طراحي يك تقويت‌ كننده توان فركانس راديويي يكپارچه باند X مبتني بر فنّاوري AlGaN/GaN HEMT

Design of X Band High Power Amplifier MMIC Based on AlGaN/GaN HEMT

در اين مقاله يك تقويت كننده توان باند Xمبتني بر فنّاوري مدار مجتمع يكپارچه مايكروويو براي زيرسامانه هاي مخابراتي ماهواره هاي سنجشي طراحي، شبيه سازي و نهايتاً جانمايي شده است. جهت تحقق طرح، از پروسه ترانزيستورهاي گاليم نيتريد با قابليت تحرك الكترون بالا با فناوري حداقل طول گيت 500 نانومتر استفاده شده است. ولتاژ تغذيه درين در اين فناوري 40 ولت و ولتاژ تغذيه گيت 2- ولت مي باشد. با توجه به اهميت بهره وري در زير سامانه هاي مخابرات فضايي، براي معماري مداري تقويت كننده پيشنهادي، از دو طبقه در كلاس E استفاده شده است. بهره توان تقويت كننده حدود 25dB و حداكثر توان خروجي آن 49.3dBm در فركانس 10گيگاهرتز با در نظر گرفتن پهناي باند 2 مگاهرتز و بهره وري %49 حاصل شده است. براي كاهش اثر حافظه يك فيلتر ميان گذر در خروجي تقويت كننده طراحي شده است. مساحت نهايي اشغالي در سطح تراشه براي جانمايي به ابعاد 4.3×8.2 ميلي متر حدود 35mm2 به دست آمده است، كه فضاي عمده جانمايي متعلق به فيلتر محدود كننده طيف توان خروجي ميباشد. مقدار AM/PM و AM/AM در بدترين شرايط به ترتيب حدود 3.8deg/dB- و 1dB/dB حاصل شده است. تقويت كننده داراي پايداري نامشروط در محدوده فركانسي مطلوب بوده و مقدار تداخل تخريبي هارمونيك سوم نسبت به هارمونيك اول حدود 21dBc- به دست آمده است.

In this paper, we have presented an X band high power amplifier based on MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) technology for satellite remote sensing systems. We have used GaN HEMT process with 500 nm gate length technology with VD= 40 V and VG= -2 V in class E structure. The proposed two-stage power amplifier provides 25 dB power gain with maximum output power of 49.3 dBm at 10 GHz. Bandwidth of proposed high power amplifier is 2 MHz and we have achieved 49% Power Added Efficiency (PAE). We have designed a band pass filter for decreasing of memory effects in output. The active on chip area of layout obtained 35 mm2 (8.2 mm × 4.3 mm). We have obtained AM/PM and AM/AM, -3.8deg and 1 dB respectively in the worst case. The proposed power amplifier is unconditionally stable at the satisfied frequency range.