Optimierung von koplanaren GaN-MMIC-Leistungsverstärkern im X-Band

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Seit seiner Erfindung hat sich der Transistor kontinuierlich weiterentwickelt und verdrängt zunehmend die Elektronenröhren in Verstärkern. Insbesondere bei Radar- und Satellitenanwendungen im X-Band (8 bis 12 GHz) setzen sich Halbleiter-Bauelemente durch. Für diese Anwendungen sind Leistungsverstärker in Form von monolithisch integrierten Mikrowellenschaltkreisen (MMIC) mit einer Ausgangsleistung von über 10 W erforderlich. Diese Arbeit präsentiert geeignete koplanare X-Band-MMIC-Leistungsverstärker auf Basis von GaN-Transistoren und untersucht das Potenzial der koplanaren Variante im Vergleich zur Mikrostreifenleitungsversion, die unter gleichen Bedingungen bessere Kennwerte liefert. Drei Optimierungsansätze werden analysiert, um die Defizite der Koplanarleitung zu kompensieren, wobei zwei Ansätze signifikante Verbesserungen liefern. Die Machbarkeit der entwickelten Verstärkermodule wird demonstriert. Die vorgestellten koplanaren GaN-MMIC-Verstärker erreichen eine maximale PAE von 37 %, eine GT von 26 dB und eine maximale Leistung Pout,max von 12 W. Eine Betrachtung des State-of-the-Art zeigt, dass die Kennwerte der entworfenen Leistungsverstärker im Mittelfeld der mit Mikrostreifenleitungen realisierten MMIC liegen. Hybride Verstärkermodule wurden aufgebaut, darunter ein Single-Ended-Verstärker und balancierte Leistungsverstärker, die bei 10 GHz ein Pout,max von 22 W, eine GT von 24 dB und eine PAE von 31 % erzielen.