A (zh) * 2021-04-07 2021-07-13 电子科技大学 一种栅极fet混频器

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WO2003044941A1 (en) * 2001-11-20 2003-05-30 Sang-Kun Lee Microwave detector using fet resistive mixer
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