تقویت‌کننده توان MMIC راندمان بالا در باند X برای ماهواره‌های سنجشی

راضيه نريماني ¹ ( پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران )
ولي طالب زاده ² ( پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران )
احد فرهادي ³ ( پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران )

تاریخ ارسال : 1403/04/30 تاریخ تایید : 1403/07/24

کلید واژه: تقویت‌کننده توان, فرستنده ماهواره, فناوری GaN HEMT, , مدارات مجتمع یکپارچه,

چکیده مقاله :

پیشرفت‌های صنعت مخابرات فضایی و نیاز به طراحی فرستنده‌هایی با نرخ بیت ارسالی بالا از یک سو و محدودیت توان مصرفی ماژول‌های ماهواره از سوی دیگر، اهمیت بالا بودن راندمان تقویت‌کننده‌های توان را به عنوان یکی از اجزای اصلی فرستنده‌ها با بیشترین توان مصرفی، بیش از پیش ساخته است. در این مقاله به بررسی روشی جهت افزایش راندمان و خطینگی یک تقویت‌کننده‌ی توان دو طبقه کلاس AB با استفاده از یک 500nm GAN HEMT برای فرستنده‌ یک ماهواره سنجشی جهت ارسال تصاویر اخذ شده در باند فرکانسی X پرداخته شده است. تقویت‌کننده طراحی شده دارای توان اشباع 49.84dBm، بهره 23.9dB و راندمان 37% در بازه‌ی فرکانسی 10.7-11.2GHz با ولتاژ دِرِین 40V است که در مقایسه با دیگر تقویت‌کننده‌های مشابه در این باند دارای توان خروجی و بهره بالاتر می‌باشد. مشخصات خطینگی این تقویت‌کننده 12dB AM/AM، 4deg/dB AM/PM و 23dBc IM3 در فرکانس مرکزی 10.95GHz بوده و دارای پهنای باند 36MHz است.

چکیده انگلیسی :

The advancements in space telecommunication industry and the need to design transmitters with high transmission bit rate on the one hand and the limitation of the power consumption of satellite modules on the other hand, have made the importance of power amplifiers, as one of the main components of the transmitters with the highest power consumption, being highly efficient even more then before. Is. In this paper, we investigate a method to increase the efficiency and linearity of a two-stage class AB power amplifier using a 500nm GAN HEMT for the transmitter of a sensing satellite to send images obtained in the X frequency band. The designed amplifier has a saturation power of 49.84dBm, a gain of 23.9dB and an efficiency of 37% in the frequency range of 10.7-11.2GHz with a drain voltage of 40V, which has a higher output power and gain compared to other similar amplifiers in this band. The linearity characteristics of this amplifier are 12dB AM/AM, 4dB/dB AM/PM and 23dBc IM3 at the center frequency of 10.95GHz and it has a bandwidth of 36MHz.

تازه های تحقیق:

طراحی یک تقویت‌کننده توان MMIC راندمان بالا در باند فرکانسی X برای ماهواره‌های سنجشی

استفاده از فناوری نیمه‌هادی ALGaN/GaN

دارای مشخصات خطینگی 1dB AM/AM، 4deg/dB AM/PM و 23dBc IM3 در فرکانس مرکزی 10.95GHz

منابع و مأخذ:

