Geri Dön

Design and development of GaN amplifiers for transceiver applications

Alıcı-verici uygulamaları için GaN yükselteclerinin tasarımı ve geliştirilmesi

  1. Tez No: 953524
  2. Yazar: MUHAMMAD IMRAN NAWAZ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 129

Özet

Genellikle T/R modül olarak bilinen gönderme/alma modulü, askeri, uzay ve ticari uygulamalarda kullanılan faz dizili radar sistemlerinde kritik bir rol oynar. Hibrit mikrodalga entegre devreler ve düşük sıcaklıkta birlikte pişirilen seramik teknolojileri hacimli çözümler sunmaktadır. Ancak, GaN HEMT tabanlı monolitik mikrodalga entegre devre (MMIC) teknolojisindeki gelişmeler, daha düşük maliyetli, kompakt ve yüksek verimli alternatiflerin geliştirilmesini mümkün kılmıştır. Bir mikrodalga alıcı-verici, düşük gürültülü yükselteç (LNA), yüksek güçlü yükselteç (HPA) ve tek kutuplu çift yönlü anahtardan (SPDT) oluşur. Bu tez, NANOTAM'a ait 0.15/0.25 µm AlGaN/GaN üretim süreci kullanılarak X-band MMIC alıcı-vericisi için LNA ve HPA'nın yerli tasarım ve geliştirilmesini amaçlamaktadır. LNA'larda kazanç ve gürültü katsayısı (NF) dışında sağlamlık, özellikle beka kabiliyeti, ters toparlanma süresi (RRT) ve çıkış gücünü sınırlama başlıca odak noktalarıdır. 8 -12 GHz frekans aralığında, kaskot HEMT tabanlı tek kademeli tasarım ile kaynak dejenerasyonlu HEMT'lere dayalı üç kademeli tasarımlar ele alınmıştır. Kaskot HEMT tabanlı LNA'ların yüksek dayanıklılığa sahip olduğu ancak bunun NF artışına neden olduğu gösterilmiştir. Üç kademeli tasarımda, gelen sinyalin darbe genişliğine bağlı olarak RRT incelenmiştir. Bu LNA, 42 dBm giriş gücüne dayanabilen, 1.5 dB'in altında NF ve ±1 dB kazanç dalgalanması ile 23.2 dB kazanç sağlayan en iyi NF ve beka kabiliyeti kombinasyonunu sunmaktadır. LNA'nın çıkış doygunluk gücü, sonraki devrelerle kolay entegrasyon sağlamak amacıyla geliştirilen yeni bir kapısız (un-gated) HEMT yaklaşımı kullanılarak 20 dBm ile sınırlandırılmıştır. Ayrıca, 8.5-11 GHz frekans aralığında çalışan üç kademeli bir yüksek güçlü yükseltecin tasarımı ayrıntılı olarak tartışılmaktadır. İki farklı tasarım yaklaşımı açıklanmaktadır. İlk ve ara kademelerdeki HEMT boyutunun azaltılması ile güç tüketiminin düşürülmesi, güç eklentili verimliliği (PAE) artırmaktadır. 2.4 × 3.75 mm² gibi kompakt bir boyutta %43 üzerinde PAE ve 43dBm çıkış gücü elde edilmiştir.

Özet (Çeviri)

A transceiver, commonly known as a T/R module, is widely used in phased array radar systems for military, space, and commercial applications. Hybrid microwave integrated circuits and low-temperature co-fired ceramic technologies offer bulky solutions. However, advancements in GaN HEMT-based monolithic microwave integrated circuit (MMIC) technology have led to low-cost, compact, and efficient alternatives over the years. A microwave transceiver consists of a low noise amplifier (LNA), a high power amplifier (HPA), and a single-pole double-throw switch. The current thesis aims on indigenous design and development of LNA and HPA for an MMIC transceiver at X-band using NANOTAM's in-house 0.15/0.25 µm AlGaN/GaN fabrication process. Robustness, including survivability and reverse recovery time (RRT), and limiting output power are the primary focus of LNAs besides gain and noise figure (NF). The single-stage design based on cascode HEMT and three-stage designs based on source degenerated HEMTs are discussed in the frequency range of 8 to 12 GHz. It is shown that cascode HEMTs-based LNA have high survivability but at the cost of increased NF. In a three-stage design, RRT is studied as a function of the pulse width of the incoming signal. This LNA has the best combination of NF and survivability, surviving 42 dBm input power with sub-1.5 dB NF and having 23.2 dB gain with ±1 dB gain ripple. The output saturated power of the LNA is limited to 20 dBm using a novel un-gated HEMTs approach for easy integration with subsequent circuitry. Moreover, the design of a three-stage high power amplifier operating in the 8.5 to 11 GHz is discussed in detail. Two design approaches are described, and it is shown that reducing the power dissipation by reducing HEMT peripheries in the first and intermediate stages improves power added efficiency (PAE). The achieved PAE is higher than 43 % with more than 43 dBm output power in a compact size of 2.4 × 3.75 mm².

Benzer Tezler

  1. Tez No

    776158

    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

    İngilizce

    2022

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EKMEL ÖZBAY

  2. Tez No

    246754

    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

    İngilizce

    2009

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EKMEL ÖZBAY

  3. Tez No

    929424

    Design of broadband amplifiers for microwave transmitters via real frequency techniques

    Mikrodalga vericileri için geniş bantlı kuvvetlendiricilerin gerçel frekans teknikleri kullanılarak tasarlanması

    ALPER YILDIRIM

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BEKİR SIDDIK BİNBOĞA YARMAN

  4. Tez No

    349599

    Design considerations, modeling and characterization of GaN HEMTs and design of high frequency and high power MMIC amplifiers

    GaN HEMT yapılarının tasarımı, modellenmesi ve ölçümleri, ve yüksek hızlı ve yüksek güçlü MMIC yükselteçlerin tasarımı

    ÖMER CENGİZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OSMAN PALAMUTÇUOĞULLARI

  5. Tez No

    416530

    X-band high power gan power amplifier design and implementation

    X-bant yüksek güçlü gan güç yükselteç tasarımı ve gerçeklenmesi

    ALİ İLKER IŞIK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞİMŞEK DEMİR

Geri Dön