Dağılmış parametreli kuvvetlendiricilerin kazanç-bant genişliği performansının iyileştirilmesi
Improving the gain-bandwidth performance of distributed amplifiers
- Tez No: 143105
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ TOKER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2003
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 179
Özet
Klasik dağılmış parametreli kuvvetlendirici (CDA) genel performansları ile geniş bantlı kuvvetlendirme için güçlü bir alternatiftir; düzgün geniş bantlı kuvvetlendirme ile birlikte bu geniş bant içinde iyi bir giriş ve çıkış eşleştirme performansı, kompakt bir yapı, ve frekans ile oldukça lineer değişen faz cevabı dolayısıyla yaklaşık sabit grup gecikmesi CDA kullanılarak elde edilebilir. Bu özelliklerin yanında yerine göre daha düşük gürültü ve distorsiyon değerleri verebilen bu kuvvetlendirici günümüzde çok geniş bir kullanım alanı bulmaktadır. Literatürde CDA'nm performansını iyileştirmeye yönelik birçok çalışma vardır. Kazanç-frekans performansı üzerindeki en olumsuz etkiler giriş ve çıkış yapay hatlarının kayıplarından dolayı oluşmaktadır. Özellikle giriş hattında oluşan kayıp çok etkili olup üst kesim frekansının azalmasına sebep olmaktadır. Çıkış hattının kaybı kazanç üzerinde etkilidir. Klasik dağılmış parametreli kuvvetlendiricilerin kayıplarını azaltmaya yönelik birçok çalışma yapılmıştır. Negatif direnç devresi (NR) kullanarak kayıpların kompanze edilmesi bu çalışmalardan biridir. Ancak literatürde önerilen negatif direnç devresi tasarım ve kullanım açısından esneklik sergilememektedir. Söz konusu devrenin tasarımını esnekleştiren ve performansını iyileştiren bir modifikasyon bu tezde önerilmektedir. Diğer taraftan CDA'da kayıplar büyük oranda giriş hattında (FET'ler için geçit hattı) oluşmaktadır. Bundan dolayı negatif direnç devresinin geçit hattına bağlanması gerekmektedir. Literatürde önerilen negatif direnç devresinin girişi savak ucudur. Bu durum CDA'nm kompakt yapısı için bir dezavantaj olmaktadır. Bu tezde söz konusu dezavantajı ortadan kaldırmak için, alternatif olarak girişi geçit olan yeni bir negatif direnç devresi önerilmektedir. Bu yeni negatif direnç devresi sayesinde negatif direnç kompanzasyonlu CDA'lann tasanmı ve gerçekleştirilmesi kolaylaşmaktadır. Dağılmış parametreli kuvvetlendiricinin üst kesim frekansının arttırılması için önerilen diğer bir yöntem alçak geçiren filtre yapılı yapay hatlar yerine bant geçiren filtre (BP) yapılı yapay hatlar kullanmaktır. Literatürde önerilen BP yapı önemli bir dezavantaj doğurmaktadır; bu yapı kullanılarak elde edilen dağılmış parametreli kuvvetlendiricinin bant genişliği aynı aktif elemanı kullanan alçak geçiren filtre yapılı dağılmış parametreli kuvvetlendiricinin sağladığına göre daha dar olmaktadır. Bu problemi aşmak için bu tezde yeni bir BP yapı önerilmiştir. Önerilen bant geçiren yapının kullanılması durumunda elde edilecek kazanç-frekans performansının iyileştirilmesi için bu tezde çözümler üretilmiştir. Ayrıca bu tezde önerilen yeni negatif direnç devresi, bant geçiren filtre yapılı dağılmış parametreli kuvvetlendiricinin hem orta frekans hem de yüksek frekans performanslarını iyileştirmek üzere kullanılmıştır. Böylece bant geçiren filtre yapılı yeni bir dağılmış parametreli kuvvetlendirici devresi elde edilmiştir. Yeni devrenin tasarım kriterleri verilmiş ve performansı ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Klasik dağılmış parametreli kuvvetlendiricinin (CDA) çok geniş bantlı kuvvetlendirici uygulamalarında çok etkili olduğu ve en çok kullanılan geniş bantlı kuvvetlendirici tiplerinden biri olarak karşımıza çıktığı yukarıda belirtilmiştir. Fakat bu tür kuvvetlendiricilerde maksimum elde edilebilir kazanç 7-14dB civarında olmaktadır. Bu dezavantaj m giderilmesi için CDA 'da olduğu gibi yapay transmisyon hattı tekniğini kullanan yeni bir kuvvetlendirici literatürde önerilmiştir. Bu yapı, kaskatlanmış tek hücreli dağılmış parametreli kuvvetlendiriciler (Cascaded Single- Stage Distributed Amplifier: CSSDA) olarak isimlendirilebilir. Bu yeni yapı