Versorgungsspannungsmodulation

Aktuell fokussiert sich die Arbeit auf verschiedene Arten von Envelope Tracking (ET) Systemen. Um Verstärker dieser Art mit hoher Leistungseffizienz zu realisieren, müssen einige Herausforderungen bewältigt werden:

  • Für Klasse-G-Modulation optimierter Leistungsverstärker für 2,6 – 2,7 GHz
    [+] Für Klasse-G-Modulation optimierter Leistungsverstärker für 2,6 – 2,7 GHz
  • Aktuelle Generation des zweistufigen Klasse-G-Modulators
    [+] Aktuelle Generation des zweistufigen Klasse-G-Modulators
  • Zweite Generation des „hybrid switching“-Verstärkers (2012)
    [+] Zweite Generation des „hybrid switching“-Verstärkers (2012)
  • Hybrid-Aufbau des GaN-Transistorchips
    [+] Hybrid-Aufbau des GaN-Transistorchips
  • Der Modulator oder DC/DC-Konverter, der die variierende Versorgungsspannung zur Verfügung stellt, muss genügend Leistung mit sehr großer Bandbreite und Effizienz zur Verfügung stellen. Die gesamte Effizienz des Systems ist die kombinierte Effizienz von Modulator und Leistungsverstärker.
  • Der HF-Leistungstransistor im Verstärker muss bei verschiedenen Versorgungsspannungen effizient und stabil arbeiten können. Dies erfordert die Entwicklung von neuartigen Transistoren sowie Messmethoden, mit denen die Transistoren im dynamischen Betrieb korrekt charakterisiert werden können.
  • Der HF-Verstärker muss so optimiert werden, dass er für einen bestimmten Signaltyp mit Versorgungsspannungsmodulation effizient arbeitet. HF- und NF-Stabilität sind dabei wichtige Faktoren.
  • Das versorgungsspannungsmodulierte System muss die Anforderungen des jeweiligen Standards einhalten, deshalb muss die Linearität mittels digitaler Vorverzerrung (engl. digital predistortion, DPD) verbessert werden. Durch Versorgungsspannungsmodulation werden die Systeme komplexer und erfordern komplexere Modelle für eine erfolgreiche DPD.
Verlustleistung in einem Leistungsverstärker mit fester Versorgungsspannung
Verlustleistung in einem Leistungsverstärker mit fester Versorgungsspannung (rot)
Verlustleistung in einem Verstärker mit zweistufiger Klasse-G Modulation
Verlustleistung in einem Verstärker mit zweistufiger Klasse-G Modulation (rot)
Amplituden- und Phasenverzerrung eines Leistungsverstärkers mit fester Versorgungsspannung
Amplituden- und Phasenverzerrung eines Leistungsverstärkers mit fester Versorgungsspannung
Amplituden- und Phasenverzerrung eines zweistufigen Klasse-G modulierten Leistungsverstärkers
Amplituden- und Phasenverzerrung eines zweistufigen Klasse-G modulierten Leistungsverstärkers

Eines der Projekte im RF Power Lab konzentriert sich auf die Versorgungsspannungsmodulation mit diskreten Versorgungsspannungslevels, auch bekannt als Klasse-G. Das zwei Jahre laufende Projekt wird zusammen mit der Universität Stuttgart durchgeführt und durch die Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG) finanziert. Ziel des Projektes ist ein 100 W System, basierend auf GaN-HEMT-Technologie und Versorgungsspannungsmodulation, für moderne Telekommunikationsfrequenzen mit 60 MHz Modulationsbandbreite.

In einigen Systemen ist das digitale Basisbandsignal nicht für den Modulator verfügbar, Versorgungsspannungsmodulation kann jedoch weiter zur Erhöhung der Effizienz verwendet werden. Ein System dieser Art für Raumfahrtanwendungen wird in einem kürzlich gestarteten und zwei Jahre andauernden Projekt zusammen mit der ESA untersucht.

Allgemein betrachtet haben versorgungsspannungsmodulierte Systeme zwei Eingänge, den HF-Eingang und den NF-Eingang für die Versorgungsspannung, sowie einen Ausgang. Diese Systeme werden Dual Input Single Output (DISO) Systeme genannt. Sie stellen auch besondere Herausforderungen an die Messtechnik. Deshalb wird in einem gemeinsamen Projekt mit der Firma Keysight Technologies untersucht, wie nichtlineare Netzwerkanalysatoren (NVNAs) zur besseren Charakterisierung solcher Systeme verwendet werden können.