شماره ركورد
27237
پديد آورنده
فرهاد عباس نژادزينجناب
عنوان
خطي سازي تقويت كننده توان GaN با استفاده از دو روش پسخورد و پيشخورد فعال
مقطع تحصيلي
دكتري تخصصي (PhD)
رشته تحصيلي
مهندسي برق- مخابرات ـ ميدان
سال تحصيل
1393
تاريخ دفاع
1401/7/10
استاد راهنما
مجيد طيراني
استاد مشاور
اديب ابريشمي فر
دانشكده
مهندسي برق
چكيده
با گسترش سيستم¬هاي ارتباطي مدرن مانند MIMO حجيم و افزايش چشمگير نرخ ديتاهاي ارسالي و در نتيجه حجم بالاي مدارهاي مايكروويو استفاده شده، كاهش قيمت و توان مصرفي و مجتمع¬سازي بلوك¬هاي فرستنده¬ها به يكي از نيازهاي راهبردي تبديل شده است. در كنار اين موضوع، در شكل¬دهي پرتو آنالوگ/هايبريد براي تغذيه هر عنصر آنتني به ادوات RF زيادي از جمله تغيير¬دهنده فاز، تقويت¬كننده توان به همراه مدارهاي خطي¬ساز جانبي آن¬ها و ... نياز است، لذا هزينه پياده سازي و كنترل اين سيستم¬ها در صورت استفاده از روش خطي¬سازي DPD بسيار سرسام آور مي¬باشد. يكپارچه كردن تغيير¬دهنده فاز، تقويت¬كننده توان و مدار خطي¬ساز جانبي آن در هر مسير RF كه قابليت تنظيم¬پذيري در پهناي باند فركانسي و رنج تواني وسيعي را داشته باشد مي¬تواند گزينه مناسبي به منظور كاهش تعداد عناصر مورد نياز و كاهش قيمت پياده¬سازي آن باشد. بدين منظور، يك روش جديد خطي¬سازي تقويت¬كننده توان بر اساس تزريق سيگنال هارمونيك دوم به ورودي آن در اين رساله پيشنهاد شده است. اين كار بر اساس شبكه مولد سيگنال هارمونيك دوم تنظيم¬پذير است، رويكردي كه مي¬تواند به تقويت¬كننده توان كمك كند تا خطينگي مورد نياز خود را حتي اگر با سيگنال¬هاي ارتباطي مدرن با پهناي باند وسيع تحريك شود بدست آورد.
به منظور ارزيابي عملكرد روش پيشنهادي و با در نظر گرفتن دسترسي به قطعات فعال، شبكه مولد هارمونيك دوم با استفاده از ترانزيستورهاي توان پائين GaAs و با قابليت تنظيم دامنه و فاز سيگنال تزريقي در يك مسير پسخورد بصورت مدار مجتمع هايبريد (HIC) با يك تقويت¬كننده توان W 10 كلاس AB مبتني بر فناوري GaN در باند فركانسي GHz 4/1 تا GHz 6/1 طراحي و ساخته شد. در اندازه¬گيري¬هاي دو-تن مشخصه IMD3 تقويت كننده توان در پهناي باند MHz 200 به ميزان dB 35 در پس-نشست dB 4 از توان نقطه اشباع dB-3 بهبود يافت. همچنين در اندازه¬گيري با سيگنال مدوله شده QAM-64 با نرخ ديتاي MS/s 8، ACPR به ميزان dB 8 (در نقطه اشباع dB-3) و dB 15 (در پس-نشست dB 4) در هر باند فركانسي بهبود يافت. بازده تقويت¬كننده توان نيز در يك سطح IMD3 يا ACPR مشابه، قبل و بعد از خطي¬سازي به ميزان قابل توجه حداقل 20 درصد بهبود يافت.
همچنين قابليت مجتمع¬شدن طرح پيشنهادي با تقويت¬كننده توان مرجع از طريق تعبيه تقويت¬كننده¬هاي GaN با شبكه¬هاي تطبيق تنظيم¬پذير به جاي تقويت¬كننده¬هاي GaAs مورد بررسي قرار گرفت و نتايج درخشاني حاصل شد.
