Mobilfunksysteme mit hoher Datenrate benötigen HF-Leistungsverstärker (PAs) mit hoher Energieeffizienz, um die Betriebskosten der Netzwerke zu senken.

Dies ist eine Herausforderung, da die komplexen Modulationsschemata, die in den neuesten Zellularstandards verwendet werden, hohe Verhältnissen von Spitze zu Durchschnittsleistung (PAR) aufweisen, die wiederum hohe durchschnittliche Wirkungsgrade von den PAs der Sender verlangen. Viele PA-Architekturen verfügen über einen "Sweet-Spot", an dem sie am effizientesten arbeiten und außerhalb ihres Standorts mit wesentlich niedrigeren Wirkungsgraden arbeiten. Hohe durchschnittliche Wirkungsgrade zu erreichen bedeutet daher, PA-Architekturen zu entwickeln, die für eine Vielzahl von Betriebsbedingungen effizient sind.

Wir haben einige vielversprechende Ansätze für den Aufbau solcher PAs gesehen, indem GaN-Transistoren in Doherty und Out-Phasing-Architekturen verwendet werden. Wir glauben, dass es möglich ist, noch höhere Wirkungsgrade zu erreichen, wenn die Art und Weise, in der die höheren Harmonischen des übertragenen Signals beendet werden, effektiver gesteuert werden kann, ohne die Größe oder Komplexität der PA-Platine zu erhöhen.

Unser Ansatz verwendet harmonisch abgestimmte GaN-Transistoren und eine quasi lastunabhängige (QLI) -Architektur, um die Effizienz eines Klasse-E-Verstärkers in einem Standard-HF-Gehäuse zu erreichen. Der Ansatz bietet einen hocheffizienten Betrieb. Trotz der Art und Weise, wie Doherty- und Outphasing-PA-Architekturen ihre Lasten modulieren.

Zur Erinnerung zeigt Abbildung 1 eine vereinfachte Doherty PA-Architektur.

Abbildung 1: Eine vereinfachte Doherty PA-Architektur

Abbildung 2 Eine vereinfachte Out-Phasing-PA-Architektur

Aufbau effizienter PAs mit QLI-Techniken
Wir verwenden eine endliche Induktivität eines Klasse-E-Verstärkers, um mit einer einfachen Schaltungsstruktur einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Zahlreiche Betriebsarten ergeben sich, wenn die Beziehung zwischen den Lastnetzelementen und den Eingangsparametern als Funktion des Resonanzfaktors q = 1 / ω√LC bis L und C variiert, wie in Abbildung 3 gezeigt.

Abbildung 3: Die quasi lastunempfindliche Klasse E PA mit ihrer endlichen Gleichstromspule L und ihrem Lowpass-LC-Bereich (L1C1) und den zugehörigen Wellenformen

Bei q = 1.3 wechselt der PA in eine Class-E-Betriebsart, die die beste Effizienz über einen breiten Lastwiderständebereich bietet - wie dies für Systeme mit dynamischer Lastmodulation erforderlich ist.

In Standard-HF-Paketen ermöglichen Größen- und Kostenbeschränkungen nur einfache übereinstimmende Netzwerktopologien. Ein Serienkondensator ist intern besonders schwierig zu implementieren. Daher haben wir einen funktional identischen transformierten Tiefpass-LC-Abschnitt (L1C1) abgeleitet, wie in der unteren Hälfte von Abbildung 3 gezeigt.

Da die höheren Harmonischen im Gehäuse aufeinander abgestimmt sind, ist ein herkömmliches grundlegendes Last-Zug-System gut genug, um die optimale Impedanz für maximalen Wirkungsgrad, maximale Ausgangsleistung und Back-Off (z. B. 6dB) zu erreichen. Die gemessenen Daten zeigen, dass die maximale Ausgangsleistung und der Wirkungsgrad auf der realen Achse des Smith-Diagramms des Verstärkers ausgerichtet sind. Der Spitzenwirkungsgrad wird beibehalten, während die Ausgangsleistung für einen zunehmenden Realteil der Last abnimmt, was zeigt, dass die Impedanz der zweiten Harmonischen, die erforderlich ist, um den Spitzenwirkungsgrad während der Lastmodulation zu erreichen, nicht beeinflusst wird. Diese Eigenschaft ist sehr nützlich, um die durchschnittliche Effizienz von Doherty zu erhöhen und PAs zu phasenverschoben.

