تقویت کننده توان بالا متعادل 1-3 گیگاهرتز

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی برق دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانششجوی کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی برق دانشگاه علم و صنعت ایران

3 استادیار دانشکده مهندسی برق دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

طراحی، ساخت و نتایج اندازه‌گیری یک تقویت کننده توان متعادل در باند فرکانسی 1-3 گیگاهرتز با توان خروجی 160 وات ارائه شده است. در تقویت کننده ارائه شده از دو ترانزیستور 90 واتی به صورت متعادل (با استفاده از دو کوپلر 90 درجه 3dB) استفاده شده است. برای طراحی مدار تطبیق ورودی و خروجی هر یک از تقویت کننده‌ها از داده‌های سورس‌پول/لود‌پول و همینطور مدل پارامترهای ایکس ترانزیستور استفاده شده است که هر دو (داده‌های سورس پول / لود پول و مدل پارامترهای X) از مدل فشرده غیرخطی ترانزیستور استخراج شده است. استفاده از طرح متعادل در طراحی نه تنها توان خروجی را حدود دو برابر میکند، بلکه تلفات بازگشتی را نیز به صورت چشمگیری بهبود میبخشد. اندازه‌گیری تقویت کننده ساخته شده توان خروجی حدودا بین 52dBm تا 53dBm، بازدهی درین از 34% تا 50%، بهره توان بین 9dB تا 12.5dB را در بازه فرکانسی 3-1 گیگاهرتز نشان می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A 1-3 GHz Balanced High Power Amplifier

نویسندگان [English]

  • Hamid Taleb-al-Hagh Nia, 1
  • Seyyed Hossein Javid-Hosseini 2
  • Vahid Nayyeri 3
1 Iran University of Science and Technology
2 Iran University of Science and Technology
3 .
چکیده [English]

The design process, fabrication, and measurement results of a 1 - 3 GHz, balanced power amplifier with an output power of around 160 W are presented. The balanced power amplifier includes two 90W-RF power transistors and two 3dB, hybrids in a balanced configuration. The matching networks of the transistors were designed using the load-pull and source-pull data and also the X-parameter model of the transistor which both are extracted from the transistor's nonlinear compact model. The balanced configuration, not only duplicates the output power but also improves the reflection loss particularly at the input of the amplifier. The measurement results of the fabricated balanced power amplifier showed an output power between 52-53 dBm, a power gain of 9-12.5 dB and a drain efficiency between 34%-50% in the wide frequency band of 1-3 GHz.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Balanced amplifiers
  • broadband matching network
  • wideband power amplifiers
  • X-parameters
[1] K Chen and D Peroulis, “Design of highly efficient broadband class-E power amplifier using synthesized low-pass matching networks,” IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol. 59, no. 12, pp. 3162–3173, 2011.
[2] J. Xia, X.-W Zhu, and L Zhang, “A linearized –3.5 GHz highly efficient harmonic-tuned power amplifier exploiting stepped-impedance filtering matching network,” IEEE Microw. Wireless Compon Lett., vol. 24, no. 9, pp. 602–604, 2014.
[3] K. Rabbi, J. Zhou, Y. Huang, Y. Zhuang, N. McEwan, A. Rayit, “Highly efficient wideband harmonic-tuned power amplifier using low-pass matching network,” in 47th European Microwave Conference (EuMC), Oct 2017, pp. 292–295.
[4] G Sun and R H Jansen, “Broadband Doherty power amplifier via real frequency technique,” IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol. 60, no. 1, pp. 99–111, 2011
[5] Z Dai, S He, F You, J Peng, P Chen, and L Dong, “A new distributed parameter broadband matching method for power amplifier via real frequency technique,” IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol. 63, no. 2, pp. 449–458, 2015.
[6] B. S. Yarman, Design of ultra wideband power transfer networks. John Wiley & Sons, 2010.
[7] B Yarman and H Carlin, “A simplified” real frequency” technique applicable to broadband multistage microwave amplifiers,” in 1982 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest., 1982, pp. 529–531.
[8] D Y Wu, F Mkadem, and S Boumaiza, “Design of a broadband and highly efficient 45W GaN power amplifier via simplified real frequency technique,” in 2010 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, May 2010, pp. 1090–1093.
[9] S. Y. Zheng, Z. W. Liu, X. Y. Zhang, X. Y. Zhou, and W. S. Chan, “Design of ultrawideband high-efficiency extended continuous class-F power amplifier,” IEEE Trans.Ind Electron., vol. 65, no. 6, pp. 4661– 4669, 2017.
[10] M T Arnous, Z Zhang, S E Barbin, and G Boeck, “A novel design approach for highly efficient multi octave bandwidth GaN power amplifiers,” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol. 27, no. 4, pp. 371–373, 2017.
[11] Le, Quang Huy, and Gernot Zimmer. "Wideband High Efficiency 50 W GaN-HEMT Balanced Power Amplifier." 2018 48th European Microwave Conference (EuMC), 2018, pp. 348-351.
[12] D. E. Root et al., X-parameters: Characterization, Modeling, and Design of Nonlinear RF and Microwave Components. Cambridge U.K.: Cambridge Univ. Press, 2013.
[13] L Dunleavy, “Power Amplifier Design with X-Parameter* Power
Transistor Models Date”, online webcast, available online at: https://www.keysight.com/upload/cmcupload/All/6Sept12PAwebcast.pdf
[14] H. T.-A Nia and V Nayyeri, “A –5.4 GHz 25-W GaN power amplifier,” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol. 28, no. 3, pp. 251–253, 2018.
[15] S Rafati, V Nayyeri and M Soleimani, “A -W Doherty Power Amplifier with Super-Octave Bandwidth,” in press in IEEE Trans. Circuits Syst. II, Exp. Briefs, doi: 10.1109/TCSII.2019.2929306.
[16] Gonzalez, Guillermo. Microwave transistor amplifiers: analysis and design. Prentice-Hall, 1996.
[17] Y. Yang et al., “High dB gain compression and harmonic suppression octave bandwidth power amplifier,” IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. vol. 569, no. 3, p. 032067, Aug. 2019.
[18] Q H Le and G Zimmer, “Wideband high efficiency W GaN-HEMT balanced power amplifier,” in 48th European microwave conference (EuMC). Sep. 2018, pp. 348-351.
[19] H. Taleb-Alhagh Nia, S H Javid Hosseini, and V Nayyeri “Design and fabrication of 2- GHz W and W power amplifiers,” in th International Symposium on Telecommunications (IST), Dec. 2018, pp. 647-651.