Amplificador de bajo ruido robusto en banda Ku basado en un transistor HEMT de GaN

Abstract

En este Trabajo de Fin de Grado se presenta el diseño, fabricación y caracterización de un amplificador de bajo ruido (LNA) destinado a operar en el rango de frecuencias comprendido entre 12 y 18 GHz. El amplificador diseñado consta de dos etapas: una primera etapa basada en un transistor de Qorvo de tecnología nitruro de galio (GaN) sobre carburo de silicio (SiC), y una segunda etapa integrada mediante el amplificador comercial de Analog Devices ADL9006 de tecnología arseniuro de galio (GaAs). El objetivo principal es estudiar si la incorporación de una etapa adicional basada en GaN permite mejorar el rendimiento global y la robustez del sistema frente a la utilización del amplificador ADL9006 de forma independiente. Para llevar a cabo esta evaluación, se han diseñado ambos amplificadores, simulando su comportamiento mediante la herramienta Keysight ADS, y posteriormente se han diseñado dos layouts para poder fabricarlos y caracterizarlos. Las medidas experimentales incluyen la caracterización de parámetros S, para el estudio de la ganancia y adaptaciones de entrada, salida y estabilidad, así como la medida de figura de ruido y punto de compresión 1 dB, realizadas mediante diferentes equipos de instrumentación de medida de microondas. A continuación, se ha montado un banco de medida específico para poder estudiar la robustez de ambos amplificadores. Finalmente, se ha comparado el comportamiento de ambas configuraciones, analizando en qué aspectos el LNA completo, formado por dos etapas, presenta una mejora en el rendimiento global, así como identificando aquellos puntos en los que aún existe margen de mejora de cara a futuros desarrollos

This Project presents the design, fabrication, and characterization of a low noise amplifier (LNA) intended to operate in the frequency range from 12 to 18 GHz. The proposed amplifier consists of two stages: a first stage based on a gallium nitride (GaN) on silicon carbide (SiC) transistor from Qorvo, and a second stage implemented using the commercial amplifier ADL9006 from Analog Devices, based on gallium arsenide (GaAs) technology. The main objective is to evaluate whether the addition of a GaN based stage can improve the overall performance and power handling of the system compared to the ADL9006 alone. To carry out this evaluation, both amplifiers were designed and simulated using Keysight ADS, followed by the design of the layout and fabrication of each configuration. III Measurements include S parameter characterization to evaluate gain, input-output matching and stability, as well as noise figure, and 1 dB compression point, using a specialized microwave measurement instruments. Additionally, a dedicated test bench was implemented to assess the power handling for both amplifiers. Finally, both configurations were compared, identifying the aspects in which the full LNA achieves improved performance, as well as those areas where further design could improve overall performance.