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La caractérisation du transistor par le tuner source & load pull pour l'amplificateur de puissance classe F inverse

Gao, Shengjie (2013). La caractérisation du transistor par le tuner source & load pull pour l'amplificateur de puissance classe F inverse. Mémoire. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 222 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: Dans ce travail, la méthodologie de conception de premier passage pour des amplificateurs de puissance de classe F inverse est présentée. Pour concevoir l'amplificateur de puissance de classe F inverse à 3.5 GHz avec un signal 1-ton et un signal LTE, le transistor CGH40010 de Cree Inc. est analysé et caractérisé avec un signal I-ton et un signal LTE. La caractérisation et l'analyse sont exploitées par la simulation source & load pull dans le logiciel ADS 2011.10 et par le système source & load pull tuner multi-harmonique passif de Focus microwaves Inc. Les 2ème et 3ème harmoniques à l'entrée et à la sortie du transistor sont pris en compte dans les caractérisations. L'analyse des résultats de la caractérisation par la simulation et par le système de tuner a prouvé que non seulement les 2ème et 3ème harmoniques à la sortie du transistor, mais également les 2ème et 3ème harmoniques à l'entrée du transistor sont importantes pour atteindre un rendement élevé et une puissance de sortie élevée. Le coefficient de réflexion (r) maximal du tuner passif à des fréquences harmoniques est important dans la caractérisation du transistor, car un r élevé peut augmenter le rendement en puissance ajoutée et la puissance de sortie de l'amplificateur de puissance de classe F inverse. Pour augmenter le coefficient de réflexion (r) maximal de tuner, les accessoires utilisés dans le système de tuner, tels que les circuits de polarisation, les coupleurs directifs et l'isolateur, sont analysés. Sur la base de cette analyse, le r maximal du tuner pourrait être augmenté de 0.902 à 0.930 par choisir les accessoires. Sur la base des résultats des caractérisations obtenus par la simulation et le système source & load pull tuner, les amplificateurs de classe F inverse sont conçus et fabriqués. En comparant les résultats mesurés des amplificateurs de puissance qui sont fabriqués sur la base des résultats de caractérisation correspondants obtenus par la simulation et le système de tuner, nous avons constaté que le système de tuner peut prédire les résultats, tel que le rendement en puissance ajoutée et la puissance de sortie, plus précisément que la simulation avec le modèle du transistor de grand signal. Pour l'amplificateur conçu sur la base des résultats de caractérisation obtenus par le système de tuner avec un signal I-ton, lorsque la puissance de sortie est 40.02 dBm, le rendement en puissance ajoutée est 79.76% avec 12.08 dB de gain. Pour l'amplificateur conçu sur la base des résultats de caractérisation obtenus par le système de tuner avec un signal LTE, lorsque la puissance de sortie est de 34.20 dBm et le gain est 16.20 dB, le rendement en puissance ajoutée est 49.56%. Le taux de puissance du canal adjacent 1, qui a un décalage de 10 MHz, est -29.45 dBc, et le taux de puissance du canal adjacent 2, qui a un décalage de 20 MHz, est -50.87 dBc. -- Mots clés: Le circuit de polarisation, la caractérisation de transistor, l'amplificateur de puissance de classe F inverse, tuner source & load pull. -- ABSTRACT: In this work, a first-pass design methodology of designing the inverse c1ass F power amplifier is presented. In order to design the inverse class F power amplifiers for the I-tone signal and the LTE signal, Cree's CGH40010 transistor is analyzed and characterized with a I-tone signal at 3.5 GHz and a LTE signal at 3.5 GHz with 10 MHz bandwidth. The characterization and analysis are operated by the source & load pull simulation in the software ADS 2011.10 with large signal transistor model and by the passive multiharmonic source & load pull tuner system from Focus microwaves Inc. In the characterizations of transistor, 2nd and 3rd harmonic on both input and output side of the transistor are considered. The analysis of the transistor's characterization shows that, not only the 2nd and 3rd harmonics on the output side of the transistor are important to achieve high power added efficiency and output power for an inverse class F power amplifier, but also the 2nd and 3rd harmonics on the input side of the transistor. High reflection coefficient (r) achieved by the passive source and load pull tuner at harmonic frequencies is important in the transistor characterization, since the high r can increase the power added efficiency and the output power of the inverse class F power amplifier. To increase the maximum r of the passive tuner system, the accessories in the passive tuner system, such as bias tee, directional coupler and isolator, are analyzed. Based on the analysis, the maximum r of the passive tuner system could be increased from 0.902 to 0.930 by choosing the accessories. Based on the characterization results obtained by the simulation and the tuner system, bias circuit and impedance matching networks are analyzed and designed for the inverse class F power amplifiers. Bias circuit is designed to maximize the RF isolation to the De input port and the return loss, and minimize the insertion loss at fundamental frequency. The inverse c1ass F power amplifiers designed based on the characterization results are fabricated and measured. By comparing the measured results of the power amplifiers which fabricated based on the corresponding characterization results obtained by simulation and tuner system, we found that the multi-harmonic passive source & load pull tuner system can predict the power added efficiency and the output power more precisely than the simulation with the large signal transistor model. For the fabricated I-tone inverse class F power amplifier designed based on the I-tone characterization result obtained by the tuner system, when the output power is 40.02 dBm, the power added efficiency is 79.76% with a gain of 12.08 dB. For the fabricated LTE inverse class F power amplifier designed based on the LTE characterization result obtained by the tuner system, the measured output power is 34.20 dBm with a power added efficiency of 49.56% and a gain of 16.20 dB. The measured worst adjacent channel power ratio 1 with 10 MHz offset is -29.45 dBc. The measured worst adjacent channel power ratio 2 with 20 MHz offset is -50.87 dBc. -- Keywords : Bias circuit, characterization, inverse c1ass F power amplifier, source & load pull tuner.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Mémoire)
Directeur de mémoire/thèse: Park, Chan-Wang
Informations complémentaires: Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en ingénierie en vue de l'obtention du grade de maîtrise ès sciences appliquées.
Mots-clés: Conception Amplificateur Puissance Classe F Inverse
Départements et unités départementales: Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 02 sept. 2016 19:02
Dernière modification: 07 sept. 2016 19:44
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1073

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