تقویت‌کننده توان دوهرتی کلاس F با محدوده بازده-بالای افزایش یافته

احمدی, کیوان; دوستی, مسعود; اسدی, شهروز

تقویت‌کننده توان دوهرتی کلاس F با محدوده بازده-بالای افزایش یافته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ 1دانشکده مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک

² عضو هیات علمی گروه مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات

³ دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله روش جدیدی برای دست‌یابی به محدوده بازده-بالای وسیع در تقویت‌کننده دوهرتی ارائه شده است. این تقویت‌کننده دوهرتی تنها از یک تقویت‌کننده اصلی و یک تقویت‌کننده کمکی استفاده می‌کند. به‌منظور افزایش محدوده بازده-بالای این تقویت‌کننده، دو ترانزیستور ناهمسان با تطبیق هارمونیکی تقویت‌کننده کلاس F با ساختار بار ترکیبی مختلط به‌عنوان تقویت‌کننده‌های اصلی و کمکی به‌کار گرفته شده‌اند. برای تأیید طرح ارائه شده، یک تقویت‌کننده توان دوهرتی با محدوده دینامیکی dB12 برای کاربرد WCDMA طراحی و ساخته شده است. نتایج اندازه‌گیری سیگنال بزرگ، بهره توان در حدود dB9/10 با بازدهی درین در حدود 66 % در محدوده بازده-بالای خروجی dB 12 را نشان می‌دهد. ارزیابی سیگنال دوفرکانسه نشان می‌دهد که اعوجاج مدولاسیون داخلی مرتبه سوم کمتر از dBc 5/21- است. همچنین، اندازه‌گیری موج مدوله شده بازدهی متوسط درین 5/56 % را نشان می‌دهد و نرخ توان نشتی کانال مجاور در توان خروجی dBm 5/31 در حدود dBc 26- است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

طراحی مدارهای مایکرویو

عنوان مقاله [English]

Class-F Doherty Power Amplifier with Extended High-Efficiency Range

نویسندگان [English]

Kayvan Ahmadi ¹
Massoud Dousti ²
Shahrooz Asadi ³

¹ dep of engineering, Islamic azad university of arak, Arak, Iran

² Department of Electrical and Computer Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.

³ Dep of Electrical and Computer Eng. Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

چکیده [English]

This paper presents a new extended high-efficiency range Doherty amplifier. This amplifier uses a main and only a single auxiliary amplifier. In order to increase efficiency and extend the output high-efficiency range, asymmetrical cells are employed as the main and auxiliary amplifiers in class-F harmonic termination complex combining load (CCL) methodology. To verify the proposed methodology, a Doherty Power Amplifier (DPA) with 12 dB output back-off (OBO) is designed and fabricated for wideband code division multiple access (WCDMA) applications. Large signal continuous wave measurement results show the power gain of about 10.9 dB with a drain efficiency of 66 % at 12 dB of OBO. A two-tone test exhibits a third-order intermodulation distortion (IMD) of lower than -21.5 dBc. Modulated wave measurements show over 56.5 % of average drain efficiency and an adjacent channel leakage power ratio (ACLR) of lower than -26.5 dBc at an output power level of 31.5 dBm.

کلیدواژه‌ها [English]

Doherty Amplifier
Class-F Doherty Amplifier
Complex Combining Load Doherty Amplifier

مراجع

[1] R. Darraji and F. M. Ghannouchi, “Digital Doherty amplifier with enhanced efficiency and extended range,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 59, pp. 2898-2909, 2011.

[2] Y.-S. Lee, M.-W. Lee, S.-H. Kam and a. Y.- H. Jeong, “A new wideband distributed doherty amplifier for WCDMA repeater applications,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 19, pp. 668-670, 2009.

[3] F. Raab, P. Asbeck, S. Cripps, P. Kenington, Z. Popovic and N. Pothecary, “Power amplifiers and transmitters for rf and microwave,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 50, pp. 814-826, 2002.

[4] V. Camarchia, M. Pirola, R. Quaglia, S. Jee, Y. Cho and B. Kim, “The Doherty Power Amplifier: Review of Recent Solutions and Trends,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 63, pp. 559-571, 2015.

[5] R. Beltran, H. F. Raab and A. Velazquez, “High-Efficiency Outphasing Transmitter Using Class-E Power Amplifiers And Asymmetric Combining,” Microwave Opt Technol Lett, vol. 51, pp. 2959-2963, 2009.

[6] S. Chun, D. Jang, J. Kim and J. Kim, “Inverted Asymmetric Doherty Power Amplifier Driven By Two-Stage Symmetric Doherty Amplifier,” Electronics Letters, vol. 46, pp. 1208-1209, 2010.

[7] W. H. Doherty, “new high efficiency power amplifier for modulated waves,” Proceedings of the institute of radio engineers, vol. 24, pp. 1163-1182, Sep. 1936.

[8] C. S. Cripps, “RF Power Amplifiers for Wireless Communications, Norwood”, Artech House, 2006.

[9] G. Grebennikov and S. Bulja, “High- Efficiency Doherty Power Amplifiers: Historical Aspect and Modern Trends,” Proceedings of the IEEE, vol. 100, pp. 3190- 3219, 2012.

[10] R. Pengelly, C. Fager and M. Ozen, “Doherty's Legacy: A History of the Doherty Power Amplifier from 1936 to the Present Day,” IEEE Microwave Magazine, vol. 17, pp. 41-58, 2016.

[11] P. Colantonio, F. Giannini and E. Limiti, “High Efficiency RF and Microwave Solid State Power Amplifiers”, wiley, 2009.

[12] I. Kim, J. Moon, S. Jee and B. Kim, “Optimized Design Of A Highly Efficient Three-Stage Doherty PA Using Gate Adaptation,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 58, pp. 2562-2574, Oct. 2010.

[13] X. H. Fang and K.-K. M. Cheng, “Extension of High-Efficiency Range of Doherty Amplifier by Using Complex Combining Load,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 62, pp. 2038- 2047, 2014.

[14] K. Ahmadi, M. Dousti and S. Asadi, “A Highly Extended High-Efficiency Range Doherty Power Amplifier For High PAPR Communication Signals,” Analog Integrated Circuits and Signal Processing, vol. 97, pp. 333-341, 2018.

[15] P. Colantonio, F. Giannini and R. Giofrè, “Theory and Experimental Results of a Class F AB-C Doherty Power Amplifier,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 57, pp. 1936-1947, 2009.

[16] K. Jungjoon, K. Jangheon, M. Junghwan, S. Junghwan, K. Ildu, J. Seunghoon and K. Bumman, “Saturated Power Amplifier Optimized for Efficiency Using Self- Generated Harmonic Current and Voltage,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 59, pp. 2049-2058, 2011.

[17] J. Moon, J. Kim, J. Kim, I. Kim and B. Kim, “Efficiency Enhancement Of DohertyAmplifier Through Mitigation Of The Knee Voltage Effect,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 52, pp. 143-152, Jan. 2011.

[18] D. Y.-T. Wu and S. Boumaiza, “A Mixed- Technology Asymmetrically Biased Extended and Reconfigurable Doherty Amplifier With Improved Power Utilization Factor,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 61, pp. 1946-1956, 2013.