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http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/77927
標題: | 應用於衛星系統與第五世代行動通訊系統之毫米波功率放大器研究 Research of Millimeter-wave Power Amplifier For Satellite System and Fifth-Generation Mobile Communication Applications |
作者: | Shao-Ting Yen 顏紹庭 |
指導教授: | 黃天偉 |
關鍵字: | 互補式金屬氧化物半導體,空乏型砷化鎵假型高速電子場效電晶體,5G無線系統,衛星通訊,功率放大器, CMOS,D-mode GaAs p-HEMT,5G wireless systems,satellite,power amplifier, |
出版年 : | 2017 |
學位: | 碩士 |
摘要: | 衛星通訊和第五代行動通訊(5G)對於頻寬以及更高傳輸速率的需求與日俱增,因此,操作頻率轉向毫米波發展是現今的趨勢。
本論文主要分成三部分:第一部分為應用於Ka-band衛星通訊之功率放大器的相關研究。此功率放大器製作於180nm CMOS製程,架構上採用三級共源級,並利用集總元件來完成匹配網路,可以有效縮小晶片面積,在性能方面,在29兆赫茲的操作頻率之下此功率放大器最大功率附加效率可達24.5%,飽和輸出功率為13.1 dBm,而1dB壓縮輸出功率點為11.3 dBm,以及提供18.5 dB之小訊號增益。 第二部分展示了同樣是應用於Ka-band衛星通訊之空乏型 (D-mode) 0.15微米砷化鎵 (GaAs)製程功率放大器。此功率放大器架構上採用兩級共源級放大器,並利用直接結合(Direct Combining)的方式來達到瓦特級之輸出功率。此提出之功率放大器於28到30兆赫茲操作頻率下達到了29.3 dBm '±' 0.3 dB之飽和輸出功率,28.4 '±' 1.4%之最大功率附加效率,28.8 dBm '±' 0.3 dB之1dB壓縮輸出功率點,以及提供16.1dB之小訊號增益。 第三部分是應用於38兆赫茲之空乏型 (D-mode) 0.15微米砷化鎵 (GaAs) 製程功率放大器。此兩級功率放大器採用四路直接功率結合架構來實現高輸出功率,於36到40 GHz操作頻率下達到了27.3 dBm '±' 0.9 dB之飽和輸出功率,21.7 '±' 4%之最大功率附加效率,27 dBm '±' 0.9 dB之1dB壓縮輸出功率點,以及提供14.8dB之小訊號增益,同時3-dB頻寬達到8兆赫茲。 In recent years, there are increasing demands for broadband high-speed wireless communication systems in millimeter-wave (MMW) frequency bands for satellite communications and fifth generation (5G) wireless communication systems. Therefore, the millimeter-wave power amplifier will play an exceedingly significant role. This thesis is divided into three parts. In the first part, a Ka-band power amplifier for satellite communication systems using 180-nm CMOS process provided by TSMC Semiconductors is presented. The proposed PA comprises three cascaded common-source stages. By utilizing lumped-elements as matching components can make chip size minimization. The total performance of this PA achieves Psat of 13.1 dBm with 24.5% PAEmax and OP1dB of 11.3 dBm and attains the small signal gain of 18.5 dB at 29 GHz. The second part of the thesis is the proposed Ka-band PA fabricated in 0.15-µm depletion mode (D-mode) GaAs p-HEMT. Utilizing 4-way direct-combining technique achieves watt-level output power in this two-stage PA design. The total performance of this PA achieves Psat of 29.3 dBm '±' 0.3 dB with 28.4 '±' 1.4% PAEmax and OP1dB of 28.8 dBm '±' 0.3 dB and attains the small signal gain of 16.1 dB within 28 to 30 GHz. Finally, a 38 GHz PA using 0.15-µm depletion mode (D-mode) GaAs p-HEMT process is reported. The PA consists of two cascaded common-source stages with four-way direct combining architecture at output stage to achieve high power. The total performance of this PA achieves Psat of 27.3 dBm '±' 0.9 dB with 21.7 '±' 4% PAEmax and OP1dB of 27 dBm '±' 0.9 dB and attains the small signal gain of 14.8 dB within 36 to 40 GHz. |
URI: | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/77927 |
DOI: | 10.6342/NTU201702655 |
全文授權: | 有償授權 |
顯示於系所單位: | 電信工程學研究所 |
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