sayesinde geniş bir bant içinde, aynı sayıda elemana sahip klasik DA' ya göre, çok daha yüksek kazanç elde edilebilmektedir. Ayrıca, CDA'ya göre daha iyi güç verimliliği sağlanabilmektedir. Kazanç açısından büyük avantaja sahip olan CSSDA'nm en önemli dezavantajı kompakt bir yapıya sahip olmamasıdır. CDA sahip olduğu kompakt yapı sayesinde MMIC gerçekleme için çok avantajlı bir kuvvetlendiricidir. Bu avantaj CDA'nm CSSDA'ya göre çok daha büyük bant genişliği vermesini sağlamaktadır.Literatürde CSSDA'nın kazanç-frekans davranışı üzerinde yeterli bir çalışma yapılmamıştır. Bu tezde kazanç-bant genişliği için temel bağıntılar ve karakteristikler verilmektedir. Diğer taraftan bilinen analiz ve tasarım yaklaşımlarda CSSDA'yı oluşturan yapay hatlar alçak geçiren filtre yapılıdır. Kutuplama elemanları göz önüne alındığında yapay hatlar bant geçiren filtre yapılı hatlara benzemektedir. Bundan dolayı kazanç frekans bandının alt frekans bölgesinin bir kısmı kullanılamamaktadır. Bu tezde söz konusu dezavantajı gidermek için CSSDA'nın tasarımında ve gerçekleştirilmesinde bant geçiren filtre yapılı hatların kullanılması önerilmektedir. Böylece CSSDA'dan daha iyi kazanç bant genişliği performansı elde edilebilir. Bu tezde yapılan çalışmalarla CDA'nm ve CSSDA'nm kazanç-frekans davranışlarının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla CDA'larda çok etkili olan kayıpların kompanzasyonu için yeni bir NR devresi tanıtılmakta ve maksimum çalışma frekansını arttırmak için bir BP yapı önerilmektedir. Daha sonra CSSDA'nm kazanç-frekans davranışı incelenmekte ve BP yapılı yapay hatların CSSDA'da kullanılmasının bant genişliği üzerinde arttırıcı etki yaptığı gösterilmektedir. Günümüzde en etkili geniş bantlı kuvvetlendiricilerden olan dağılmış parametreli kuvvetlendiricilerin avantajlarının bu tez kapsammda yapılan çalışmalarla daha da artacağı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
The conventional distributed amplifier (CDA) is a strong alternative for wide-band amplification because of general performances; very good gain flatness, very good input and output impedance matching, a compact structure, a phase response approximately linear with frequency which means nearly frequency-independent group delay. In some cases, this circuit can provide better noise or distortion performance than the other techniques for wide-band amplification. All these features have caused the CDA to be widely used in microwave electronics. There are many works in the literature to improve the performance of the CDA. Losses of the input and the output artificial transmission lines cause the most undesired effects on the gain-frequency performance. The loss of the input line is rather effective and causes the bandwidth of the CDA to decrease. The loss of the output line affects the gain. Some works have been made to reduce the losses of the CDA. Compensation of losses by means of negative resistance circuits (NR) is one of these works. But the negative resistance circuit proposed in the literature is not flexible for design and realization. In this thesis, a modification on the NR is presented to obtain a better performance and a more flexible design. The losses in the CDA occur mostly in the input line (the gate line for FET's). Therefore, an NR should be placed in the gate line. The input of the NR proposed in the literature is the drain port and this is a disadvantage for the compactness of the CDA. In this thesis, a new NR whose input is the gate port is proposed in order to get rid of the disadvantage. The new NR helps the design and realization of NR compensated CDA' s become easier.One of the methods to increase the upper frequency limit of distributed amplifiers is to use bandpass filter structured artificial lines in place of lowpass structured ones. The bandpasss structure proposed in the literature has a serious disadvantage; the bandwidth of a DA with this structure is lower than that of a conventional DA using the same active component. In this thesis, we present a DA with a different BP structure