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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/2201| Desarrollo de modelos no lineales de transistores GaAs para el diseño de amplificadores de potencia de alta eficiencia Development of a nonllinear model for GaAs transistors to the design of high efficiency power amplifiers | |
| José Raúl Loo Yau | |
| J. Apolinar Reynoso Hernández | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Computadoras analógicas | |
| En los sistemas de comunicaciones modernos, en especial los sistemas móviles, el consumo de energía es un factor crítico que se tiene que optimizar. Por tal motivo los amplificadores de potencia (AP) que son los que mayor energía consumen deben de ser muy eficientes. En ese sentido los AP clase E han demostrado teóricamente una eficiencia del 100% y en la práctica han alcanzado eficiencias de 90%. Estos resultados fueron reportados en la década de los 70 a muy bajas frecuencias y considerando que el transistor se comporta como un interruptor ideal. Sin embargo, con el desarrollo de nuevas tecnologías de transistores que funcionan a frecuencias del rango de los GHz se necesita reconsiderar la metodología de diseño de los amplificadores clase E. En esta tesis se plantea una nueva metodología para el diseño de los AP clase E de línea de transmisión utilizando el modelo no lineal de un transistor de efecto de campo en tecnología GaAs en lugar del interruptor ideal. Con la ayuda del modelo no lineal se identifica una variable que tiene un impacto importante en el desempeño del amplificador y que no se había considerado en ningún trabajo anterior, dicha variable es el tiempo que tarda la señal de entrada en saturar al transistor. Lo anterior permitió desarrollar una expresión analítica más precisa para determinar la impedancia de la red de carga. Con esta nueva expresión analítica se construyeron AP clase E a 0.8, 1.9 y 6.0 GHz, utilizando el método de diseño clásico y el que se propone en esta tesis, demostrando que el método de diseño que se propone se acerca mucho más a la impedancia de la red de carga óptima. Por otro lado, desde el punto de vista de modelado, este trabajo muestra que para este tipo de aplicación y cuando la eficiencia es una prioridad, las características I-V del transistor se pueden obtener tanto de mediciones en modo pulsado como en régimen estática. Además, el modelo de corriente puede ser bastante flexible para modelar la transición entre la región óhmica y la de saturación, esto se comprobó comparando el modelo de Angelov contra un modelo mejorado de Angelov que se propone en este trabajo. In modern communication systems, in special mobile systems, the power consumption is a crucial factor that has to be optimized. Therefore, the power amplifiers (PA) that are the stage that consume much energy must be more efficient. In that sense, the class E PA has demonstrated in theory a 100% of efficiency and experimentally a 90%. Such experiments have been performed in the decade of the 70 at very low frequency and modeling the transistor as an ideal switch. However, with the advances in the communication systems where the operation frequency is in the range of GHz, it is necessary to make another study of the methodology to design class E PA. Using a GaAs FET nonlinear model instead of an ideal switch, in this thesis a new procedure for designing transmission line class E PA is proposed. The new methodology lies in a new analytical expression for calculating the output load network, which allows for the parasitic elements. In addition, by using the nonlinear model a variable that play an important role in the performance of the class E PA was identified. The variable has not been reported in any previous work, this variable is the time that the input signal takes to saturate the transistor. These facts allow developing an analytical expression to determine the impedance of the output load network much closer to the optimum load impedance value. To demonstrate the usefulness of the proposed method several class E PA at 0.8, 1.9 and 6.0 GHz were designed with the classical approach and the method proposed in this thesis. The experimental results show that the proposed method determines the impedance of the load network much closer to the optimum value than the classical approach. On the other hand, regarding nonlinear modeling this work shows that for this type of application and when the efficiency is a priority, the I-V characteristics of the FET can be obtained by means of pulsed or DC measurements systems. In addition the current nonlinear model could be very flexible to modeling the transition between the ohmic and the saturation region, this fact was verified comparing the Angelov model with an improved Angelov model developed in this work. | |
| CICESE | |
| 2006 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Loo Yau, J.R.2006.Desarrollo de modelos no lineales de transistores GaAs para el diseño de amplificadores de potencia de alta eficiencia.Tesis de doctorado en ciencias.Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.165 p. | |
| TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Electrónica y Telecomunicaciones |
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