उच्च डेटा दर मोबाइल संचार प्रणालियों को आरएफ पावर एम्पलीफायर (पीएएस) की आवश्यकता होती है जो नेटवर्क की परिचालन लागत को कम करने में मदद के लिए उच्च ऊर्जा क्षमता प्रदान करते हैं।

यह एक चुनौती है, क्योंकि नवीनतम सेलुलर मानकों में उपयोग की जाने वाली जटिल मॉडुलन योजनाओं में उच्च चोटी-से-औसत-शक्ति अनुपात (पीएआर) है जो बदले में ट्रांसमीटरों के पीए से उच्च औसत क्षमता की मांग करता है। कई पीए आर्किटेक्चर में एक 'मीठा स्थान' होता है जिस पर वे सबसे कुशलता से संचालित होते हैं, और उस स्थान से बहुत कम क्षमता पर काम करते हैं। इसलिए उच्च औसत क्षमता प्राप्त करना मतलब पीए आर्किटेक्चर का निर्माण करना है जो परिचालन स्थितियों की एक विस्तृत श्रृंखला में कुशल हैं।

हमने डोहेटी और आउट-फ़ेजिंग आर्किटेक्चर में GaN ट्रांजिस्टर का उपयोग करके ऐसे पीए बनाने के लिए कुछ आशाजनक दृष्टिकोण देखे हैं। हमें लगता है कि अगर ट्रांसमिटेड सिग्नल की उच्च हार्मोनिक्स समाप्त हो जाती है तो पीए बोर्ड के आकार या जटिलता को बढ़ाए बिना अधिक प्रभावी ढंग से नियंत्रित किया जा सकता है।

हमारा दृष्टिकोण एक मानक आरएफ पैकेज में कक्षा-ए एम्पलीफायर की क्षमताओं को प्राप्त करने के लिए सामंजस्यपूर्ण रूप से मिलान किए गए GaN ट्रांजिस्टर और अर्ध लोड-असंवेदनशील (QLI) आर्किटेक्चर का उपयोग करता है। दृष्टिकोण उच्च दक्षता संचालन प्रदान करता है। जिस तरह से डोहेर्टी और आउट-फेजिंग पीए आर्किटेक्चर अपने भार को संशोधित करते हैं।

एक अनुस्मारक के रूप में, चित्रा 1 एक सरलीकृत डोहेर्टी पीए वास्तुकला दिखाता है।

चित्रा 1: एक सरलीकृत डोहेर्टी पीए वास्तुकला

चित्रा 2 एक सरलीकृत आउट-फ़ेजिंग पीए आर्किटेक्चर

क्यूएलआई तकनीकों का उपयोग करके अधिक कुशल पीएएस बनाना
हम एक सरल सर्किट संरचना से उच्च दक्षता प्राप्त करने के लिए कक्षा-ए एम्पलीफायर के एक सीमित-अधिष्ठापन कार्यान्वयन का उपयोग करते हैं। लोड ऑपरेटिंग कारकों के बीच संबंध के रूप में कई ऑपरेटिंग मोड उत्पन्न होते हैं और इनपुट पैरामीटर चित्रा 1 में दिखाए गए अनुसार एल और सी के माध्यम से अनुनाद कारक q = 3 / ω√LC के फ़ंक्शन के रूप में भिन्न होता है।

चित्रा 3: अर्ध लोड-असंवेदनशील कक्षा ई पीए, इसके सीमित डीसी फ़ीड प्रेरक एल और लोपास एलसी सेक्शन (एलएक्सएनएनएक्सएक्सएनएक्सएक्स) और संबंधित तरंगों के साथ

Q = 1.3 पर, पीए क्लास-ई ऑपरेटिंग मोड में जाता है जो लोड प्रतिरोधों की एक विस्तृत श्रृंखला पर सर्वोत्तम दक्षता प्रदान करता है - जो गतिशील लोड मॉड्यूलेशन का उपयोग करने वाले सिस्टम के लिए आवश्यक है।

मानक आरएफ पैकेज में, आकार और लागत की बाधाएं केवल साधारण मिलान नेटवर्क टोपोलॉजीज की अनुमति देती हैं। एक श्रृंखला संधारित्र आंतरिक रूप से कार्यान्वित करना विशेष रूप से कठिन होता है। इसलिए, हमने चित्रा 1 के निचले हिस्से में दिखाए गए अनुसार एक कार्यात्मक रूप से समान रूप से परिवर्तित कम-पास एलसी अनुभाग (L1C3) व्युत्पन्न किया है।

चूंकि उच्च हार्मोनिक्स पैकेज के अंदर मेल खाते हैं, इसलिए पारंपरिक मौलिक लोड-पुल प्रणाली अधिकतम दक्षता, अधिकतम आउटपुट पावर और बैक-ऑफ (उदाहरण के लिए, 6dB) के लिए इष्टतम प्रतिबाधा को प्राप्त करने के लिए पर्याप्त है। मापा डेटा दिखाता है कि अधिकतम आउटपुट पावर और दक्षता एम्पलीफायर के स्मिथ चार्ट के वास्तविक अक्ष पर गठबंधन की जाती है। चोटी दक्षता संरक्षित होती है जबकि आउटपुट पावर लोड के बढ़ते वास्तविक हिस्से के लिए घट जाती है, जो दर्शाती है कि लोड मॉड्यूलेशन के दौरान चरम दक्षता प्राप्त करने के लिए आवश्यक दूसरी हार्मोनिक प्रतिबाधा अप्रभावित है। यह संपत्ति डोहेर्टी और आउट-फ़ेजिंग पीए की औसत दक्षता को बढ़ावा देने के लिए बहुत उपयोगी है।

कक्षा ई डोहेर्टी पीए डिजाइन में क्यूएलआई तकनीकों को लागू करना
पैकेज किए गए डिवाइस की शक्ति और दक्षता के हमारे भार-पुल माप से पता चलता है कि इसमें λ / 4 आंतरिक सिग्नल रोटेशन है। इस आंतरिक रोटेशन को डोहेर्टी पीए के लोड नेटवर्क के डिजाइन में ध्यान में रखा जा सकता है, इसलिए उत्पादन में मुआवजे की लाइनों को जोड़ना जरूरी नहीं है। पैकेज लीड पर आवश्यक मूल भार प्रतिबाधा भी पर्याप्त है जो डोहेर्टी कम्बाइनर को अतिरिक्त मिलान नेटवर्क के बिना सीधे कनेक्ट करने की अनुमति देने के लिए पर्याप्त है।

तथ्य यह है कि पैकेज के अंदर उच्च हार्मोनिक्स समाप्त हो जाते हैं, इसका मतलब है कि डोहेर्टी पीए के लिए लोड नेटवर्क सरल, कॉम्पैक्ट हो सकता है और इसे उच्च हार्मोनिक मिलान की आवश्यकता नहीं है। इसके अलावा, मुख्य उपकरण क्लास-एबी मोड में पक्षपातपूर्ण है, जबकि शिखर डिवाइस क्लास-सी मोड में परंपरागत डोहेर्टी ऑपरेशन सुनिश्चित करने के लिए अपने क्विज़ेंट धाराओं के लिए पक्षपातपूर्ण है, ताकि जब हार्ड संचालित हो, तो डिवाइस कक्षा-ई को ऑपरेशन की तरह प्रवेश करेगा।

क्यूएलआई तकनीकों को दोहरी इनपुट, मिश्रित-मोड आउटफेजिंग पीए डिज़ाइन पर लागू करना
मिश्रित मोड आउट-फ़ेजिंग डिज़ाइन चित्र 4 (बी) में दिखाया गया है। एक क्षेत्र लेने वाली शंट संवेदना जोड़ने की बजाय, ± Δ द्वारा अपनी विद्युत लंबाई समायोजित करके दो शाखाओं में चिरिक्स मुआवजे को शामिल किया गया है। Δ का मूल्य आवश्यक आउट-फ़ेजिंग मुआवजे कोण निर्धारित करता है।

मिश्रित मोड आउट-फ़ेजिंग ऑपरेशन के लिए, अधिकतम नाली / पीएई दक्षता बनाम पावर बैक-ऑफ प्राप्त करने के लिए चरण और इनपुट-पावर नियंत्रण का संयोजन उपयोग किया जाता है। सर्वश्रेष्ठ दक्षता प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए ड्राइव प्रोफ़ाइल एक लुकअप टेबल में संग्रहीत है। इसका मतलब है कि आउट-फेजिंग पीए बड़े आउट-फेजिंग कोणों पर तेज दक्षता / लाभ रोल-ऑफ़ से बच सकता है, और इसलिए इसकी उच्च लाइन-अप दक्षता को बनाए रखता है।

अभ्यास में QLI पीए आर्किटेक्चर
हमने इन दो पीए आर्किटेक्चर का परीक्षण दोहरी इनपुट माप सेटअप का उपयोग किया जो सिग्नल के इनपुट चरण और आयाम दोनों को साफ़ कर सकता था। निरंतर तरंगों के साथ परिचालन करते समय उन्हें अत्यधिक ताप से बचाने के लिए उपकरणों को उच्च संपीड़न में नहीं धकेल दिया गया था। इसका मतलब है कि मॉड्यूटेड सिग्नल के साथ शिखर शक्ति कम से कम 1dB स्थिर मापित आउटपुट पावर से अधिक है। रैखिकरण के लिए एक वेक्टर-स्विच सामान्य स्मृति बहुपद दृष्टिकोण का उपयोग किया गया था। एक अनुकूलित डिजिटल प्री-विरूपण रणनीति को भी बेहतर रैखिकरण देना चाहिए।

निष्कर्ष

इस काम से पता चलता है कि आरएफ पैकेज के अंदर उच्च हार्मोनिक्स को समाप्त करके उच्च दक्षता, लोड-मॉड्यूलेशन आधारित पीएएस बनाना संभव है। इस दृष्टिकोण का भी अर्थ है कि पावर-संयोजन नेटवर्क सरल और कॉम्पैक्ट हो सकते हैं।

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