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3-2017

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Design ckung der zweiten

Design ckung der zweiten Harmonischen zur Verfügung. Unser Prototyp bietet mehr als 40% durchschnittlichen Wirkungsgrad über den Großteil des UKW-Rundfunkfrequenzbereichs (von 470 bis 810 MHz), bei einer durchschnittlichen Ausgangsleistung von 220 W sowie einer Spitzenleistung von mehr 1,4 kW. Der PA ist kompatibel zu digitalen Vorverzerrungstechniken, wie sie für handelsübliche DVB-T-Signalerzeuger erforderlich ist. Odd-Mode Doherty- Leistungskoppler Bild 1 zeigt den vereinfachten Schaltplan des vorgeschlagenen Breitband-Kopplers. Der Großteil des Schaltkreises wird mit Breitseiten-gekoppelten Übertragungsleitungen erstellt, zusammen mit einem idealen Breitband-Balun am Ausgang. Breitseiten-gekoppelte Leitungen können für fast jede Impedanz ausgelegt werden und bieten hohe Gleichtakt-Impedanzen, wenn die Masseebene im Vergleich zur Substratdicke weit entfernt ist. Diese Leitungen bieten auch wesentlich niedrigere Impedanzen als Microstrip- Übertragungsleitungen ähnlicher Größe, da zwischen den Leitern der Übertragungsleitung höhere Kapazitäten auftreten. Schaltkreisanalysen lassen sich vereinfachen, wenn sie getrennt nach differenziellen (Odd-Mode) und Gleichtakt-Modus-Bedingungen (Even-Mode) evaluiert werden. Wenn die Eingänge der Haupt- und Spitzenleistungs- Transistorpaare durch differenzielle Signale angesteuert werden, gibt die Odd-Mode-Analyse des Schaltkreises die Antwort auf grundlegende Signale und die Even-Mode-Analyse die Antwort auf zweite harmonische Signale wider. Odd-Mode-Analyse Für die Odd-Mode-Analyse werden die Transistoreingänge differenziell angeregt, und der Schaltkreis wird nach Fundamentalfrequenzen von 470 bis 810 MHz analysiert. Unter diesen Bedingungen fungieren alle Breitseiten-gekoppelten Übertragungsleitungen als Microstrips, und der Schaltkreis verhält sich wie zwei Doherty-Verstärker bei differenzieller Erregung und in Kombination mit einem Balun (Bild 2). Damit ergibt sich eine hohe Breitband-Leistungsfähigkeit, sowohl bei verminderter als auch voller Leistung (Bild 3). Even-Mode-Analyse Um den Schaltkreis nach zweiten harmonischen Strömen zu analysieren, wird angenommen, dass die Eingangssignale der Hauptund Spitzenleistungs-Transistorpaare phasengleich sind und der Schaltkreis für zweite harmonische Frequenzen von 900 bis 1900 MHz analysiert wird. Unter diesen Bedingungen stellen alle Breitseiten-gekoppelten Übertragungsleitungen zusammen mit dem Ausgangs-Balun einen offenen Schaltkreis dar. Dieser ist vereinfacht in Bild 4 zusammen mit seiner Frequenzantwort dargestellt. Ausgangs-Balun Damit unser modifizierter Doherty-Schaltkreis ordnungsgemäß funktioniert, ist ein planarer Breitband-Balun erforderlich, der die Ausgangsimpedanz des Schaltkreises in 50 Ω umwandelt. Für unseren 1,4-kW-Breitband UKW-DPA- Prototypen beträgt die erforderliche normierte Bandbreite an die 55%, und die erforderliche Impedanz-Umwandlungsrate mehr als 20. Um diese Vorgaben zu erfüllen, nutzen wir die Merkmale der Übertragungsleitung eines planaren Baluns, um einen breitbandigen, mehrteiligen Impedanzwandler zu erhalten (Bild 5). Der Aufbau fungiert als Balun und Impedanzwandler (mit einem Wandlungsverhältnis von 20) über mehr als 55% der normierten Bandbreite mit einer Eingangsreflexion von weniger als -25 dB und einem Verlust von weniger als 0,5 dB. Bild 4: Even-Mode-äquivalenter Schaltkreis des Odd-Mode Doherty-Verstärkers und sein Verhalten bei zweiten harmonischen Frequenzen Bild 5: Ausgangsimpedanzwandler und Balun Bild 6: Layout des Odd-Mode Doherty-Prototypen Aufbau eines Prototypen Um die Odd-Mode Doherty- Architektur in der Praxis zu demonstrieren, haben wir einen Prototypen für UKW-Rundfunk- TV-Anwendungen auf Basis von Ampleons LDMOS-Bausteinen BLF888A/B erstellt. Die Verwendung von Breitseiten-gekoppelten Übertragungsleitungen erschwert das Layout, weshalb eine mehrlagige Leiterplatte zum Einsatz kam (Bild 5). Die Schaltkreise auf den inneren Lagen sind durch die schattierten Pfade im Bild dargestellt. Die Leiterplatte ist auf einer Grundplatte mit Lufthohlräumen montiert, 10 hf-praxis 3/2017

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