X bant uygulamaları için GaN tabanlı düşük gürültülü yükselteç tasarımı
GaN-based single stage low noise amplifier for X-band applications
- Tez No: 733207
- Danışmanlar: PROF. DR. SEDAT NAZLIBİLEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Başkent Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 129
Özet
Galyum Nitrür (GaN) tabanlı Yüksek Elektron Hareketli Transistörlerin (HEMT'ler) ortaya çıkışı, özellikle yüksek arıza gerilimleri ve üstün güç işleme yetenekleri nedeniyle dikkatleri üzerine çekmiştir. Bu özellikler, GaN tabanlı Monolitik Mikrodalga Devresi (MMIC) teknolojisi üzerinde çok yüksek verimliliğe sahip yüksek güçlü yükselteçler (HPA) tasarlama şansı verir. GaN HEMT'lere duyulan ihtiyaç, onu yalnızca HPA'lar için değil, aynı zamanda anahtarlar ve düşük gürültülü yükselteçler (LNA) için de giderek daha çekici hale getirdi. GaN HEMT monolitik teknolojisinin ortaya çıkmasıyla birlikte, düşük gürültü yükselteç tercihleri de değişti. GaN tabanlı düşük gürültülü yükselteçler, sisteme gürültü vererek çok düşük güçlü bir sinyali, sinyal-gürültü oranını önemli ölçüde düşürmeden yükselten, genel sistem gürültü katsayısını azaltacak şekilde, devreleri limitleyecek korumaya ihtiyaç duymadan ve hasar görmeden son derece yüksek giriş gücü seviyelerine dayanabilen alıcı aşamaları gerçekleştirmek için en iyi adaylardan biridir. Alıcı devrelerinde düşük gürültülü yükselteçler, antenden alınan sinyale düşük gürültü vererek sinyalin gürültülü kısmını düşürdüğünden iletişim sistemleri için önem arz eder. GaN HEMT'lerin doğal sağlamlığı nedeniyle, bu cihazlar kullanılarak tasarlanan LNA'lar, koruma devresi olmadan sürekli çalışabilir. Bu tezde, X bandında çalışan bir MMIC LNA, kaynak dejenerasyonu ile GaN HEMT kullanılarak tasarlanmıştır. Pasif devre elemanları, transistörler ve MMIC NANOTAM'da geliştirilen Silisyum Karbür (SiC) tabanlı 0,15 μm/0,2 μm AlGaN/GaN HEMT mikrofabrikasyon süreci ile üretilmiştir. Üretim iki aşamadan oluşmaktadır. Sırasıyla önyüz ve arkayüz adımlarını içermektedir. Üretilen transistörlerin doğrusal akım (DC), küçük işaret, büyük işaret ve gürültü katsayısı ölçümleri yapılmıştır. LNA tasarımı için uygun HEMT seçilmiş ve tasarım süreci, kaynak dejenere HEMT kullanılarak tek kademeli yapıda gerçeklenmiştir. Kaynak dejenere HEMT topolojisi hem kolay giriş eşlemesi hemde kararlılık sağlamıştır. GaN tabanlı LNA MMIC tasarımı yapılmış üretim sonrasında wafer üzerinde oda sıcaklığında ölçümleri alınmış ve en iyi sonuçları aktarılmıştır. LNA tasarımı 8-11 GHz arasında 7 dB üzerinde küçük işaret kazancı, 8,5 dB'den iyi giriş ve çıkış kayıpları, 1,1 dB'den iyi gürültü katsayısı, 17,19 dBm çıkış gücü ve %12,64 akaç verimliliği sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
The emergence of Gallium Nitride (GaN)-based High Electron Mobility Transistors (HEMTs) devices has attracted attention, especially due to their high breakdown voltages and superior power handling capabilities. These features give a chance to design very high-efficiency high power amplifiers (HPA) on GaN-based Monolithic Microwave Circuit (MMIC) technology. The need for GaN HEMTs has made it increasingly attractive for this and switches and low-noise amplifiers (LNAs). With the advent of GaN HEMT monolithic technology, low noise amplifier preferences have also changed. GaN-based low-noise amplifiers (LNAs) can deliver noise to the system, amplifying a very low-power signal without significantly reducing the signal-to-noise ratio, reducing the overall system noise coefficient, without the need for protection and damage to limit circuits, to extremely high input power levels. It is one of the best candidates to perform the receiving stages that can withstand. Low noise amplifiers in receiver circuits are important for communication systems as they reduce the signal received from the antenna by giving low noise. Due to the inherent robustness of GaN HEMTs, LNAs designed using these devices can operate continuously without protection circuitry. In this thesis, an X-band MMIC LNA is designed using GaN HEMT with source degeneration. Passive circuit elements, transistors, and Silicon Carbide (SiC) based 0,15 μm/0,2 μm AlGaN/GaN HEMT microfabrication process developed in MMIC NANOTAM. Production consists of two stages. It includes the front and back steps, respectively. The produced transistors made the linear current (DC), small signal, and large-signal and noise coefficient measurements. The appropriate HEMT was selected for the LNA design and the design process was carried out in a single-stage structure using the source degenerate HEMT. The source degenerate HEMT topology provided both easy input mapping and stability. GaN-based LNA MMIC was designed, and after the production, measurements were taken on the wafer at room temperature and the best results were reported. LNA design provides a small signal gain of over 7 dB between 8-11 GHz, input and output losses better than 8,5 dB, noise coefficient better than 1,1 dB, the output power of 17,19 dBm and drain efficiency of 12,64%.
Benzer Tezler
- Design and development of X-band GaN-based low-noise amplifiers
X-bant GaN tabanlı düşük gürültülü yükselteç tasarımı ve geliştirilmesi
SALAHUDDIN ZAFAR
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Simulation and circuit design of an inverter driver with sensorless field oriented control for a PMSM used in compressor
PMSM kullanılan kompresör için ve algılayıcısız alan yönlendirmeli kontrol kullanılan evrici sürücünün benzetim ve devre tasarımı
TOLGA ODABAŞI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LALE ERGENE
- Design of an X-band GaN based microstrip MMIC power amplifier
X-bant GaN tabanlı mikroşerit MMIC güç yükselteci
ULAŞ ÖZİPEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- A theoretical analysis of GaInNAs/GaAs quantum vells for long wavelength emission
GaInNAs/GaAs uzun dalgaboylu kuantum kuyu lazerlerin teorik olarak incelemmesi
MURAT ODUNCUOĞLU
Doktora
İngilizce
2004
Fizik ve Fizik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. BEŞİRE GÖNÜL
- Atomic layer deposition of III-nitrides and metal oxides; their application in area selective ALD
III-nitratların ve metal oksitlerin atomik katman kaplamısı; bunların alan seçici ALD'deki uygulamaları
ALI HAIDER
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. AYKUTLU DANA
DR. NECMİ BIYIKLI