Doherty effektforsterker for 1,8 GHz

Abstract

Formålet med denne oppgaven er å designe en Dohertyforsterker. En klasse AB og en klasse C effektforsterker til bruk i denne konfigurasjonen skal designes, simuleres og gjøres målinger på hver for seg. Disse skal så å bli satt sammen til en Dohertyforsterker som skal simuleres og gjøres målinger på. Dohertyforsterkeren skal ha en senterfrekvens på 1.8 GHz og være tilpasset slik at det oppnås best PAE og linearitet. Rapporten omhandler i de første kapitlene litt generell forsterkerteori med hovedtrykk på Dohertykonfigurasjonen og hva som er viktig og tenke på når denne designes. Fordelen med en Dohertyeffektforsterker er at den forbedrer effektiviteten over et større dynamisk område. Dette er spesielt viktig for modulerte signaler som ikke har konstant envelope. Den viktigste delen er design, simulering og praktisk måling av effektforsterkerne som hører med i Dohertykonfigurasjonen. Designet av effektforsterkerene er utført med et designverktøy som heter ADS, Advanced Design Systems. For å designe effektforsterkerene med hensyn på best PAE og linearitet ble det benytte ferdiglagde prosjekter i ADS som fant tilpasningsimpedansene som måtte til for å oppnå dette. Transistorvalget falt på en transistor fra Eudyna som heter FLL120MK. Dette valget ble gjort etter mye testing av en annen transistor, som det viste seg ikke kunne brukes fordi den ikkelineære modellen i ADS var utilstrekkelig. Et firma i Florida hadde en storsignalmodell for denne transistoren som det var mulig å få en lisens til, som kunne brukes under masteroppgaven. En ikkelineær simulering av forsterkerne ble utført i ADS og viktige parametere som karakteriserer forsterkerene er P1dB, gain og PAE. For klasse AB forsterkeren ble $P1dB=19dBm$ inneffekt, $Gain_{P1dB}=9.5 dBm$ og $PAE_{P1dB}=36.7%$. Klasse C forsterkeren ble designet for å være i en Dohertykonfigurasjon og hadde et påslagspunkt på 19 dBm, $Gain_{maks}=9.1 dBm$ og maks PAE på 46% . Disse to forsterkerene ble satt sammen til en Dohertykonfigurasjon som fikk $P1dB=29 dBm$ inneffekt, $Gain_{P1dB}=7.1 dBm$ og $PAE_{P1dB}=48.5%$. For å sammenligne en Doherty og en klasse AB forsterker, er PAE i 6 dB backoff punktet som teller. Forbedringen ble på 20%. Lineariteten i Doherty forsterkeren er meget bra og P1dB økte med 9.5dBm. Gainet hadde gått ned 2.5 dBm, som er en ulempe med Dohertykonfigurasjonen og stemmer bra med teorien. Målingene viste at klasse AB forsterkeren fikk et $P1dB=23 dBm$ inneffekt, $Gain_{P1dB}=5.88$ og $PAE_{P1dB}=35%$. En forskjell på 3 dBm i forhold til klasse AB simuleringene. PAE fikk samme verdi som i simuleringene. Klasse C forsterkeren hadde oscillasjoner ved 160 MHz. Dette fulgte med på Dohertyforsterkeren som hadde samme type oscillasjoner da klasse C forsterkeren begynte å lede. Transistormodellen i ADS er veldig nær opp til den praktiske transistoren, men har ustabilitetsegenskaper som ikke kom fra under simuleringene. Biaseringen og stabilitetsnettverket har skylden i at det ikke ble en stabil klasse C-forsterker.