Mobilkommunikationssystemer med høj datahastighed har brug for RF-effektforstærkere (PA'er), der tilbyder høj energieffektivitet, for at hjælpe med at reducere netværkets driftsomkostninger.

Dette er en udfordring, eftersom de komplekse modulationsskemaer, der anvendes i de seneste cellulære standarder, har høje peak-to-average-power ratio (PAR), som igen kræver høj gennemsnitlig effektivitet fra sendernes PA'er. Mange PA-arkitekturer har et 'sweet spot', hvor de fungerer mest effektivt, og opererer med meget lavere effektivitet væk fra det sted. At opnå høje gennemsnitlige effektiviteter betyder derfor at bygge PA-arkitekturer, der er effektive på tværs af en lang række driftsforhold.

Vi har set nogle lovende tilgange til at bygge sådanne PA'er ved at bruge GaN-transistorer i Doherty og udfase arkitekturer. Vi mener, det er muligt at opnå endnu større effektiviteter, hvis måden, hvorpå de højere harmoniske af det transmitterede signal afsluttes, kan styres mere effektivt uden at øge størrelsen eller kompleksiteten af PA-kortet.

Vores tilgang bruger harmonisk matchede GaN-transistorer og en kvasi-belastningsufølsom (QLI) arkitektur for at opnå effektiviteten af en klasse-E-forstærker i en standard RF-pakke. Fremgangsmåden tilbyder højeffektiv drift. På trods af den måde, hvorpå Doherty og udfasende PA-arkitekturer modulerer deres belastninger.

Som en påmindelse viser figur 1 en forenklet Doherty PA-arkitektur.

Figur 1: En forenklet Doherty PA-arkitektur

Figur 2 En forenklet udfasende PA-arkitektur

Opbygning af mere effektive PA'er ved hjælp af QLI-teknikker
Vi bruger en endelig induktansimplementering af en klasse-E forstærker for at opnå høj effektivitet fra en simpel kredsløbsstruktur. Adskillige driftstilstande opstår, da forholdet mellem belastningsnetværkselementerne og inputparametrene varierer som funktion af resonansfaktoren q = 1/ω√LC, gennem L og C, som vist i figur 3.

Figur 3: Den næsten belastningsufølsomme klasse E PA med dens endelige DC-tilførselsinduktor L og lavpas-LC-sektion (L1C1) og relaterede bølgeformer

Ved q = 1.3 går PA i en klasse-E-driftstilstand, der tilbyder den bedste effektivitet over en lang række belastningsmodstande - som krævet for systemer, der bruger dynamisk belastningsmodulation.

I standard RF-pakker tillader størrelses- og omkostningsbegrænsninger kun simple matchende netværkstopologier. En seriekondensator er særlig vanskelig at implementere internt. Derfor udledte vi en funktionelt identisk transformeret lavpas LC-sektion (L1C1), som vist i den nederste halvdel af figur 3.

Da de højere harmoniske matches inde i pakken, er et konventionelt fundamentalt load-pull-system godt nok til at opnå den optimale impedans for maksimal effektivitet, maksimal udgangseffekt og back-off (f.eks. 6dB). De målte data viser, at maksimal udgangseffekt og effektivitet er justeret på den reelle akse af forstærkerens Smith-diagram. Spidseffektiviteten bevares, mens udgangseffekten falder for en stigende reel del af belastningen, hvilket viser, at den anden harmoniske impedans, der kræves for at opnå spidseffektivitet under belastningsmodulation, er upåvirket. Denne egenskab er meget nyttig til at øge den gennemsnitlige effektivitet af Doherty og udfase PA'er.

Anvendelse af QLI-teknikker til et klasse E Doherty PA-design
Vores load-pull målinger af kraften og effektiviteten af den emballerede enhed tyder på, at den har en λ/4 intern signalrotation. Denne interne rotation kan tages i betragtning i designet af belastningsnetværket i Doherty PA, så det er ikke nødvendigt at tilføje kompensationslinjer ved udgangen. Den grundlæggende belastningsimpedans, der kræves ved pakkens ledninger, er også høj nok til, at Doherty-kombineren kan tilsluttes direkte uden et ekstra matchende netværk.

Det faktum, at højere harmoniske er afsluttet inde i pakken, betyder, at belastningsnetværket til Doherty PA kan være enkelt, kompakt, og at det ikke behøver højere harmonisk tilpasning. Ydermere er hovedenheden forspændt i klasse-AB-tilstand, mens spidsanordningen er forspændt i klasse-C-tilstand for deres hvilestrømme for at sikre konventionel Doherty-drift, så når den køres hårdt, vil enheden gå i klasse-E-lignende drift.

Anvendelse af QLI-teknikker til et dual-input, mixed-mode outphasing PA-design
Mixed-mode udfasedesignet er vist i figur 4 (b). Chireix-kompensation er blevet inkorporeret i de to grene ved at justere deres elektriske længde med ±Δ, i stedet for at tilføje en arealforbrugende shuntsusceptans. Værdien af Δ bestemmer den nødvendige udfase-kompensationsvinkel.

Til mixed-mode out-phasing-drift bruges en kombination af fase- og input-power-styring for at opnå den maksimale dræn-/PAE-effektivitet vs. powerback-off. Drevprofilen for at opnå den bedste effektivitetsrespons gemmes i en opslagstabel. Dette betyder, at den udfasende PA kan undgå en skarp effektivitet/gevinst-roll-off ved større udfaseringsvinkler og dermed bevare sin høje line-up effektivitet.

QLI PA arkitekturer i praksis
Vi testede disse to PA-arkitekturer ved hjælp af en dual-input måleopsætning, der kunne feje både indgangsfasen og amplituden af signalet. Enhederne blev ikke skubbet ind i høj kompression for at undgå, at de overophedede, når de arbejdede med kontinuerlige bølger. Det betyder, at spidseffekten med modulerede signaler er mindst 1dB højere end den statiske målte udgangseffekt. En vektor-switchet generel hukommelsespolynomisk tilgang blev brugt til linearisering. En optimeret digital præ-forvrængning strategi skulle give endnu bedre linearisering.

Konklusion

Dette arbejde viser, at det er muligt at bygge højeffektive, belastningsmodulationsbaserede PA'er ved at afslutte højere harmoniske inde i RF-pakken. Denne tilgang betyder også, at de strømkombinerende netværk kan være enkle og kompakte.

forrige:Drej Broadcast Upgrades til en Next-General TV Advantage

Næste:Sådan sender du din egen FM Radio Station med en Raspberry Pi

Læg en besked

Message List

Kommentarer Loading ...