در يك طراحي ديگر و به منظور ارزيابي توانايي شبكه مولد هارمونيك دوم در بهبود توان و بازده تقويت-كننده توان در نقطه اشباع dB-1 علاوه بر بهبود خطينگي آن، مدار خطي¬ساز سه-دهانه¬اي شامل شبكه مولد هارمونيك دوم در يك مسير پيشخورد بصورت مستقل ساخته شد. مطابق اندازه¬گيري¬هاي انجام شده OP1dB تقويت¬كننده توان از dBm 5/33 به dBm 5/39 و بازده آن در اين نقطه از 27% به 46% افزايش يافت. همچنين در پس-نشست dB 5 از توان اشباع dB-3 تقويت كننده توان، مشخصه IMD3 به ميزان dB 39 بهبود يافت. مطابق نتايج اندازه گيري¬هاي سيگنال مدوله شده در پس-نشست dB 6، ACPR در فركانس¬هاي GHz 4/1، GHz 5/1 و GHz 6/1 به ترتيب به اندازه dB 16، dB 14 و dB 15 بهبود مي-يابد.
تاريخ ورود اطلاعات
1401/08/04
عنوان به انگليسي
GaN Power Amplifier Linearization Using Both Active Feedback and Feedforward Methods
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
فرهاد عباس نژادزينجناب
چكيده به لاتين
With the rapid growth in modern communication systems such as Massive MIMO and the significant increase in the transmitted data rates and the volume of RF / Microwave circuits, reducing the price and power consumption and integrating transmitter blocks is become one of the strategic needs. In addition to this, in analog / hybrid beamforming, many RF modules are needed to drive each antenna element, including phase shifter, power amplifiers (PAs), and linearization circuitry. However, implementing these systems with the DPD linearization method is not cost-effective. Therefore, integrating a phase-shifter and PA with its linearization circuitry in any RF path with adjustability in a wide frequency bandwidth and power range can be a good option. For this purpose, a new method of PA linearization based on the second harmonic signal injection is proposed in this thesis, which can help the PA achieve the required linearity even driven with modern broadband communication signals.
In order to evaluate the performance of the proposed method, the second harmonic generation (SHG) network using low power GaAs transistors with the ability to adjust the amplitude and phase of the injection signal in a feedback path was designed and fabricated with a 10 W class AB GaN PA in the 1.4 GHz to 1.6 GHz frequency band. As a result, the IMD3 of the PA was improved by 35 dB at 4 dB output back-off (OBO). Moreover, its ACPR was improved by 8 dB (at dB-3 saturation point) and 15 dB (at 4 dB OBO) when driven with an 8 MS/s 64-QAM modulated signal. Power efficiency was also significantly improved by at least 25% at a similar IMD3 or ACPR level of PA.
Also, the integrability of the proposed method with the PA was investigated by embedding GaN amplifiers in the SHG network, and outstanding results were obtained.
In another design, to evaluate the ability of the SHG network to improve the power and efficiency of the PA at the 1-dB saturation point rather than linearity improving, a three-port linearizer circuit including the SHG was built independently. According to OP1dB measurements, the OP1dB increased from 33.5 dBm to 39.5 dBm, and its efficiency increased from 27% to 46%. Also, in the 5 dB OBO, the IMD3 was improved by 39 dB. According to the results of the modulated signal test at 6 dB OBO, ACPR was improved by 16 dB, 14 dB, and 15 dB at the frequencies of 1.4 GHz, 1.5 GHz, and 1.6 GHz, respectively.
كليدواژه هاي فارسي
خطي¬سازي تقويت كننده توان , تزريق هارمونيك دوم , پسخورد , پيشخورد , GaN , ACPR
كليدواژه هاي لاتين
power amplifier linearization , second harmonic injection , feedback , feedforward , GaN , ACPR
Author
Farhad Abbasnezhad
SuperVisor
Majid Tayarani