Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-9245
For citation please use:
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorHeinrich, Wolfgang-
dc.contributor.authorErsoy, Erhan-
dc.date.accessioned2019-11-22T10:14:19Z-
dc.date.available2019-11-22T10:14:19Z-
dc.date.issued2019-
dc.identifier.urihttps://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/10283-
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.14279/depositonce-9245-
dc.description.abstractSeit der Erfindung des Transistors haben diese Halbleiter-Bauteile mit fortschreitender Entwicklung die bis dato in Verstärkern verwendeten Bauteile, die Elektronenröhren, immer mehr verdrängt. Als ein weiterer Schritt dieser Entwicklung findet im X-Band (8 bis 12 GHz) die Verdrängung in Radar- und Satellitenanwendungen statt. Für den Einsatz in solchen Anwendungen werden Leistungsverstärker in Form von monolithisch integrierten Mikrowellenschaltkreisen (MMIC) mit einer Ausgangsleistung von >10 W benötigt. In dieser Arbeit werden koplanare monolithisch integrierte X-Band-Leistungsverstärker auf der Basis von GaN-Transistoren vorgestellt, die diesen Anforderungen entsprechen. Das Ziel ist, das Potential der koplanaren Variante im Vergleich zur gängigen Mikrostreifen-leitungsversion zu klären und die Machbarkeit aufgebauter Verstärkermodule zu demonstrieren. Zu diesem Zweck wird in einem Fallbeispiel ein identischer Verstärker in beiden Leitungs-varianten simuliert. Aus den Ergebnissen wird ersichtlich, dass der Einsatz von Mikrostreifenleitungen Verstärker mit besseren Kennwerten zur Folge hat. Um die Defizite der Koplanarleitung zu kompensieren, werden drei Optimierungssätze untersucht. Als Erstes werden neue Leitungs-Diskontinuitäten betrachtet. An einer einfachen Parallelschaltung zweier Transistoren liefert eine dieser alternativen Verteiler- und Kombinierer gegenüber der Standard-Variante eine um etwa 0,7 dB höhere Pout,max, eine um etwa 3 % höhere PAE und ein um etwa 0,3 dB höheres GT. Als Zweites werden alternative Ausführungen der CPW, die geringere oder zumindest vergleichbare ohmsche Verluste aufweisen als die Mikrostreifenleitung, untersucht. Hierzu werden sogenannte Interdigit CPWs (ICPW) analysiert, mit Fokus auf den ohmschen Verlusten. Dieser Ansatz liefert zwar einige interessante Erkenntnisse, nicht aber eine Variante mit geringeren Verlusten. Beim dritten werden mehrere Transistoren mit unterschiedlichen Zuleitungsvarianten gegenübergestellt. Als Resultat konnte eine Zuleitungsvariante gefunden werden, bei der gegenüber Standard- Zuleitungsvariante eine um 0,6 dB höhere Pout,max, eine um 3 % höhere PAE und ein um 1 dB höheres GT erzielt wird. Anschließend werden vier GaN-MMIC-Leistungsverstärker vorgestellt, die bis zu einer maximalen PAE von 37 %, einer GT von 26 dB und einer Pout,max von 12 W aufweisen. In einer State-of-the-Art-Betrachtung konnte gezeigt werden, dass der entworfene Leistungsverstärker-MMIC Verstärkerkennwerte erzielt, die im Mittelfeld der gängigen und mit Mikrostreifenleitungen aufgebauten Leistungsverstärker-MMIC liegen. Mit diesem realisierten X-Band MMIC-Leistungsverstärker werden hybriden Verstärkermodulen mit klassischen Steckverbindern aufgebaut. Neben einem Modul als single-ended-Verstärker wurden auch balancierte Leistungsverstärker realisiert. Dazu wurde ein modulares Aufbaukonzept entwickelt. Die balancierten Verstärker erreichen bei 10 GHz ein Pout,max von 22 W, ein GT von 24 dB und eine PAE von 31 %. Das Modul als single-ended-Verstärker liefert eine Pout,max von 11,5 W, ein GT von 25 dB und eine PAE von 30 %. Weiterhin wird noch die Breitband-Version eines Leistungsverstärkers für den Frequenzbereich 2 bis 12 GHz vorgestellt, die auf dem Konzept des nicht-uniformen verteilten Verstärkers basiert, der State-of-the-Art-Werte erreicht. Zusammenfassend kann man festhalten, dass mit der vorhandenen koplanaren GaN-MMIC-Technologie Verstärker realisiert werden, die den Stand der Technik bei vergleichbaren Mikrostreifenleitungen nicht voll erreichen. Zwei der drei Optimierungsansätze für die Koplanarleitungsstruktur liefern Verbesserungen, mit denen man das Leistungspotenzial koplanarer GaN-MMIC-Technologie weiter ausschöpfen kann.de
