L'actualité PCB - Conception d'amplificateurs de puissance à large bande avec mode continu de classe F à résistance étendue

Cet article décrit une méthode d'augmentation de la bande passante d'un amplificateur de puissance (PA) conçu sous la forme d'un SCFM (Continuous Class F mode Serial) à impédance résistive. En introduisant une charge de troisième harmonique dans l'impédance résistive SCFM PA, le chevauchement entre l'impédance fondamentale et l'impédance harmonique est résolu et la bande passante est améliorée. Avec cette approche, les auteurs ont conçu un amplificateur de puissance à haut rendement fonctionnant à des fréquences de 0,5 à 2,3 GHz. Les résultats expérimentaux ont montré que cet amplificateur de puissance avait une puissance de sortie de 10 W et un rendement de drain de 0,5 à 2,3 GHz pouvant atteindre 59 à 79%.

Avec le développement rapide des technologies de communication sans fil, la prochaine génération de systèmes sans fil nécessite une bande passante plus large pour atteindre des taux de transmission de données plus élevés. Le Pa, en tant que dispositif de transmission essentiel, nécessite une plus grande efficacité sur une bande passante plus large et est capable de répondre à diverses normes.

Au cours des dernières années, de nombreuses études ont exploré des moyens d'améliorer la bande passante et l'efficacité du PA. En 2009, S.C. cripps1 a proposé le mode continu PA, qui résout les limites de bande passante du mode commuté pa classique en introduisant de manière appropriée les deuxième et troisième harmoniques de classe réactif. Par la suite, les pa de type B / j continu, de type F continu et de type anti - F ont été proposés successivement de 2 à 6. En théorie, la bande passante maximale des modes continus B / J, continus F et inverses f pa est limitée à une octave en raison de l'impédance harmonique des bords du diagramme circulaire de Smith. Cette limitation sévère de la charge harmonique rend donc difficile pour pa d'atteindre des performances Multi - octaves. En 2013, lu et chen7 ont proposé une méthode de série en mode continu résistif - réactif qui introduit une impédance harmonique de résistance similaire dans le mode continu pour atténuer les contraintes sévères 8 - 9 sur la charge harmonique. Avec cette approche, la bande passante peut dépasser une octave en introduisant des résistances, et la charge de second harmonique a également un espace plus large pour l'impédance fondamentale, ce qui améliore encore la bande passante de la large bande pa. Li et al. 9 ont proposé une série d'impédances résistives en mode continu inverse PA, révélant Une approche similaire pour la conception de la large bande pa.

Cet article utilise une formule mathématique étendue pour l'analyse SCFM résistive - Impédance. L'introduction de l'impédance de troisième harmonique élargit encore l'espace de conception et offre une plus grande liberté dans la conception d'un PA efficace et multiplex.

Impédance résistive étendue SCFM l'impédance résistive conventionnelle SCFM présente une forme d'onde sinusoïdale redressée en demi - onde dans le plan du générateur de courant intrinsèque du dispositif, c'est - à - dire de la forme ids (?) suivante:

La forme d'onde de tension VDS (ω) n'est plus strictement limitée à une onde carrée, mais comprend un ensemble de variables dépendant des paramètres ω et ω: en multipliant la forme d'onde de courant de l'impédance résistive SCFM par le paramètre (1 + ω), on introduit la troisième impédance harmonique de la résistance Tout en laissant la forme d'onde de tension inchangée. Les nouvelles ondes de courant permettent ainsi d'obtenir des solutions d'impédance alternatives avec des impédances résistives de second et troisième harmoniques. En divisant la tension par le courant, on peut calculer l'impédance de charge à chaque harmonique. Ici, Zn est désignée comme la nième impédance harmonique. Les valeurs de z1, Z2 et Z3 dépendent si les conditions 0â ± 1 et - 8 / 3˲0 sont réalisables. La figure 1 montre la variation de l'impédance fondamentale et harmonique par rapport aux îles et îlots. La région de la deuxième harmonique se déplace vers la région fondamentale lorsque Isla ± et isla² changent, et la région de la troisième harmonique tend vers la région fondamentale lorsque isla² diminue. Cette fonctionnalité nous permet de résoudre le chevauchement entre l'impédance fondamentale et l'impédance harmonique dans une conception Multi - octave. L'efficacité du drain est fonction des îlots et des îlots. La variation de l'efficacité de drainage et de la puissance de sortie par rapport à l'île et à l'îlot est illustrée à la figure 2. Les variations d'Isla ± et d'isla² doivent être limitées à la surface utile, de sorte qu'une efficacité de drain acceptable peut être atteinte même si la puissance de sortie diminue légèrement. Dans la conception de cet article, des plages conditionnelles de 0 ± 0,4 et - 0,4 ± 0,4 ont été choisies pour atteindre une efficacité de drain supérieure à 65%. Simulation et mesure pour vérifier l'efficacité de cette méthode, les auteurs ont conçu des PA SCFM impédants avec des fréquences de fonctionnement de 0,5 à 2,3 GHz à l'aide de transistors Gan cgh40010f de wolfspeed. Il fonctionne à 28V et 68ma polarisation statique de drain. Le support matriciel est Rogers. 4350b (îlot = 3,66), épaisseur 30mil, épaisseur de la couche métallique 35 îlots.

