Geniş dinamik alanda yüksek güç verimi sağlayan RF güç yükselteç tasarımı
RF power amplifier design providing high power efficiency in a wide dynamic range
- Tez No: 885332
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT ÜÇÜNCÜ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Başkent Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 70
Özet
Kablosuz iletişimdeki son gelişmeler veri hızlarını artırmayı desteklemiştir. Bu amaçla, yüksek tepe-ortalama güç oranlarına (PAR) sahip karmaşık modülasyon teknikleri kullanılmaya başlanmıştır. Diğer yandan haberleşme cihazlarında kullanılan RF güç yükselteçleri yüksek PAR nedeniyle güç tüketimine sebebiyet vermekte, bu da batarya ve termal problemlere neden olabilmektedir. Bu nedenle boyut ve pil açısından verimli bir cihaz tasarlamak için güç yükseltecinin verimliliğini artırmak önemlidir. Klasik RF güç yükselteçleri, yalnızca doymuş güç seviyelerinde yüksek verim sağlamaktadır. Geri güç seviyelerinde, verimlilik önemli ölçüde azalır. Yüksek PAR'a sahip modülasyon tekniklerinde, geri güç seviyelerinde verimliliğin artırılması gerekmektedir. Bu amaçla çeşitli teknikler geliştirilmiştir. Bu tekniklerden umut verici bir teknik olan Yük Modülasyonlu Dengeli Yükselteç (LMBA: Load modulated balanced amplifier) son yıllarda gündeme gelmeye başlamıştır. LMBA tekniğinde, dengeli yükselteç topolojisine uygun tasarlanmış güç yükseltece ek olarak, dengeli yükselteçlerin çıkış yüklerini modüle etmek için sisteme üçüncü bir yükselteç dâhil edilmektedir. Bu teknik kullanılarak tepe ve düşük güç (back off power) seviyelerinde yüksek verimlilik elde edilmesi hedeflenmektedir. Bu tez kapsamında LMBA tekniği kullanılarak 1.7 GHz – 1.9 GHz frekans aralığında 47 dBm (50 W) çıkış gücüne sahip, maksimum çıkış gücünde % 60.1 - % 63.3, 6 dB düşük çıkış gücünde % 40.5 - % 46.8 akaç verimliliğine sahip güç yükselteç tasarımı yapılmış ve üretilmiştir. Tasarımı nihai hale getirilen yük modülasyonlu dengeli güç yükselteci ve bu güç yükseltecinin alt sistemleri üretilmiştir. Üretilen LMBA sistemi RFTR Elektronik A.Ş. tesislerinde kalibre edilmiş RF ölçüm cihazları ile test edilmiş ve çeşitli ölçümler yapılmıştır. Yapılan ölçümler neticesinde üretim sonuçları ile benzetim sonuçlarının birbirine çok yakın olduğu gözlenmiştir. Ayrıca, LMBA tekniği kullanıldığında hem maksimum çıkış gücünde hem de 6 dB düşük çıkış gücünde sistemin verimliliğinin arttığı gösterilmiştir. Ayrıca, LMBA tekniğiyle tasarlanan güç yükselteçlerinde minimum 50 W çıkış gücüne sahip, tüm çalışma bandı boyunca maksimum çıkış gücünde % 60 ve üzeri akaç verimliliği, 6 dB düşük çıkış gücünde ise % 40 ve üzeri akaç verimliliği sağlaması açısından literatürde yapılan benzer çalışmalara kıyasla daha iyi sonuçlar alındığı görülmektedir.
Özet (Çeviri)
Recent advancements in wireless communication have aimed to increase data rates. To achieve this goal, complex modulation techniques with high peak-to-average power ratios (PAR) have been introduced. However, RF power amplifiers used in communication devices consume high power due to high PAR, leading to battery and thermal issues. Therefore, improving the efficiency of power amplifiers is crucial to design devices that are efficient in terms of size and battery usage. Traditional RF power amplifiers provide high efficiency only at saturated power levels. Efficiency significantly decreases at back-off power levels. In modulation techniques with high PAR, it is necessary to increase efficiency at back-off power levels. Various techniques have been developed for this purpose. Load Modulated Balanced Amplifier (LMBA), which is one of these techniques, has gained attention in recent years. In the LMBA technique, in addition to the power amplifier designed according to the balanced amplifier topology, a third amplifier is included in the system to modulate the output loads of the balanced amplifiers. The aim is to achieve high efficiency at both peak and back-off power levels. In the scope of this thesis, a power amplifier design has been developed and manufactured using the Load Modulated Balanced Amplifier (LMBA) technique, operating in the frequency range of 1.7 GHz to 1.9 GHz with an output power of 47 dBm (50 W). The power amplifier design achieved a drain efficiency of 60.1 % - 63.3 % at maximum output power, and 40.5 % - 46.8 % drain efficiency at 6 dB output back-off power. The load modulated balanced amplifier, along with its subsystems, has been manufactured after finalizing the design. The produced LMBA system has been tested by using calibrated RF measurement instruments at RFTR Electronics Inc. facilities, where various measurements were conducted. As a result of these measurements, it was observed that the production results closely matched the simulation results. Furthermore, it was demonstrated that the efficiency of the system increased both at maximum output power and at 6 dB output back-off power when using the LMBA technique. Additionally, it is observed that power amplifiers designed by using the LMBA technique achieve better results compared to similar studies in the literature in terms of providing over 60 % drain efficiency at maximum output power throughout the entire operating band for power levels of at least 50 W, and over 40 % drain efficiency at 6 dB back-off power level.
Benzer Tezler
- Stability analysis of adaptively biased low dropout regulators
Adaptif kutuplamalı alçak gerilim düşümlü regülatörlerin kararlılık analizi
TÜRKER UNUTMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. METİN YAZGI
- Linearity and efficiency improvement on RF power amplifiers
RF kuvvetlendiricilerde doğrusallık ve verimin iyileştirilmesi
ÖMER AYDIN
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
PROF. OSMAN PALAMUTÇUOĞULLARI
- Digital Background Calibration for Capacitor Mismatch and Gain Errors in Pipeline ADCs
Kapasitör Uyumsuzluğu ve Kazanç Hataları İçin Arka Plan Sayısal Kalibrasyonu
ENVER DERUN KARABEYOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik-Haberleşme Eğitimi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TUFAN COŞKUN KARALAR
- Design and implementation of peak current controlled active clamp forward converter for railway applications
Raylı ulaşım uygulamaları için tepe akım kontrollü aktif-kıskaçileri dönüştürücü devresi tasarımı ve uygulanması
ÖNDER ERCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT YILMAZ
