Outphasing class-E power amplifier for 5G applications at sub 6 GHz
6 GHz altı 5G uygulamaları için outphasing E sınıfı kuvvetlendiricisi
- Tez No: 908294
- Danışmanlar: PROF. DR. SERKAN TOPALOĞLU, DR. OSMAN CEYLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yeditepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 71
Özet
Kablosuz haberleşme sistemleri, yarı iletken teknolojilerinin ve sinyal işleme yöntemleriyle birlikte gelişerek günlük ve iş hayatlarımızda daha da önemli hale geldi. Özellikle 5G uygulamaları bu konuda öncü olup, düşük gecikme süresi, yüksek kapasite ve artırılmış veri hızı sağlaması nedeniyle 5G standartları yakın zamanda dünya çapında kabul edilmek üzeredir. 5G ile birlikte, daha hızlı ve daha fazla miktarda veri iletimi hedeflenmektedir. Bu hedeflere ulaşmak için bazı gereksinimler ortaya çıkmıştır. Bu ihtiyaçlardan biri kablosuz haberleşme sistemlerinin alt bloklarından güç yükselteçlerinin performansı hakkındadır. Güç yükselteçleri, baz istasyonu gibi sistemlerde bulunan ve sistemlerde en fazla akım tüketen birimlerinden biridir. 5G ile baz istasyonlarının sayısının artmasının hedeflenmesi güç yükselteçlerinin önemini arttırmaktadır. 5G gibi bant genişliğinin daha yüksek olduğu haberleşme sistemlerinde, tek aşamalı transistor yapısına sahip güç yükselteçleri pek başarılı bir performans sergileyememektedir. Bu durumun sebebi, tek aşamalı transistor yapısına sahip kuvvetlendiriciler geri çekilme güç seviyelerinde düşük verimliliğe sahiptir. Yük modülasyonuna uygun olan karmaşık yapılara sahip kuvvetlendiriciler bu sorunla baş edebilmektedir. Outphasing yapısı kolay uygulanabilirliği ile bu soruna iyi bir çözüm sunmaktadır. Outphasing güç yükselteçleri, giriş sinyallerini birden fazla faza ayırarak ve ayrı ayrı işleyerek yüksek verimlilik elde etmek amacıyla tasarlanmıştır. Hızlı anahtarlama elemanları kullanarak, bu amplifikatörler enerji kayıplarını önemli ölçüde azaltır ve minimum distorsiyon ile yüksek kaliteli sinyaller sunar. Modern iletişim ve ses sistemlerinde yaygın olarak kullanılan outphasing teknolojisi, performansı optimize etmeye ve enerji verimliliğini artırmaya odaklanır. Bu tezde öncelikle yük modülasyonlarına uygun olacak yükten neredeyse bağımsız Sınıf-E tipi kuvvetlendirici analiz edilecek ve tasarlanır. Bu analizlerde QLI Sınıf E topolojisi kullanılır. Daha sonra 3,5 GHz için outphasing analizleri yapılır. Bu analizler sonucunda kuvvetlendiciler tarafından görülen empedans değeri reel eksene hizalanacak şekilde hesaplanır. Hesaplanan bu empedans değerine göre birleştirici devresi tasarlanır ve birleştirici devresinin performansı optimize etmek için uyumlama devresi tasarlanır. Tasarlanan devre uygulandıktan sonra, ölçüm için hazırlanır ve daha önce yapılan simülasyonlara benzer şekilde test edilir. Bu, performansın beklenen sonuçlarla uyumlu olmasını sağlayarak tasarımın pratik uygulamalardaki etkinliğini doğrular. Simülasyon sonuçları, tasarlanan devrenin %50 verimlilikle 43 dBm'yi aşan bir çıkış gücüne ulaştığını göstermektedir. Ayrıca, simülasyon devrenin 6 dB geri çekilmede %40 verimlilik sağladığını ortaya koymaktadır. Bu verimlilik ve çıkış gücü değerleri, uygulanan devre ile de doğrulanmakta olup, simülasyon sonuçları ile gerçek performans arasında güçlü bir korelasyon olduğunu göstermektedir. Böylece QLI Sınıf E yapısı ve analizleri kullanılarak ayrık bir transistor ile 3.5 GHz için outphasing kuvvetlendiricisi tasarlanmış ve gerçeklinmiş olur.
