Analyse og konstruksjon av en klasse B effektforsterker i GaN teknologi

Abstract

De senere årene har vist en stadig økende interesse for transistorer basert på GalliumNitrid, spesielt i design av effektforsterkere for trådløse applikasjoner. Denne rapportenbeskriver to klasse B forsterkerdesign for 2GHz basert på en 10W GaN-HEMT fra Cree. I tillegg presenteres relevant forsterkerteori, samt detaljerte beskrivelser av design-, konstruksjons- og måleprosessene.Det første forsterkerdesignet ble gjort ved bruk av en storsignalmodell fra Cree i Advanced Design System. Måleresultater viser god samsvar med simuleringsresultater for de to realiserte forsterkerne fra dette designet. Typiske avvik gjør seg likevel gjeldende, og denne oppgaven forsøker å kartlegge ulike faktorer i design-, konstruksjon- og måleprosessene som har betydelig innvirkning på de endelige resultatene.For å oppnå større korrelasjon, oppfordres det blant annet til å benytte alternative metoder ved produksjon av kretskort, verifisere nøyaktigheten til de passive komponentmodellene og kompensere for spenningsfall under effektmålinger. I 1dB-kompresjonoppnår en av de konstruerte forsterkerne fra dette designet en utgangseffekt på 39.8dBm, en forsterkning på 12.5dB, samt en effektivitet (PAE) på 55.2%.Det andre forsterkerdesignet ble gjort ved bruk av et moderne load-pull-oppsett, som gjør det mulig å utføre målinger på transistorterminalene i tidsdomenet. Tilpasningsnettverk på inn- og utgang ble dermed designet basert på måleresultater. Den realiserte forsterkeren fra disse målingene oppnår en noe lavere forsterkning, 9.7dB i 1dB-kompresjon, men med en høyere utgangseffekt på 41.2dBm og en noe bedre PAE på 56.7%. Med måleutstyret er det også gjort et studie av bølgeformene til strøm og spenning på drain som viser at denne forsterkeren er en harmonisk tunet klasse B forsterker.Rapporten viser med utgangspunkt i måleresultatene til den realiserte forsterkeren fra målingene at load-pull-oppsettet fremstår som et svært attraktivt alternativ til å benytte transistormodeller i Advanced Design System. Særlig dersom integrasjonen av måleutstyret i det eksisterende load-pull-oppsettet kan bedres og ved bruk av spenningsfallkompensering.