GaN power amplifier for satellite communications

Abstract

The satellite communications have become a valid alternative to conventional communications, through fiber or copper, in situations of catastrophe or even as complement to improve the quality of the services provided at a worldwide scale. Recently, radio frequency engineers have worked towards a reliable solution to replace the travelling wave tube amplifiers on board of the satellite communications. Despite the travelling wave tube amplifiers reveal a good performance, its weight, size and cost are a serious technical problem to the main satellite manufacturers. However, this scenario tends to change due to the exploitation of the Gallium Nitride technology in high power, efficiency and frequency applications. The objective of this work involves an implementation of two power amplifiers in class B, resorting to a Gallium Nitride transistors and using different types of planar transmission lines, for a 5.8GHz frequency which is often used in uplink transmissions for C-band or even in recent applications of wireless power transmission. The best results were obtained for the microstrip lines power amplifier, achieving 34.1dBm of output power, 62.35% of drain efficiency at saturation and a small-gain of 17dB.

As comunicações via satélite têm-se tornado uma alternativa válida às vias de comunicações convencionais, como a fibra e o cobre, em situações de catástrofe ou até como complemento para melhorar a qualidade de serviços disponibilizados à escala global. Recentemente, os engenheiros de rádio frequência têm trabalhado para encontrar uma solução definitiva e fiável para a substituição dos amplificadores a válvulas nos satélites de comunicações. Apesar destes amplificadores apresentarem uma performance de destaque, o seu tamanho, peso, consumo e custo são sérios problemas para as empresas especializadas na sua construção. Contudo, o panorama tende a mudar devido à exploração da tecnologia de Nitreto de Gálio em aplicações de alta potência, frequência e eficiência. O objetivo desta trabalho passa pela implementação de dois amplificadores de potência em classe B, recorrendo a transístores de Nitreto de Gálio e usando diferentes linhas de transmissão planares, para a frequência de 5.8GHz que é frequentemente usada em transmissões uplink na banda C, ou mesmo nas recentes aplicações de transferência de energia sem fios. Os melhores resultados foram obtidos pela implementação em linhas microstrip, atingindo os 34.1dBm de potência de saída, 62.35% de eficiência na saturação e um ganho máximo de 17dB.