Improving the efficiency of microwave power amplifiers without linearity degradation using load and bias tuning in a new configuration
Mikrodalga güç yükselteçler için yeni bir konfigürasyonda yük ve besleme ayarı ile doğrusallığı düşürmeden verimlilik artırılması
- Tez No: 338248
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞİMŞEK DEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 166
Özet
Kablosuz uygulamalarda kullanılan gelişmiş dijital modülasyon teknikleri, doğrusal yükseltme gerektiren, tepe gücü ortalama gücüne göre yüksek olan mödüle olmuş RF sinyallerine neden olur. Öte yandan, özellikle elle taşınır radyo ünitelerinde, daha hafif ve küçük piller ile daha uzun konuşma süresi talebi, güç yükselteç tasarımında daha verimli yöntemlerin kullanılmasını gerektirir. Ancak, yüksek doğrusallık ve yüksek verimlilik isterlerinin birbiri ile çelişmesi, yenilikçi güç yükselteç ve doğrusallaştırıcı tasarım tekniklerini gerektirmektedir.Sırası ile Dinamik Yük Modülasyonu (DYM) ve Dinamik Besleme Modülasyonu (DBM) olarak bilinen, transistörün yük empedansının veya bias noktasının gelen RF sinyalinin değişken zarfına göre değiştirilmesi, güç yükselteci tasarımında verimliliği artırmak amacı ile uygulanan iki ayrı yöntemdir.Bu tezde, paralel bağlanmış iki transistörden oluşan yükselteç yapısında, hem değişken bias (DBM) hem de ayarlanabilir yük (DYM) kavramları uygulanmıştır.Her bir transistörün yük ve bias noktalarının dikkatlice seçilmesi için yeni bir bilgisayar destekli tasarım yöntembilimi önerilmiştir. Load-pull analizine dayanmakta olan bu yöntem, IMD sweet spotlarının oluşumuna yol açan bias aralıklarını elde etmek amacıyla, aktif cihazların gate bias gerilimlerinin ve yükselteçin giriş gücünün üzerine tarama yapmaktadır. Ardından load line teorisini ve biasanahtarlamayı aynı anda kullanarak, yüksek sürüşlerde 1 dB çıkış bastırma noktasını yüksek seviyelere taşıyarak düşük sürüş seviyelerinde verimliliği artırmak amacı ile yükselteç tasarlanmıştır.Yükseltecin giriş ve çıkışına, konfigürasyonda olan varaktör kümeleri kullanılarak, ayarlanabilir empedans uyumlama ağları yerleştirilmiştir. Yükselteçte bulunan her iki transistör için mümkün olan en düşük bias seviyesi seçilerek ve güç eklenmiş verimlilik (PAE) uyumu sağlamak amacı ile çıkış empedans uyumlama ağında ayarlama yapılarak yükselteç birinci durumda çalışmaya başlatılır. Daha yüksek çıkış güçlere yaklaşıldıkça, yükselteç çıkış gücünün 1 dB aralıklar ile artmasına karşılık gelen ardışık çalışma durumları arasında geçiş yapar. Böylece yükselteç yapısından maximum çıkış P1dB elde edilir. Yükselteçin operasyonel durumları, PAE ve kazanç grafiklerinde belirtilen durumlar arasındaki geçişte küçük sıçramalar sağlayan load-pull analizinden elde edilmiş birçok olası durum arasından seçilmektedir.Önerilen tasarım yöntembilimini doğrulamak için 2.4 GHz'de çalışan orta-güç seviyeli bir yükselteç tasarlanıp, üretilmiş ve testleri yapılmıştır. Böylece güç yükselteç uygulamalarında önerilen yapının ve tasarım tekniğinin yapılabilirliği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Advanced digital modulation schemes used in the wireless applications, result in the modulated RFsignals with high peak to average power ratio which requires linear amplification. On the other hand,the demand for a longer talk time with less battery volume and weight, especially in hand-held radiounits, necessitate more power efficient methods to be utilized in power amplifier design. But improvedlinearity and efficiency have always been contradicting requirements demanding innovative poweramplifier and linearizer design techniques.Dynamically varying the load impedance and bias point of a transistor according to the varying envelopeof the incoming RF signal also known as Dynamic LoadModulation (DLM) and Dynamic SupplyModulation (DSM), respectively, are two separate methods for improving the efficiency in power amplifierdesign. In this dissertation, a combination of both variable gate bias and tunable load conceptsis applied in an amplifier structure consisting of two transistors in parallel.A novel computer aided design methodology is proposed for careful selection of the load and biasingpoints of the individual transistors. The method which is based on load-pull analysis performs sweepson the gate bias voltages of the active devices and input drive level of the amplifier in order to obtainranges of biases that result in the generation of IMD sweet spots. Following that, the amplifier isdesigned employing the load line theory and bias switching at the same time in order to enhance theefficiency in reduced drive levels while extending the output 1 dB compression point to higher valuesat higher drives.Tunable matching networks are implemented utilizing varactor stacks in a configuration at the input and output of the amplifier. The amplifier starts to operate in the first state where lowest possible biaslevels are chosen for both of the transistors and the output matching network is adjusted to providePAE matching. As approaching towards the higher output powers, the amplifier switches betweendifferent consecutive operational states per about 1 dB increment at output power. In this way, themaximum output P1dB can be attained from the amplifier. The operational states are selected amonga bunch of possible states obtained from the load-pull analysis, based on providing smaller leaps intransition between states in PAE and gain curves.In order to validate the proposed design methodology, a 2.4 GHz medium-power amplifier is designed,fabricated and tested which demonstrates the feasibility of the proposed structure and design techniquefor power amplifier applications.
Benzer Tezler
- Dağılmış parametreli kuvvetlendiricilerin kazanç-bant genişliği performansının iyileştirilmesi
Improving the gain-bandwidth performance of distributed amplifiers
METİN YAZGI
Doktora
Türkçe
2003
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ TOKER
- Design and development of X-band GaN-based low-noise amplifiers
X-bant GaN tabanlı düşük gürültülü yükselteç tasarımı ve geliştirilmesi
SALAHUDDIN ZAFAR
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- HEMTs yapılarının sonlu elemanlar yöntemi ile kanal modülasyonu açısından modellenmesi
Modeling of HEMTs structures with finite element method in terms of channel modulation
YASİN DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKastamonu ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN ÇİÇEK
- Farklı yöntemlerle baryum metaborat üretimi ve üretim sürecine etki eden faktörlerin incelenmesi
Production of barium metaborate by application of different methods and study of the factors influencing the production process
AHMET EYMEN AKŞENER
Doktora
Türkçe
2013
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SABRİYE PİŞKİN
- Effect of microwave pretreatment on fate of antimicrobials and conventional pollutants during anaerobic sludge digestion and biosolids quality for land application
Anaerobik çamur çürütme prosesinde uygulanan mikrodalga dezentegrasyon işleminin antimikrobiyallerin ve konvansiyonel kirleticilerin akıbetine ve arazi uygulaması için biyokatı kalitesine etkisi
GÖKÇE KOR BIÇAKCI
Doktora
İngilizce
2018
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE ÇOKGÖR