Design of an X-band GaN based microstrip MMIC power amplifier

RF ve mikrodalga güç yükselteçleri, günümüz iletişim ve radar sistemlerinin hayati bileşenlerindendir. Bu bileşenlerin tasarımları, yüksek güç ve yüksek frekans rejimindeki aygıt kısıtlamaları ile; doğrusal olmayan büyük-işaret çalışma koşullarında tasarımın kendi çetinlikleriyle birlikte, ciddi zorlukları da beraberinde getirmektedir. Galyum Nitrür (GaN) tabanlı yüksek elektron hareketlilikli transistör (HEMT) teknolojisi, yüksek güç yoğunlukları, mm-dalga frekanslarına kadar çalışabilme kabiliyetleri ve üstün malzeme özellikleriyle, önemli bir potansiyel barındırmaktadır. Bu çalışmada, Bilkent Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma Merkezi'nde (NANOTAM) geliştirilen 0.25 μm Silisyum Karbür (SiC) tabanlı GaN mikrofabrikasyon prosesi, ve bu proses ile üretilen aygıtların karakterizasyon adımları gösterilmiştir. X-bant uygulamalarına yönelik transistör başarımının iyileştirilmesi için gerçekleştirilen deneysel transistör serimi ve kapı geometrisi tarama çalışmaları sunulmuştur. Pasif devre elemanlarının elektro-manyetik benzetim tabanlı model kütüphanesi oluşturulması anlatılmıştır. Son olarak, X-bant için tasarlanan monolitik mikrodalga entegre devre güç yükselteci tasarımı ve adımları, ayrıntılı biçimde açıklanmıştır. Üretilen yükselteç devrelerinin benzetim ve ölçüm sonuçları paylaşılarak yorumlanmıştır. Yonga boyutları 4.3 mm x 2.3 mm'nin altında olan devreler, ölçümlerde 8.5 GHz - 11.5 GHz frekans aralığı boyunca 24 dB üzerinde küçük işaret kazancı vermektedir. 13.5 Watt (41.3 dBm) üzerindeki çıkış güçleri ve %31 ile %38 arası güç ekli verimlilik değerleri, oda sıcaklığında gerçekleştirilen darbeli mod ölçümlerinde 6 dB kazanç kısılması altında, 8.5 GHz - 11 GHz bandı boyunca elde edilmiştir.