J sınıfı geniş bant mikrodalga güç yükselteci tasarımı ve simülasyonu
Design and simulation of wideband microwave power amplifier of class J
Yazar: AHMET AKTAŞ
Danışman: PROF. DR. NURSEL AKÇAM
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Mikrodalga güç yükselteçler, mikrodalga sistemlerde genelde verici katında bulunan antenden önce yer alır. Bu tip güç yükselteçlerin tasarımlarında transistör özelliklerine göre farklı tip transistörler kullanılır. Güç yükselteci tasarımlarında çıkış gücü, verim, güç kazancı, bant genişliği gibi parametreler önemlidir. Tasarımlarda transistörün giriş ve çıkış katlarında uyumlama devreleri kullanmak mecburidir. Uyumlama devrelerinin kullanım amacı kayıpları minimum seviyede tutmaktır. Bu sayede en az kayıpla istenen kuvvetlendirme işlemi gerçekleştirilmiş olur. Düşük gerilimle çalışan GaAs yapılı transistörlerden çok daha yüksek güç gerektiren GaN yapılı transistörlere kadar farklı uyumlama devreleri kullanılır. Transistörler iletim açısına göre sınıflandırılır. Bu tez çalışmasında yeni bir sınıf olan J sınıfı güç yükselteci seçilmiştir. Devre tasarımında AWR (Applied Wave Research) simülasyon programıyla Cree firmasına ait CG2H40025 transistörü kullanılmıştır. Transistör AWR kütüphanesine eklendikten sonra DC, I-V eğri simülasyonu yapılmıştır. Maksimum kazanç ve verim değerlerini elde etmek için uyumlama devreleri kullanılmıştır. AWR simülasyon programında S parametreleri ve tasarım analizi yapılmış, yapılan simülasyonlar sonucunda, 2 GHz frekans seviyesinde %70 verim ve 12 dB sinyal kazancı elde edilmiştir. Sonuç olarak simülasyonlarda tek katlı ve iki kapılı mikrodalga güç yükseltecinde hedeflenen 42 dBm çıkış gücü ve %70 verimlilik elde edilmiştir. Buna ek olarak 2 GHz merkez frekansında çalışma ve 1 GHz bant genişliği elde edilmiştir. Böylece tasarlanan güç yükseltecinin mobil haberleşme sistemleri için kullanılabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
Microwave power amplifiers are generally located before the antenna on the transmitter level in microwave systems. Different types of transistors are used in the designs of this type of power amplifier according to characteristics of the transistor. The design includes input and output stages. Matching circuits must be used in such designs. We use this matching circuits which provide to keep losses to a minimum level. The desired strengthening process is achieved with the least loss in this way. Power amplifier design has different features. These are output power, efficiency, power gain and bandwidth. Different matching circuits are used from GaAs transistors which work with low voltage to GaN transistors which require much higher power. Transistors are classified according to the conduction angle. Class J power amplifier which is a new class has been selected. CG2H40025 transistor of Cree brand was used with AWR simulation program in circuit design. DC I-V curve simulation was performed after the transistor was added in the AWR library. Matching circuits were used to obtain maximum gain and efficiency values. S parameters and design analysis were realised in AWR simulation program. As a result of the simulations, 70% efficiency and 12 dB signal gain were obtained at 2 GHz frequency level. As a result, 42 dBm output power, 70% efficiency and 1 GHz bandwidth values which are targeted were achieved in the single stage and two port microwave power amplifier. Thus, it has been shown that it can be used for mobile communication systems (LTE).