Os sistemas de comunicación móbil de alta velocidade necesitan amplificadores de potencia de RF (PA) que ofrecen elevadas eficiencias enerxéticas, para axudar a reducir os custos operativos das redes.

Este é un reto, xa que os esquemas complexos de modulación empregados nos últimos estándares celulares teñen altos índices de potencia máxima (PAR) que á súa vez esixen altas eficiencias promedio das APs dos transmisores. Moitas arquitecturas de PA teñen un "lugar doce" no que operan de forma máis eficiente e operan con eficiencias moito máis baixas lonxe dese lugar. Lograr unha elevada eficiencia media significa, polo tanto, construír arquitecturas PA que sexan eficientes nunha ampla gama de condicións de funcionamento.

Vimos algúns enfoques prometedores para a construción destas APs, usando transistores de GaN en Doherty e arquitecturas fóra de fase. Pensamos que é posible conseguir eficiencias aínda maiores se a forma en que se terminan os harmônicos máis altos do sinal transmitido pode controlarse de forma máis efectiva sen aumentar o tamaño ou a complexidade do taboleiro PA.

O noso enfoque usa transistores GaN armoniosamente compatibles e unha arquitectura Qas (QLI) case insuficiente para acadar a eficiencia dun amplificador Class-E nun paquete RF estándar. O enfoque ofrece unha operación de alta eficiencia. A pesar do xeito en que Doherty e as arquitecturas PA desfasadas modulan as súas cargas.

Como recordatorio, a Figura 1 mostra unha arquitectura simplificada de Doherty PA.

Figura 1: Unha arquitectura simplificada de Doherty PA

Imaxe 2 Unha arquitectura simplificada de AP de outpase

Construíndo APs máis eficientes usando técnicas QLI
Usamos unha implementación de inductancia finita dun amplificador Class-E para lograr unha alta eficiencia a partir dunha estrutura de circuíto simple. Existen numerosos modos de operación a medida que a relación entre os elementos da rede de carga e os parámetros de entrada varía en función do factor de resonancia q = 1 / ω√LC, a través de L e C, como se mostra na Figura 3.

Imaxe 3: A Clase E PA cuaserá sen carga, coa súa porción de inducción L de CC inductora finita e sección LC de paso baixa (L1C1) e formas de onda relacionadas

En q = 1.3, o PA entra nun modo operativo Class-E que ofrece a mellor eficiencia a través dunha ampla gama de resistencias de carga, tal e como se require para os sistemas que usan a modulación de carga dinámica.

Nos paquetes de RF estándar, o tamaño e as restricións de custo só permiten topoloxías simples de rede coincidentes. Un condensador de serie é particularmente difícil de implementar internamente. Polo tanto, derivamos unha sección transformada LC de baixo paso (L1C1), como se mostra na metade inferior da Figura 3.

Dado que os harmônicos máis altos están emparejados dentro do paquete, un sistema convencional de carga e tirar básico é o suficientemente bo para alcanzar a impedancia óptima para a máxima eficiencia, potencia máxima de saída e retroceso (por exemplo, 6dB). Os datos medidos amosan que a potencia máxima de saída e a eficiencia están aliñadas no eixe real da gráfica Smith do amplificador. A eficiencia máxima mantense mentres a potencia de saída diminúe para unha parte real crecente da carga, o cal mostra que a segunda impedancia harmónica necesaria para alcanzar a máxima eficiencia durante a modulación de carga non se ve afectado. Esta propiedade é moi útil para aumentar a eficiencia media das PAs de Doherty e de phasing out.

Aplicando técnicas QLI a un deseño de PA Class E Doherty
As nosas medidas de carga e tirar da potencia e eficiencia do dispositivo empaquetado suxiren que ten unha rotación de sinal interna λ / 4. Esta rotación interna pódese ter en conta no deseño da rede de carga do PA de Doherty, polo que non é necesario engadir liñas de compensación á saída. A impedancia de carga fundamental necesaria nos cables do paquete tamén é o suficientemente alta como para permitir que o combinador Doherty se conecte directamente sen unha rede de correspondencia extra.

O feito de que os harmônicos máis altos sexan rescindidos dentro do paquete significa que a rede de carga para o PA de Doherty pode ser sinxela, compacta e que non precisa unha combinación máis harmónica. Ademais, o dispositivo principal está sesgada no modo Class-AB mentres o dispositivo pico está sesgado no modo Class-C polas súas correntes quiescentes para garantir a operación convencional de Doherty, de xeito que cando se manexa forte, o dispositivo ingresará a operación Clase E.

Aplicación de técnicas de QLI a un deseño de PA dual-input de modo mixto
O deseño de phasing out do modo mixto móstrase na Figura 4 (b). A compensación de Chireix foi incorporada nas dúas ramas axustando a súa lonxitude eléctrica por ± Δ, en lugar de engadir un susceptante de derivación de área. O valor de Δ determina o ángulo de compensación excesivo requirido.

Para a operación de desbloqueo en modo mixto, utilízase unha combinación de control de fase e de potencia de entrada para alcanzar a eficiencia máxima de drenaxe / PAE fronte ao retroceso de potencia. O perfil de accionamento para lograr a mellor resposta de eficiencia almacénase nunha táboa de busca. Isto significa que o PA de saída progresiva pode evitar unha acelerada eficiencia / ganancia de desvantaxe en ángulos máis longos e desfasados e así manter a súa alta eficiencia.

Arquitecturas QLI PA na práctica
Probamos estas dúas arquitecturas PA usando unha configuración de medición de entrada dual que podería arrastrar tanto a fase de entrada como a amplitude do sinal. Os dispositivos non se empuxaron a unha compresión elevada, para evitar que se sobreescalfen ao operar con ondas continuas. Isto significa que a potencia máxima con sinais modulados é polo menos 1dB superior á potencia de saída medida estática. Usouse un enfoque polinomial de memoria xeral conmutado polo vector para a linealización. Unha estratexia de pre-distorsión dixital optimizada debería ofrecer unha mellor linealización.

Conclusión

Este traballo mostra que é posible construír PAs de alta eficiencia e baseadas na modulación de carga ao finalizar armónicos máis altos dentro do paquete RF. Esta aproximación tamén significa que as redes de combinación de potencia poden ser simples e compactas.

prev:Transformando actualizacións de difusión nunha vantaxe televisiva seguinte

seguinte:Como transmitir a súa propia estación de radio FM cunha frambuesa Pi

Deixar unha mensaxe

Lista de mensaxes

Comentarios Loading ...