Standart yarıiletken teknolojisi kullanılarak c-bandında çalışan mikrodalga güç kuvvetlendirici tasarımı ve prototipinin yapılması

Abstract

RF kuvvetlendirici devreleri konusundaki çalışmalar, gerek askeri haberleşme ve uzaktan algılama sistemlerinde gerekse de ticari kablosuz uygulamaların gelişmesiyle hızla artmaktadır. Herhangi bir işaretin, işlenmeden önce kuvvetlendirilmesi sırasında maksimum doğrusallığı sağlamak, en düşük geri yansımaları gerçekleştirmek ve bu koşullarla birlikte mümkün olan en fazla çıkış gücünü elde edebilmek, RF kuvvetlendirici tasarımı alanındaki çalışmalarla mümkün olmaktadır.Bu çalışmada, tektaş mikrodalga tümdevreler (TMT'ler) kullanılarak, mikrodalga C-bandında (4 GHz ? 8GHz) çalışan iki adet RF kuvvetlendiricinin tasarımı ve gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. Kuvvetlendiricilerin, düşük dönüş kayıplarını ve düşük ters izolasyonu korurken, 20 dB'in üzerinde güç kazancı sağlamaları amaçlanmıştır. Tasarlanan devreler, düşük maliyetli olan baskılı devre kartları (PCB'ler) üzerinde prototip olarak üretilmiştir.RF kuvvetlendiriciler üretilirken karşılaşılan sorunlardan biri olan PCB'nin dielektrik sabiti değişimleri de modellenerek, gerçekleştirilen kuvvetlendiricilerin dönüş kayıpları minimize edilmiştir.Gerçekleştirilen RF kuvvetlendiriciler, mikrodalga vektör devre analizörü ile test edilmiş ve S-parametrelerinin ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen ölçüm sonuçlarından faydalanarak; kuvvetlendiricilerin güç kazancı-frekans, kısılma noktası çıkış gücü-frekans ve kararlılık incelemeleri MATLAB ortamında yapılmıştır. MATLAB sonuçlarına göre, üretilen kuvvetlendiriciler, tasarım hedeflerine uygun olarak, tüm C-bandı boyunca düşük dönüş kayıplarına ve 20 dB'den yüksek güç kazançlarına sahipken, kararlılık kriterlerini sağlamaktadırlar.

Studies on RF amplifier circuits are growing rapidly due to the developments of military communication and remote sensing systems and commercial wireless products. RF amplifier researches make it possible to provide the maximum linearity with the minimum return losses and maximum available gain.In this study, two RF amplifier circuits employing monolithic microwave integrated circuits (MMICs) operating at microwave C-band (4 GHz ? 8 GHz) are designed and prototyped. The amplifiers are targeted to have minimum return losses and reverse isolations with power gains above 20 dB across the whole C-band. Circuits are produced on low cost printed circuit board (PCB) materials.The dielectric characterizations of the utilized PCB substrates are investigated in order to minimize the losses of the amplifiers.RF amplifiers are tested using vector network analyzer (VNA) and their S-parameters are measured. Power gain-frequency, compression point output power-frequency characteristics of the amplifiers are computed and plotted using the measurement results in MATLAB® environment. Also, stability analyses of the circuits are performed in MATLAB®. It is found that, prototyped RF amplifiers provide power gains higher than 20 dB, minimum return losses and stability as aimed by the design requirements.