Design of a 6 GHz to 18 GHz T/R module for defence applications integrated with Gallium Nitride technology

El objetivo de este Trabajo Fin de Máster es el diseño, la optimización y la integración de los bloques activos fundamentales de un módulo transmisor/receptor (T/R) de banda ancha basado en tecnología de Nitruro de Galio sobre Carburo de Silicio (GaN-on-SiC) europea, implementados en forma de circuitos monolíticos de microondas (MMIC). En particular, el trabajo se centra en las funciones de recepción y conmutación del T/R, incluyendo el desarrollo de tres amplificadores de bajo ruido (LNA), y dos conmutadores single-pole double-throw (SPDT), así como el codiseño del receptor de un módulo T/R integrado para la banda de 6 GHz a 18 GHz utilizando la tecnología GaN-on-SiC GH15-11 del fabricante europeo United Monolithic Semiconductors (UMS), donde el conmutador y el LNA se optimizan de forma conjunta. Este enfoque permite mejorar la adaptación de entrada, la ganancia y la figura de ruido a nivel de sistema, demostrando la importancia del codiseño en arquitecturas MMIC de banda ancha altamente integradas. La metodología empleada para garantizar el diseño eficiente y la optimización del módulo T/R de banda ancha basado en GaN consta de cuatro pasos. En primer lugar, se lleva a cabo un estudio exhaustivo del estado del arte actual de los bloques activos fundamentales de un módulo T/R de banda ancha basados en GaN con el fin de determinar una topología de circuito adecuada para las especificaciones fijadas. A continuación, utilizando la herramienta de diseño Keysight ADS, se procede al diseño y optimización del esquema del circuito utilizando los modelos proporcionados en el kit de diseño del fabricante. Posteriormente, para tener en cuenta los efectos electromagnéticos y de radiación de las partes pasivas del circuito, se realizan simulaciones y re-optimizaciones del diseño utilizando la herramienta de cosimulación Momentum Microwave incluida en ADS. Por último, se evalúa el rendimiento del circuito y el grado de cumplimiento de las especificaciones iniciales mediante simulaciones de pequeña y gran señal. En conjunto, este trabajo contribuye al desarrollo de tecnologías avanzadas de front-end RF basadas en GaN-on-SiC europeo en el marco de los programas europeos FCAS y AGAMI_EURIGAMI, demostrando la viabilidad de módulos T/R de altas prestaciones, compactos y robustos mediante metodologías de codiseño.