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4-2016

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Design Bild 8:

Design Bild 8: Simulierte dynamische Lastlinien über der Bandbreite für Klasse-A- und Klasse-AB-Vorspannung bei niedrigen Leistungspegeln. stärkungsverlauf und Stabilität sorgen. Das MultiMatch-Layout lässt sich leicht in die gewünschte Form bringen. Mit wenigen Klicks können der Schaltplan und das Layout in Microwave Office exportiert (Bild 7) werden. In Microwave Office werden die Microstrip-Diskontinuitäten vollständig simuliert, entweder durch elektromagnetische (EM) Modelle oder volle EM-Simulation von Teilen des Layouts. Das nichtlineare Modell und die HB-Simulation werden dazu verwendet, um die Leistungspegel des Grundwellensignals und der harmonischen Signale, die zugehörige Verstärkung und Verstärkungskompression, Ströme, Spannung, Wirkungsgrad und ähnliches zu simulieren. Mit diesen Simulationen können dann einige kleinere Anpassungen vorgenommen werden, um die bestmögliche Leistung zu erzielen. Die dynamische Last Linie (DLL) in der HB-Simulation Bild 6: MultiMatch-Layout des Netzwerks Bild 7: Das entsprechende Layout in Microwave Office. Cree stellte nichtlineare Modelle mit Zugriff auf Spannung und Strom über den inneren Generator (Stromgenerator) zur Verfügung. Die Simulation von Spannung und Strom, und damit die DLL über dem Generator, eröffneten eine wesentliche höhere Ebene der Visualisierung, des Verständnisses und der Designmöglichkeiten. Bild 8 zeigt die simulierten DLLs über die gesamte Bandbreite für Klasse- A- und Klasse-AB-Vorspannung bei geringen Leistungspegeln. Es ist offensichtlich, dass der Klasse-A-Betrieb maximalen Hub für Spannung und Stromstärke ermöglicht und damit die maximale P sat . B i l d 9 z e i g t d i e D L L s bei Psat von Klasse-A- und Klasse-AB-Verstärkern (links) sowie P sat und P AE (rechts) über die gesamte Bandbreite für Klasse A und AB (rechts). Es ist offensichtlich, dass sie bei beiden Vorspannungen ungefähr gleich sind, was die Gültigkeit der Design-Methode verdeutlicht. In diesem Beispiel wurden zwei Kopien der entworfenen Verstärkerstufe über Hybrid-Koppler miteinander verbunden, um eine symmetrische Ausgangsstufe zu erhalten. Zwei aufeinanderfolgende Treiberstufen wurden als nächstes entwickelt. Diese Stufen basieren auf einem Cree GaN HEMT, für den ein nichtlineares Modell verfügbar ist, sowie einem Gallium Arsenid (GaAs) heterojunction Field Effect Transistor (HFET), für den es nur die S-Parameter eines Klasse- A-Vorspannungspunktes gibt. Die S-Parameter des GaN-Transistors, extrahiert aus Microwave Office, sowie die S-Parameter des GaAs-Transistors wurden in MultiMatch dazu verwendet, lineare Modelle für beide Transistoren zu erzeugen. Mit definierten Grenzen für Spannung und Strom wurden die Leistungsparameter und die Möglichkeiten der Synthese dazu benutzt, die beiden Treiberstufen für maximale Leistung und flachen Verstärkungsverlauf über die gesamte Bandbreite zu entwerfen. Die simulierten Ergebnisse des MultiMatch-Designs zeigt Bild 10. In Bild 11 ist Stufe 1 die Ausgangsstufe und Stufe 2 die Eingangsstufe des zweistufigen Treibers. Die S-Parameter der beiden Transistoren wurden ersetzt durch das nichtlineare Modell des Cree-GaN-Transistors und das lineare Modell für den GaAs- HFET. Spannungs- und Strommessgeräte wurden über den inneren Generatoren platziert, außerdem eine M-Sonde am Ausgang des GaAs-Transistors. In Bild 12 wurde das nichtlineare Modell dazu verwendet, die I/V-Kurven und die DLLs der GaN-Transistorstufe über der Bandbreite zu simulieren. Darüber wurden in der linken unteren Ecke die Grenzlinien gelegt, welche die maximalen Spannungs- und Stromhübe des GaAs-Transistors vor dem Clippen definieren. Die DLLs werden innerhalb dieser Grenzen gezeigt. Diese Lastlinien wurden mithilfe des HB-Simulators und des linearen Transistor-Modells simuliert. Die Eingangsleistungspegel wurden so gewählt, dass die DLLs der GaAs-Transistorstufe die harten Clipping- Grenzen nur gerade erreichen. Aus Bild 12 ist ersichtlich, dass sich der GaN-Transistor bereits tief in der Kompression befindet, während der GaAs-Transistor gerade mit der Komprimierung 30 hf-praxis 4/2016

Rubriken Design Bild 9: DLLs bei P sat der Klasse A und der Klasse AB (links) und P sat sowie P AE in der gesamten Bandbreite für Klasse A und AB (rechts). Bild 10: Die simulierten Ergebnisse des MultiMatch-Designs: Verstärkung und RL (linke Grafik) sowie Leistung vor dem Clippen für jede Stufe und den gesamten Verstärker (rechte Tabelle). Bild 11: Schematische Darstellung des Treibers in Microwave Office. hf-praxis 4/2016 31

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