10W GaN effektforsterker med Envelope Tracking og optimalisert tilpasning

Abstract

Moderne kommunikasjonstandarder er basert på signaler som drar nytte av høy peak-to- average effektforhold, signaler som tvinger effektforsterkere (PA) til å operere i back-off store deler av tiden, hvor effektiviteten er lav. Som resultat, blir effektforsterkere viktige komponenter og avanserte metoder utvikles og forbedres for å kunne øke effektiviteten. Blant disse metodene finner man envelope tracking, en metode hvor en dynamisk effekt- forsyning brukes til å redusere forsyningsspenning ved RF back-off.

Denne oppgaven presenterer konstruksjon og karakterisering av en klasse AB effektforsterker, for å undersøke ytelsen når den brukes i et envelope tracking oppsett. Konstruksjonen var basert rundt en 10 W Cree general purpose GaN HEMT og matchingen ble utført basert på impedans som ble funnet ved hjelp av load pull teknikk. I tillegg har et sett med ulike kriterier for Envelope Tracking blitt undersøkt med ulike resultater na ̊r det gjelder forbedring og krav.

Under fast 28 V-tilførsel fikk effektforsterkeren en maksimal utgangseffekt på 41,7 dBm ved 2,4 GHz, med et 1 dB kompresjonspunkt for 41,0 dBm utgangseffekt. Det ble målt en småsignalforsterkning på 14,1 dB og ved starten av kompresjon målte forsterkeren en effektforsterkning pa ̊ 12,2 dB. Ved maksimal utgangseffekt, var den målte PAE virkn- ingsgrad pa ̊ 68,2 %. Effektforsterkeren ga også et uønsket bånd med høy forsterkning fra 2,4 GHz og helt ned til 100 MHz.

For å estimere ytelsen for envelope tracking, ble effektforsterkeren målt med reduserte forsyningsspenninger, som ble analysert i Matlab. For back-off pa ̊ 5-6 dB, ble det oppna ̊dd forbedringer mellom 2 % og 17 % når det ble lagt til envelope tracking, men forsterknin- gen ble imidlertid redusert til så lite som under 8 dB. Den resulterende ytelsen ble også sammenlignet med tilfeller der en kvadratisk supply funksjon ble brukt, med en svak re- duksjon i effektivitet som resultat. Ved a ̊ redusere båndbreddekravet for den dynamiske tilførselen, kan dette imidlertid være et godt alternativ til konvensjonell envelope tracking med lineær tracker.