A 5.2 GHz RF combined power amplifier with fully integrated on-chip impedance matching Wilkinson power combiner and splitter

Abstract

Bu tezde 5.2 GHz Kablosuz Yerel Ağ uygulamaları için bir birleştirilmiş güç kuvvetlendiricisi tasarlanmıştır. Empedans uyumlu Wilkinson güç kuvvetlendiricileri kullanılarak yeni bir güç birleştirme yöntemi ortaya konmuştur. İki tane empedans uyumlu Wilkinson Güç kuvvetlendiricisi kullanılarak hem kuvvetlendirici katının giriş çıkış empedansı 50 ?'a uyumlaştırılmıştır hem de giriş gücü iki kuvvetlendiriciye bölünmüş ve iki kuvvetlendiricinin çıkış gücü toplanmıştır. Bu güç birleştirme tekniğini sınamak için 5.2 GHz de A sınıfı çalışan tamamen entegre bir güç kuvvetlendiricisi gerçeklenmiştir. Entegre edilmiş güç bölücü ve güç toplayıcı devreler ile güç kuvvetlendiricisinin kazancı 5.2 GHz de 5.21 dB olarak ölçülmüştür. 1 dB bastırma noktasında 22.4 dBm çıkış gücü ölçülmüş ve bu çıkış gücünde %17 katılmış güç verimliliği elde edilmiştir. Kırmığın toplam alanı yapılan ayrık eleman tasarımı sayesinde önemli oranda küçültülmüş ve 1.2mm x 1.25mm olarak gerçeklenmiştir. Similasyon sonuçları(Cadence) ile ölçüm sonuçları uyum içerisindedir. Tasarlanan güç kuvvetlendiricisi ve güç birleştirici/güç toplayıcı devreleri 5.2 GHz Kablosuz yerel ağ uygulamaları için uygundur.

In this thesis a 5.2 GHz combined power amplifier is designed for Wireless Local Area Network (WLAN) application. A new on-chip power combining technique by using impedance matching Wilkinson power divider circuits will be presented. Two impedance matching Wilkinson power dividers are employed for matching the input and output impedances of the amplifier to 50 ? as well as splitting the input power into two amplifiers and combining their output powers. A 5.2 GHz fully integrated class-A mode combined power amplifier is designed in 0.35µ SiGE BiCMOS technology to asses the power combining technique for WLAN applications. The power amplifier with the on-chip lumped element impedance matching Wilkinson power divider circuits has a measured small signal gain of 5.21 dB. The output power at 1 dB compression point is measured as 22.4 dBm and the power added efficiency of 17% is achieved at 1 dB compression point. The chip area is significantly reduced by using lumped element impedance matching Wilkinson power dividers; the total die size is 1.2mm x 1.25mm, including RF and bias pads. The simulated (Cadence) and measured performance of Combined Power Amplifier are well matched. Thus the RF power amplifier and combiner/splitter circuits can be used for 5.2 GHz WLAN applications.