Design of GaN-based coplanar multi-octave band medium power MMIC amplifiers
GaN tabanlı 1 oktavdan fazla bant genişliğine sahip olan orta güçlü MMIC yükselteçlerin tasarımı
- Tez No: 335660
- Danışmanlar: PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 131
Özet
Geniş bantlı yükselteçler askeri radar, elektronik harp, elektronik ürün ve sistemlerde olmak üzere birçok uygulamada kullanılmaktadır. Bu tez projesi 0.25 µm GaN tabanlı HEMT teknolojisini kullanarak, 6 ve 18 GHz frekans aralığında çalışan geniş bantlı MMIC yükselteci inşa edilmesini amaçlamıştır. GaN HEMT kullanılarak gerçekleştirilmiş tam monolitik mikrodalga entegre devreler yüksek akım yoğunluğu, yüksek ısıl iletkenliği ve yüksek elektron hızı gibi üstün özelliklerinden dolayı mikrodalga ve milimetre dalga yükselteçlerin tasarımında ve uygulamasında tercih edilmektedir. AlGaN/GaN HEMT? lerin yüksek enerji bant aralığı ve yüksek elektron hızı, yüksek güç uygulamaları için GaAs la karşılaştırıldığında daha ilgi çekici özelliklerdir. Bunun yanı sıra, aynı çıkış gücü için, GaN? ın yüksek güç kapasitesi, GaAs tabanlı aygıtlara oranla daha küçük boyutlarda aygıt yapımına olanak verir. GaN teknolojisinde aygıt empedansları GaAs teknolojisinde olduğundan daha yüksektir, bu geniş bant uyumlama devrelerini daha kolaylaştırır. İlk olarak, Bilkent NANOTAM tarafından büyütülen AlGaN / GaN epitaksiyel katmanlarının tasarım ve karakterizasyonu sürecinden bahsedilerek, GaN malzeme özellikleri gözden geçirilmiştir. Daha sonra yine Bilkent NANOTAM tarafından sürdürülen mikrofabrikasyon süreci adım adım açıklanmıştır. Onu HEMT karakterizasyonu fabrikasyonu takip etmiştir. Son adım olarak tasarım aşamasına geçmeden önce GaN tabanlı HEMT ler için küçük sinyal ve büyük sinyal modellemesinde dikkat edilecek noktalar sunulmuştur. Son bölümde ise, 3 adet 1 oktavdan fazla bant genişliğine sahip eşdüzlemli dalga kılavuzu (CPW) ile gerçekleştirilmiş MMIC yükselteçleri tartışılmıştır. Bant aralığını genişletmek ve daha az dalgalı bir kazanç elde etmek için, 2 farklı tasarım yaklaşımı izlenmiştir, sırasıyla birinci devre Chebyshev empedans uyumlama tekniği ile geri besleme olmaksızın (CMwoFB), diğerinde ise Chebyshev empedans uyumlama tekniği ve paralel geri beslemesinden (CMwFB) faydalanmıştır. Çıkış gücünü arttırmak için, iki paralel transistor Chebyshev empedans uyumlama tekniği ve paralel geri beslemesi (PT) ile kullanılmıştır. Bu iki paralel transistor içeren tasarım topolojisi bütün tasarım isterlerini sağlayabilmek için fabrikasyona bağlı değişiklikler ve önceden elde edinilen ölçüm sonuçları göz önünde bulundurularak düzenlenmiştir. Benzetim sonuçları ile ölçüm sonuçları birbirleriyle oldukça uyumludur, küçük sinyal kazancı 7.9 ± 0.9 dB ve satürasyondaki çıkış gücü ise 27 dBm dir.
Özet (Çeviri)
Wideband amplifiers are employed in many applications such as military radar, electronic warfare and electronic instrumentations and systems, etc. This thesis project aims to build a wideband medium power monolithic microwave integrated circuits (MMIC) amplifier which operates between 6 and 18 GHz by using 0.25 µm Gallium Nitride (GaN) based high electron mobility transistor (HEMT) technology. Fully monolithic microwave integrated circuits realized with gallium nitride (GaN) high electron mobility transistors are preferred for designing and implementing microwave and millimeter wave power amplifiers due to its superior properties like high breakdown voltage, high current density, high thermal conductivity and high saturation current. Large band gap energy and high saturation velocity of AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs) are more attractive features for high power applications in comparison to the conventional material used in industry for power applications- gallium arsenide (GaAs). Besides the high power capability of GaN enables us to make devices with relatively smaller sizes than of GaAs based devices for the same output power. Device impedances in GaN technology are higher than the GaAs technology which makes broadband matching easier. Firstly, GaN material properties are overviewed by mentioning the design and characterization process of the AlGaN/GaN epitaxial layers grown by Bilkent NANOTAM. After the microfabrication process carried out by Bilkent NANOTAM is explained step by step. It is followed by characterization of the fabricated HEMTs. As a final step before going through the design phase, the small signal and large signal modeling considerations for GaN based HEMTs are presented. In the last part, designs of three different multi-octave MMIC amplifier realized with coplanar waveguide (CPW) elements are discussed. In order to extend the bandwidth and to obtain a flat gain response, two different design approaches are followed, the first one is realized with Chebyshev impedance matching technique without feedback circuit (CMwoFB) and the other one is utilized by Chebyshev Impedance matching technique with negative shunt feedback (CMwFB), respectively. To maximize the output power, two transistors in parallel (PT) are used by introducing Chebyshev matching circuit and negative feedback circuit. The design topology which consists of two parallel transistors (PT) is modified to fulfill all the design requirements and it is implemented by taking process variations and the previously obtained measurement results into account. The measurement and the simulation results match each other very well, the small signal gain is 7.9 ± 0.9 dB and the saturation output power in the bandwidth is higher than 27 dBm in this second iteration.
Benzer Tezler
- Fabrication, modeling and characterization of GaN HEMTs, and design of high power MMIC amplifiers
GaN HEMT yapılarının üretimi, modellenmesi ve ölçümü, ve yüksek güçlü MMIC yükselteçlerin tasarımı
MUHAMMED ABDULCELİL ACAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Improved Wilkinson power divider structures for millimeter-wave applications
Milimetre-dalga uygulamaları için geliştirilmiş Wilkinson güç bölücü yapıları
BATUHAN SÜTBAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH ATALAR
- X-band cpw high power amplifier design by GaN based MMIC technology
GaN tabanlı MMIC teknolojisi kullanılarak x-bantta yüksek güçlü yükselteç tasarımı
BURAK ALPTUĞ YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Design of GaN based S-band high linearitypower amplifier
GaN tabanlı S-band yüksek doğrusallıklı güç amplifikatörü tasarımı
FURKAN HÜRCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN DOĞAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN ŞERİF SAVCI
- Elektrocerrahi için GaN tabanlı yüksek frekanslı bir inverter tasarımı
Design of a GaN based high frequency inverter for electrosurgery
HALE TARINÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVİLAY ÇETİN