Anwenden von QLI-Techniken auf ein Class E Doherty PA-Design
Unsere Last-Zug-Messungen der Leistung und des Wirkungsgrades des verpackten Geräts legen nahe, dass es eine λ / 4-interne Signalrotation hat. Diese Innenrotation kann bei der Gestaltung des Lastnetzes des Doherty PA berücksichtigt werden, sodass am Ausgang keine Kompensationslinien hinzugefügt werden müssen. Die grundlegende Lastimpedanz, die an den Gehäuseleitungen benötigt wird, ist auch hoch genug, um den Doherty-Combiner direkt ohne zusätzliches Anpassungsnetzwerk anschließen zu können.

Die Tatsache, dass höhere Harmonische im Gehäuse abgeschlossen sind, bedeutet, dass das Lastnetz für den Doherty PA einfach und kompakt sein kann und keine Anpassung der höheren Harmonischen erforderlich ist. Darüber hinaus ist das Hauptgerät im Class-AB-Modus vorgespannt, während das Peak-Gerät im Class-C-Modus für ihre Ruheströme vorgespannt ist, um einen herkömmlichen Doherty-Betrieb sicherzustellen, so dass das Gerät bei hartem Betrieb in den Klasse-E-ähnlichen Betrieb eintritt.

Anwenden von QLI-Techniken auf ein Dualphasen-PA-Design mit gemischten Modi
Das Out-Phasing-Design im gemischten Modus ist in Abbildung 4 (b) dargestellt. In den beiden Zweigen wurde eine Chireix-Kompensation eingebaut, indem ihre elektrische Länge um ± Δ eingestellt wurde, anstatt eine flächenintensive Shunt-Suszeptanz hinzuzufügen. Der Wert von Δ bestimmt den erforderlichen Winkel für die Kompensation der Phasenverschiebung.

Für den Out-Phase-Betrieb im gemischten Modus wird eine Kombination aus Phasen- und Eingangsleistungssteuerung verwendet, um den maximalen Drain / PAE-Wirkungsgrad im Vergleich zur Leistungsabschaltung zu erreichen. Das Antriebsprofil zur Erzielung der besten Wirkungsgradantwort wird in einer Nachschlagetabelle gespeichert. Dies bedeutet, dass das Out-Phasing-PA bei größeren Out-Phasing-Winkeln eine scharfe Abnahme der Effizienz / des Verstärkungsfaktors vermeiden kann und somit seine hohe Effizienz beim Line-Up beibehalten kann.

QLI PA-Architekturen in der Praxis
Wir haben diese beiden PA-Architekturen mit einem Messaufbau mit zwei Eingängen getestet, der sowohl die Eingangsphase als auch die Amplitude des Signals durchlaufen konnte. Die Geräte wurden nicht in eine hohe Kompression gedrückt, um eine Überhitzung bei kontinuierlichen Wellen zu vermeiden. Dies bedeutet, dass die Spitzenleistung bei modulierten Signalen mindestens 1dB höher ist als die statisch gemessene Ausgangsleistung. Für die Linearisierung wurde ein Vektor-geschalteter allgemeiner Speicherpolynomansatz verwendet. Eine optimierte digitale Vorverzerrungsstrategie sollte eine noch bessere Linearisierung ermöglichen.

Zusammenfassung

Diese Arbeit zeigt, dass es möglich ist, PAs mit hoher Effizienz auf Lastmodulation zu bauen, indem höhere Harmonische im HF-Gehäuse abgeschlossen werden. Dieser Ansatz bedeutet auch, dass die Netzwerke, die die Energie zusammenfassen, einfach und kompakt sein können.

Zurück:Broadcast-Upgrades werden zu einem Next-TV-Vorteil

Nächster:So senden Sie Ihre eigene UKW-Radiostation mit einem Raspberry Pi

Hinterlass eine Nachricht

Nachrichtenliste

Kommentare Lade ...