Power Envelope Tracking av en effektforsterker med og uten DPD

Abstract

Denne rapporten er en masteroppgave skrevet av Kaja Garbom Sørbotten, ved Norges teknisk-naturvitenskaplige universitet, ved Institutt for elekt- ronsike systemer. Den omhandler testing av effektiviseringsmetoden ”Power Envelope Tracking”, PET, på en klasse F effektforsterker, og sammenligner med ideell ”Envelope Tracking”, ET. Det samme tilfellet blir testet med og uten ”Digital Predistortion”, DPD.

Effektforsterkeren er et redesign fra tidligere arbeider, og har en senterfrekvens ved 3,46 GHz, en forsterkning, GT , på 15 dB , en utgangseffekt, Po, på 40,2 dBm, en effektivitet, PAEpeak, på 72,75 % og en småsignal forsterkning, S21, på 14,7 dB.

PET teknikken blir testet med et 4 MHz 16-QAM signal og med noen tracking-funksjoner, en 1. ordens PET med flat forsterkning ved 8.5 dB, en 1. og en 2. ordens PET med maksimal PAE. Disse blir sammenlignet med en ideell ET og en konstant spenningsforsyning, Vd, på 28 V.

DPDen som er brukt i oppgaven fungerer ikke optimalt med tracking, da trackingsignalet som blir sendt til trackeren også blir påvirket av DPDen, og en oppnår dermed ikke ønsket effekt. DPDen fungerer fint for konstant Vd, og er noe som bør ses på videre for PET metoden. Med og uten DPD så ser man de samme tendensene for tracking målingene, og alle målingene er utført med omlag samme utgangseffekt. En 1. ordens PET for flat forsterkning har bedre linearitet og lavere båndbredde, men noe lavere effektivitet enn en ideell ET. En 1. ordens PET for maksimal PAE oppnår omlag samme linearitet, noe bedre effektivitet og gir en vesentlig lavere og mer avgrenset båndbredde enn ideell ET. En 2. ordens PET for maksimal PAE gir omlag samme linaritet og effektivitet, og i tillegg krever den noe mindre båndbredde enn ideell ET. PET er en lovende effektiviseringmetode, som absolutt viser sine fordeler.

This report is a master’s thesis written by Kaja Garbom Sørbotten, at the Norwegian University of Science and Technology, at the Department of Electronic Systems. The report looks at testing the efficiency method ”Power Envelope Tracking ”, PET, on a Class F power amplifier, and compares with the ideal ”Envelope Tracking”, ET. The same case is tested with and without the ”Digital Predistortion”, DPD.

The power amplifier is a redesign from previous work and has a center frequency at 3.46 GHz, a gain, GT , of 15 dB, an output power, Po, of 40.2 dBm, an efficiency, PAEpeak, 72.75 % and a small signal gain, S21, of 14.7 dB.

The PET technique is tested with a 4 MHz 16-QAM signal and with some tracking functions, a 1st order PET with flat gain at 8.5 dB, a 1st and a 2nd order PET with maximum PAE. These are compared to an ideal ET and a constant voltage supply, Vd, of 28 V.

The DPD used in the report does not work optimally with tracking, since the tracking signal that is sent to the tracker is also affected by the DPD, and one does not achieve the desired effect. The DPD works fine for constant Vd, and it is something that should be considered further for the PET method. With and without DPD, one sees the same trends for the tracking measurements, and all measurements are made with approximately the same output power. A 1st order PET for flat gain has better linearity and lower bandwidth, but somewhat lower efficiency than an ideal ET. A 1st order PET for maximum PAE achieves approximately the same linearity, somewhat better efficiency, and provides a significantly lower and more limited bandwidth than ideal ET. A 2nd order PET for maximum PAE has about the same linearity and efficiency, and additionally requires somewhat less bandwidth than ideal ET. PET is a promising method of efficiency, which certainly shows its benefits.