Uzay uygulamaları için k-bant düşük gürültülü yükselteç modül tasarımı ve üretimi
Design and development of k-band low noise amplifier module for space applications
- Tez No: 671759
- Danışmanlar: PROF. DR. NURSEL AKÇAM, PROF. DR. ERDEM YAZGAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Düşük gürültülü yükselteç, Galyum arsenik, MMIC, Low noise amplifier, Gallium arsenic, MMIC
- Yıl: 2021
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Tekniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, jeosenkron yörüngelerde görev yapan ticari uydularında kullanılabilecek K-bant çalışma frekansına sahip radyo frekansı (RF) ön-uç düşük gürültülü yükselteç (low noise amplifier-LNA) modül tasarlanarak üretilmiştir. Geliştirilen LNA modül, uydu haberleşmesinde görev yapabilecek elektriksel ve fiziki performansları sağlayacak şekilde tasarlanarak üretilmiştir. Bu kapsamda geliştirilen ve üretilen LNA modülün gürültü figürü karakterizasyonu iyileştirmeye yönelik düşük gürültülü devre tasarım topolojileri ve üretim teknikleri kullanılmıştır. LNA modül tasarımında kullanılmak üzere çok düşük gürültülü yükselteç yonga tasarım gerçekleştirilmiştir. LNA yonga tasarımı, ortak kaynak topolojisi temel alınarak iki kademeli bir devre mimarisine göre gerçekleştirilmiştir. Bu sayede, LNA yonganın kazanç ve doğrusallık performansları iyileştirilmiştir. Ek olarak, LNA yonganın kararlılığını iyileştirmek ve transistörlerin giriş uyumlama devrelerini basitleştirerek gürültü figürü ile kazancı dengelemek amacıyla her bir yükselteç kademesindeki transistörlere kaynak dejenerasyon yöntemi uygulanmıştır. Fransa'da OMMIC firmasında üretimi tamamlanan LNA yongadan 18-21 GHz frekans bandında 1.05 dB'den düşük gürültü figürü ile 21 dB'de yüksek kazanç elde edilmiştir. Ayrıca, LNA'nın yonganın P1dB çıkış gücü ile taşıyıcının girişime oranı (carrier-to-interference - C/I) değerleri sırasıyla +9.2 dBm ile -70 dBc olarak elde edilmiştir. Bu ölçüm sonuçlarına göre, literatürde K-bantta çalışan en düşük gürültülü ve yüksek kazançlı yükselteç elde edilmiştir. Elde edilen LNA yongalar kullanılarak girişi WR51 dalga kılavuzu ve çıkışı 2.92 mm konektörlü LNA modül tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen LNA modülden 18-21GHz frekans bandında 1.4dB gürültü figürü ve 36 dB'den yüksek kazanç elde edilmiştir. Ek olarak LNA modülün, güç ve doğrusallık ölçümlerinde P1dB ve C/I değerleri sırasıyla +7.4 dBm ve -62 dBc olarak elde edilmiştir. Geliştirilen LNA modülün zorlu uzay şartlarında 15 yıl çalışabilmesini öngörebilmek amacıyla radyasyon, parça indirgenme ve güvenilirlik analizleri yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the radio frequency (RF) front-end K-band low-noise amplifier (LNA) module for space applications has been designed and manufactured. The LNA module has been developed to provide electrical and physical performances that can serve in satellite. In this context, a LNA monolithic microwave integrated circuit (MMIC) was designed and manufactured by using low-noise circuit topologies to enhance the noise characterization of the LNA module. The LNA MMIC design has been implemented with a two-stage circuit architecture based on a common-source topology. Thus, the gain and linearity of the LNA MMIC are improved. In addition, the source degeneration method was applied in each stage so as to enhance the stability and balance the gain with noise figure by simplifying the input matching. A gain of 21 dB with a noise figure less than 1.05 dB in the 18-21 GHz was obtained from the LNA MMIC. In addition, the P1dB output power and carrier-to-interference (C/I) of the LNA MMIC were obtained as +9.2 dBm and -70 dBc, respectively. According to measurement results, the lowest noise with moderately high gain in the K-band was obtained in the literature. Utilizing the developed LNA MMIC, the design and production of the LNA module with input WR51 and output 2.92 mm connector were realized. From the developed LNA module, noise figure of 1.4 dB and a gain of 36 dB were obtained in the 18-21 GHz. Moreover, P1dB and C/I of the LNA module were obtained as +7.4 dBm and -62 dBc, respectively. In order to predict that the developed LNA module can operate in harsh space conditions for 15 years, radiation, part approval process and reliability analyzes have been performed.
Benzer Tezler
- A 0.18 µm CMOS X-band low noise amplifier for space applications
Uzay uygulamaları için 0.18 µm CMOS X-bant düşük gürültülü kuvvetlendirici
NERGİZ ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA BERKE YELTEN
- A high linearity s-band cryogenic low noise amplifier using 180 nm CMOS technology for space applications
Uzay uygulamaları için 180 nm CMOS teknolojisiyle gerçeklenmiş yüksek doğrusallı kriyojenik s-bant düşük gürültülü kuvvetlendirici
ALİCAN ÇAĞLAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA BERKE YELTEN
- A cryogenic cmos low dropout regulator design for space applications
Uzay uygulamaları için kriyojenik cmos alçak gerilim düşümlü regülatör tasarımı
HALİL İBRAHİM KAYIHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA BERKE YELTEN
- 6N yüksek irtifa platform sistemleri için antipodal vivaldi anten tasarımı
Antipodal vivaldi antenna design for 6G high altitude platform system (HAPS)
ALİ ALPEREN KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FUNDA AKLEMAN YAPAR
- Synthesis and applications of new polyaniline-based polymers and its composites
Yeni polianilin esaslı polimer ve kompozitlerinin sentezlenmesi ve uygulamaları
FATMA TUBA ÇOĞALMIŞ
Doktora
İngilizce
2025
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL