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Impacto e compensação da largura de banda vídeo em amplificadores de potência de elevado rendimento
The aim of this work is to determine, quantify and model the performance
degradation of wideband power amplifiers when subject to concurrent multiband
excitation, with a particular focus on the average efficiency variation.
The origins of this degradation are traced to two main transistor properties:
the output baseband current generation by the nonlinear transconductance,
and the input baseband current generation by the nonlinear gate-source
capacitance variation. Each mechanism is analised separately, first by providing
a qualitative and intuitive explanation of the processes that lead to
the observed efficiency degradation, and then by deriving models that allow
the prediction of the average efficiency dependence with the input signal
bandwidth. The resulting knowledge was used to improve matching network
design, in order to optimize baseband impedance terminations and
prevent the efficiency degradation. The derived models were experimentally
validated with several PA prototypes implemented with Gallium Nitride
HEMT devices, using both conventional and optimized baseband impedance
matching networks, achieving over 400MHz instantaneous bandwidth with
uncompromised efficiency. The consolidation of the wideband degradation
mechanisms described in this work are an important step for modelling and
design of wideband, high-efficiency power amplifiers in current and future
concurrent multi-band communication systems.O objetivo deste trabalho é determinar, quantificar e modelar a degradação
do desempenho de amplificadores de banda-larga quando submetidos a
excitação multi-banda concorrente, com particular ênfase na variação do
rendimento energético. As origens desta degradação são devidas a duas
das principais propriedades do transístor: a geração de corrente em banda-base
na saída pela variação não-linear da transcondutância, e a geração de
corrente de banda-base na entrada pela variação não-linear da capacidade
interna porta-fonte. Cada um destes mecanismos é analisado isoladamente,
primeiro por uma explicação qualitativa e intuitiva dos processos que levam
à degradação de eficiência observada e, em seguida, através da derivação de
modelos que permitem a previsão da degradação do rendimento médio em
função da largura de banda do sinal de entrada. O conhecimento resultante
foi utilizado para melhorar o desenvolvimento de malhas de adaptação, por
forma a otimizar as terminações de impedância em banda-base e prevenir a
degradação do rendimento. Os modelos desenvolvidos foram validados experimentalmente
em vários amplificadores de potência implementados com
transístores de tecnologia GaN HEMT, utilizando malhas de adaptação convencionais
e otimizadas, onde se obteve 400MHz de largura de banda instantânea sem degradação do rendimento. A consolidação dos mecanismos
de degradação descritos neste trabalho são um importante passo para a
modelação e projeto de amplificadores de elevado rendimento e largura-debanda
para os sistemas de comunicação multi-banda concorrente convencionais
e do futuro.Programa Doutoral em Engenharia Eletrotécnic
Broadband Doherty Power Amplifier With Transferable Continuous Mode
In this paper, in-band continuous mode transferring (CMT) method is presented for designing broadband Doherty power amplifier (DPA). Specifically, transferable continuous mode, transferring between class-J continuum to class-F-1 continuum, is introduced into DPA at output back-off (OBO) power level for improving bandwidth and efficiency. For validation, a broadband DPA with operation mode transferring from continuous class-J to continuous class-F-1 is designed, fabricated and measured. Experimental results show the drain efficiencies (DEs) of the fabricated DPA are 46.3%-57.7% and 58.4%-69.1% at 6 dB OBO and peaking power levels over 1.7-2.6 GHz. The saturation power of this DPA is 43.1-45.2 dBm with a gain of 9.1-11.2 dB in the interested band. Furthermore, when the fabricated DPA is stimulated by a 20 MHz wideband signal with a peak-to-average power ratio (PAPR) of 7.05 dB at 2.4 GHz, the measured average power is 36.5 dBm with an average DE of 45.7%, and the measured adjacent channel leakage ratios (ACLRs) are -31.9 dBc and -50.4 dBc before and after DPD technique, respectively