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
- Tez No: 657825
- Danışmanlar: PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 163
Özet
Genişbantlı düşük gürültülü yükselteçler (LNA) iletişim, elektronik harp ve radar uygulamarı gibi çeşitli alanlarda anahtar devre elemanlarından biridir. Yüksek bant genişliği, yüksek hız, yüksek dayanıklılık ve yüksek güvenilirlik ihtiyaçları teknolojik sınırları zorlamaktadır. Performarmans kaybı olmaksızın talep edilen yüksek performanslı devre elemanlarına olan ihtiyaç yüksek teknoloji galyum nitrür (GaN) teknolojisyle geliştirilecek iyileştirilmiş performansa sahip, daha az yer kaplayan yekpare mikrodalga entegre devre (MMIC) olan talebi artırmaktadır. İlerlemeyi destekleyebilmek adına doğru GaN temelli yüksek elektron hareketlilikli transistör (HEMT) teknolojisinin ve uygun devre modellerinin geliştirilmesi kritik öneme sahiptir. Çalışmaları destekleyebilmek ve ilerlemeye katkı sağlayabilmek adına 0.25 μm kapı teknolojisine sahip mikroşerit (MS) GaN HEMT teknolojisi Bilkent Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma Merkezi (NANOTAM) bünyesinde geliştirilmiştir. Geliştirilen MS GaN HEMT teknolojisi çıkıtları teknolojinin 10 GHz test koşullarında ≥4.4 W/mm çıkış gücüne (POUT), ≥%50 güç ekli verimliliğe (PAE), ≥15 dB kazanca ve ~1 dB gürültü faktörüne (NF) sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca, genişbantlı uygulamaları destekleyebilmek adına transistör kapı yapısı çıkış yansıma katsayısında (S22) görülen kink-etkisi (KE) ile ilişkili olarak çalışılmıştır. Gerçekleştirilen çalışmaların yanısıra, ölçüm snuçları ile yüksek doğruluğa sahip küçük-işaret (SS) ve gürültü eşdeğer devreleri geliştrilmiştir. Kaskod HEMT yapısı daha önce üretilmemesine rağmen geliştiren devre modellerinin yüksek doğruluğa sahip olması sayesinde kaskod HEMT yapısına sahip LNA geliştirme çalışmalarına katkı sağlamıştır. Ayrıca, geliştirilen devre modelleri ve KE etkisini en aza indirgeyen kapı yapısı kullanılarak mobil iletişim ve savunma & ticari amaçlı radar uygulamalarında kullanılabilecek QFN paketli GaN LNA MMIC yapısı geliştirilmiştir. Elde edilen çıktıların yanısıra, ulaşılan sonuçlar geliştirilen MS GaN HEMT teknolojinin 18 GHz'e kadar geliştirilebilecek uygulamalar için çeşitli çözümler sunabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Broadband low noise amplifiers (LNA) are one of the key components of the numerous applications such as communication, electronic warfare, and radar. The requirements for higher bandwidth, higher speed, higher survivability, higher reliability, etc. pushes the technological boundaries. The demand for high performance circuit components without a compromise stimulates the utilization of the high-end gallium nitride (GaN) technology to develop better monolithic microwave integrated circuits (MMIC) in a smaller footprint. To support the progress, the development of a proper GaN high electron mobility transistor (HEMT) technology and proper circuit models have become critical. To support the efforts and contribute to the progress, a 0.25 μm microstrip (MS) GaN HEMT technology is developed in Bilkent University Nanotechnology Research Center (NANOTAM). The technology development yield that the MS GaN HEMT technology is capable of supporting ≥4.4 W/mm output power (POUT), ≥50% power added efficiency (PAE), ≥15 dB gain, and ~1 dB noise figure (NF) at 10 GHz. Moreover, the gate structure of the technology is studied by evaluating the kink-effect (KE) in the output reflection coefficient (S22) of the HEMT to support the broadband operation. Besides the technology development, the small-signal (SS) and noise equivalent circuit models are studied, and the developed models present high convergence with the measurements. The accuracy of the models contributes to development of the cascode HEMT based LNAs even without fabricating the cascode HEMT. Furthermore, the developed models and the proper gate structure are used to develop the broadband QFN packaged GaN LNA MMIC for the mobile radio communications and the military & commercial radar applications. The results of the circuit models and the GaN LNA MMIC also yield that the developed MS GaN HEMT technology is capable for developing different solutions up to 18 GHz.
Benzer Tezler
- Broadband high efficiency rf power amplifier designbased on modified class-j approach with applicationsusing GaN hemt technology
Alternatif j-sınıfı yaklaşımı ile GaN teknolojisi temelligeniş bant yüksek verimli güç yükselteci uygulamaları
MURAT KOÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Tekn. Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞİMŞEK DEMİR
- Yüksek verimli ve geniş bantlı güç kuvvetlendirici tasarımı
High efficient and wideband power amplifier design
BURAK ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. METİN YAZGI
- Two-stage broadband class-AB high power amplifier design using GaN HEMT technology
GaN HEMT teknolojisini kullanan iki aşamalı geniş bant AB sınıfı yüksek güçlü amplifikatör tasarımı
DOĞAN CAN TURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AHMED HALİD AKGİRAY
- Modeling of GaN power transistor package for design of broadband high-power amplifier
Geniş bantlı güç yükselteç tasarımı için yüksek güçlü GaN transistör paketinin modellenmesi
ÖZLEM BAŞTÜZEL ÇAKMAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET CEMAL DURGUN
- 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
GÜLESİN EREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY