Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2494
Main Title: Mikrowellen-Schaltverstärker in GaN- und GaAs-Technologie - Designgrundlagen und Komponenten
Translated Title: Microwave-Switchmode-Amplifier with GaN- and GaAs-Technology - Designfundamentals and Components
Author(s): Flucke, Jens
Advisor(s): Heinrich, Wolfgang
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die Arbeit liefert Beiträge zur Verbesserung von Mikrowellen-Leistungsverstärkern auf Basis von III-V-Halbleitern. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Effizienzsteigerung von Leistungsverstärkern. Die Arbeit unterteilt sich in drei Themengebiete. Der hier vorgestellte Ansatz zur Gehäusemodellierung unterscheidet sich von den bisherigen Modellen auf dem Gebiet der Gehäusebeschreibung, die nicht an einer detaillierten Beschreibung der Einzeleffekte innerhalb des Gehäuses interessiert sind, sondern die Effekte eher summarisch als Klemmenverhalten darstellen. Die vorliegende Arbeit schließt hier eine Lücke, da das vorgestellte Modell es erlaubt, auch Einzeleffekte innerhalb des Gehäuses zu separieren. Bezüglich der Effizienzsteigerungen von Leistungsverstärkern wurden zunächst Klasse-E-Verstärker auf Basis von GaAs-HBTs mit erhöhter Durchbruchsspannung von 70 V hybrid realisiert. Es wurde eine Kollektoreffizienz von 80 % bzw. eine PAE von 62 % bei einer Ausgangsleistung von 10 W und 3 GHz demonstriert, was in dieser Kombination den Stand der Technik voranbrachte. Den dritten Schwerpunkt der Arbeit bildet die Entwicklung von digitalen Leistungsverstärkern für Klasse-S und ähnliche Systeme. Die dabei verwendeten Verstärkerblöcke unterscheiden sich grundlegend von allen bisher verwendeten Mikrowellen-Leistungsverstärkern. Die digitalen Verstärkerblöcke sind breitbandig ausgelegt und daher in der Lage, beliebige Bitfolgen mit Bitraten im Gbit/s-Bereich zu übertragen. Zur Entwicklung der Klasse-S-Verstärkerblöcke wurden MMICs in GaAs-HBT- und GaN-HEMT-Technologie entworfen und realisiert. Die Messung der unterschiedlichen MMICs zeigt bis zu Bitraten von 1,8 Gbit/s sehr hohe Effizienzen von 90 % und Rechteckleistungen von bis zu 20 W. Die realisierten Verstärkerblöcke sind einzigartig im internationalen Vergleich bezüglich der erzielten Leistungen, Bitrate und Effizienz.
The thesis contributes to the improvement of microwave power amplifiers on basis of III-V semiconductors. The emphasis of this work is on efficiency improvements of power amplifiers. The work is divided into three parts. First, a package modeling approach is presented which differs significantly from the existing models in the area of transistor package descriptions. Former package modeling approaches were not interested in a detailed description of the various effects occurring inside a transistor package. They were mainly interested in an over-all model of the package. This work closes the gap, the model allows to separate and precisely describe the different effects which take place inside the power transistor package. With respect to efficiency improvement of power amplifiers, a class-E amplifier was realized as a hybrid circuit, using high-voltage HBTs with 70 V breakdown voltage. A collector efficiency of 80 % and a PAE of 62 % was demonstrated with an output power of 10 W at 3 GHz. In this combination it extended the state-of-the-art in amplifier designs. The third topic of the thesis addresses the development of digital power amplifiers for class-S applications and related systems. The digital gain-blocks developed differ fundamentally from all microwave power amplifiers used so far. They use a broadband design and are therefore able to amplify arbitrary bit sequences with bit rates up to the GBit/s range. The class-S gain-block-MMICs were designed and realized using GaAs-HBT and GaN-HEMT technology. Measurements of the MMICs shows very high efficiency of 90 % up to bit rates of 1.8 Gbit/s and broadband output powers of the digital signals up to 20 W. These gain blocks are unique and significantly advance the international state-of-the-art in terms of output power, bit rate and efficiency.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-26280
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2791
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2494
Exam Date: 2-Dec-2009
Issue Date: 16-Jun-2010
Date Available: 16-Jun-2010
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): GaN
Gehäusemodell
Klasse-S
PA
Schaltverstärker
Class-S
GaN
PA
Package model
Switchmode
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/
ISBN: 978-3-86624-484-9
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