dc.description.abstractSince the invention of the transistor, solid-state devices have replaced electron tubes in amplifiers more and more. As a further step in this development nowadays, the replacement in radar and satellite applications takes place in the X-band (8 to 12 GHz). For use in such applications as power amplifiers in the form of monolithic microwave integrated circuits (MMIC) are required with an output power of >10 W. This thesis presents coplanar monolithically integrated X-band power amplifiers based on GaN transistors that meet these requirements. The goal oft he thesis is to clarify the potential of the coplanar wave guide (CPW) variant compared to the common microstrip line version and to demonstrate the feasibility of packaged amplifier modules. For this purpose, in a case example, an identical amplifier is constructed in both transmission line variants. From the results, it can be seen that the use of microstrip lines results in amplifiers with better characteristics. To compensate for the coplanar wave guide deficits, three approaches of optimization are examined. First, new transmission line junction are considered. In a simple parallel connection of two transistors, one of these alternative dividers and combiners provides about 0.7 dB higher Pout,max than the standard version, about 3 % higher PAE and about 0.3 dB higher GT. Second, alternative embodiments of the CPW that have lower or at least comparable ohmic losses than the microstrip line are investigated. For this purpose, so-called Interdigit CPWs (ICPW) are analyzed, with focus on ohmic losses. Although this approach provides some interesting insights, it does not lead to structures with lower losses. Third, several transistors with different periphery are compared. As a result, a periphery variant was found in over standard lead variant higher by 0.6 dB Pout,max, higher by 3 % PAE and higher by 1 dB GT is achieved. Subsequently, four GaN-MMIC power amplifiers are presented which have a maximum PAE of 37%, a GT of 26 dB and a Pout,max of 12 W. In a state-of-the-art consideration it could be shown that the designed power amplifier MMIC amplifier characteristic obtained are within the middle range of integrated and built up with microstrip lines power amplifier MMIC. With these realized X-band MMIC power amplifiers, hybrid amplifier modules are set up with classic connectors. Both single-ended and balanced power amplifiers were realized. For this purpose, a modular design concept was developed. The balanced amplifiers reach at 10 GHz a Pout,max of 22 W, a GT of 24 dB and a PAE of 31 %. The module as a single-ended amplifier delivers at 10 GHz a Pout,max of 11.5 W, a GT of 25 dB and a PAE of 30 %.en
dc.language.isodeen
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/en
dc.subject.ddc620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeitende
dc.subject.otherKoplanarleitungde
dc.subject.otherGalliumnitridde
dc.subject.otherGaNde
dc.subject.otherMMICde
dc.subject.otherLeistungsverstärkerde
dc.subject.otherX-Bandde
dc.subject.othercoplanar waveguideen
dc.subject.othergallium nitrideen
dc.subject.otherpower amplifieren
dc.titleOptimierung von koplanaren GaN-MMIC-Leistungsverstärkern im X-Bandde
dc.typeDoctoral Thesisen
tub.accessrights.dnbfreeen
tub.publisher.universityorinstitutionTechnische Universität Berlinen
dc.contributor.grantorTechnische Universität Berlinen
dc.contributor.refereeHeinrich, Wolfgang-
dc.contributor.refereeJacob, Arne-
dc.contributor.refereePursche, Udo-
dc.date.accepted2019-08-27-
dc.title.translatedOptimization of coplanar GaN MMIC power amplifiers in the X-banden
dc.type.versionacceptedVersionen
Appears in Collections:Inst. Hochfrequenz- und Halbleiter-Systemtechnologien » Publications

Files in This Item:
ersoy_erhan.pdf
Format: Adobe PDF | Size: 7.51 MB
DownloadShow Preview
Thumbnail

Item Export Bar

This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons