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http://hdl.handle.net/10773/33534
Title: | Video-bandwidth impact and compensation in wideband high-efficiency power amplifiers |
Other Titles: | Impacto e compensação da largura de banda vídeo em amplificadores de potência de elevado rendimento |
Author: | Barros, Diogo Rafael Bento |
Advisor: | Cabral, Pedro Miguel da Silva Pedro, José Carlos Esteves Duarte |
Keywords: | Keywords Amplifier modelling Baseband impedance Concurrent multi-band Energy e ciency Video bandwidth Nonlinear distortion Power amplifier Radiofrequency Wideband |
Defense Date: | 19-Nov-2021 |
Abstract: | 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. |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/33534 |
Appears in Collections: | UA - Teses de doutoramento DETI - Teses de doutoramento |
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