to overcome this problem. Methods are given to improve the frequency behaviour of the CDA using the BP structure presented in this thesis. At the same time, the negative resistance circuit given in this thesis is used to improve the performances in the middle frequency region and high frequency region. As a result, a new bandpass filter structured distributed amplifier circuit has been obtained. Design features of the new circuit are given and its performance is investigated in detail. It has been explained above that the CDA is one of the most frequently investigated and realised broadband circuits. However the maximum gain obtainable from the CDA is limited to about 7-14dB. To overcome this disadvantage, in the literature, a novel broadband amplifier called the cascaded single-stage distributed amplifier (CSSDA) has been presented. The CSSDA relies on the same basic concept as the CDA: the artificial transmission line. The gain of a CSSDA is significantly higher than that of the CDA designed for a given number of active devices. Also higher power efficiency can be obtained from the new amplifier. The CSSDA which has high gain advantage, does not have a compact structure. This is the most serious disadvantage of the amplifier. The CDA which has a compact structure, is an advantageous amplifier for the MMIC realization. This advantage helps the CDA achieve a much higher bandwidth than the CSSDA. In the literature, no sufficient work on the gain-frequency behaviour of the CSSDA has been made. In this thesis, the basic formulae and characteristics for the gain- frequency behaviour are given. On the other hand, artificial lines of the CSSDA are lowpass structured lines in the traditional design methods. When bias components are taken into account, it will become apparent that the artificial lines are similar to bandpass structured lines. Therefore some part of the lower frequency region in the gain-frequency band is not utilized. In this thesis, employment of the bandpass structured artificial lines in the CSSDA is proposed in order to overcome this drawback. Hence, better gain-frequency performance can be obtained from the CSSDA. With the works made in this thesis, it is aimed to improve the gain-frequency behaviours of the CD A and the CSSDA. In view of this aim, a new NR is introduced in order to compensate for the losses in the gate line of the CDA and a BP structure is proposed in order to shift the gain-frequency band. Then, the gain-frequency behaviour of the CSSDA is investigated and it is shown that the CSSDA using BP structured artificial lines can supply wider gain-frequency band. The distributed amplifiers are of the most effective circuits for wide-band amplification. It is thought that the advantages of distributed amplifiers are increased by means of the works given in this thesis.
Benzer Tezler
- 0.1-8GHz CMOS distributed amplifier
0.1-8GHz CMOS dağılmış parametreli kuvvetlendirici
ALİ EKBER KILIÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. METİN YAZGI
- 2-20 GHz wideband power distributed amplifier
2-20 ghz genişbantlı dağılmış parametreli güç kuvvetlendiricisi
AHMET CAN GENEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUFAN COŞKUN KARALAR
- Dağılmış parametreli kuvvetlendirici tasarımı ve gerçeklenmesi
Design and implementation of distributed amplifier
BAHADIR HİÇDURMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDumlupınar ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. CENGİZ ÖZZAİM
- Kaskad bağlı iki - kaplının kazanç duyarlılık analizi ve dağılmış parametreli mikrodalga kuvvetlendiricilerine uygulaması
Gain sensitivity analysis for the cascaded two - ports and application to the distrubuted parameter amplifier
SERHAT ALTUNÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ GÜNEŞ
- Ek devre yöntemi ve mikrodalga kuvvetlendiricilerinin performans duyarlılıklarına uygulanması
Adjoint network method applied to the performance sensitivities of microwave amplifiers
NİHAN GÜROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. FİLİZ GÜNEŞ