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研究生:林峯全
研究生(外文):Lin, Feng-Chuan
論文名稱:用負載遷移設計矽基板氮化鎵功率放大器及用GIPD並串聯變壓器之覆晶 SiGe HBT功率放大器
論文名稱(外文):GaN Power Amplifiers on Si-Substrate Using Load-Pull Design and Flip-Chip SiGe HBT Power Amplifiers Using the GIPD Parallel-Series-Combining Transformer
指導教授:孟慶宗
指導教授(外文):Meng, Chin-Chun
口試委員:張志揚紀佩綾劉怡君
口試委員(外文):Chang, Chi-YangChi, Pei-LingLiu, Yi-Chun
口試日期:2018-10-17
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:電信工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2018
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:GIPD變壓器氮化鎵功率放大器
外文關鍵詞:GIPD TransformerGaN PA
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本篇論文主要為兩個主題,第一個部份是利用負載遷移設計矽基板之氮化鎵功率放大器,第二個部份是利用覆晶技術結合GIPD之並串聯變壓器以及SiGe HBT之功率放大器。
第一個部份介紹利用負載遷移設計矽基板之氮化鎵兩級功率放大器的方法,並且透過Mismatch Power Penalty的方法去評估第一級電晶體能不能去推送第二級電晶體之功率,在實作部分主要設計在6GHz以下重要頻段之功率放大器。
第二部份是利用覆晶技術結合GIPD之並串聯變壓器以及SiGe HBT之功率放大器,利用覆晶取代以往利用磅線結合兩個晶片,讓磅線的不確定因素能夠減少。最後,我們實作了兩個結合GIPD並串聯變壓器之SiGe HBT功率放大器,分別是利用磅線以及覆晶作結合。
This thesis consists of two parts, the first part is GaN Power Amplifiers on Si-Substrate Using Load-Pull Design, and the second part is Flip-Chip SiGe HBT Power Amplifiers Using the GIPD Parallel- Series-Combining Transformer.

In the first part, we use load-pull method design two stage GaN power amplifier on Si-Substrate. And we also use mismatch power penalty to check whether the first stage would pull all of the power of the second stage. We implemented some power amplifiers with critical bands under 6 GHz.

In the second part, we use flip-chip technique instead of bondwires to design SiGe HBT power amplifiers with GIPD parallel-series- combining transformer in order to reduce uncertainty. We use bondwires and flip-chip to implement two kinds of SiGe HBT power amplifier using the GIPD parallel-series- combining transformer.
中文摘要……………………………………………………………………………i
英文摘要………………………………………………………………………… ii
誌謝………………………………………………………………………………iii
目錄…………………………………………………………………………………v
圖目錄……………………………………………………………………………vii
表目錄………………………………………………………………………………x
第一章 導論………………………………………………………………………1
1-1 研究目的與相關研究近況發展……………………………………2
1-2 論文組織架構………………………………………………………3
第二章 氮化鎵之矽基板製程與其電晶體特性…………………………………4
2-1 簡介…………………………………………………………………5
2-2 氮化鎵製程…………………………………………………………5
2-3 電晶體特性…………………………………………………………8
2-3-1 電晶體之特性量測結果……………………………………8
2-3-2 3GHz之量測結果……………………………………………10
2-3-3 5GHz之量測結果……………………………………………12
第三章 氮化鎵功率放大器設計方法及實作……………………………………15
3-1 簡介…………………………………………………………………16
3-2 返回損耗對於功率之考量…………………………………………16
3-3 Mismatch Power Penalty…………………………………………17
3-4 設計放大器之步驟…………………………………………………22
3-5 矽基板之氮化鎵功率放大器實作…………………………………34
3-5-1 實作一:2.4GHz氮化鎵之功率放大器……………………35
3-5-1-1 2.4GHz一推二之功率放大器……………………36
3-5-1-2 2.4GHz一推三之功率放大器……………………37
3-5-1-3 2.4GHz一推四之功率放大器……………………38
3-5-2 實作二:2.496-2.69GHz氮化鎵之功率放大器……………40
3-5-2-1 2.496-2.69GHz一推二之功率放大器……………40
3-5-2-2 2.496-2.69GHz二推三之功率放大器……………41
3-5-2-3 2.496-2.69GHz二推四之功率放大器……………44
3-5-3 實作三:3GHz氮化鎵之功率放大器 ………………………46
3-5-3-1 3.4-3.6GHz一推三之功率放大器………………46
