GaN-Hemt based Ku-Band RF power amplifier design for satcom applications
Uydu iletişim uygulamaları için GaN-Hemt tabanlı Ku-Bant RF Güç yükselteç tasarımı
- Tez No: 612286
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞİMŞEK DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 105
Özet
Günümüzde kullanılan birçok kablosuz uygulamada ihtiyaç duyulduğu gibi, uydu iletişim uygulamalarında yer alan göndermeç birimi de, mikrodalga dünyasının en önemli devrelerinden; özgün bir RF güç yükseltecine bünyesinde yer alan antenden hemen önce ihtiyaç duyar. RF güç yükselteçleri, zayıf güçteki RF giriş işaretlerini uygulamaya göre ihtiyacı değişen yüksek güçlü çıkış işaretlerine dönüştürmekte kullanılan devrelerdir. Bu çalışmanın temel amacı; bir füze göndermeci ile bir uydu almacı arasında kurulan uydu iletişiminde kullanılmak üzere, geleneksel Si transistör teknolojisi temelli tasarlanan güç yükselteçlerinden farklı olarak, galyum nitrat (GaN) yüksek elektron mobiliteli transistör (HEMT) temelli, Ku bantta çalışan bir güç yükselteci geliştirmektir. GaN teknolojisine sahip transistörlerin, geçtiğimiz on yıldır RF güç yükselteç tasarımlarında yaygın olarak kullanılmaya başlanmasının sebebi olarak, uydu iletişimi gibi yüksek frekanslı uygulamalarda duyulan“daha doğrusal çalışma ihtiyacı”gösterilebilir. Bu amaçla, 14 GHz merkez frekansında çalışan ve 1 Watt (30 dBm) çıkış gücüne sahip GaN HEMT tabanlı bir güç yükselteci, bu tez kapsamında çalışılmış ve tasarlanmıştır. Tüm performans parametreleri, benzetim ve ölçüm sonuçları ile açıklanmıştır. İlk adım olarak, şematik ve elektromanyetik (EM) benzetim çalışmaları ile doğrulanmış RF güç yükselteç tasarımı, LPKF olarak adlandırılan baskılı devre kartı (Printed Circuit Board, PCB) kazıma cihazı ile prototiplenmiştir. Prototipleme sonrası gerçekleştirilen gözlemler, benzetim ve ölçüm sonuçları arasında oluşan performans farklılığının, üretim ve komponent dizim hatalarından kaynaklandığını göstermiştir. Bu istenmeyen hatalara bir örnek olarak, transistör altında yer alan via'ların içinin doldurulmuş olmamasından kaynaklı, transistörün yeteri kadar topraklanamaması gösterilebilir. Bu çalışma ve benzeri yüksek frekanslı uygulamalarda yetersiz topraklama, transistörün kazancında çarpıcı seviyelerde azalmaya yol açabilmektedir. Bu uygulamada da ölçüm sonuçları sonrası benzer bir gözlemde bulunulmuş, empedans uyumlaması başarılı olarak değerlendirilmiş ancak transistör istenilen kazanç ile çalıştırılamamıştır. Sonuç olarak, daha hassas bir üretim yönteminin tercih edilmesi gerektiği anlaşılmıştır. İkinci adım olarak profesyonel bir PCB üretim tesisi tercih edilmiş ve ilk üretim yöntemi sonrası karşılaşılan birçok problemin etkisinin büyük ölçüde azaldığı veya ortadan tamamen kaldırıldığı görülmüştür. Ek olarak, bu iki üretim yönteminden sonra eniyileme amaçlı gerçekleştirilen“rework”süreci ile benzetim ve üretim sonuçları, karşılaştırmalı olarak tablo üzerinde bu çalışmanın kapsamında sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
As many of today's wireless applications need, transmitters of satellite communication (SATCOM) applications require one of the vital circuits in microwave world; a unique RF power amplifier, the sub circuit which is located just before the antenna of the transmitter. RF power amplifiers are the circuits used to amplify the low-power RF signals to achieve adequately high-power signals for various applications. Different than the traditional Si transistor-technology based power amplifiers, the main aim of this dissertation is to study gallium nitride (GaN) high electron mobility transistor (HEMT) based Ku-band RF power amplifier design for SATCOM between a missile's transmitter and a satellite's receiver. The reason of common usage of GaN transistor technology in RF power amplifier design in the last ten years caused by the emerging need of more linear operation at higher frequencies; i.e. the frequencies used in SATCOM applications. Therefore, a GaN HEMT based RF power amplifier design with 1 Watt (30 dBm) output power working at 14 GHz center frequency has been studied and designed. All performance parameters are explained by simulation results and measurements. Firstly, the design, whose performance parameters have been verified with schematic and electromagnetic (EM) simulations, has been prototyped with printed circuit board (PCB) etching devices such as LPKF. The observations made after prototyping showed that the performance difference between simulation results and measurements caused by the manufacturing and assembly errors. As an example of such undesired errors,“poor grounding”of the main transistor can be given due to lack of filled vias under the transistor. For such high frequency applications, poor grounding can cause a great degradation on the gain. As a result, the observations have proved that the used transistor does not work properly even though the impedance matching appears as successful for this work. Therefore, it has been understood that more sensitive production method should be chosen. Secondly, a professional foundry is preferred for PCB manufacturing and seems that effects of the problems caused by the first method are eliminated or decreased remarkably. In addition, a“rework”process is conducted after manufacturing for fine tuning. Lastly, a comparison table of simulation results with two different manufacturing methods are also exhibited in this study.
Benzer Tezler
- GaN HEMT based MMIC design and fabrication for ka-band applications
Ka-bant uygulamaları için GaN HEMT tabanlı MMIC tasarımı ve üretimi
BÜŞRA ÇANKAYA AKOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Gan güç tranzistörüne dayalı, yüksek güç yoğunluklu çift aktif köprü DA/DA çevirgeç tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of high power density gan hemt based dual active bridge DC/DC converter
AYKUT KIZICI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. IŞIK ÇADIRCI
- Characterization of GaN transistors and development of bi-directional DC/DC converter with half-bridge having short circuit protection for parallel switches
GaN transistörlerin karakterizasyonu ve paralel anahtarlar için kısa devre korumasına sahip yarım köprü ile çift yönlü DA/DA çevirici geliştirilmesi
FURKAN KARAKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OZAN KEYSAN
- Broadband GaN LNA MMIC development with the micro/nano process development by kink-effect in S22 consideration
S22'de gözlenen kink-etkisi dikkate alınarak genişbantlı GaN LNA MMIC ve mikro/nano proses geliştirilmesi
SİNAN OSMANOĞLU
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Computational analyses of die-embedded microchannels for high electron mobility transistors considering thermal, hydrodynamic and structural behavior
Yüksek elektron mobiliteli transistorlara uygulanmış gömülü mikrokanal yapılarının ısıl, hidrodinamik ve yapısal davranışlarının hesaplamalı analizleri
ORÇUN YILDIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALAEDDİN BURAK İREZ
PROF. DR. LÜTFULLAH KUDDUSİ