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9-2014

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HF-Praxis 9/2014

Bauelemente Neue

Bauelemente Neue Lösungen vereinfachen die Implementierung von Doherty-Verstärkern Aktive Splitter von Freescale und Combiner von Anaren ermöglichen sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Doherty-Architekturen der nächsten Generation. Der Doherty-Verstärker wurde bereits 1936 von William H. Doherty in den Bell Telephone Laboratories entwickelt. Sein Grundprinzip beruht auf der Variation der Lastgeraden durch ein aktives Load-Pull-Prinzip, bei dem zwei Verstärker – ein Haupt- und ein Spitzenverstärker (meist in Klasse C) auf den gleichen Lastwiderstand arbeiten. Der Hauptverstärker arbeitet ständig, während der zweite Verstärker, der Spitzenverstärker, nur für die Leistungsspitzen zugeschaltet wird, sobald der Hauptverstärker eine Leistung von ca. –6 dB unter dem Spitzenwert erreicht hat. Damit wird eine Wirkungsgradsteigerung gegenüber normalen AB-Verstärkern von rund 15% erreicht. Es gibt inzwischen zahlreiche Verstärkerarchitekturen, die bei gleichen Betriebsdaten ähnliche Leistungen und Wirkungsrade erzielen und gegenüber dem etwas aufwändigeren Doherty- Verstärker leichter zu implementieren sind. Hauptprobleme bei diesem Verstärkertyp sind der erforderliche Combiner am Ausgang sowie der Splitter am Eingang, sofern man sie mit diskreten Komponenten aufbaut. Doherty-Verstärker werden inzwischen sehr weitgehend standardmäßig eingesetzt, da Betreiber von Basisstationen immer höhere Effizienz verlangen, ohne dass dabei die Linearität verschlechtert wird. Die Vorteile gegenüber herkömmlichen Klasse-AB-Verstärkern können oft nur durch sehr sorgfältiges Feintuning des gesamten Verstärkeraufbaus erreicht werden. Zwei neue integrierte Komponenten, das fortschrittliche Doherty Abgleichmodul (Adam) MMDS20254H von Freescale und der DOHERTY-Kombinator X3DC23P1S Xinger (r) III Bild 1: Prinzipieller Aufbau eines Doherty-Verstärkers (Univ. Stuttgart, I. Dettman) von Anaren sind einzigartige Lösungen, die symmetrische oder unsymmetrische Doherty- Implementierung vereinfachen. Freescale MMDS20254H Advanced Doherty Alignment Module (ADAM) Das Abgleich-Modul wurde entwickelt, um eine genaue Ausrichtung von Phase und Amplitude der Träger- und der Spitzenwert-Verstärker bei Doherty-Architekturen zu bewirken. Es enthält einen 90 º-Koppler, digital wählbare Phasenschieber sowie Stufen-Dämpfungsglieder und arbeitet mit einer einzelnen Richardson RFPD Inc. www.richardsonrfpd.com Anaren www.anaren.com Freescale www.freescale.com Bild 2: Blockdiagramm eines Doherty-Verstärkers mit zusätzlichen Abgleichkomponenten für das “Feintuning“ (RFMD) 32 hf-praxis 9/2014

Bauelemente Bild 3a: Der Doherty-Verstärker erreicht Lastmodulation durch Verwendung des Prinzip des „load pullings“ mit zwei Verstärkern (RFMD) Bild 5: Typisches Abgleich-Blockdiagramm eines Doherty-Basisstations-Verstärkers Bild 3b: Beide Verrstärker tragen in gleicher Weise zur Ausgangseistung bei Bild 3c: Der Spitzenverstärker ist ausgeschaltet 5-V-Versorgungsspannung. Das MMDS20254H ist geeignet zur Übertragung aller Sendeprotokolle von 1800 MHz bis 2200 MHz, jedoch muss der Verstärker mindestens eine Durchschnittsleistung von 1 W an die Antenne liefern. Zu den zahlreichen Vorteilen des Abgleichmoduls gehören u.a.: • verbesserte digitale Vorverzerrungs-Korektur (DPD) • gesteigerte Systemeffizienz • signifikante Doherty-Bandbreitenverbesserung. Bild 4: Funktionelles Blockdiagramm des MMDS20254H Bild 6a: Zusammenschaltung von Combiner und Doherty-Verstärker Technische Daten des MMDS20254H • Frequenzbereich 1800 - 2200 MHz • Maximale HF-Eingangsleistung +25 dBm (CW) • progr. Dämpfungsglieder in Schritten von 0,5 dB bis 7,5 dB • verlustarmer Leistungssplitter • Phasenschieber 7º Shift pro Bit bei 49º Maximalbereich • Strombedarf 12 mA • Impedanz 50 Ohm, keine externe Anpassung erforderlich • TTL/CMOS/SPI- Interface 1,8 V, 3,3 V Logik • SMT-Gehäuse 32 pin, 6 mm QFN- Plastikgehäuse Doherty-High-performance-Combiner im flachen Gehäuse Der Anaren X3DC23P1S Xinger III ist ein Hochleistungs- Bild 6b: Innenschaltung des Combiners Doherty-Combiner mit flachem Profil, der in einem leicht einsetzbaren, produktionsgerechten SMT-Gehäuse geliefert wird. Er wurde speziell für den Einsatz in DoheryVerstärkern entwickelt, wo eng tolerierte Phasen- und Amplitudenunsymmetrie und niedrige Einfügungsdämpfung für Maximalleistungs- und Low- Power-Betrieb erforderlich sind. Er kann für HF-Leistungen bis 50 W eingesetzt werden und ist das neueste Modell der Xinger III Doherty-Combiner. Technische Daten des X3DC23P1S • Frequenzbereich 2300-2400 MHz • Rücklaufdämpfung 23 dB (min) • Einfügungsdämpfung 0,16 dB (Maximum) • Amplituden-Unsymmetrie ±0,35 dB (Maximum) • Phasen-Unsymmetrie 90° ±3,0° • Abmessungen 6,35 mm x 5,08 mm hf-praxis 9/2014 33

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel