16248

16248

طراحي تقويت‌كننده توان براي فرستنده‌هاي مخابراتي LTE باقابليت اعمال روش ET

كارشناسي ارشد

الكترونيك

ارديبهشت 1395

دكتر جواد ياوند‌حسني

برق

چكيده استفاده از روش‌هاي مدولاسيون پيچيده در استانداردهاي مخابرات سيّار نوين امروزي، باعث افزايش نسبت توان بيشينه به توان ميانگين(PAPR) در سيگنال‌هاي مخابراتي شده است. براي ارسال بدون اعوجاج چنين سيگنال‌هايي توسط فرستنده‌هاي مخابراتي و همچنين جلوگيري از نشت توان در كانال‌هاي مجاور، تقويت‌كننده‌ توان بيشتر زمان‌ها بايد در تواني كمتر از توان اشباع خود كار كند، كه اين امر موجب كاهش شديد بازدهي تقويت‌كننده توان مي‌شود. يكي از روش‌هاي افزايش بازدهي تقويت‌كننده توان در چنين سيستم‌هايي، روش ردگيري پوش(ET) است. در اين روش ولتاژ تغذيه تقويت‌كننده توان توسط يك مدولاتور تغذيه، متناسب با پوش سيگنال ورودي، تغيير داده مي‌شود. اين كار باعث كاهش توان اتلافي تقويت‌كننده توان و درنتيجه افزايش بازدهي آن مي‌شود. در اين پژوهش ابتدا با استفاده از مدل سيگنال‌بزرگ ترانزيستورCGH40045 كه يك ترانزيستور از نوع GaN HEMT است، يك تقويت‌كننده توان پربازده كلاس پيوسته، با توان خروجي 55 وات و پهناي‌باند 400 مگاهرتز طراحي و شبيه‌سازي‌شده است. در طراحي تقويت‌كننده توان از تركيب روش كشش-بار و كشش-منبع و يك روش تحليلي براي كنترل امپدانس هارمونيك‌هاي دوم و سوم استفاده‌شده است. در ادامه با مدل‌سازي رفتار يك مدولاتور تغذيه، عملكرد تقويت‌كننده توان طراحي‌شده براي استفاده در تقويت‌كننده ردگير پوش، ارزيابي‌شده است. همچنين اثر ناايده‌آلي در مسير پوش بر روي عملكرد تقويت‌كننده توان، بررسي‌شده است. در ولتاژ تغذيه ثابت 28 ولت، بيشينه بازده توان افزوده در باند فركانسي 2.2 تا 2.6 گيگاهرتز، 67% و متوسط توان خروجي 55 وات به‌دست‌آمده است. ميانگين بهره سيگنال‌بزرگ بدست‌آمده در P1dB، dB16 است. تقويت‌كننده طراحي‌شده 6 باند LTE با فركانس‌هاي مركزي بين 2.1 تا 2.6 گيگاهرتز را پوشش مي‌دهد. در شبيه‌سازي تقويت‌كننده توان با سيگنال ورودي LTE با پهناي‌باند 20 مگاهرتز و نسبت توان بيشينه به توان ميانگين 8.5 دسي‌بل، ميانگين بازده توان افزوده 33% به‌دست‌آمده است. اين مقدار بعد از استفاده از روش ردگيري پوش، تا 15% افزايش‌يافته است كه نشان‌دهنده عملكرد مناسب اين تقويت‌كننده توان براي استفاده در روش ردگيري پوش است. واژه‌هاي كليدي: تقويت‌كننده توان كلاس پيوسته، تقويت‌كننده توان ردگير پوش، GaN HEMT، تقويت‌كننده توان ايستگاه مبناي LTE.

1395/10/20

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Nowadays, modern wireless communication standards use complicate modulation schemes that generate signals with high peak to average power ratio (PAPR). For transmitting such signals with little distortion an​d acceptable adjacent channel power leakage, RF power amplifiers (PAs) have to back off from saturation, causing significant decrease in their efficiency. One of the techniques to improve the efficiency in the back off is envelope tracking method (ET). The ET PA dynamically adjusts power supply according to input signal envelope, using a supply modulator an​d decreases PA dissipated power an​d hence, increases the efficiency. At this work a 55W continuous F-1 PA with 400MHz bandwidth is designed an​d simulated using CGH40045 GaN HEMT transistors' large signal model. Combination of the load-pull an​d source-pull methods an​d an analytical method for controlling the second an​d third harmonic impedances has been used in the PA design. Next, through modeling of a supply modulator behavior, the PA performance in ET system an​d effect of nonidealities in envelope path, has been eva​luated. With 28V supply voltage, the PA's average maximum power added efficiency (PAE), gain an​d output power at frequency band of 2.2GHz to 2.6GHz is 67%, 16dB an​d 55W, respectively. The designed PA covers 6 LTE bands. Simulation of the designed PA with 20MHz LTE input signal with PAPR of 8.5dB results in 33% PAE. After applying ET to the designed PA, the results show 15% improvement of PAE. This result shows the designed PA is suitable for applying an ET technique. Keywords: RF Power Amplifier, Continuous F-1 PA, LTE, Envelope Tracking, GaN HEMT, PA.