LNA design and implementation for passive millimeter wave imaging system in Ka band

• Autorzy: Duman Mehmet , Salman Alp Oral

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.10.16

Warianty tytułu

PL

Projekt i wdrożenie LNA dla pasywnego systemu obrazowania fal milimetrowych w paśmie Ka

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

There are several methods of creating a Passive Millimeter Wave Imaging System (PMMWIS). One of these methods is to use tripod, 2- axis positioner, control unit, the parabolic reflector antenna (PRA) and the radiometric receiver located at the focal point of the PRA. The radiometric receiver, which is the most important part of the system can be divided into parts such as low noise amplifier (LNA), detector, mixer and video amplifier (VA). In this study; LNA will be explained. PMMWIS is an imaging method that emerged as a result of the weakening of the radiation in other systems due to atmospheric effects. In case of working in certain frequency windows (35 GHz, 96 GHz, 220 GHz, …); the radiation will not be affected by weather events and can be measured. In this study, an LNA has been created for a radiometric receiver that can be operated at Kaband. Hittite brand HMC1040LP3CE chip from Analog Devices Company, which can theoretically give 23 dB gain in Ka-band has been preferred. The discrete elements and the chip in the circuit are very precisely placed on the board with special solder mixtures using electronic magnifiers, and 2.92 mm connectors are included in the input and output (IO) of the RF line of the circuit. In the last case; the LNA circuit, which was prepared for measurement, was fed with the power supply. It was measured with the help of vector network analyzer (VNA). At last, the LNA working in the Kaband produced for PMMWIS with a gain value of 19.32 dB at 26.2 GHz center frequency was obtained.

PL

Istnieje kilka metod tworzenia pasywnego systemu obrazowania fal milimetrowych (PMMWIS). Jedną z tych metod jest zastosowanie statywu, pozycjonera 2-osiowego, jednostki sterującej, parabolicznej anteny reflektorowej (PRA) oraz odbiornika radiometrycznego umieszczonego w ognisku PRA. Odbiornik radiometryczny, który jest najważniejszą częścią systemu, można podzielić na takie części jak wzmacniacz niskoszumowy (LNA), detektor, mikser oraz wzmacniacz wideo (VA). W tym badaniu; LNA zostanie wyjaśnione. PMMWIS to metoda obrazowania, która pojawiła się w wyniku osłabienia promieniowania w innych systemach na skutek efektów atmosferycznych. W przypadku pracy w określonych oknach częstotliwości (35 GHz, 96 GHz, 220 GHz, …); na promieniowanie nie będą miały wpływu zdarzenia pogodowe i można je zmierzyć. W tym badaniu stworzono LNA dla odbiornika radiometrycznego, który może pracować w paśmie Ka. Preferowany jest układ HMC1040LP3CE marki Hittite firmy Analog Devices, który teoretycznie może dać 23 dB wzmocnienia w paśmie Ka. Elementy dyskretne i układ scalony w obwodzie są bardzo precyzyjnie rozmieszczone na płytce za pomocą specjalnych mieszanek lutowniczych za pomocą lup elektronicznych, a złącza 2,92 mm znajdują się na wejściu i wyjściu (IO) linii RF układu. W ostatnim przypadku; do obwodu LNA przygotowanego do pomiaru zasilono zasilacz. Została zmierzona za pomocą wektorowego analizatora sieci (VNA). W końcu uzyskano LNA pracujące w paśmie Ka wyprodukowane dla PMMWIS o wartości wzmocnienia 19,32 dB przy częstotliwości środkowej 26,2 GHz.

Słowa kluczowe

EN

amplifier; Ka band; radiometric receiver; passive imaging system

PL

pasmo milimetrowe Ka; pasywny system obrazowania

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 10
• Strony: 86--89
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Duman Mehmet

• Düzce University, Department of Electrical and Electronics Engineering, Düzce, Türkiye

autor

Salman Alp Oral

• Kocaeli University, Department of Electronics and Communication Engineering, Kocaeli, Türkiye

Bibliografia

• [1] Duman M., Passive Millimeter Wave Imaging Applications, Ph.D. Thesis, Kocaeli University, Kocaeli, Türkiye, (2018), 10229356.
• [2] Pozar D. M., Microwave Engineer, 2nd Edition, John Wiley & Sons Inc., New Jersey, (1998).
• [3] Carr J. J., Secrets of RF Circuit Design, 3rd ed., TAB Electronics Technical Library, New York, 11 December (2000).
• [4] Kodkani R. M., Design of 2.4 GHz and 5 GHz RFIC Front-End Components in CMOS and SiGe HBT Technologies, M.Sc. Thesis, West Virginia University, USA, (2002).
• [5] Helfenstein M., Moschytz G. S., Circuits and Systems for Wireless Communications, Kluwer Academic Publishers, Netherlands, (2002).
• [6] Duman M., UHF RF Power Amplifier Design and Implementation for Small Satellites, M.Sc. Thesis, İstanbul Technical University, Graduate School of Science Engineering and Technology, İstanbul, (2013), 335730.
• [7] Shaeffer D. K., Lee T. H., A 1.5 V, 1.5 GHz CMOS Low Noise Amplifier, IEEE Journal of Solid-State Circuits, (1997), 32, 745-759.
• [8] Pedro J. C., Carvalho N. B., Intermodulation Distortion in Microwave and Wireless Circuits, Artech House, Massachusetts, (2003).
• [9] Razavi B., Rappaport T. S., RF Microelectronics, Prentice Hall Communications Enginering and Emerging Technologies Series, University of California, Los Angeles, (1998).
• [10] Lott U., Schmatz M., 2 GHz Monolithic Low Noise Amplifier Using Lower than 1 V Supply Voltage, Proceedings of the IEEE Wireless Communications Conference, Mumbai, India, 17-19 December (1997).
• [11] Kucera J. J., Lott U., Low-Power Silicon BJT LNA for 1.9 GHz, IEEE Microwave and Guided Wave Letters, (1998), 8(3), 136–137.
• [12] Leenaerts D., Tang J., Vaucher C., Circuit Design for RF Transceivers, Kluwer Academic Publishers, Netherlands, (2001).
• [13] Maas S. A., The RF and Microwave Circuit Design Cookbook, Artech House, Massachusetts, (1998).
• [14] Duman M., Salman A. O., 35 GHz Vivaldi Fed Antenna Design for Passive Millimeter Wave Imaging System in Ka Band, Journal of Electrical Engineering, (2017), 5(6), 340-343.
• [15] Duman M., Salman A. O., Antipodal Vivaldi Antenna for Passive Imaging Technology in Ka Frequency Band, Sakarya University Journal of Science (SAUJS), (2018), 22(4), 1130-1134.
• [16] Quinstar Technology, QWH-APRS00 Horn Antenna Datasheet, https://quinstar.com/shop/antenna-products/hornantennas/premium-standard-gain-horns-qwh/ (Access: 02 Aralık 2018).
• [17] Duman M., Salman A. O., The Connection Types to Minimize Loss of Gain Between Low Noise Amplifier and Antenna, 3. International Organic Electronic Material Technologies (OEMT), Kırklareli, Turkey, 20-22 September (2018).
• [18] Carr J. J., Antenna Toolkit, 2nd ed., Newnes, (2001).
• [19] Balanis C. A., Anten Teorisi Analiz ve Tasarım, 3. baskı, Nobel Yayınları, Wiley, New Jersey, (2013).
• [20] Hittite, Analog Devices, HMC1040LP3CE Low Noise Amplifier Datasheet, https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/hmc1040.pdf (Access: 02 Aralık 2018.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).