5.8 GHz adaptif güç yükselteci tasarımı

Yıl 2020, Cilt: 11 Sayı: 1, 13 - 27, 27.03.2020

Bilge Şenel , Mesud Kahriman , Fatih Ahmet Şenel

https://doi.org/10.24012/dumf.454270

Öz

Bu çalışmada 5.8 GHz frekansı ile uyumlu adaptif Güç Yükselteç (GY) sistem tasarımı yapılmıştır. Sistem, GY, mikrodenetleyicili besleme (VDC) kontrol ünitesi, güç dedektörleri ve yönsel kuplörlerden oluşmaktadır. Çalışmada tasarımı yapılan sistem ile GY giriş gücü (Pgiriş) ve çıkış gücü (Pçıkış) anlık olarak okunmakta, değişen RF Pgiriş ve Pçıkış değerlerine göre GY’yi besleyecek VDC gerilimleri üretilmektedir. Adaptif sistem tasarımı, donanımsal tasarım ve yazılımsal tasarım olarak iki temel kısma ayrılmıştır. Sistem donanım alt yapısı, iki adet yönlü kuplör, iki adet RF güç dedektörü, R/2R sayısal analog dönüştürücü devresi, gerilim izleyici devresi, akım sensörü ve analog sayısal dönüştürücü devrelerinden meydana gelmektedir. Sistem yazılım alt yapısını oluşturan mikrodenetleyici ile sisteme adaptiflik özelliği kazandırılmıştır. Çalışmada GY’ye adaptiflik özelliği kazandıran tüm sistem elemanları ayrı ayrı tasarlanmıştır. Sistem yazılımının mikrodenetleyici ile yapılması maliyeti azaltmıştır. GY’ye adaptiflik özelliği kazandırmaktaki amaç, GY doğrusallık ve verim performansını kararlı hale getirmektir. Bu sebeple, çalışmada birisi 5 dB diğeri 10 dB olmak üzere farklı iki kazanç (G) değeri seçilmiştir. GY girişine gelmesi olası tüm Pgiriş değerleri için, GY G’sini seçilen değerlerde sabit tutacak VDC gerilimleri tasarlanan adaptif sistem tarafından üretilmektedir. GY G’sinin sabit tutulmasındaki amaç, GY’nin sabit VDC beslemesi ile oluşabilecek G bozulmasını kompanze etmek ve GY için doğrusallık kriteri olan P1dB noktasını ötelemektir. Adaptif sistem ile GY için G kontrolü ile beraber verim kontrolü de yapılmakta ve GY veriminin belirli bir değerin altına düşmesi önlenmektedir. 

Anahtar Kelimeler

Adaptif Güç Yükselteci, 5.8 GHz, DC koşullar, Mikrodenetleyicili kazanç kontrolü, P1dB

Kaynakça

• Ashraf, A., Ashraf, S., Rizvi, N. Z., Singh, M. ve Srivastava, P., (2016). Class E power amplifier: Implementation and comparative analysis at 1.7 GHz and 2.4 GHz. Electrical, Electronics, and Optimization Techniques (ICEEOT), International Conference on, IEEE.
• Cao, T., Huang, F., Zhang, Q. ve Liu, Y., (2018). High efficiency and wideband hybrid envelope amplifier for envelope tracking operation of wireless transmitter. 2018 IEEE MTT-S International Wireless Symposium (IWS).
• Chen, C.-Q., Hao, M.-L., Li, Z.-Q., Du, Z. ve Yang, H., (2016). A 1.8-2.8 GHz highly linear broadband power amplifier for LTE-A application. Progress In Electromagnetics Research C 66: 47-54.
• Chen, P.-H. ve P. M.-Y. Fan, (2015). An 83.4% Peak Efficiency Single-Inductor Multiple-Output Based Adaptive Gate Biasing DC-DC Converter for Thermoelectric Energy Harvesting. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers 62(2): 405-412.
• Chen, S., Wang, G., Cheng, Z., Qin, P. ve Xue, Q., (2017). Adaptively Biased 60-GHz Doherty Power Amplifier in 65-nm CMOS. IEEE Microwave and Wireless Components Letters 27(3): 296-298.
• Cho, Y., Moon, K., Kim, J., Park, B. ve Kim, B., (2016). Linear Doherty power amplifier with adaptive bias circuit for average power-tracking. Microwave Symposium (IMS), 2016 IEEE MTT-S International, IEEE.
• Couturier, A. M., Byk, E., Auvinet, C., Tranchant, S., Auxemery, P., Camiade, M., ... Stieglauer, H., (2013). E-band medium power amplifiers with gain control and output power detector. 2013 European Microwave Integrated Circuit Conference.
• Cripps, S. C. (2002). Advanced Techniques in RF Power Amplifier Design. Artech House.
• Gecan, D., Olavsbråten, M. ve Gjertsen, K. M. (2016). Measured linearity improvement of 10 W GaN HEMT PA with dynamic gate biasing technique for flat transfer phase. Microwave Symposium (IMS), 2016 IEEE MTT-S International, IEEE.
• Giofrè, R., Colantonio, P. ve Giannini, F., (2018). A Design Approach to Maximize the Efficiency vs. Linearity Trade-Off in Fixed and Modulated Load GaN Power Amplifiers. IEEE Access 6: 9247-9255.
• Hwang, H., Yang, S. ve Seo, C., (2012). High gain and high PAE power amplifier by employing adaptive bias control circuit for resonant WPT. 2012 Asia Pacific Microwave Conference Proceedings.
• Jaiswal, S., Singh, P. P., Srivastava, S., Arora, R., ve Bharadhwaj, P. S., (2015). An algorithm implementation for gain control and power compensation in power amplifiers. 2015 International Conference on Microwave, Optical and Communication Engineering (ICMOCE).
• Jędrzejewski, K., Rosolowski, D. W. ve Wojtasiak, W., (2018). Impact of transistor DC operating condition on effectiveness of PA digital predistortion. 2018 22nd International Microwave and Radar Conference (MIKON).
• Jin, S., Park, B., Moon, K., Kwon, M. ve Kim, B., (2013). Linearization of CMOS cascode power amplifiers through adaptive bias control. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 61(12): 4534-4543.
• Karadede, Y., (2014). Eğri Uydurma Problemlerine Melez Algoritma Yaklaşımı. Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.Kim, H., Cho, H., Kim, M., Seo, M., Ham, J., Park, C.-S.,...,Jung, S., (2013). "Efficiency enhanced amplifier using a digitally-controlled dynamic bias switching circuit." Microwave Journal 56(5): 106-120.
• Kim, H., Cho, H., Kim, M., Seo, M., Ham, J., Park, C.-S.,...,Jung, S., (2013). "Efficiency enhanced amplifier using a digitally-controlled dynamic bias switching circuit." Microwave Journal 56(5): 106-120.
• Lee, S., Lee, S., Kang, S. ve Hong, S., (2017). "A 1.7-GHz GaN MMIC Doherty power amplifier using an adaptive bias circuit with a quadrature coupler." Radio-Frequency Integration Technology (RFIT), 2017 IEEE International Symposium, 90-92.
• Li, P., Xia, Q., Chen, Z. ve Geng, L., (2018). High efficiency triple-stacked class-E power amplifier with novel dynamic biasing network. 2018 IEEE MTT-S International Wireless Symposium (IWS).
• Seth, S., Kwon, D. H., Venugopalan, S., Son, S. W., Zuo, Y., Bhagavatula, V.,...,Cho, T. B., (2016). "A Dynamically Biased Multiband 2G/3G/4G Cellular Transmitter in 28 nm CMOS." IEEE Journal of Solid-State Circuits 51(5): 1096-1108.
• Tsai, M.-D., Lin, C.-C., Chen, P.-Y., Chang, T.-Y., Tseng, C.-W., Lin, L.-C.,...,Chiu, C.-S., (2017). 13.1 A fully integrated multimode front-end module for GSM/EDGE/TD-SCDMA/TD-LTE applications using a Class-F CMOS power amplifier. 2017 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC).
• Yusoff, Z., Annuar, F. M., Kung, F., Hashim, S. J., Lees, J. ve Cripps, S. C., (2016). The effect of tracking generator efficiency to overall RF power amplifier system efficiency. IEEE 2016 International Conference on Semiconductor Electronics (ICSE).