Özet (Çeviri)
Wireless communication systems, along with semiconductor technologies and signal processing methods, have become increasingly important in our daily and work lives. Especially, 5G applications are leading in this area, as they are on the verge of being globally accepted for their low latency, high capacity, and enhanced data speed. With 5G, faster and larger data transmission is targeted. To achieve these goals, some requirements have emerged. One of these needs is regarding the performance of power amplifiers, which are one of the units that consume the most current in systems like base stations. The increasing number of base stations targeted with 5G increases the importance of power amplifiers. In communication systems like 5G, where the bandwidth is higher, power amplifiers with single-stage transistor structures do not perform very well. This is because power amplifiers with single-stage transistor structures have low efficiency when its input power level is decreasing. Amplifiers with complex structures suitable for load modulation can cope with this issue. The outphasing structure provides a good solution to this problem with its ease of implementation. Outphasing power amplifiers are engineered to achieve high efficiency by dividing input signals into multiple phases and processing them separately. By utilizing fastswitching elements, these amplifiers significantly reduce energy losses and deliver high-quality signals with minimal distortion. Commonly employed in contemporary communication and audio systems, outphasing technology focuses on optimizing performance while improving energy efficiency. In this thesis, firstly, a Class-E type power amplifier that is suitable for load modulations is analyzed and designed. QLI Class-E topology is used for these analyses. Then, outphasing analyses are conducted for 3.5 GHz. As a result of these analyses, the impedance value seen by the amplifiers is calculated to align with the real axis. Based on this calculated impedance, a combiner circuit is designed, along with a matching circuit to optimize the performance of the combiner. Following this design, an appropriate phase difference point is determined for the output power and efficiency. Once the designed circuit is implemented, it is prepared for measurement and tested in a manner similar to the simulations conducted earlier. This ensures that the performance aligns with the expected results, validating the design's effectiveness in practical applications. The simulation results indicate that the designed circuit achieves an output power exceeding 43 dBm with 50% efficiency. Furthermore, the simulation reveals that the circuit maintains a 40% efficiency at a 6 dB back-off. These efficiency and output power values are also confirmed with the implemented circuit, demonstrating a strong correlation between the simulation results and the actual performance. Thus, an outphasing amplifier for 3.5 GHz with a discrete transistor is designed and implemented using the QLI Class E structure and analysis.
Benzer Tezler
- A doherty power amplifier for 5G applications
5G uygulamaları için bir doherty güç yükselteci
HASAN KONANÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET NURİ AKINCI
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN ŞERİF SAVCI
- Sürdürülebilirlik kapsamında yavaş moda ve tüketicilerin davranış eğilimleri
Slow fashion and consumers' behavioral tendencies in the scope of sustainability
FAZMİYE KAPSIZ
- İslâm'ın bilimsel ilerleme ile ilişkisi üzerine tartışmalar
Discussions on the relationship of Islam with scientific progress
BÜŞRA İPEK TEPEBAŞI
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
FelsefeÇankırı Karatekin ÜniversitesiFelsefe Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE KÖKCÜ
- Machine learning based evaluation of scientific retractions
Bilimsel çalışmalardaki geri çekilmelerin makine öğrenimi tabanlı değerlendirilmesi
EHTISHAM KIYANI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBEYKOZ ÜNİVERSİTESİBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
ASST. ASSOC. DR. ÖZLEM FEYZA ERKAN
- Kırşehir bölgesi nefelinli siyenitlerinden seramik sektörüne uygun hammadde üretimi
The production of appropriate raw materials for ceramic sector from Kirsehir region nepheline syenite
EMRAH DURGUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Maden Mühendisliği ve MadencilikÇanakkale Onsekiz Mart ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÇINAR