Diseño de un amplificador de alta eficiencia a GaN HEMT en 2.6 GHz

In this paper, a highly efficient GaN HEMT power amplifier (PA) for 2.6 GHz LTE band is presented. Using the nonlinear model of the selected device, the drain terminating and biasing networks are designed to provide near optima impedance values at the fundamental and higher order harmonics. The second and third harmonics terminations have been specially taken into account in order to obtain the best performance by means of a series of load-pull simulations. Good efficiency and PAE profiles have been obtained at the selected frequency band with the implemented amplifier. A peak of efficiency close to 80% has been measured at 2.6 GHz.Este trabajo ha sido posible gracias al soporte proporcionado por el Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) a través del TEC2014-58341-C4-1-R cofinanciado con fondos FEDER. David Vegas agradece también el apoyo recibido a través del contrato predoctoral BES-2015-072203

UHF Outphasing transmitter with GaN HEMT technology

La evolución hacia nuevas generaciones de sistemas de comunicación inalámbricas, el caso de 4G y 5G en sistemas móviles, ha venido acompañada por un incremento en la eficiencia espectral de los formatos de modulación digital seleccionados. A cambio, la señal paso-banda a transmitir experimenta una variación muy pronunciada en su envolvente, con valores elevados de relación potencia pico a potencia promedio (PAPR de sus siglas en inglés). Entre las arquitecturas más atractivas para una amplificación eficiente de estas señales, destaca el esquema Outphasing o Chireix. En este trabajo se ha abordado el diseño e implementación de un esquema de transmisión de este tipo en la banda de 700 MHz. Partiendo de una optimización de las condiciones de operación del transistor a utilizar, un GaN HEMT empaquetado de Wolfspeed, y de los avances conseguidos en el diseño de un amplificador clase-E para operación sobre carga variable, se ajustó un combinador reactivo y un transformador de impedancia para completar el diseño del transmisor Chireix. De cara a optimizar sus prestaciones, se buscó que la red de salida, implementada con elementos concentrados, permitiese una variación de potencia lo mayor posible además de mantener una eficiencia elevada sobre los círculos de load-pull que predice el modelo no lineal de dicho dispositivo. Una vez diseñada mediante simulaciones, la red de salida compuesta por las redes de terminación en drenador, el combinador reactivo, y el transformador de impedancias, se ajustaron con elementos reales en la placa de salida, se adaptaron sus entradas y se procedió a su caracterización. Como resultado final se consiguió una eficiencia en drenador de 81.1% 74.2% a 9dB y 10dB de back-off respectivamente.Máster en Ingeniería de Telecomunicació

High efficiency power amplifier for the 2.6 GHz frequency band

La evolución hacia formatos de modulación digital con altas tasas de transmisión de datos por unidad de ancho de banda, típica de las nuevas generaciones de sistemas de comunicaciones inalámbricas (el caso de 4G), impone fuertes requisitos de linealidad en el diseño de los esquemas de transmisión. La manipulación sin distorsión de señales con una envolvente muy variable y valores para su relación potencia pico a potencia promedio (PAPR de sus siglas en inglés) tan altos como 10 dB, impone además la necesidad de introducir nuevos conceptos y arquitecturas que permitan garantizar la linealidad requerida junto a una eficiencia apropiada en el uso de los limitados recursos de potencia disponibles. Destaca además en esta evolución, la incorporación de nuevas bandas de frecuencia y el uso de señales con un cada vez mayor ancho de banda. Atendiendo a lo anterior, este proyecto tiene como objetivo el diseño de un amplificador de potencia de alta eficiencia en la banda de 2.6 GHz, el cual permitirá más adelante la implementación de un esquema de transmisión para señales LTE. Se utilizará un dispositivo empaquetado comercial, en tecnología GaN HEMT sobre SiC, explotando al máximo las capacidades que pueden ofrecer los componentes pasivos discretos (bobinas y condensadores), los cuales poseen un alto factor de calidad a estas frecuencias. El diseño se basará en simulaciones mediante el uso del modelo no lineal del transistor ofrecido por su fabricante, en las que se prestará especial atención a la correcta terminación en drenador de los armónicos segundo y tercero. Se realizará la implementación y posterior ajuste, con el fin de conseguir prestaciones en eficiencia pico en el estado de la técnica, completando el trabajo con su caracterización exhaustiva frente a frecuencia, tensión de alimentación y potencia de entrada.Grado en Ingeniería de Tecnologías de Telecomunicació