Grâce à un processus itératif de haute fréquence à basse fréquence, il est possible de réaliser une simulation de traction de charge harmonique qui permet d'obtenir une impédance de charge optimale. Dans laquelle l'impédance obtenue à haute fréquence est utilisée pour mettre fin aux harmoniques basse fréquence. Répétez ce processus jusqu'à ce que vous obteniez une impédance de charge optimale. Le réseau d'adaptation de sortie est conçu avec la technologie de calcul direct en fréquence réelle 10. La figure 3 montre un réseau d'adaptation de sortie large bande de cette conception. Étant donné que l'impédance harmonique d'entrée a très peu d'influence sur les performances du pa 11, une plus grande attention devrait être accordée à l'adaptation fondamentale lors de la conception d'un réseau d'adaptation d'entrée.

Tasker et benedikt12 ont exporté un modèle précis du réseau parasite de transistors cgh40010f largement utilisé. Sur la base de ce modèle de réseau parasite, sur les plans d'encapsulation des réseaux d'adaptation I - Gen et de sortie, les traces d'impédance dans le diagramme circulaire de Smith sont représentées sur la figure 4. Dans la bande de fonctionnement de 0,5 à 2,3 GHz, l'impédance fondamentale calculée du plan de courant est maintenue à l'intérieur ou à proximité de la zone théorique.

La conception finale de l'impédance résistive SCFM pa est représentée sur la figure 5. Avec une puissance d'entrée continue de 29 DBM, les résultats simulés et expérimentaux sont illustrés sur la figure 6. Dans la gamme de fréquences de 0,5 à 2,3 GHz, le rendement du drain est de 59 à 79% et la puissance de sortie à saturation est de 39,4 à 41,6 DBM. Les résultats expérimentaux concordent avec ceux de la simulation.

Pour caractériser la linéarité du PA, nous avons utilisé un signal LTE de 20 MHz avec un rapport de puissance moyen de crête d'environ 7,5 DB pour piloter le pa à 0,8, 1, 1,6 et 2 GHz. La large bande pa présente une bonne linéarité à une puissance de marge de saturation de l'ordre de 5 DB avec un rapport de puissance de fuite canal adjacent (ACLR) inférieur à - 30 DBC, comme illustré sur la figure 7, L'efficacité moyenne est de 34,1 à 49,1%. Le tableau 1 compare les performances de ce Pa à celles d'autres Pa à large bande avancés similaires. Enfin, l'espace de conception de PCB pour l'impédance résistive SCFM est étendu par l'introduction d'une impédance de troisième harmonique. Avec cette méthode, le problème du chevauchement entre l'impédance fondamentale et l'impédance harmonique peut être résolu efficacement. Cet article utilise cette méthode pour concevoir, construire et tester un Pa à haut rendement à large bande. La cohérence des résultats expérimentaux avec les résultats de simulation valide l'efficacité de cette méthode dans la conception de Pa à haut rendement Multi - octaves. Le Pa proposé a un ACLR inférieur à 30 DBC lorsque la puissance de sortie est d'environ 35 DBM sous un signal LTE de 20 MHz, Et le rendement moyen du drain est supérieur à 34%.