طراحي، شبيه سازي و ساخت تقويت كننده توان كلاس E پهن باند با تكنيك جبران راكتانس دوگانه و كنترل هارمونيك هاي دوم و سوم

Design, Simulation and Fabrication of Broadband Class-E Power Amplifier Using Double-Reactance Compensation Technique and Second and Third Harmonic Control Circuits

در اين مقاله، يك تقويت كننده توان كلاس E پهن باند براي كاربرد در سيستم هاي مخابرات ماهواره اي طراحي، شبيه سازي و ساخته شده است. در طراحي اين تقويت كننده از دو مدار كنترل كننده هارمونيكي مرتبه دوم و سوم به منظور حذف هارمونيك هاي ناخواسته و همچنين تكنيك جبران راكتانس دوگانه جهت دست يابي به پهناي باند وسيع استفاده شده است. ترانزيستور LDMOS نوع AFT09MS007N به عنوان عنصر اكتيو مدار پيشنهادي مورد استفاده قرار گرفته است. پس از محاسبه مقادير بهينه المان ها، تقويت كننده پيشنهادي ابتدا با عناصر ايده آل و سپس با مدل واقعي المان ها و با استفاده از نرم افزار ADS شبيه سازي شده و نتايج به دست آمده مورد ارزيابي قرار گرفته است. سپس با هدف بررسي عملكرد واقعي، تقويت كننده پيشنهادي ساخته و اندازه گيري شده است. نتايج اندازه گيري نشان مي دهد كه تقويت كننده توان پيشنهادي در پهناي باند فركانسي بين MHz 400 تا MHz 460، داراي راندمان درين بيش از 75 % و راندمان توان افزوده بهتر از 69 % مي باشد. همچنين در رنج فركانسي ياد شده، دارا بودن بيشينه مقادير راندمان درين 83 % و راندمان توان افزوده 75 % به ازاي توان ورودي dBm 27 و ولتاژ درين V 12 از ديگر ويژگي هاي مطلوب تقويت كننده پيشنهادي است. درنهايت تشابه قابل قبولي بين نتايج شبيه سازي و اندازه گيري شده مشاهده مي شود.

In this paper, the analysis, simulation and fabrication of high-efficiency broadband parallel-circuit Class-E power amplifier (PA) for satellite communication systems has been presented. The PA’s broadband characteristics are achieved through analysis of the load network using double reactance compensation technique, second and third harmonic control circuits. The proposed circuit has been simulated by ADS 2014 and simulated results by ideal and real elements have been evaluated. A high power LDMOS transistor AFT09MS007N was used as an active device. Then for validation, a prototype of the proposed PA has been fabricated and tested. The measured results show that the drain efficiency (DE) and power added efficiency (PAE) are more than 75% and 69% over 400-460 MHz frequency range, respectively. In addition, the maximum values DE of 83% and PAE of 75% for input power of 27 dBm and drain voltage of 12 V has been obtained. Finally, the simulated and measured results are in a good agreement.