3-5-3-2 3.4-3.6GHz二推四之功率放大器………………48
3-5-3-3 3.6-3.8GHz一推三之功率放大器………………48
3-5-3-4 3.6-3.8GHz二推四之功率放大器………………52
3-5-3-5 3.3-3.8GHz一推二之功率放大器………………54
3-5-3-5 3.3-3.8GHz一推三之功率放大器………………56
3-5-3-5 3.3-3.8GHz二推三之功率放大器………………58
3-5-3-5 3.3-3.8GHz二推四之功率放大器………………60
3-5-4 實作四: 5GHz氮化鎵之功率放大器………………………62
3-5-4-1 5.4GHz一推二之功率放大器……………………62
3-5-4-2 5.4GHz一推三之功率放大器……………………63
3-5-4-3 5.4GHz一推四之功率放大器……………………64
3-5-4-4 4.8-5.8GHz一推二之功率放大器………………66
3-5-4-5 4.8-5.8GHz二推三之功率放大器………………68
3-5-4-6 4.8-5.8GHz二推四之功率放大器………………70
3-5-4-7 5.1-5.9GHz一推二之功率放大器………………72
3-5-4-8 5.1-5.9GHz二推三之功率放大器………………74
3-5-4-9 5.1-5.9GHz二推四之功率放大器………………76
第四章 GIPD並連串連變壓器之矽鍺功率結合放大器 …………………………77
4-1 簡介……………………………………………………………………78
4-2 GIPD所設計之並連串連功率結合變壓器……………………………79
4-3 結合GIPD之功率結合變壓器實作 …………………………………83
4-3-1 電路架構圖……………………………………………………83
4-3-2 實作一 磅線結合SiGe/GIPD功率結合放大器 ……………84
4-3-3 實作二 覆晶之SiGe/GIPD功率結合放大器 ………………88
第五章 結論…………………………………………………………………………92
參考文獻 ……………………………………………………………………………94
第三章:
[1] Cripps, S.C., “A theory for the prediction of GaAs FET load-pull power contours,” IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., pp. 221-223.2, 1983.
[2] Cripps, S.C., “GaAs FET power Amplifier Design,” MATCOM Inc., Technical note 3.2, pp. 1-9.
[3] Dan Raicu, “Optimization of the Output Circuits of Power FETs Based on the Mismatch Power Penalty,” 22nd European Microwave Conference, 1992.
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[7] P. Choi, S. Goseami, C. C. Boon, L. S. Peh, H. S. Lee, “A Fully Integrated 5.9GHz RF Frontend in 0.25um GaN-on-SiC for vehicle-to-vehicle applications,” IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium, 2014.
第四章:
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[3] Jihwan Kim; Woonyun Kim; Hamhee Jeon; Yan-Yu Huang; Youngchang Yoon; Hyungwook Kim; Chang-Ho Lee; Kornegay, K.T., “A Fully-Integrated High-Power Linear CMOS Power Amplifier With a Parallel-Series Combining Transformer,” IEEE J. Solid-State Circuit, Vol. 47, pp.599-614, March 2012
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[5] K.-C. Lin, Hwann-Kaeo Chiou , Member, IEEE, P.-C. Wu , C.-L. Ko ,H.-H. Tsai , and Y.-Z. Juang, “A 28 dBm Pout 5-GHz CMOS power amplifier using integrated passive device power combining transformer,” in Proc. Asia-Pacific Microwave Conf., 2013 .
[6] W. Bakalski, K. Kitlinski, G. Doing, B. Kapfelsperger, W. Österreicher, W. Auchter, R. Weigel, and A. L. Scholtz, “A 5.25 GHz SiGe Bipolar Power Amplifier for IEEE 802. 11a Wireless LAN,” IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symp. Dig., pp. 567-570, 2004.
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[8] K.-C. Lin, H.-K. Chiou, Member, IEEE, P.-C. Wu , H.-H. Tsai and Y.-Z. Juang , “5-GHz SiGe linearity power amplifier using integrated feedforward architecture for WLAN applications,” Proc. Int. IEEE Symposium on Circuits and Systems, 2014.
[9] 劉政昱, “利用並聯、串聯、並串聯變壓器之矽製程功率放大器與5GHz GaN低雜訊放大器,” 國立交通大學碩士論文, Jul. 2016.
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