Amplificador clase E de banda ancha para aplicación en los sistemas de navegación Galileo

Abstract

La demanda de alta eficiencia y mejores prestaciones en las comunicaciones inalámbricas hace que surja un campo de estudio en términos de investigación e innovación. Con el paso del tiempo la modulación es más exigente, surgiendo la necesidad de mejorar las prestaciones e incentivando el reto de diseño de sistemas de transmisión con una eficiencia mayor que los que están actualmente implementados. El objetivo de este Trabajo Fin de Máster es el análisis, diseño, implementación y ca racterización de un amplificador de potencia clase E en tecnología GaN HEMT, capaz de proporcionar una alta eficiencia con potencia de salida aproximadamente constante en las bandas E5 (1.164-1.215 GHz) y E6 (1.26-1.30 GHz) del sistema Galileo. Se seleccionará una topología que permita la futura operación bajo condición de carga variable, de cara a una posible utilización en arquitecturas tipo outphasing. Se evaluará la modificación de su operación a clase J para poder integrarlo además en esquemas Doherty y LMBA. Se tiene como objetivo añadido el alcanzar prestaciones en eficiencia que sean competitivas con el estado de la técnica. La atención se centrará de manera detallada en la configuración de la red de salida. Esto incluirá tanto la ruta de polarización como la de radiofrecuencia (RF), con el objetivo de lograr una alta eficiencia y asegurar que la potencia de salida se mantenga constante al operar con una carga de 50 Ω. Se alcanzará este fin utilizando componentes concentrados de alto factor de calidad y aplicando modos de operación clase E, tanto generalizados como continuos, en un transistor empaquetado comercial de nueva generación, que no requiere necesariamente certificación para uso espacial, así como redes pasivas que emplean elementos concentrados, tales como bobinas y condensadores. El propósito definitivo es realizar la implementación física de este diseño y validar, por medio de la caracterización en el laboratorio, su funcionamiento óptimo dentro de un espectro frecuencial que incluye las bandas E5 y E6 del sistema de navegación Galileo, cubriendo frecuencias de 1164 a 1300 MHz, procurando ser competitivo frente a los avances tecnológicos actuales y el estado de la técnica

The demand for high efficiency and better performance in wireless communications has led to the emergence of a field of study in terms of research and innovation. As time goes by, modulation becomes more demanding, arising the need to improve performance and encouraging the challenge of designing transmission systems with higher efficiency than those currently implemented. The objective of this Master Thesis is the analysis, design, implementation and characteriza tion of a class E power amplifier in GaN HEMT technology, capable of providing high efficiency with approximately constant output power in the E5 (1.164-1.215 GHz) and E6 (1.26-1.30 GHz) bands of the Galileo system. A topology will be selected to allow future operation under variable load conditions, with a view to possible use in outphasing type architectures. The modification of its operation to class J will be evaluated in order to be able to integrate it in Doherty and LMBA schemes. An additional objective is to achieve efficiency performances that are competitive with the state of the art. The detailed focus will be on the output network configuration. This will include both the bias and radio frequency (RF) paths, with the goal of achieving high efficiency and ensuring that the output power remains constant when operating with a 50 Ω load. This end will be achieved by using high quality factor concentrated components and applying both generalized and continuous class E modes of operation in a new generation commercial packaged transistor, which does not necessarily require certification for space use, as well as passive networks employing concentrated elements, such as coils and capacitors. The ultimate purpose is to perform the physical implementation of this design and validate, by means of laboratory characterization, its optimal performance within a frequency spectrum that includes the E5 and E6 bands of the Galileo navigation system, covering frequencies from 1164 to 1300 MHz, trying to be competitive with current technological advances and the state of the art