طراحی و شبیه سازی تقویت‏کننده توان دوهرتی 20 وات در فرکانس 2.14 گیگاهرتر برای سیستمهای ارتباطی بی سیم

محورهای موضوعی : انرژی های تجدیدپذیر

شعبان رضائی برجلو ¹ , حسین علی باقری ²

1 - استادیار - دانشکده مهندسی برق،واحد آشتیان، دانشگاه آزاد اسلامی، آشتیان، ایران
2 - دانشجوی دکتری - دانشکده مهندسی برق، واحد آشتیان، دانشگاه آزاد اسلامی، آشتیان، ایران

تاریخ دریافت : 1396/09/20 تاریخ پذیرش : 1397/12/26 تاریخ انتشار : 1398/02/01

کلید واژه: بازدهی, بهره توان, تکنولوژی GaAs-pHEMT, تقویت‏ کننده دوهرتی,

چکیده مقاله :

در این پژوهش، یک تقویت کننده توان دوهرتی متقارن در فرکانس 2.14GHz با بازدهی توان بالا و توان خروجی 20 وات طراحی و شبیه سازی شده است. این تقویت کننده توان برای استفاده در قسمت بلوک تقویت کننده توان یک فرستنده مخابرات بی سیم WCDMA ارائه شده است. این تقویت کننده توان از دو تقویت کننده تشکیل شده است. تقویت کننده توان اصلی که در کلاس AB و تقویت کننده توان کمکی که در کلاس C طراحی شده اند. برای تقسیم توان بین هر دو تقویت کننده بصورت مساوی از یک مقسم توان ویلکینسون متقارن استفاده شده است. در نهایت با استفاده از روش مدولاسیون بار یک ترکیب کننده مناسب توان برای ترکیب مناسب خروجی دو تقویت کننده، طراحی و شبیه سازی شده است. با استفاده از ترانزیستور MRFG351010 بعنوان یک قطعه فعال با تکنولوژی GaAs-pHEMT حداکثر توان خروجی 20 وات در حداکثر بازدهی 65.46% و بهره توانی 8.56dB حاصل شده است. حداکثر توان خروجی و حداکثر بازدهی تقویت کننده توان، در ناحیه اشباع ترانزیستور با 6dB(OBO) به ترتیب برابر با 36dBm و 25.3% بدست آمده است.

چکیده انگلیسی:

In this study, a symmetrical doherty power amplifier was designed and simulated at a frequency of 2.14 GHz with high power added efficiency and output power of 20-watts. Doherty Power Amplifier generally consist of two separate power amplifiers. The main power amplifier enhancer is designed and developed in the AB class. Auxiliary power amplifier is designed in class C. To divide the power between the two amplifiers equally, a symmetric Wilkinson power distribution is used. Finally, using a load modulation method, a suitable power coupler is designed and simulated to combine the proper output of two amplifiers. Using the MRFG351010 transistor as an active component with GaAs-pHEMT technology, the maximum output power of 20-watts is achieved at a maximum output of 65.46% and power gain of 8.56dB. The maximum output power and power added efficiency in the saturation region of the transistor with 6dB output back off (OBO) is 36dBm and 25.3%, respectively.

منابع و مأخذ:

[1] C. Paolo, F. Giannini, R. Giofre, and L. Piazzon. "The Doherty power amplifier." Advanced Microwave Circuits and Systems, 2010.

[2] T. Torii, S. Imai, H. Maehara, T. Kunii, T. Morimoto, A. Inoue, "60% PAE, 30W X-band and 33% PAE, 100W Ku-band PAs utilizing 0.15 μm GaN HEMT technology", Proceeding of the IEEE/EuMC, London, UK, 2016.

[3] S. Rezaei Borjlu, D. Asemani, M. Dousti, "A highly efficient concurrent dual‐band GaN class‐AB power amplifier at 1.84 GHz and 3.5 GHz." International Journal of RF and Microwave Computer ‐Aided Engineering , Vol.27, No.9, 2017.

[4] S. Rezaei Borjlu, D. Asemani, M. Dousti, "Concurrent dual-band Doherty power amplifier using a novel dual-band bandpass filter for wireless technologies", Analog Integrated Circuits and Signal Processing, Vol. 96, No. 3,  395-408, 2018.

[5] Y. Komatsuzaki, K. Nakatani, S. Shinjo, S. Miwa, R. Ma, K. Yamanaka, “3.0–3.6 GHz wideband, over 46% average efficiency GaN Doherty power amplifier with frequency dependency compensating circuits", Proceeding of the IEEE/PAWR, pp. 22-24, 2017.

[6] C. Huang, S.  He, Z. Dai, J. Pang, Z. Hu, “A 80W high gain and broadband Doherty power amplifier for 4/5G wireless communication systems", Proceeding of the IEEE/IMS, San Francisco, CA, USA, 2016.

[7] P. Guo, W. Kong, J. Xia, L. Yang, "Wideband doherty power amplifier using suitable peaking output matching network", Proceeding of the IEEE/APMC, Vol. 1, Nanjing, China, 2015.

[8] Y. Yutaro, et al. "A CW 20W Ka-band GaN high power MMIC amplifier with a gate pitch designed by using one-finger large signal models", Proceeding of the IEEE/CSICS, Miami, FL, USA, 2017.

[9] P. Saad, P. Colantonio, L. Piazzon, F. Giannini, K. Andersson, C. Fager, "Design of a concurrent dual-band 1.8–2.4-GHz GaN-HEMT doherty power amplifer", IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. 60, No. 6, June 2012.

[10] M.M. Tarar; "Design and implementation of an asymmetric doherty power amplifier at 2.65 GHz in GaN HEMT technology", Institutionen for systems engineering Department of Electrical Engineering, Degree project carried out in Electronic Components at the Linköoping Institute of Technology,seweden, 19 September, 2011.