A wideband single-channel receiver front-end for C/X/Ku/Ka-band SATCOM systems
C/X/Ku/Ka-bant SATCOM sistemleri için geniş bant tekkanallı alıcı ön ucu
- Tez No: 967849
- Danışmanlar: PROF. DR. YAŞAR GÜRBÜZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 110
Özet
Bu tez, uydu haberleşmesi (SATCOM) için bir radyo frekansı (RF) entegre alıcının tasarımı ve uygulamasına odaklanmaktadır. Bant genişliğinin artırılması, daha yük- sek veri hızlarına ulaşmanın temel unsurlarından biridir. mm dalga boylarında daha büyük bir bant genişliği tahsis edilebilir. Alçak Dünya yörüngesi (LEO) SATCOM sistemleri küresel bağlantı ve internet kapsamı için umut vaat ettiğinden, bu SAT- COM uygulamaları son zamanlarda dikkat çekmektedir. Şu anda lisanslı SATCOM yayın frekans bantları C, X, Ku ve Ka bantlarıdır. Bu SATCOM bantlarını kap- sayan geniş bantlı bir alıcı RF modülü uygun maliyetli olacaktır. Öte yandan, Dünya etrafında 200 km'den fazla irtifada yörüngede olması ve mm dalga boylarını kullan- ması nedeniyle atmosferik yol kaybı artmaktadır. Artan yol kaybını telafi etmek için MIMO dizileri kullanılabilir. Bu tez, SATCOM uygulamaları için iki ayrı tek kanallı alıcı-IC sunmaktadır. İlk alıcı, düşük gürültülü bir yükselteç (LNA) ve bir faz kaydırıcı içerir. Tasarlanan alıcı, 5,7-25 GHz bant genişliği üzerinde 6 bit faz çözünürlüğü elde etti. İlk alıcı, LNA'da kullanılan bozulma sonrası tekniği sayesinde, üçüncü dereceden kesme noktasına (OIP3) referanslı tepe çıkışı (-22 dBm) ve 1 dB sıkıştırma noktasına (IP1dB) refer- anslı girişte sırasıyla -23,4 dBm'lik bir tepe çıkışı sergiledi. İkinci alıcı, alt bloklara dayanmaktadır: bir LNA, bir faz kaydırıcı-zayıflatıcı ve bir değişken kazançlı am- plifikatör (VGA). Aynı bozulma sonrası yöntemi LNA'da da uygulandı. Doğrusallık performansını artırmak için pasif vektör toplamı faz kaydırıcı topolojisi benimsen- miştir. Faz kaydırıcı mimarisi, yeni bir kapalı çevrim gerilim kontrollü zayıflatıcıya (VVA) dayanmaktadır. Önerilen VVA, düşük RMS faz ve genlik hatası ile tek bir blok içinde hem faz hem de genlik kontrol işlevselliğini gerçekleştirmeye olanak tanımıştır. Ayrıca, geniş bir bant genişliği üzerinde 6 bit faz çözünürlüğü elde et- mek için bir-dereceli çok fazlı filtre (PPF) ile bir kareel hibrit kuplör kullanılmıştır. VGA, geniş bant düşük genlik hatası elde etmek için RC geri beslemeli dağıtılmış bir amplifikatör topolojisine dayanmaktadır. İkinci alıcı, SATCOM alımı için bir- den fazla lisanslı frekans bandını kapsayan 7-26,4 GHz geniş bir frekans aralığında 25 dB'lik bir kazanç, 2,7 dB'lik minimum gürültü değeri (NF) ve -23 dBm IP1dB elde ediyor. İkinci alıcı, 5.6◦ RMS faz hatası ile 6 bit faz çözünürlüğü ve 36 dB zayıflatma aralığı sağlamaktadır. Yazarların bilgi birikimine göre, bu alıcı; LNA'da uygulanan bozulma sonrası yöntemi, ve önerilen VVA'nın kullanıldığı pasif vektör toplamı metotları sayesinde, SATCOM alımı için birden fazla lisanslı frekans bandını destekleyen en yüksek zayıflatma aralığını ve en yüksek doğrusallığı elde etmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis focuses on the design and implementation of a radio frequency (RF) inte- grated receiver for satellite communication (SATCOM). Increasing the bandwidth is one of the key enablers to achieve higher data rates. In mm-wave, a larger bandwidth can be allocated. Since Low-Earth orbit (LEO) SATCOM systems are promising for global connectivity and internet coverage, these SATCOM applications have gath- ered attention recently. Currently licensed frequency bands for SATCOM reception are C-, X-, Ku-, and Ka-bands. A wideband receiver RF module that covers these SATCOM bands would be cost-efficient. On the other hand, due to orbiting around Earth at more than 200 km altitudes and utilizing mm-wave, the atmospheric path loss is increased. To compensate for increased path loss, one can employ MIMO arrays. This thesis presents two separate single-channel receiver-ICs for SATCOM applica- tions. The first receiver includes a low-noise amplifier (LNA) and a phase shifter. The designed receiver achieved a 6-bit phase resolution over a bandwidth of 5.7- 25 GHz. The first receiver exhibits a peak output referred the third-order inter- cept point (OIP3) and input referred 1-dB compression point (IP1dB ) of -22 dBm and -23.4 dBm, respectively, thanks to the post-distortion technique employed in the LNA. The second receiver is based on sub-blocks: an LNA, a phase shifter- attenuator, and a variable gain amplifier (VGA). The same post-distortion method is applied in the LNA. A passive vector sum phase shifter topology is adopted to enhance linearity performance. The phase shifter architecture is based on a novel close-loop voltage variable attenuator (VVA). The proposed VVA enables to achieve both phase and amplitude control functionality in a single block with low RMS phase and amplitude error. Also, a quadrature hybrid coupler is utilized with a 1st-order polyphase filter (PPF) to obtain 6-bit phase resolution over a wide bandwidth. The VGA is based on a distributed amplifier topology with an RC-feedback to obtain wideband low amplitude error. The second receiver achieves a gain of 25 dB, a minimum noise figure (NF) of 2.7 dB, and -23 dBm IP1dB over a wide frequency range of 7-26.4 GHz, which covers multiple licensed frequency bands for SATCOM reception. The second receiver provides 6-bit phase resolution with 5.6◦ RMS phase error and 36-dB attenuation range. To the best of the authors' knowledge, this re- ceiver achieved the highest attenuation range and highest linearity that supports the multiple licensed frequency bands for SATCOM reception thanks to passive vector sum with the proposed VVA and the post-distortion method applied in the LNA.
Benzer Tezler
- DDC tabanlı kanallaştırıcı tasarımı
Digital down conversion based channelizer design
OĞUZHAN KOŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜRVET KIRCI
- FDDI ve FDDI şebekeleri performans analizi
Başlık çevirisi yok
HİLMİ ŞENER
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. GÜNSEL DURUSOY
- 2.ve 3. nesil CDMA temelli mobil haberleşme protokolleri
2.and 3. generation mobile communication protocols based on CDMA
BARIŞ YAVUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. GÜNSEL DURUSOY
- Effect of cyclic prefix on multiple input,multiple output (MIMO) systems
Çoklu giriş, çoklu çıkış (MIMO) sistemlerinde döngülü önekin etkileri
PROSPER MURWANASHYAKA
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTürk Hava Kurumu ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEYNEL DEPREM
- A new approach to satellite communication: Harnessing the power of reconfigurable intelligent surfaces
Uydu iletisimine yeni bir yaklaşım: Yeniden yapılandırılabı̇lı̇r akıllı yüzeylerden faydalanma
KÜRŞAT TEKBIYIK
Doktora
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT