Abstract. Constantly growing number of mobile data users, and thus the mobile data, creates challenges for spectral efficient data transmission. A high data throughput of a base station requires linear modulation methods and broadband signals. Radio frequency (RF) power amplifier (PA) as a part of base station has an important role making the output signal of the transceiver as linear and spectral efficient as possible. The key RF parameters such as peak power, efficiency, linearity and gain suffer from productional variety which needs to be taken into account in design process. In this thesis, the RF PA design is optimized to tolerate the productional variety of certain RF parameters.
The effects of productional variety are pre-analyzed by building the design using corner sample transistors. The build consists of seven different PA module versions where the RF transistor’s internal matchings are modified. The best information of the PA performance is gathered from measurement results and therefore, the presented design optimization method is based on hardware measuring and tuning. Measurement results are compared to self-defined specification limits of each RF parameter and to the nominal version. Another method for analyzing a build which aims for illustrating large population of PA modules is statistical analysis. Along with the help of process capability index Cpk, the statistical behavior compared to the specification limits is evaluated.
Peak power proved to be the optimized parameter. Changing the biasing of the transistor and tuning the external input matching network, the peak power results increased. The measurement results proved that the RF PA design is optimized to tolerate the productional variety better with the design optimization method presented in this thesis.RF-tehovahvistinsuunnittelun optimointi mittausdataa ja tilastollisia menetelmiä käyttäen. Tiivistelmä. Mobiilidatan käyttäjien, ja siten myös mobiilidatan määrä on jatkuvasti kasvussa, mikä luo haasteita spektritehokkaaseen datansiirtoon. Tukiaseman suuri datansyöttö vaatii laajakaistaisia signaaleja sekä lineaarisia modulointimenetelmiä. RF-tehovahvistimella on siis tärkeä rooli tukiaseman osana saada lähtösignaalista mahdollisimman lineaarinen ja spektritehokas. Tehovahvistimen RF-parametrit, kuten huipputeho, hyötysuhde, lineaarisuus sekä vahvistus kärsivät tuotannollisesta vaihtelusta, kun tehovahvistinmoduulia aletaan tuottaa suuria määriä. Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on optimoida RF-tehovahvistimen suunnittelu sellaiseksi, että se on sietokykyinen tiettyjen RF-parametrien tuotannolliselle vaihtelulle.
Tuotannollisen vaihtelun vaikutuksia analysoidaan etukäteen käyttämällä tehovahvistimessa kulmanäytetransistoria. Kulmanäytteet koostuvat seitsemästä erilaisesta versiosta, jossa RF-transistorin sisäisiä sovituksia on muunneltu. Paras tieto tehovahvistimen käyttäytymisestä saadaan mittaustuloksista, minkä takia työssä käytetään mittauksiin ja laitteiston hienosäätämiseen perustuvaa optimointimetodia. Kulmanäytteiden mittaustuloksia verrataan itse määrittelemiin RF-parametrien spesifikaatioihin sekä nominaaliversioon. Toinen analyysimetodi suuren tehovahvistinmoduulimäärän havainnollistamiseen on tilastollinen analyysi. Prosessin kyvykkyysindeksin Cpk analysoinnin kanssa, RF-parametrien tilastollinen käyttäytyminen spesifikaatiorajoihin verrattuna voidaan arvioida.
Huipputeho osoittautui optimoitavaksi parametriksi. Transistorin biasoinnin muutoksella sekä tulon ulkoisen sovituspiirin muokkauksella huipputehoa saatiin kasvatettua. Mittaustulokset osoittavat, että työssä esitetyllä suunnittelun optimointimetodilla tehovahvistin saatiin sietämään tuotannollista vaihtelua paremmin
