Les systèmes de communication mobiles à débit de données élevé ont besoin d'amplificateurs de puissance RF offrant une efficacité énergétique élevée afin de réduire les coûts d'exploitation des réseaux.

C'est un défi, car les schémas de modulation complexes utilisés dans les dernières normes cellulaires ont des rapports de puissance crête / moyenne (PAR) élevés qui, à leur tour, exigent des rendements moyens élevés des PA des émetteurs. De nombreuses architectures d’AP ont un «bon compromis» dans lequel elles fonctionnent le plus efficacement et avec des rendements beaucoup plus faibles loin de cet endroit. Pour atteindre des rendements moyens élevés, il est donc nécessaire de mettre en place des architectures de sonorisation efficaces dans une large gamme de conditions de fonctionnement.

Nous avons vu des approches prometteuses pour la construction de tels PA, utilisant des transistors GaN dans Doherty et des architectures déphasées. Nous pensons qu'il est possible d'obtenir des rendements encore plus élevés si la manière dont les harmoniques les plus hautes du signal transmis sont terminées peut être contrôlée plus efficacement sans augmenter la taille ou la complexité de la carte PA.

Notre approche utilise des transistors GaN harmoniquement appariés et une architecture quasi-insensible à la charge (QLI) pour atteindre l'efficacité d'un amplificateur de classe E dans un boîtier RF standard. L'approche offre un fonctionnement à haute efficacité. Malgré la manière dont les architectures d’Autorité de PA Doherty et en phase progressive modulent leurs charges.

Pour rappel, la figure 1 montre une architecture simplifiée de Doherty PA.

Figure 1: Une architecture simplifiée de Doherty PA

Figure 2 Une architecture PA simplifiée et déphasée

Construire des PA plus efficaces en utilisant les techniques QLI
Nous utilisons une implémentation à inductance finie d'un amplificateur de classe E pour obtenir un rendement élevé à partir d'une structure de circuit simple. De nombreux modes de fonctionnement apparaissent lorsque la relation entre les éléments du réseau de charge et les paramètres d'entrée varie en fonction du facteur de résonance q = 1 / ω√LC, à travers L et C, comme illustré à la figure 3.

Figure 3: Le PA de classe E quasi insensible à la charge, avec son inductance d'alimentation en courant continu finie L et sa section LC passe-bas (L1C1), ainsi que ses formes d'onde correspondantes

En q = 1.3, le PA passe dans un mode de fonctionnement de classe E offrant le meilleur rendement sur une large plage de résistances de charge, comme l'exigent les systèmes utilisant la modulation de charge dynamique.

Dans les packages RF standard, les contraintes de taille et de coût ne permettent que des topologies de réseau de correspondance simples. Un condensateur en série est particulièrement difficile à mettre en œuvre en interne. Par conséquent, nous avons dérivé une section LC passe-bas transformée et fonctionnellement identique (L1C1), comme indiqué dans la moitié inférieure de la figure 3.

Etant donné que les harmoniques les plus élevées sont harmonisées à l’intérieur du boîtier, un système de charge-chargement fondamental conventionnel est suffisant pour obtenir l’impédance optimale pour une efficacité maximale, une puissance de sortie maximale et une réduction (par exemple, 6dB). Les données mesurées montrent que la puissance et l'efficacité de sortie maximales sont alignées sur l'axe réel du diagramme de Smith de l'amplificateur. L'efficacité de pointe est préservée tandis que la puissance de sortie diminue pour une partie réelle croissante de la charge, ce qui montre que l'impédance du second harmonique nécessaire pour atteindre l'efficacité de pointe lors de la modulation de charge n'est pas affectée. Cette propriété est très utile pour améliorer l'efficacité moyenne des AP Doherty et en phase.

Application de techniques QLI à une conception Doherty PA de classe E
Nos mesures en traction de la puissance et de l'efficacité de l'appareil intégré suggèrent qu'il a une rotation du signal interne λ / 4. Cette rotation interne peut être prise en compte dans la conception du réseau de charge du Doherty PA. Il n'est donc pas nécessaire d'ajouter des lignes de compensation à la sortie. L'impédance de charge fondamentale requise au niveau des conducteurs de boîtier est également suffisamment élevée pour permettre au combineur Doherty d'être connecté directement sans réseau de correspondance supplémentaire.

Le fait que des harmoniques plus élevées soient terminées à l'intérieur du package signifie que le réseau de charge du Doherty PA peut être simple, compact et qu'il ne nécessite pas de correspondance des harmoniques plus élevées. De plus, le dispositif principal est polarisé en mode Classe-AB alors que le dispositif de crête est polarisé en mode Classe-C pour leurs courants de repos afin d'assurer le fonctionnement Doherty conventionnel, de sorte que, lorsqu'il est entraîné fort, le dispositif passe en mode Class-E.

Application des techniques QLI à une conception de sonorisation à phase progressive à double entrée et mode mixte
La conception de déphasage en mode mixte est illustrée à la figure 4 (b). La compensation Chireix a été incorporée dans les deux branches en ajustant leur longueur électrique de ± Δ, au lieu d’ajouter une susceptance de shunt consommant de la surface. La valeur de Δ détermine l'angle de compensation de déphasage requis.

Pour un fonctionnement hors phase en mode mixte, une combinaison de contrôle de phase et de puissance d'entrée est utilisée pour atteindre l'efficacité de drain / PAE maximale par rapport à la réduction de puissance. Le profil de lecteur permettant d'obtenir la meilleure réponse d'efficacité est stocké dans une table de recherche. Cela signifie que l'AP en déphasage peut éviter une perte d'efficacité / gain nette à des angles de déphasage plus grands, et ainsi maintenir son efficacité de line-up élevée.

Les architectures QLI PA en pratique
Nous avons testé ces deux architectures PA en utilisant une configuration de mesure à double entrée pouvant balayer à la fois la phase d'entrée et l'amplitude du signal. Les dispositifs n’ont pas été soumis à une compression élevée afin d’éviter une surchauffe lorsqu’ils fonctionnent avec des ondes continues. Cela signifie que la puissance de crête avec les signaux modulés est au moins 1dB supérieure à la puissance de sortie mesurée statique. Une approche polynomiale de la mémoire générale à commutation vectorielle a été utilisée pour la linéarisation. Une stratégie de pré-distorsion numérique optimisée devrait permettre une linéarisation encore meilleure.

Conclusion

Ce travail montre qu’il est possible de construire des PA à haute efficacité, basés sur la modulation de charge, en supprimant les harmoniques les plus élevées à l’intérieur du paquet RF. Cette approche signifie également que les réseaux à combinaison de puissance peuvent être simples et compacts.

Précédent:Transformer les mises à niveau de diffusion en un avantage télévisuel général

Next:Comment diffuser votre propre station de radio FM avec un Raspberry Pi

Laisser un message

Liste des messages

Commentaires Chargement ...

Produits Catégorie

Produits Mots

Sites Fmuser

Comment construire des amplificateurs de puissance RF plus efficaces en supprimant les harmoniques dans le package

Laisser un message

Liste des messages