Klasse-S Mikrowellen-Leistungsverstärker mit GaN-Transistoren

{"ID":4006069,"post_title":"Klasse-S Mikrowellen-Leistungsverst\u00e4rker mit GaN-Transistoren","title":"Klasse-S Mikrowellen-Leistungsverst\u00e4rker mit GaN-Transistoren","post_content":"Die vorliegende Arbeit pr\u00e4sentiert eine umfassende Analyse des Klasse-S-Konzepts im Mikrowellen-Frequenzbereich. Es werden Voltage-Mode (VMCS) und Current-Mode (CMCS) Klasse-S-Verst\u00e4rker, die auf GaN-MMICs basieren, f\u00fcr das 450 MHz -Band entworfen, realisiert und messtechnisch charakterisiert. Die Beitr\u00e4ge der Arbeit gliedern sich in drei Hauptthemen. Zun\u00e4chst wird ein Zeitbereichsmessplatz entwickelt. Dadurch ist es m\u00f6glich, die Signalform der digitalen Leistungsschalter-MMICs, die in den Klasse-S-Verst\u00e4rkern benutzt werden, zu analysieren. Verschiedene GaN Leistungsschalter-MMICs inklusive der jeweiligen Treiberschaltungen wurden charakterisiert. Sie erreichen eine Draineffizienz von bis zu 90%und breitbandige (digitale) Ausgangsleistungen von bis zu 20W. Anschliessend wird ein Schalter-basiertes Transistormodell vorgestellt, welches f\u00fcr Grosssignalsimulationen von Schaltverst\u00e4rkern im Zeitbereich entwickelt wurde. Es bietet den direkten Zugang zu den parasit\u00e4ren Elementen des Transistors wie z. B. den Drain-Source On-Widerstand Rds ON und die Drain-Source-Kapazit\u00e4t Cds. Dadurch kann man z. B. Verlustmechanismen genauer identifizieren. Aufgrund seiner einfachen Struktur konvergiert es bei gleicher Genauigkeit schneller als die Standardmodelle. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem Entwurf, der Optimierung und der Analyse von Klasse-S-Verst\u00e4rkern unter besonderer Betrachtung der dazugeh\u00f6rigen Ausgangsnetzwerke. Es wird eine detaillierte theoretische und praktische Untersuchung der Netzwerke f\u00fcr Voltage-Mode- und Current-Mode-Aufbau durchgef\u00fchrt. Sie sind Schl\u00fcsselelemente f\u00fcr die Funktionsweise und die Effizienz des Klasse-S-Konzepts, besonders im Current-Mode, bei dem das Filter einen differentiellen Eingang hat. Realisiert wurden Verst\u00e4rker sowohl in Current-Mode (CMCS) als auch in Voltage-Mode-Topologie (VMCS) f\u00a8ur das 450 MHz - Band. Die erreichten Ergebnisse stellen einen bedeutenden Fortschritt f\u00fcr den ?State-of-the-Art? von Klasse-S-Verst\u00e4rkern im Mikrowellen-Frequenzbereich dar. Im Klasse-S-Betrieb mit einer 1-Ton Bandpass-?? (BPDS) Bitsequenz erreichen die VMCS- und CMCS-Verst\u00e4rker Spitzenrggizienzen von 50 % und 41 % bei maximalen Ausgangsleistungen (Paus) von 3,4Wbzw. 9W. Vermindert man die kodierte Signaleingangsleistung um 10 dB, dann f\u00e4llt die Draineffizienz jedoch unter 10 %. Obwohl die erreichten Ergebnisse Bestwerte f\u00fcr Mikrowellen-Klasse-S-Verst\u00e4rker in diesem Frequenzbereich und f\u00fcr diese Ausgangsleistungen darstellen, m\u00fcssen sie verbessert werden, um das Konzept konkurrenzf\u00e4hig zu machen. Nach der Identifizierung der Hauptverlustmechanismen wurden verschiedene Ans\u00e4tze zur Verbesserung der Effizienz, speziell bei power back-off, untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Variation der \u00dcberabtastrate des BPDS-modulierten Signals zu keinen signifikanten Verbesserungen f\u00fchrt. Die Kodiereffizienz der Modulation jedoch spielt eine Schl\u00fcsselrolle im Hinblick auf Effizienz und Ausgangsleistung. Mit einem periodischem Rechtecksignal am Eingang, welches die maximale Kodiereffizienz aufweist, k\u00f6nnen Paus und Effizienz deutlich erh\u00f6ht werden. Die Verst\u00e4rker liefern bis zu 19 W im Current-Mode- und 7 W im Voltage-Mode-Aufbau. Das entspricht ann\u00e4hernd einer Verdopplung der BPDS-Resultate. Im Zuge der Untersuchungen zur Kodierung des Eingangssignals wurden die Klasse-S-Verst\u00e4rker auch mit einer Pulsweitenmodulation (PWM) zur Kodierung der Amplitude im back-off -Betrieb getestet. Dabei zeigt eine Version des Voltage-Mode-Aufbaus ohne Freilaufdioden nun 83 % Draineffizienz bei Vollaussteuerung (Paus = 3 W) und eine Verbesserung bei 10 dB power back-off von 11 % (BPDS) auf 40 %. Die Effizienz des Current-Mode-Verst\u00e4rkers erh\u00f6ht sich mit solch einem PWM-Signal auf 20 % bei 10 dB back-off (10 % f\u00fcr BPDS-Modulation). Die erreichten Resultate bilden dar\u00fcber hinaus eine ausgezeichnete Grundlage f\u00fcr weitere Verbesserungen des Klasse-S-Konzepts im Hinblick auf Effizienz, speziell bei hohen power back-offs.","image":"https:\/\/images.thalia.media\/00\/-\/aefaa206e2f84e4abf88e8edcc30c8fc\/klasse-s-mikrowellen-leistungsverstaerker-mit-gan-transistoren-taschenbuch-andreas-wentzel.jpeg","url":"https:\/\/www.vergleiche.ch\/unterhaltung\/product\/klasse-s-mikrowellen-leistungsverstarker-mit-gan-transistoren\/","min_price":43.89999999999999857891452847979962825775146484375,"low_price_merchant_id":70254503,"deeplink":"https:\/\/www.awin1.com\/pclick.php?p=33840838889&a=401125&m=13971&pref1=9783869558974","ean":9783869558974,"brand":"undefined"}