Design of wide-band milimeter-wave passive MMIC control products on gaas based processes
Gaas bazlı proseslerde geniş bant milimetre dalga pasif MMIC kontrol ürünleri tasarımı
- Tez No: 815676
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN ŞERİF SAVCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Medipol Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 93
Özet
Pasif ve aktif MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) kontrol ürünleri, mikrodalga frekans aralığında çalışan entegre devrelerdir. Genellikle RF ve mikrodalga devrelerinde kullanılmaktadırlar ve sinyal yönlendirme, güç bölme, faz kaydırma, harmonik filtreleme gibi işlevleri yerine getirmektedirler. GaAs (Galyum Arsenit) gibi yarı iletken malzemeler kullanılarak tasarlanan pasif ve aktif MMIC'ler, yüksek frekans performansı ve düşük gürültü seviyeleri sağlamaktadırlar. Mikrodalga iletişim sistemlerinde, radar sistemlerinde, uydu haberleşmesinde ve kablosuz iletişimde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu tez kapsamında, IPD ve PIN tabanlı düşük maliyetli, yüksek performanslı pasif ve aktif GaAs MMIC ailelerinin (limitleyiciler, dengeleyiciler ve zayıflatıcılar) tasarım, üretim, ölçüm ve testleri üzerine çalışmalar yapılmıştır. GaAs'ın kontrol ürünlerinde kullanılmasının amacı, yüksek frekans performansı, düşük gürültü seviyeleri, entegre tasarım kolaylığı ve uygun fiziksel özelliklerin sağlanmasıdır. Bu tasarımları CMOS (Tamamlayıcı Metal Oksit Yarı İletken) ile gerçekleştirmek kompakt bir alan sağlasa da çok maliyetlidir. Ürünleri MIC (Monolitik Entegre Devre) olarak tasarlamak ise büyük alan kaybına neden olmaktadır. MMIC olarak tasarlanan bu ürünler ile kompakt tasarım alanını çok daha düşük maliyet ile gerçekleştirmek ve Ka band gibi yüksek RF frekanslarına çıkmak mümkün hale gelmektedir. Tez kapsamında tasarlanan limitleyiciler, sinyal gücünü kontrol altında tutarak aşırı yüklenmeyi önler ve sistem istikrarını sağlar. Dengeleyiciler, sinyal dengelemesi yaparak giriş sinyalinin simetrisini korur ve gürültüyü azaltır. Zayıflatıcılar ise sinyal gücünü belirli bir oranda azaltarak sinyal düzeyini uygun seviyeye getirir ve sistem performansını optimize eder. Bu entegre devreler, kontrol sistemlerinin doğru çalışması ve sinyal işleme süreçlerinin etkin bir şekilde gerçekleştirilmesi için vazgeçilmez bileşenlerdir. Bu ürünlerin tasarımı ve optimizasyonu için Keysight tarafından sunulmuş olan Advanced Design System uygulaması kullanılmıştır. 28V ile çalışan IPD ve PIN tabanlı süreç tasarım kitlerinin kullanımı ile yüksek güç uygulamaları, entegre tasarım kolaylığı, düşük gürültü seviyeleri ve yüksek frekans performansı mümkün hale gelmiştir. Entegre tasarımı gibi karmaşık yapıların modellenmesini mümkün hale getiren Momentum çözücüler sayesinde tasarımlarda geniş frekans aralığında yüksek hassasiyet ve verimlilik mümkün hale gelmiştir. Bu çalışmanın düşük maliyetli ve yüksek performanslı pasif ve aktif GaAs MMIC ailelerinin tasarımı ve üretimi üzerine odaklanması ile literatürde az bulunan çalışmalara önemli bir katkı sağlanmaktadır. GaAs gibi yarı iletken malzemelerin kullanımıyla yüksek frekans performansı, düşük gürültü seviyeleri ve entegre tasarım kolaylığı sunulmuştur. Ayrıca, Advanced Design System uygulamasının xiii kullanımı ve IPD ve PIN tabanlı süreç tasarım kitlerinin entegrasyonu ile geniş frekans uygulamalarında da başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Üretilen entegre devrelerin ölçümleri İstanbul Medipol Üniversitesinde kurulan prob istasyonu ile levha disklerin üzerinde gerçekleştirilmiştir. Tüm sonuçlar karşılaştırıldığında, simülasyon sonuçları ve ölçüm sonuçları arasında tutarlılık seviyesinin yüksek olduğu görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Passive and active MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) control products are integrated circuits that operate in the microwave frequency range. They are commonly used in RF and microwave circuits and perform functions such as signal routing, power division, phase shifting, and harmonic filtering. Passive and active MMICs designed using semiconductor materials like GaAs (Gallium Arsenide) provide high-frequency performance and low noise levels. They are widely used in microwave communication systems, radar systems, satellite communications, and wireless communications. In this thesis, research has been conducted on the design, production, measurement, and testing of low-cost, high-performance passive and active GaAs MMIC families (limiters, equalizers, and attenuators) based on IPD and PIN technology. The use of GaAs in control products aims to provide high-frequency performance, low noise levels, ease of integrated design, and suitable physical properties. While implementing these designs with CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) provides a compact area, it is very costly. Designing the products as MIC (Monolithic Integrated Circuit) results in significant area loss. By designing these products as MMIC, it becomes possible to achieve a compact design area at a much lower cost and reach high RF frequencies such as the Ka band. The designed limiters in the scope of this thesis prevent overload by controlling the signal power and ensure system stability. Equalizers maintain the symmetry of the input signal by balancing the signal and reduce noise. Attenuators reduce the signal power by a certain amount to bring the signal level to an appropriate level and optimize system performance. These integrated circuits are essential components for the proper operation of control systems and efficient signal processing. The Advanced Design System application provided by Keysight has been used for the design and optimization of these products. The use of IPD and PIN-based process design kits operating at 28V enables high-power applications, ease of integrated design, low noise levels, and high-frequency performance. Momentum solvers, enabling the modeling of complex structures such as integrated design, have made it possible to achieve high precision and efficiency in designs over a wide frequency range. This study makes a significant contribution to the design and production of low-cost, high-performance passive and active GaAs MMIC families, which are rarely found in the literature. The use of semiconductor materials such as GaAs offers high-frequency performance, low noise levels, and ease of integrated design. Additionally, successful results have been obtained in wide frequency applications xv through the use of the Advanced Design System application and the integration of IPD and PIN-based process design kits. The measurements of the produced integrated circuits were performed on wafer using the probe station established at Istanbul Medipol University. When comparing all the results, it can be observed that there is a high level of consistency between the simulation results and the measurement results.
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
- 5G kablosuz iletişim sistemleri için aşağı dönüşüm Gilbert hücre mikser tasarımı
Down-conversion Gilbert cell mixer design for 5G wireless communications systems
FATMANUR TALAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA BERKE YELTEN
- Milimetre dalga frekanslarında entegre anten tasarımı ve yüzey kaplamasının anten performansına etkisi
Integrated antenna design in millimeter wave frequency and effect of surface finish material on antenna performance
ERSİN USTA
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Bilim ve TeknolojiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURHAN TÜRKER TOKAN
- Geniş bant durduran iki frekans seçici yüzeyin tasarımı
Wideband stopping two frequency selective surfaces design
FATİH GÖKSEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKırklareli ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENA ESEN BAYER KESKİN
- 5G uygulamaları için DGS kullanılarak mikroşerit yapıların analizi
Analysis of microstrip structures using DGS for 5G applications
BURAK DÖKMETAŞ
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURSEL AKÇAM
PROF. DR. ERDEM YAZGAN