[1] L. Kang, W. Chen and A. Wu, "A Reconfigurable S-/X-Band GaN MMIC Power Amplifier," in IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 32, no. 6, pp. 547-550, June 2022, doi: 10.1109/LMWC.2022.3141230.
[2] . Fukunaga, T. Sugitani, Y. Yamaguchi, D. Tsunami, M. Hangai and S. Shinjo, "X-band 100 W-class Broadband High Power Amplifier Using High Power Density GaN-HEMTs," IEEE International Symposium on Radio-Frequency Integration Technology (RFIT), Hiroshima, Japan, 2020, pp. 67-69, doi: 10.1109/RFIT49453.2020.9226232.
[3] A. Zai, Dongxue Li, S. Schafer and Z. Popovic, "High-efficiency X-band MMIC GaN power amplifiers with supply modulation," IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS2014), Tampa, FL, USA, 2014, pp. 1-4, doi: 10.1109/MWSYM.2014.6848545.
[4] A. Margomenos et al., "X band highly efficient GaN power amplifier utilizing built-in electroformed heat sinks for advanced thermal management," IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest (MTT), Seattle, WA, USA, 2013, pp. 1-4, doi: 10.1109/MWSYM.2013.6697330.
[5] H. Uchida, H. Noto, K. Yamanaka, M. Nakayama and Y. Hirano, "An X-band internally-matched GaN HEMT amplifier with compact quasi-lumped-element harmonic-terminating network," 2012 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium Digest, Montreal, QC, Canada, 2012, pp. 1-3, doi: 10.1109/MWSYM.2012.6258359.
[6] M. Litchfield, M. Roberg and Z. Popović, "A MMIC/hybrid high-efficiency X-band power amplifier," IEEE Topical Conference on Power Amplifiers for Wireless and Radio Applications, Austin, TX, USA, 2013, pp. 10-12, doi: 10.1109/PAWR.2013.6490172.
[7] J. Kamioka, Y. Tarui, Y. Kamo and S. Shinjo, "54% PAE, 70-W X-Band GaN MMIC Power Amplifier With Individual Source via Structure," in IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 30, no. 12, pp. 1149-1152, Dec. 2020, doi: 10.1109/LMWC.2020.3031273.
[8] N. Keigo, Y. Yamaguchi, T. Torii, and M. Tsuru. “A Review of GaN MMIC Power Amplifier Technologies for Millimeter-Wave Applications,” IEICE Transactions on Electronics 105, no. 10, 2022, 10.1587/transele.2022MMI0006.
[9] K. Nakatani, Y. Yamaguchi and M. Tsuru, "A Ka-Band 40 W Output Power and 30 % PAE GaN MMIC Power Amplifier for Satellite Communication," 16th European Microwave Integrated Circuits Conference (EuMIC), London, United Kingdom, 2022, pp. 285-288, doi: 10.23919/EuMIC50153.2022.9783994.
[10] M. Ayad, N. Poitrenaud, V. Serru, M. Camiade, J. Gruenenpuett and K. J. Riepe, "A High Efficiency MMIC X-band GaN Power Amplifier," 2020 50th European Microwave Conference (EuMC), Utrecht, Netherlands, 2021, pp. 788-791, doi: 10.23919/EuMC48046.2021.9338001.
[11] P. Dennler, D. Schwantuschke, R. Quay and O. Ambacher, "8–42 GHz GaN non-uniform distributed power amplifier MMICs in microstrip technology," IEEE/MTT-S International Microwave Symposium Digest, Montreal, QC, Canada, 2012, pp. 1-3, doi: 10.1109/MWSYM.2012.6259604.
[12] Kühn, Jutta. AlGaN-GaN-HEMT Power Amplifiers With Optimized Power-Added Efficiency for X-Band Applications. vol. 62. KIT Scientific Publishing, 2011.
[13] P. Aliparast and A. Farhadi, “Design of X Band High Power Amplifier MMIC Based on AlGaN/GaN HEMT,” Journal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, vol. 16, no. 2, pp 37-45, 2019. (in Persion)
[14] S. Masuda et al., "Over 10W C-Ku band GaN MMIC non-uniform distributed power amplifier with broadband couplers," IEEE MTT-S International Microwave Symposium, Anaheim, CA, USA, 2010, pp. 1388-1391, doi: 10.1109/MWSYM.2010.5517992.
[15] C. Campbell, C. Lee, V. Williams, M. -Y. Kao, H. -Q. Tserng and P. Saunier, "A Wideband Power Amplifier MMIC Utilizing GaN on SiC HEMT Technology," IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuits Symposium, Monterey, CA, USA, 2008, pp. 1-4, doi: 10.1109/CSICS.2008.38.
[16] S. Kassim and F. Malek, "Microwave FET amplifier stability analysis using Geometrically-Derived Stability Factors," International Conference on Intelligent and Advanced Systems, Kuala Lumpur, Malaysia, 2010, pp. 1-5, doi: 10.1109/ICIAS.2010.5716171.
[17] T.J. Rouphael, “Wireless Receiver Architectures and Design: Antennas, RF, Synthesizers, Mixed Signal, and Digital Signal Processing. Academic,” ISBN 978-0-12378640-1, 2014.
[18] H. Pandey, “Power Amplifire gain,” www.scribd.com.