DESIGN OF A WIDEBAND DOHERTY POWER AMPLIFIER AT C BAND FOR 5G APPLICATIONS
5G UYGULAMALARI İÇİN C BANTTA GENİŞBANTLI DOHERTY GÜÇ YÜKSELTEÇ TASARIMI
- Tez No: 904322
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ENGİN AFACAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kablosuz iletişim ağları, radar, mobil iletişim, Wi-Fi ve SATCOM gibi çeşitli uygulamaları destekleyerek hem askeri hem de ticari sektörlerde hayati roller üstlenmektedir. Her uygulama, benzersiz gereksinimlerine göre özel çözümler gerektirmektedir. Mobil iletişim, 1970'lerde 1G'nin tanıtımıyla başlamış olup ardışık nesillerle radyo iletişim yeteneklerini önemli ölçüde geliştirmiştir. 2019'da küresel olarak 5G Yeni Radyo'nun yaygınlaşması, düşük gecikme süresi, geniş frekans bantları ve artan veri hızları sunarak kritik uygulamaların düşük gecikmeli tepkiler ve yüksek hızlı veri transferleri gerektiren özelliklerini mümkün kılmıştır. Hücresel verici ve alıcıların artan talepleri, teknolojide ilerlemeleri zorunlu kılmaktadır. Özellikle güç amplifikatörleri, antenlerden önceki son aşamada RF gücünü DC girişi kullanarak artırarak önemli miktarda DC güç tüketir ve etkili termal yönetim gerektirir. Teknolojideki ilerlemeler, verici sistemlerde daha karmaşık modülasyon tekniklerine yol açmıştır. Bu karmaşık modülasyonlar, yüksek PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) sinyalleri ile karakterizedir ve ortalama ve yüksek güç seviyelerinde etkili bir şekilde çalışabilen güç amplifikatörleri gerektirir. Doherty güç amplifikatörü yapısı, yüksek PAPR sinyalleriyle etkinliğiyle tanınan bir çözüm olarak ortaya çıkmıştır. Galyum Nitrit (GaN) transistörler, üstün termal iletkenlik, yüksek güç yoğunluğu ve geniş bant yetenekleri nedeniyle GaAs ve Si yarı iletkenlerine göre tercih edilmektedir. Bu avantajlardan yararlanılarak, GaN transistörler kullanılarak geniş bantlı yüksek güç ve yüksek verimli bir Doherty güç amplifikatörü geliştirilmiştir. Termal düşünceler, güç amplifikatörü verimliliğinin kritik önemini vurgular. Geleneksel güç amplifikatörleri, sınıflandırıldıkları bias noktalarına göre Class A, Class B, Class C ve Class AB gibi farklı sınıflara ayrılır. Bu sınıflar, verimlilik ve doğrusallık özellikleri açısından önemli farklılıklar gösterir. Class A amplifikatörler en yüksek doğrusallığı sağlamakla birlikte en az verimli iken, Class C amplifikatörler en yüksek verimliliği sunar ancak daha düşük doğrusallık sergiler. Telekomünikasyonda, karmaşık modülasyon şemalarının hüküm sürdüğü ortamlarda yüksek verimlilik ve yeterli doğrusallığın sağlanması esastır. Bu doğrultuda, verimlilik ve doğrusallık düşünceleri gözetilerek, ana transistör Class AB'de, yardımcı transistör ise Class C'de çalışacak şekilde ayarlanmıştır. Bu çalışma, geniş bantta yüksek verimli bir şekilde çalışacak şekilde optimize edilmiş bir Doherty Güç Amplifikatörü (DPA) tasarımına odaklanmaktadır. Amplifikatör, laminate PCB üzerinde mikroşerit hatları ve lumped komponentlerle entegre edilmiş iki adet GaN transistörü kullanarak eşleştirme ağları oluşturmaktadır. Transistörlerin büyük sinyal modeli kullanılarak yapılan simülasyonlar, 5.1-5.8 GHz frekans aralığında minimum 25W çıkış gücü elde edildiğini göstermektedir. DPA'nın stabilitesini sağlamak için, gate besleme hatlarına seri bir direnç entegre edilmiştir. Tasarlanan DPA, doygunlukta en az %51, 6 dB çıkış geri çekilme gücünde ise %35 verimlilik sağlamaktadır, bu da zorlu telekomünikasyon uygulamalarında güçlü performansını ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
