Новости PCB - Конструкция широкополосного усилителя мощности с непрерывным F - классом сопротивления расширенного сопротивления

В этой статье описывается метод увеличения полосы пропускания усилителя мощности (PA), который был разработан в виде последовательного соединения сопротивления - реактивного непрерывного типа F (SCFM). Введение трехкратной гармонической нагрузки в резистивный резистор SCFM PA устраняет перекрытие между сопротивлениями основной волны и увеличивает пропускную способность. Используя этот метод, авторы разработали высокоэффективный PA с рабочей частотой от 0,5 до 2,3 ГГц. Эксперименты показали, что выходная мощность усилителя мощности составляет 10 Вт, а эффективность утечки от 0,5 до 2,3 ГГц может достигать 59 - 79%.

С быстрым развитием технологий беспроводной связи беспроводные системы следующего поколения нуждаются в более широкой полосе пропускания для достижения более высоких скоростей передачи данных. В качестве ключевого передающего устройства PA должен быть более эффективным в более широкой полосе пропускания и соответствовать различным стандартам.

В последние годы многие исследования изучали способы повышения пропускной способности и эффективности PA. В 2009 году S.C.Cripps1 предложил непрерывный режим PA, который устраняет ограничения полосы пропускания в традиционном режиме переключателя PA путем надлежащего введения вторичных и тройных гармоник реактивного класса. Впоследствии последовательные типы B / J, непрерывные типы F и обратные типы F PA были предложены один за другим 2 - 6. Теоретически, из - за гармонического сопротивления на краю диаграммы Смита, максимальная пропускная способность непрерывного B / J, непрерывного F и обратного F PA - режима ограничена одним диапазоном удвоения частоты. Таким образом, это строгое ограничение гармонической нагрузки затрудняет достижение PA производительности в мультиплексном диапазоне. В 2013 году Lu и Chen7 предложили метод последовательного соединения в режиме резистивно - реактивного континуума, который вводит в непрерывный режим аналогичное резистивное гармоническое сопротивление, чтобы облегчить строгое ограничение гармонической нагрузки 8 - 9. С помощью этого метода, вводя сопротивление, пропускная способность может превышать один диапазон умножения, а вторичная гармоническая нагрузка также имеет более широкое пространство сопротивления базовой волны, что еще больше увеличивает пропускную способность широкополосной PA. Ли и другие 9 предлагают серию сопротивлений обратного непрерывного модуля PA, раскрывая аналогичный метод проектирования широкополосной PA.

Эта статья будет продвигать математические формулы для анализа сопротивления SCFM. Внедрение трехкратного гармонического сопротивления еще больше расширяет пространство проектирования и обеспечивает большую свободу при проектировании высокоэффективных и многократных ПА.

Расширенное сопротивление SCFM Традиционное сопротивление SCFM имеет полуволновую выпрямительную синусоидальную форму тока в плоскости собственного генератора тока устройства, то есть следующие формы ids (?):

Форма волны напряжения vds (омега) больше не строго ограничена квадратной волной, но включает в себя набор переменных, зависящих от параметров омега и омега: трехкратное гармоническое сопротивление сопротивления вводится, умножая форму волны тока сопротивления SCFM на параметр (1 + омега) при сохранении формы волны напряжения неизменной. Таким образом, можно получить альтернативные импедансные решения с сопротивлением второго и третьего гармонических сопротивлений. Разделив напряжение на ток, можно рассчитать сопротивление нагрузки на каждой гармонике. Здесь Zn обозначается как n - гармоническое сопротивление. Значения Z1, Z2 и Z3 зависят от возможности выполнения условий 0 и 8 / 3. На рисунке 1 показано изменение сопротивления гармоничных волн базовой волны по отношению к Isla± и Isla². Области вторичной гармоники движутся к областям базисных волн по мере изменения Isla± и Isla², а области третьей гармоники - к областям базисных волн по мере уменьшения Isla². Эта особенность позволяет нам решить проблему перекрытия между сопротивлением базовых волн и сопротивлением гармоничных волн в многократной частотной конструкции. Эффективность дренажа является функцией острова и острова. Изменения в эффективности дренажа и выходной мощности по отношению к островам и островам показаны на рисунке 2. Изменения в Isla± и Isla² должны быть ограничены эффективной площадью, так что приемлемая эффективность дренажа может быть достигнута даже при небольшом снижении выходной мощности. При проектировании этой статьи были выбраны условные диапазоны 0 и - 0,4 для достижения эффективности дренажа более 65%. Чтобы проверить эффективность этого метода, авторы использовали транзистор Wolfspeed CGH40010F GaN для проектирования сопротивления SCFM PA с рабочей частотой от 0,5 до 2,3 ГГц. Он работает при смещении статических стоков 28V и 68mA. Основной носитель - Роджерс. 4350B (остров = 3,66), толщина 30mil, толщина слоя металла 35 островов.

Благодаря итерационному процессу от высоких до низких частот можно реализовать моделирование тяги гармонической нагрузки, чтобы получить оптимальное сопротивление нагрузки. Среди них сопротивление, полученное при высоких частотах, используется для прекращения низкочастотной гармоники. Повторите этот процесс до получения оптимального сопротивления нагрузки. Сеть соответствия выходов спроектирована с использованием технологии прямого вычисления реальной частоты 10. На рисунке 3 показана разработанная широкополосная сеть соответствия. Поскольку входное гармоническое сопротивление оказывает очень незначительное влияние на производительность PA 11, при проектировании сети соответствия входов следует уделять больше внимания согласованию базовых волн.

Tasker и Benedikt12 вывели точную модель широко используемой паразитической сети транзисторов CGH40010F. Основываясь на этой модели паразитной сети, траектория сопротивления на диаграмме Смита показана на рисунке 4 на плоскости упаковки I - gen и выходной сети. В рабочей полосе частот от 0,5 до 2,3 ГГц расчетное сопротивление базовой волны в плоскости тока остается в пределах или вблизи теоретической области.

Окончательная конструкция сопротивления SCFM PA показана на рисунке 5. При непрерывной входной мощности 29 дБм результаты моделирования и экспериментов показаны на рисунке 6. В диапазоне частот от 0,5 до 2,3 ГГц эффективность стока составляет от 59% до 79%, а выходная мощность насыщения - от 39,4 до 41,6 дБм. Результаты эксперимента согласуются с результатами моделирования.

Чтобы показать линейность PA, мы используем 20 - МГц LTE - сигналы с пиковым средним соотношением мощности около 7,5 дБ для привода 0,8, 1, 1,6 и 2 ГГц PA. Как показано на рисунке 7, широкополосный PA демонстрирует хорошую линейность при мощности насыщенного запаса около 5 дБ, где отношение мощности утечки к соседнему каналу (ACLR) ниже - 30 дБc, а средняя эффективность составляет от 34,1 до 49,1%. В таблице 1 производительность PA сравнивается с другими аналогичными усовершенствованными широкополосными PA. Наконец, пространство проектирования PCB для сопротивления SCFM расширяется за счет введения трехкратного гармонического сопротивления. Используя этот метод, можно эффективно решить проблему перекрытия между сопротивлением основной волны и сопротивлением гармоничной волны. В этой статье используется этот метод для проектирования, построения и тестирования широкополосного высокоэффективного усилителя мощности. Результаты эксперимента согласуются с результатами моделирования и подтверждают эффективность этого метода при проектировании многократного высокоэффективного усилителя мощности. При 20 МГц LTE - сигнале, когда выходная мощность составляет около 35 дБм, предлагаемый усилитель мощности ACLR составляет менее 30 дБц, а средняя эффективность утечки превышает 34%.