Mobilkommunikasjonssystemer med høy datahastighet trenger RF-effektforsterkere (PA) som tilbyr høye energieffektivitet, for å redusere nettverkets driftskostnader.

Dette er en utfordring, siden de komplekse moduleringssystemene som brukes i de nyeste cellestandardene har høye peak-to-average-power-forhold (PAR) som igjen krever høy gjennomsnittlig effektivitet fra senderens PA'er. Mange PA-arkitekturer har et "søt sted" der de opererer mest effektivt, og opererer med mye lavere effektivitet vekk fra det stedet. Å oppnå høy gjennomsnittlig effektivitet betyr derfor å bygge PA-arkitekturer som er effektive på tvers av et bredt spekter av driftsforhold.

Vi har sett noen lovende tilnærminger til å bygge slike PA, ved hjelp av GaN-transistorer i Doherty og utfasningsarkitekturer. Vi tror det er mulig å oppnå enda større effektivitet hvis måten der høyere harmoniske signalene blir satt opp, kan styres mer effektivt uten å øke PA-styrkenes størrelse eller kompleksitet.

Vår tilnærming bruker harmonisk tilpassede GaN transistorer og en quasi load-insensitive (QLI) arkitektur for å oppnå effektiviteten til en Class-E forsterker i en standard RF-pakke. Tilnærmingen gir høy effektivitet. Til tross for at Doherty og utfasende PA-arkitekturer modulerer sine laster.

Som en påminnelse viser Figur 1 en forenklet Doherty PA-arkitektur.

Figur 1: En forenklet Doherty PA-arkitektur

Figur 2 En forenklet utfasende PA-arkitektur

Bygge mer effektive PA ved hjelp av QLI teknikker
Vi bruker en finit-induktansimplementering av en Class-E forsterker for å oppnå høy effektivitet fra en enkel kretsstruktur. Mange driftsmoduser oppstår når forholdet mellom lastnettverkselementene og inngangsparametrene varierer som en funksjon av resonansfaktoren q = 1 / ω√LC, gjennom L og C, som vist i Figur 3.

Figur 3: Den kvasi belastningsfølsomme klasse E PA, med sin endelige DC-matningsinductor L og lowpass LC-delen (L1C1) og tilhørende bølgeformer

Ved q = 1.3 går PA inn i en klasse-E driftsmodus som gir best mulig effektivitet over et bredt spekter av belastningsresistanser - som kreves for systemer som bruker dynamisk belastningsmodulasjon.

I standard RF-pakker tillater bare størrelses- og kostnadsbegrensninger enkle matchende nettverkstopologier. En serie kondensator er spesielt vanskelig å implementere internt. Derfor avledet vi en funksjonelt identisk transformert lavpass LC-del (L1C1), som vist i den nederste halvdelen av figur 3.

Siden de høyere harmonikene er tilpasset inne i pakken, er et konvensjonelt fundamentalt lastdragingssystem godt nok til å oppnå optimal impedans for maksimal effektivitet, maksimal utgangseffekt og back-off (f.eks. 6dB). De målte dataene viser at maksimal utgangseffekt og effektivitet er justert på den virkelige aksen til forsterkerens Smith-diagram. Toppeffektiviteten opprettholdes mens utgangseffekten avtar for en økende reell del av lasten, noe som viser at den andre harmoniske impedansen som kreves for å oppnå maksimal effektivitet under belastningsmodulasjon, er upåvirket. Denne egenskapen er svært nyttig for å øke gjennomsnittlig effektivitet for Doherty og utfasende PA.

Bruke QLI teknikker til en klasse E Doherty PA design
Våre belastnings-målinger av effekten og effektiviteten til den pakkede enheten tyder på at den har en λ / 4 intern signalrotasjon. Denne interne rotasjonen kan tas i betraktning i utformingen av lastnettverket til Doherty PA, så det er ikke nødvendig å legge til kompensasjonslinjer på utgangen. Den grunnleggende lastimpedansen som kreves på pakkeledningene, er også høy nok til at Doherty-kombinatoren kan kobles direkte uten et ekstra matchende nettverk.

Det faktum at høyere harmonikk er avsluttet inne i pakken, betyr at lastnettverket for Doherty PA kan være enkelt, kompakt og at det ikke trenger høyere harmonisk samsvarende. Videre er hovedinnretningen forspent i klasse-AB-modus mens toppanordningen er forspent i klasse-C-modus for sine hvilende strømmer for å sikre konvensjonell Doherty-operasjon, slik at enheten ved å kjøre hardt vil gå inn i klasse E-operasjon.

Bruk av QLI teknikker til en dual-input, mixed-mode utgående PA design
Den blandede modus utfasingsdesign er vist i Figur 4 (b). Chireix kompensasjon er innlemmet i de to grenene ved å justere sin elektriske lengde med ± Δ, i stedet for å legge til en områdekrevende shunt-mottakelse. Verdien av Δ bestemmer den nødvendige utfasningskompensasjonsvinkelen.

For utfasing i blandemodus, brukes en kombinasjon av fase- og inngangsstyring for å oppnå maksimal avløps / PAE-effektivitet vs strømavspilling. Driftsprofilen for å oppnå best effektivitetsrespons lagres i et oppslagstabell. Dette betyr at utfasning PA kan unngå skarp effektivitet / økning av avrulling ved større utfasingsvinkler, og opprettholder dermed høy oppstartseffektivitet.

QLI PA arkitekturer i praksis
Vi testet disse to PA-arkitekturene ved hjelp av et to-inngangsmålingsoppsett som kunne feie både inngangsfase og amplitude av signalet. Apparatene ble ikke presset inn i høy komprimering for å unngå overoppheting ved bruk med kontinuerlige bølger. Dette betyr at toppstrømmen med modulerte signaler er minst 1dB høyere enn statisk målt utgangseffekt. En vektor-bryt generell minnet polynomial tilnærming ble brukt for linearisering. En optimalisert digital forvrengningsstrategi bør gi enda bedre linearisering.

konklusjonen

Dette arbeidet viser at det er mulig å bygge høyfrekvente, belastningsmodulasjonsbaserte PA ved å avslutte høyere harmonikk i RF-pakken. Denne tilnærmingen betyr også at kraftkombineringsnettene kan være enkle og kompakte.

Prev:Slår Broadcast Upgrades til en neste generell TV-fordel

Neste:Slik sender du din egen FM-radiostasjon med en Raspberry Pi

Legg igjen en beskjed

Meldingsliste

Kommentarer Loading ...