Analyse og konstruksjon av en harmonisk tunet 6W GaN effektforsterker

Abstract

Effektforsterkere er kritiske komponenter i dagens trådløse kommunikasjonssystemer, og må derfor tilfredsstille mange krav. De siste årene har metoder for å øke effektiviteten til forsterkere, samt design rundt gallium nitrid-transistorer (GaN), fått mye oppmerksomhet. Som følge av dette har det i denne oppgaven blitt sett nærmere på prinsippene bak klasse F og invers klasse F effektforsterkere. Videre har to effektforsterkere, med senterfrekvens ved 2 GHz, blitt designet og realisert rundt en 6 W GaN-transistor fra Cree ved hjelp av simulert load-pull.Designet av forsterkerne ble gjort i Advanced Design System, her ble det brukt en storsignalmodell for transistoren, levert av Cree. Load-pull-simuleringer ble utført for å finne optimale laster for transistoren, og forsterkernes utgangsmatchenettverk ble designet på bakgrunn av disse lastene. Forsterkerne ble realisert på bakgrunn av designene og små- og storsignalmålinger, og målinger med modulert signal ble utført på de realiserte forsterkerne. Målingene viste at det var relativt god korrelasjon mellom disse og simuleringsresultatene. Småsignalmålingene viste at begge forsterkerne hadde lavere S$_{11}$ enn -12 dB over en båndbredde på 0,8 GHz, og at den ene forsterkeren hadde relativt god forsterkning over det samme båndet. Måleresultatene viser at forsterkerne har henholdsvis 8,40 dB og 9,58 dB forsterking, 39,93 dBm og 39,23 dBm utgangseffekt og 58,90 % og 57,76 % power added efficiency ved 1 dB kompresjon. På det meste hadde forsterkerne henholdsvis 40,56 dBm og 40,43 dBm utgangseffekt, dette tilsvarer over 11 W. Videre viste målingene med modulert signal at forsterkerne hadde mindre enn 0,5$^circ$ fasekompresjon for 16 QAM-signaler med 11 dBm gjennomsnittseffekt.Resultatene oppnådd i denne oppgaven viser at forsterkerdesign basert på GaN-teknologi har potensial til å oppnå god effektivitet, samt høy utgangseffekt og/eller stor båndbredde. Resultatene viser også at det er mulig å oppnå gode forsterkerdesign basert på en god storsignalmodell og simulert load-pull.