Design and development of GaN amplifiers for transceiver applications

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.