A Wireless communication networks play vital roles in both military and commercial sectors, supporting diverse applications such as radar, mobile communications, Wi-Fi, and SATCOM, among others. Each application demands specific solutions tailored to its unique requirements. Mobile communications began with the introduction of 1G in the 1970s, followed by successive generations that have significantly advanced radio communications capabilities. The global rollout of 5G New Radio in 2019 represented a milestone, offering reduced latency, wider frequency bands, and increased data rates. These enhancements are poised to enable critical applications requiring low-latency responses and high-speed data transfers across various sectors. The increasing demands on cellular transmitters and receivers necessitate advancements in technology. Transmitters, particularly with power amplifiers, dissipate significant DC power and require effective thermal management as they are the final stage before antennas, boosting RF power using DC input. Advancements in technology have led to more intricate modulation techniques in transmitter systems. These complex modulations, characterized by high Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) signals, demand power amplifiers that can efficiently operate at both average and high-power levels. The Doherty power amplifier structure has emerged as a viable solution known for its efficiency with high PAPR signals. Gallium Nitride (GaN) transistors have gained preference over GaAs and Si semiconductors due to superior thermal conductivity, higher power density, and broader bandwidth capabilities. Leveraging these advantages, a broadband high-power, high-efficiency Doherty power amplifier has been developed using GaN transistors which are main and auxiliary transistor. Thermal considerations underscore the criticality of power amplifier efficiency. Traditional power amplifiers are classified based on their bias points into different classes: Class A, Class B, Class C, and Class AB. These classes vary significantly in terms of efficiency and linearity characteristics. Class A amplifiers are known for their maximum linearity but are the least efficient, while Class C amplifiers, conversely, offer the highest efficiency but exhibit lower linearity. In telecommunications, where complex modulation schemes prevail, achieving both high efficiency and adequate linearity is essential. Accordingly, based on considerations of efficiency and linearity, the primary transistor is biased to operate in Class AB, while the auxiliary transistor is biased in Class C. This study focuses on designing a Doherty Power Amplifier (DPA) optimized for high efficiency over a wide bandwidth. The amplifier utilizes two GaN transistors integrated with microstrip lines and lumped components for matching networks on a laminate PCB. A large signal model of the transistors is employed, and simulations are conducted with electromagnetic (EM) co-simulation techniques. Results indicate a minimum output power of 25W within the frequency range of 5.1-5.8 GHz. To ensure stability, a series resistor is incorporated into the gate supply lines of the DPA. The designed DPA achieves a drain efficiency of at least 51% at saturation and 35% at 6 dB output back-off power for C band.
Benzer Tezler
- LTE için geniş bantlı ve yüksek verimlilikli doherty güç yükselteç tasarımı
Başlık çevirisi yok
KAAN KOCA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDEF KENT PINAR
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN ŞERİF SAVCI
- WCDMA uygulamaları için yüksek doğrusallıklı güç kuvvetlendiricisi tasarımı
High linear power amplifier design for WCDMA applications
RAMAZAN ATA
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN PALAMUTÇUOĞULLARI
- CMOS transformer-based doherty power amplifiers
Başlık çevirisi yok
ERCAN KAYMAKSÜT
Doktora
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKatholıeke Unıversıteıt Leuven (catholıc Unıversıty Of Leuven)Prof. Dr. PATRICK REYNAERT
- 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
- Design of a wideband linear voltage variable attenuator using MMIC technology
MMIC teknolojisi kullanılarak yapılan geniş bantlı ve doğrusal gerilim değişimli bir zayıflatıcı tasarımı
MEHMET ALİ ÜNVER
Yüksek Lisans
İngilizce
1997
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN GÜNALP