X-band low phase noise mmic vco & high power mmic spdt design

Abstract

Düşük faz gürültülü osilatörler resonatör devresinin bant genişliği ilekarşılaştırıldığında genellikle daha dar bir banda sahiptirler. Doğru bir topoloji veuygun devre elemanları ile bu sorun çözülebilmektedir. Galyum Arsenit (GaAs)temelli HBT' nin base ucuna bir bobin eklenerek elde edilen yapı ile uygun birresonans devresi sayesinde bant genişliğini kısıtlayan devre elemanlarının etkisi enaza indirilebilmektedir. Bu yapı ile tasarlanan VCO ile 8.8-11.4 GHz aralığında9-13 dBm çıkış gücünde, 1 MHz ofsette -117 dBc/Hz faz gürültüsü elde edilmiştir.Tezin ikinci kısmı ise Single Pole Double Throw (SPDT) RF anahtar tasarımındanoluşmaktadır. Mesa dirençlerinden SPDT üretimine kadar tüm işlemler BilkentÜniversitesi NANOTAM' da Silikon Karbid (SiC) üzerine Galyum Nitrat (GaN)işlemi kullanılarak üretilmiştir. Öncelikle anahtarlama transistörleri üretilerekSPDT tasarımı yapabilmek için model çıkarılmıştır. Bu model ile üretilen anahtaryapıları DC-12 GHz aralığında 1.4 dB' den az araya girme kaybı (IL), -20 dB' deniyi yalıtım ve en kötü durumda 14.5 dB geriye dönüş kaybı ile çalışabilmektedir.Ayrıca 10 GHz' de sürekli sinyal altında 0.2 dB' den az kompresyon ile 40 dBm'lik çıkış verebilmektedir.

Generally the tuning bandwidth (BW) of a VCO is smaller than the tuning BWof the resonant circuit itself. Using proper components with right topology canhandle this problem. In order to overcome this problem and improve the tuningBW of the VCO, common-base inductive feedback topology with GalliumArsenide (GaAs) Heterojunction Bipolar Transistor (HBT) is used and an optimizedtopology for tank circuit is selected to minimize the effect of bandwidthlimiting components. Designed VCO with this topology achived -117 dBc/Hz at1 MHz offset phase noise with 9-13 dBm output power between 8.8-11.4 GHzband. Second part of the thesis composed of Single Pole Double Throw (SPDT)RF Switch design. From mesa resistors to SPDT fabrication, everything is fabricatedusing Bilkent University NANOTAM Gallium Nitride (GaN) on SiliconCarbide (SiC) process. Switching HEMTs are fabricated to generate a model todesign SPDTs and the final design works between DC-12 GHz with less than 1.4dB insertion loss (IL), -20 dB isolation and 14.5 dB return loss (RL) at worstcase. The power handling of the switches are better than 40 dBm at output with0.2 dB compression, which is measured with continuous wave (CW) signal at 10GHz.