Differential Switched Mode RF Power Amplifiers

Differentielle geschaltete HF Leistungsverstärker

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-103736
  • The digitization of the analog radio frequency (RF) domain, carried out to realize flexible, low-cost software-defined radio transmitters, has reached the power amplifier (PA). Switched mode operation is used to implement a digital input interface and optimize the efficiency of RF amplifiers by minimizing the current-voltage overlap at the transistor. Differential (push-pull) operation is used to enhance the bandwidth of an amplifier by taking advantage of the symmetry to match even harmonics. This work discusses differential switched mode operation to design simultaneously efficient and wideband PAs. Using the example of the current mode class-D (CMCD) amplifier, the required harmonicThe digitization of the analog radio frequency (RF) domain, carried out to realize flexible, low-cost software-defined radio transmitters, has reached the power amplifier (PA). Switched mode operation is used to implement a digital input interface and optimize the efficiency of RF amplifiers by minimizing the current-voltage overlap at the transistor. Differential (push-pull) operation is used to enhance the bandwidth of an amplifier by taking advantage of the symmetry to match even harmonics. This work discusses differential switched mode operation to design simultaneously efficient and wideband PAs. Using the example of the current mode class-D (CMCD) amplifier, the required harmonic output impedances in differential and common mode are derived from the ideal waveforms. In order to implement the output impedances with a large bandwidth, this thesis presents optimized designs of wideband output filters and planar baluns. The book concludes with several examples of differential switched mode RF PAs. Furthermore, the integration of antennas as differential loads for differential PAs is examined and an implementation of a so-called "amplitenna" is presented.show moreshow less
  • Die Digitalisierung der analogen HF Signalverarbeitungskette, die nötig ist um flexible und kostengünstige Sendesysteme (Stichwort „Software Defined Radio, SDR”) zu realisieren, ist beim Leistungsverstärker angelangt. Der Schaltbetrieb von HF Leistungsverstärkern wird zur Effizienzoptimierung angewandt, indem die verlustbehaftete Überlappung von Strom und Spannung am Transistor vermieden wird. Des Weiteren ermöglicht der Schaltbetrieb eine digitale Ansteuerung des Verstärkers. Der differentielle (auch: Gegentakt-) Betrieb wird zur Erhöhung der Bandbreite von Verstärkern verwendet und nutzt die inhärente Terminierung geradzahliger Harmonischer durch einen symmetrischen Aufbau.Die Digitalisierung der analogen HF Signalverarbeitungskette, die nötig ist um flexible und kostengünstige Sendesysteme (Stichwort „Software Defined Radio, SDR”) zu realisieren, ist beim Leistungsverstärker angelangt. Der Schaltbetrieb von HF Leistungsverstärkern wird zur Effizienzoptimierung angewandt, indem die verlustbehaftete Überlappung von Strom und Spannung am Transistor vermieden wird. Des Weiteren ermöglicht der Schaltbetrieb eine digitale Ansteuerung des Verstärkers. Der differentielle (auch: Gegentakt-) Betrieb wird zur Erhöhung der Bandbreite von Verstärkern verwendet und nutzt die inhärente Terminierung geradzahliger Harmonischer durch einen symmetrischen Aufbau. Diese Arbeit behandelt den differentiellen Schaltbetrieb um Leistungsverstärker zu ermöglichen, die gleichzeitig effizient sind und eine hohe Bandbreite aufweisen. Am Beispiel eines stromgesteuerten Klasse-D-Verstärkers (Current Mode Class-D, CMCD) werden die nötigen harmonischen Impedanzen des Ausgangsnetzwerkes im Gleich- und im Gegentakt aus den idealen Strom- und Spannungsverläufen abgeleitet. Um die nötigen Ausgangsimpedanzen über eine große Bandbreite implementieren zu können, werden optimierte Breitbandfilter sowie planare Baluns vorgestellt. Anschließend werden verschiedene Prototypen von differentiellen HF Schaltverstärkern präsentiert. Des Weiteren wird die Integration von Antennen als differentielle Last eines ebenfalls differentiellen Verstärkers untersucht und ein Prototyp eines Klasse-D-Verstärkers mit Dipolantenne (Stichwort: „Amplitenna”) vorgestellt.show moreshow less

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Metadaten
Author:Michael Kamper
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-103736
DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-152-2
ISBN:978-3-96147-152-2
Series (Volume number):FAU Forschungen, Reihe B, Medizin, Naturwissenschaft, Technik (24)
Publisher:FAU University Press
Place of publication:Erlangen
Referee:Georg Fischer, Rüdiger Quay
Advisor:Georg Fischer
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2018
Embargo Date:2019/01/30
Publishing Institution:FAU University Press
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2018/03/07
Release Date:2019/01/31
Tag:Breitband-Balun; Breitband-Gegentaktverstärker; CMCD-Verstärker; Differentieller Schaltverstärker; Effizienter Leistungsverstärker; HF-Schaltverstärker; Klasse-D-Verstärker; Planarer Balun
CMCD PA; Class-D Amplifier; Differential Switched Mode Amplifier; High Efficiency Power Amplifier; Planar Balun; RF Switched Mode Amplifier; Wideband Balun; Wideband Push-pull Amplifier
SWD-Keyword:Leistungsverstärker; Schaltverstärker; Gegentaktverstärker; Breitbandverstärker; Hochfrequenztechnik; Effizienzsteigerung
Pagenumber:191 S.
Note:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-151-5
Institutes:Technische Fakultät / Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International