Convertidor Clase E2 en UHF con Sensibilidad Reducida a Variaciones de la Carga

Abstract

RESUMEN: Con el gran avance de las comunicaciones inalámbricas y el uso progresivo de señales de comunicación con modulación de cada vez más elevado PAPRs, Peak-to-Average Power Ratio (relación entre la diferencia de la potencia pico de la forma de onda y la potencia promedio), surge la necesidad de diseñar sistemas de transmisión mucho más eficientes. Los sistemas transmisores como el polar EER (Eliminación y la Restauración de la Envolvente) o el ET (Envelope Tracking), ante señales con altos valores de PAPRs, permiten el uso de amplificadores clase-E de alta eficiencia con los que se consigue una amplificación más eficiente que la que se obtiene con amplificadores lineales. En este tipo de sistemas de transmisión (basados en la modulación de la polarización), el modulador de envolvente juega un papel fundamental en cuanto a asegurar alta eficiencia, siendo él el que sigue la envolvente de la señal y se la inyecta al amplificador de potencia (PA) al que va conectado. Tarea que puede ser llevada por un convertidor resonante DC/DC y en particular basado en topología clase-E trabajando a las frecuencias de HF, VHF o UHF si se tienen en cuenta las pérdidas de conmutación asociadas a su alta frecuencia de operación. El convertidor DC/DC destaca por su potencial para ofrecer una operación con bajas pérdidas pero sus prestaciones suelen depender de un modo considerable del valor de la resistencia de carga. El objetivo de este trabajo es diseñar en el entorno AWR un convertidor DC/DC conmutado clase (E/F2)2 en UHF, 700MHz, con sensibilidad reducida a variaciones de la carga para solucionar el problema presente en los convertidores DC/DC que operan como moduladores de envolvente en un sistema transmisor. De esta forma podrá inyectar la variación de la envolvente al PA sin importarle la carga que éste ofrece al convertidor DC/DC, consiguiendo mejorar el rendimiento del PA y por consiguiente, logrando un sistema transmisor más eficiente.

ABSTRACT: With the great advance of wireless communications and the continued use of communication signals with modulation of more and more high PAPRs, Peak-to-Average Power Ratio (ratio between the difference of the peak power of the waveform and the average power), there is a need to design much more efficient transmission systems. Transmission systems such as the polar EER (Elimination and Restoration of the Envelope) or ET (Envelope Tracking), in presence of signals with high PAPR values, allow the use of class E power amplifiers to achieve higher efficiency than the obtained with linear amplifiers. In this transmission systems (based on bias modulation), the envelope modulator plays a fundamental role, following the signal envelope and injecting it into a power amplifier (PA), so it should ensure high efficiency. This task can be done by a resonant converter and, in particular based on class-E, operating at HF, VHF or UHF frequencies if the switching losses associated to high frequency of operation are considered. An operation with low losses can be offered by the converter but its benefits usually depends mainly of load resistance value. The main goal of this project is the design of a class (E/F2)2 DC/DC resonant converter working at UHF, 700MHz, with low sensitivity to load variations, to solve the present problem of converters operating as an envelope modulator in a transmission system. In this way, the converter could inject the variation of the envelope to the PA independently the load it offers, improving the performance and consequently obtaining a more efficient transmitter system.