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http://hdl.handle.net/10773/25033
Title: | Doherty amplifier and antenna combiner |
Other Titles: | Amplificador Doherty e antena combinadora |
Author: | Pereira, Joana Lopes Silva |
Advisor: | Cunha, Telmo Reis |
Keywords: | Power amplifiers Doherty amplifier Radio frequency GaN transistors Dynamic load modulation |
Defense Date: | 11-Jul-2018 |
Abstract: | The conventional Doherty architecture is commonly used in wireless transmitters
for its ability to boost the average efficiency of a traditional single-ended
class B amplifier. It consists of two parallel single-ended amplifying branches
(named carrier and peaking amplifiers) which are linked, at the output, through
a /4 combiner. This output combiner commonly has a significant impact on
the overall bandwidth, as it is usually built from a transmission line structure
with tuned dimensions. Other non-conventional combining structures could be
designed, targeting a wider bandwidth, contributing to an overall increase of
the Doherty amplifier’s bandwidth. Being this an high relevance research topic
for the development of high efficient and broadband amplifiers, it is highly desirable
to have a laboratory setup that implements a Doherty power amplifier
to which distinct output combiner structures can be connected and tested. In
that sense, the design of two single-ended amplifiers (the carrier and the peaking)
was performed in a circuit simulator (ADS, from Keysight) together with
the input power divider that compose the Doherty architecture. The Doherty
amplifier main board was designed to incorporate the carrier and peaking amplifiers,
and also the power splitter at the input, and it was prepared so that
it could be connected to any desired combiner to be tested. A traditional Doherty
power combiner was designed and both boards (Doherty amplifier and
the combiner) were produced, connected and tested in the RF laboratory. The
measured amplifier presented the typical caractheristics of a Doherty amplifier
with nearly 75% of drain efficiency at full-power, and nearly 50% at the
output back-off level. In addition, a second combiner unit was designed with
two purposes. The first was to demonstrate the operation of the designed
Doherty amplifier with a distinct output combiner, showing that, as intended
in this work, it is suited to test multiple combiner structures. The second objective
was to serve as preliminary test to evaluate the possibility of merging
the output combiner with the antenna element. Taking advantage of the electromagnetic
coupling between antennas, this second combiner structure uses
two antenna elements that were tuned to simultaneously behave as output
combiner of the Doherty amplifier and a radiating element. A arquitetura Doherty convencional é tipicamente utilizada em transmissores sem fios pela sua capacidade de aumentar a eficiência média de um tradicional amplificador em classe B. O amplificador Doherty consiste em dois amplificadores em paralelo (chamados de amplificadores carrier e peaking) que são ligados, na saída, através de um combinador de /4. Este combinador de saída geralmente tem um impacto significativo na largura de banda do amplificador, pois é tipicamente construído a partir de uma estrutura de linhas de transmissão com dimensões ajustadas para uma frequência. Outras estruturas de combinadores não convencionais podem ser projetadas, visando uma largura de banda maior, contribuindo para um aumento geral da largura de banda do amplificador Doherty. Sendo este um tópico de investigação de elevada relevância para o desenvolvimento de amplificadores de alta eficiência e largura de banda, seria interessante ter um setup de laboratório que implemente um amplificador de potência Doherty para o qual estruturas combinadoras distintas possam ser ligadas à saída do amplificador e testadas. Nesse sentido, o projeto de dois amplificadores (carrier e peaking) foi realizado num simulador de circuitos (ADS, da Keysight) junto com o divisor de potência de entrada que compõe a arquitetura Doherty. A placa principal do amplificador Doherty foi projetada para incorporar os amplificadores carrier e peaking, e também o divisor de potência na entrada, e foi preparada de modo que pudesse ser ligada a qualquer combinador desejado a ser testado. Um combinador de potência Doherty tradicional foi projetado e ambas as placas (amplificador Doherty e o combinador) foram produzidas, soldadas e testadas no laboratório de RF. O amplificador medido apresentou as características típicas de um amplificador Doherty com aproximadamente 75% de eficiência de dreno na potência máxima e aproximadamente 50% no ponto de output back-off. Além disso, foi projetado um segundo combinador com dois objetivos. O primeiro foi demonstrar o funcionamento do amplificador Doherty projetado com um combinador de saída distinto, mostrando que, como pretendido neste trabalho, o amplificador desenhado é adequado para testar múltiplas estruturas combinadoras. O segundo objetivo foi servir como teste preliminar para avaliar a possibilidade de fundir o combinador de saída com a antena. Aproveitando o acoplamento eletromagnético entre antenas, esta segunda estrutura combinadora utiliza duas antenas que foram projetadas para se comportarem simultaneamente como combinador de saída do amplificador Doherty e como elemento radiante. |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/25033 |
Appears in Collections: | UA - Dissertações de mestrado DETI - Dissertações de mestrado |
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