27646

خطي ساز و بهبود مشخصات تقويت كننده هاي توان دوهرتي بااستفاده از تزريق هارمونيك

كارشناسي ارشد

مهندسي فناوري ماهواره

1400-01

1400/10/15

دكتر وحيد نيري

فناوري هاي نوين

سيستم هاي مخابراتي جديد مانند WIMAX، LTE يا سيستم هاي ماهواره اي از سيگنال هاي با پوش متغيير يا روش هاي مدولاسيون با طيف كارآمد استفاده مي كنند. اين شبكه ها به تقويت كننده هاي توان خطي با بازدهي بالا و اعوجاج پايين نياز دارند. تقويت كننده توان يك عنصر مهم در سيستم هاي مخابراتي بيسيم محسوب مي شود كه براي طراحي يك تقويت كننده توان با گين بالا، خطينگي و راندمان مناسب يك چالش جدي وجود دارد. در تقويت كننده توان معمولاً بين ميزان خطي بودن و بازدهي رابطه معكوس برقرار است و از طرفي قطعات مورد استفاده در تقويت كننده ي توان در دامنه هاي زياد سيگنال از خود اثرات غيرخطي نشان مي دهد و اين موضوع باعث به وجود آمدن اعوجاج هاي درون باند و بيرون باند سيگنال اطلاعات مي شود، كه اعوجاج درون باند موجب افزايش نرخ خطاي بيت و اعوجاج بيرون باند موجب گسترش طيف خروجي مي شود، كه در كانال هاي مجاور اختلال ايجاد مي كند. بنابراين براي داشتن بازدهي بالا در عين خطينگي، بايد عمل خطي سازي را بر روي تقويت كننده هاي با بازدهي بالا اعمال كنيم. در اين پايان نامه به بررسي روش تزريق هارمونيك دوم و اثر آن بر روي خطينگي تقويت كننده توان دوهرتي در باند فركانسي 3/55-3/7 گيگاهرتز مي پردازيم. باتوجه به اينكه تقويت كننده توان دوهرتي شامل دو تقويت كننده اصلي و كمكي مي باشد به مطالعه تزريق هارمونيك دوم به هركدام از تقويت كننده هاي اصلي و كمكي و اثر آن بر خطينگي كل ساختار تقويت كننده توان دوهرتي مي پردازيم. از اين رو، در ابتدا يك ساختار با چهار مسير تزريق به ورودي و خروجي تقويت كننده هاي اصلي و كمكي طراحي كرده و با تزريق سيگنال هارمونيك دوم به طور جداگانه، آن ها را با يكديگر از نظر بهبود ميزان خطينگي مقايسه مي كنيم. سپس، باتوجه به اينكه تقويت كننده اصلي نقش اساسي در غيرخطينگي ساختار دوهرتي دارد، اين بار با طراحي دو تقويت كننده توان دوهرتي يكي با تزريق سيگنال هارمونيك دوم به ورودي تقويت كننده توان اصلي و ديگري به خروجي تقويت كننده توان اصلي، دو ساختار را از نظر ميزان بهبود در خطينگي كل ساختار مقايسه مي كنيم. در نهايت بدليل مؤثرتر بودن اين روش بر بهبود خطينگي كل ساختار دوهرتي هنگام تزريق از ورودي تقويت كننده اصلي، ما اين ساختار نهايي را با استفاده از تحليل تمام موج در محيط مومنتوم نرم افزار Layout ،ADS تمامي شبكه هاي طراحي شده تا هارمونيك پنجم استخراج مي كنيم. در DPA طراحي شده، به توان خروجي 56-64 وات با بازدهي بالاي 73% در قله توان و بازدهي درين بالاي 57% در 6dB عقبگرد از توان خروجي (OBO) دست يافته ايم. با اعمال سيگنال هارمونيك دوم به ورودي تقويت كننده اصلي در تحليل تك تون، نمودار بهره تقويت كننده دوهرتي نسبت به توان ورودي مسطح تر شد. همچنين در تحليل دو تون سطح اينترمدولاسيون مرتبه سوم (IMD3)در بازه وسيعي از توان خروجي بهبود قابل ملاحظه اي داشته است. در اين پايان نامه، براي اينكه بتوان ميزان غيرخطي بودن يك تقويت كننده ي توان را نشان داد، از پارامترهاي مختلفي كه معيارهايي براي بيان ميزان غيرخطي بودن تقويت كننده ي توان همچون AM-AM، AM-PM و IMD3 مي باشند، استفاده خواهيم كرد.

1401/10/12

Linearization and Improvment Characteristics of Doherty Amplifier by Harmonic Injection

1/5/2023 12:00:00 AM

Newer telecommunication systems, such as WIMAX, LTE, or satellite systems, use variable envelope signals or efficient spectrum modulation methods. These networks require high-efficiency, low-distortion linear power amplifiers. The power amplifier is an important element in wireless telecommunication systems, and there is a serious challenge to designing a power amplifier with high gain, linearity, and proper efficiency. In a power amplifier, there is usually an inverse relationship between linearity and efficiency, and on the other hand, the components used in the power amplifier show nonlinear effects in large signal amplitudes, and this causes distortions within the band and Outside the information signal band, In-band distortion increases the bit error rate and out-band distortion causes the output spectrum to expand, which interferes with adjacent channels. Therefore, to have high efficiency at the same time as linearity, we must apply linearization to high-efficiency amplifiers. In this thesis, we study the second harmonic injection method and its effect on the ductility of the two-power amplifier in the frequency band of 3.55-3.7 GHz, and because the Doherty power amplifier includes two main and auxiliary amplifiers, we also study the second harmonic injection to each of the main and auxiliary amplifiers and its effect on the linearity of the whole structure of the Doherty power amplifier. At first, we designed a structure with four injection paths to the input and output of the Main and auxiliary amplifiers. By injecting the second harmonic signal separately, we compared them with each other in terms of improving the linearity. Then, due to the main amplifier playing an essential role in the nonlinearity of the Doherty structure, at this time, designed two Doherty power amplifiers (by injecting the second harmonic signal to the input and output of the main power amplifier separately), and compared the improvement rate of them in the linearity of the whole structure. Finally, since this method is more effective in improving the linearity of the entire Doherty structure when injected from the input of the main amplifier, we analyzed this final structure by using full-wave analysis in the momentum environment of ADS software. We extract the layout of all designed networks up to the fifth harmonic. The designed DPA has an output power of 52-62 watts with a drain efficiency higher than 73% in its saturation. It also provides a drain efficiency of better than 57% at 6dB-output back-off (OBO). By applying a second harmonic signal to the output and input of the main amplifier in single-tone analysis, the gain of the DPA structure becomes flatter. In two-tone analysis, the SHI from the PA's input and output results in an improvement of better than 55 dB and 30 dB in the third-order intermodulation (IMD3), respectively. Therefore, to show the nonlinearity of a power amplifier, we will use various parameters such as AM-AM, AM-PM, and IMD3, which are criteria for expressing the nonlinearity of a power amplifier.

تقويت كننده توان دوهرتي , خطي سازي , تزريق هارمونيك , اينترمدولاسيون مرتبه سوم

Doherty Power Amplifier , Linearization , Harmonic Injection , Third Intermodulation

Amir Mohammad Shahghasi

Vahid Nayyeri