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http://hdl.handle.net/10773/29718
Título: | Wideband 500W Power Amplier for UHF |
Outros títulos: | Amplicador de 500W de Banda Larga para UHF |
Autor: | Monteiro, Micael Moreira |
Orientador: | Navarro, António Carvalho, Nuno Borges |
Palavras-chave: | Broadband amplifiers High power amplifiers TV broadcasting UHF devices |
Data de Defesa: | Dez-2019 |
Resumo: | Until nowadays there never was a necessity of being constantly connected
in the history of mankind. This necessity is the moving force behind the
development of new wireless technologies capable of accommodating society’s necessities. Consequently, telecommunications systems which operate
in different frequency bands exist and lead to increasing demands in terms
of performance and cost.
Power amplifiers are one of the most costly components in a RF front-end,
specially in high power transmitters, telecommunications operators are continuously searching to implement devices which operate more efficiently and
capable of operating in multiple frequency bands. Efficient amplifiers consume less energy and, therefore, less cooling equipment is required. Thus,
the overall cost of the transmistter will be lowered. Wideband amplifiers
handle multiple bands; this leads to less devices and lower maintenance
costs.
In the scope of work, a wideband class AB amplifier was implemented by
using λ/4 coaxial cables baluns as power splitters/combiners in ADS (Advanced Design System). Two topologies of matching networks were studied
and simulated. The first topology consists in multi-section quarter wave
transformers. The second topology studied is made of lines and shunt capacitors. For both versions, the simulations show the gain is equal or greater
to 20 dB and has less than a 1 dB of ripple for 470-740 MHz frequency
band. The efficiency values assume to be in the order of 30-61% for input
power in range of 30-39 dBm. Considering the 1-dB compression point, it
varies between 57.5 dBm and 58.8 dBm for 470-740 MHz frequency band in
the case where multi-section quarter wave lines were used as output matching networks. For the case where the output matching networks consist in
lines with shunt capacitors, the 1-dB compression point varies between 57
dBm and 58.5 dBm for the same frequency band. After evaluating the performance and cost, the version which uses capacitors and lines was chosen.
Thus, a two-tone signal with a spacing of 1kHz between carriers was fed to
the amplifier and for a inter-modulation to carrier ratio of -30 dBc a power
of 52.5 dBm per tone was obtained. Lastly, the layout was implemented
and Eletromagnetic simulations were carried out for a more accurate model.
The same simulations were repeated and the noted values are comparable
to previously obtained results. After the amplifiers implementation, the gain
was measured in a network analyzer and it showed that the gain is equal or
greater than 20 dB for the 400-550 MHz frequency band. For the 550-630
MHz frequency band the amplifier has a gain that varies between 20 dB
and 5 dB. Até aos dias de hoje nunca houve uma necessidade tão grande de estar constantemente ligado às redes de informação. Esta necessidade é a força por trás do desenvolvimento de novas tecnologias sem-fios capazes de acomodar as necessidades da sociedade. Consequentemente, existem diversos sistemas de telecomunicações que cobrem múltiplas bandas de frequência o que leva a que o design de circuitos front-end para sistemas rádio seja cada vez mais exigente tanto em termos de desempenho como de custo. Sendo os amplificadores um dos elementos mais dispendiosos, procura-se, especialmente em emissores de alta potência, implementar dispositivos mais eficientes e que sejam capazes de cobrir o maior número de bandas de frequência possível. Dispositivos mais eficientes levam a menor energia dissipada e, portanto, menor necessidade de arrefecimento o que conduz a um menor custo do emissor. Amplificadores de banda larga permitem cobrir um maior número de bandas de frequência, levando a um menor número de dispositivos e por conseguinte a menores custos de manutenção. No âmbito deste trabalho foi realizado o projeto de um amplificador de banda larga, mais especificamente, um classe AB com baluns construídos com cabos coaxiais de λ/4 recorrendo ao software ADS (Advanced Design System). Foram abordadas duas topologias de malhas de adaptação e portanto foram estudadas duas versões. Uma versão em que a malha de adaptação da saída consiste em múltiplas secções de transformadores de λ/4 e outra em que essa malha de adaptação da saída foi implementada com linhas e condensadores em paralelo. Para ambos os casos, as simulações efetuadas revelam que o ganho ´e igual ou superior a 20 dB tendo menos do que 1-dB de ripple para a banda de frequência dos 470-740 MHz em que a eficiência assume valores entre os 30-61% para valores de potência de entrada na ordem dos 30-39 dBm. Relativamente à potência de saída no ponto de compressão de 1-dB, para a banda de frequência dos 470-740 MHz, esta varia entre os 57.5 dBm e os 58.8 dBm no caso em que a malha de adaptação da saída consiste em transformadores de λ/4. Para a variante em que a malha de adaptação da saída consiste em linhas e condensadores, o ponto de compressão de 1-dB varia entre os 57 dBm e 58.5 dBm para a mesma banda de frequência. Após avaliar o desempenho e custo de ambas as alternativas, optou-se por implementar a versão com linhas e condensadores e foram feitas simulações utilizando um sinal de duas portadoras com um espaçamento de 1kHz em que a distorção de intermodulação de -30 dBc corresponde a uma potência de 52.5 dBm por portadora. Por fim, realizou-se o layout e foi gerado um modelo eletromagnético que permitiu a realização das mesmas simulações, obtendo-se valores muito próximos dos obtidos previamente por simulação. Implementou-se o amplificador e obteve-se um ganho igual ou superior a 20 dB para a banda de frequência 400-550MHz. Para a banda dos 550-630 MHz o ganho assume valores entre os 20 dB e 5 dB. |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/29718 |
Aparece nas coleções: | UA - Dissertações de mestrado DETI - Dissertações de mestrado |
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