توصيفگر ها :
تقويت‌كننده‌ي توان , باند-C , ترانزيستور قالبي , پيوندسيمي
چكيده فارسي :
با گسترش روزافزون شبكه‌هاي تلفن همراه و سيستم‌هاي مخابراتي در بيشتر ابعاد زندگي، اهميت تقويتكنندههاي توان به عنوان بخش اصلي فرستنده‌ي يك سيستم مخابراتي بيشتر مي‌شود. تقويتكنندههاي توان آخرين بخش از فرستنده در يك سيستم مخابراتي بوده و قبل از آنتن قرار مي‌گيرند. در يك سيستم مخابراتي فرستنده بيشترين توان را مصرف مي‌كند و بازده و توان مصرفي كل سيستم را تعيين مي‌كند. با توسعه‌ي صنعت نيمرسانا و افزايش فركانس قطع و چگالي توان ترانزيستورهاي فركانس بالا، تقويتكنندههاي توان حالت جامدگسترش يافته‌اند و استفاده از لامپ‌هاي خلا كمتر شده است. در اين پايان‌نامه به طراحي، شبيه‌سازي و ساخت تقويت‌كننده‌ي توان در بازه‌ي انتهايي باند-C با پهناي باند 500 MHz پرداخته مي‌شود. با افزايش فركانس و توان تقويتكنندههاي توان در باند-C، ترانزيستورهاي بسته‌بندي‌شده تنها براي فركانس‌هاي خاصي موجود هستند و قيمت بالايي دارند در مقابل ترانزيستورهاي قالبي به علت حذف اثرات پارازيتي بسته‌بندي، پهناي باندي زيادي دارند و قيمت آن‌ها نيز كمتر است. به علت بالا بودن ولتاژ شكست و چگالي توان نيمرساناي GaN، ترانزيستور قالبي CGHV1J006D ساخت شركت CREE با فناوري GaN براي ساخت تقويت‌كننده‌ي توان انتخاب شد. از آنجا كه ترانزيستورهاي قالبي با استفاده از پيوند سيمي به برد تقويت‌كننده‌ي توان متصل مي‌شوند بررسي و شناخت پيوندسيمي به عنوان يكي از عناصر مدار تطبيق اهميت ويژه‌اي دارد. با شناخت دقيق شكل و مشخصات هندسي پيوندسيمي و استفاده از نرم‌افزارهاي مختلف شبيه‌سازي، عناصر پارازيتي پيوندسيمي استخراج شده و سپس با انتخاب رده‌ي كاري ترانزيستور نقطه‌ي كار مناسب آن انتخاب شد. پس از انتخاب نقطه‌ي كار مناسب ترانزيستور، شبيه‌سازي پايداري ترانزيستور انجام شده و مدار پايدارساز مناسب براي داشتن پايداري در كل پهناي باند ترانزيستور و حداكثر بهره‌ي توان در دسترس براي فركانس كاري انتخاب شد. سپس امپدانس‌هاي بهينه‌ي ورودي و خروجي براي حداكثر بازده و توان خروجي با استفاده از شبيه‌سازي load-pull و source-pull استخراج شد. به دليل امپدانس پايين ورودي ترانزيستور طراحي مدار تطبيق نيازمند ملاحظات ويژه‌اي براي عملكرد مناسب در پهناي باند مي‌باشد. در نهايت پس از طراحي مدار تطبيق ورودي و خروجي به همراه مدار باياس، كل تقويت‌كننده‌ي توان در محيط EM نرم‌افزار ADS شبيه‌سازي شد. با شبيه‌سازي سيگنال بزرگ تقويت‌كننده‌ي توان ضريب انعكاس ورودي و خروجي بالاتر از -10 dBm توان خروجي بيشتر از 5 W و بازده بالاتر از 40 % و بهره‌ي سيگنال كوچك تقويت‌كننده بالاتر از 12 dB بود. در نهايت تقويت‌كننده‌ي توان بر روي بلوك مسي آبكاري طلا شده ساخته شد. برخي از نتايج اندازه‌گيري تقويت‌كننده‌ي توان ساخته شده مانند بهره‌ي توان و توان خروجي تفاوت اندكي با شبيه‌سازي داشت. از علل اين تفاوت مي‌توان به تغيير طول پيوندسيمي ناشي از دستگاه پيوندزن سيمي دستي و عدم دسترسي به مدل دقيق المان‌هاي غيرفعال استفاده شده در مدار باياس و تطبيق اشاره كرد.
چكيده انگليسي :
With the increasing expansion of mobile networks and telecommunication systems in most facets of life, the importance of power amplifiers as the main part of the transmitter increases as well. Power amplifier is the end stage of the transmitter in a telecommunication system and placed before the antenna. The transmitter consumes the most power in a telecommunication system and determines the efficiency and power consumption of the whole system. With the development of the semiconductor industry and the increase in cut-off frequency and power density of high-frequency transistors, solid-state power amplifiers have expanded, and the use of vacuum tubes has decreased. This dissertation deals with the simulation design and construction of a power amplifier in C-band with a bandwidth of 500 MHz. With the increasing frequency and power of amplifiers in the C-band, packaged transistors are only available for defined frequencies and are expensive. In comparison, bare die transistors have a large bandwidth due to the elimination of packing effects and they have lower initial costs. Due to the high breakdown voltage and power density of GaN semiconductor, CGHV1J006D die transistors from CREE with GaN technology was selected to build a power amplifier. Because die transistors are connected to the amplifier board using a wire bond, it is crucial to investigate and identify the wire bond as one of the matching circuit elements. By accurately recognizing the shape and geometric characteristics of the wire bond and using various software to simulate it, its parasitic elements were extracted. By selecting the working class of the transistor, the appropriate quiescent point of the transistor was selected. By selecting the appropriate quiescent point of the transistor, the stability of the transistor was simulated and the appropriate stabilizing circuit was selected to have stability throughout the transistor bandwidth and the maximum available power gain for the operating frequency. Then, the optimal input and output impedances were extracted for maximum efficiency and power through the load-pull and source-pull simulations. Due to the low input impedance of the transistor, the matching circuit design requires special considerations for proper bandwidth performance. Finally, after designing the input and output matching circuits and the bias circuits, the whole power amplifier was simulated in the EM environment of ADS software. Large signal simulations show that the input and output reflection coefficients are better than -10 dBm, the output power is more than 5 W, the efficiency is more than 40%, and the small signal power gain of the amplifier is more than 12 dB. Finally, the power amplifier was fabricated on gold-plated copper blocks. For the fabricated amplifier, some measured parameters such as power gain and output power have little differences from the corresponding simulated parameters. That is because of change in the length of the wire bonds due to the manual wire bonding and lack of access to the exact model of the passive elements used in the bias and matching circuits.
