Širokopojasno RF pojačalo izvedeno korištenjem tehnike uklanjanja i obnavljanja ovojnice

master's thesis

• Title (english): Broadband RF Amplifier using Envelope Elimination and Restoration technique
• Author: Srđan Milić
• Mentor: Igor Krois (mentor)
• Committee member: Igor Krois (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Silvio Hrabar (član povjerenstva)
• Committee member: Tvrtko Mandić (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Electrical Engineering and Computing; Zagreb
• Defense date and country: 2024-07-10, Croatia

Abstract

U poglavlju 1 opisan je početak razvoja tehnologije pojačala snage u radio frekvencijskom spektru. 1907. godine otkriven je novi elektronički element, vakuumska elektronska cijev zvana trioda, dolazi do ubrzanog razvoja novih grana elektronike i elektroničke industrije, a među njima i radiodifuzije na području dugog, srednjeg i kratkog vala. Pojedini sklopovi odašiljača koji su bili izvedeni u tehnologiji elektronskih cijevi postaju postupno zamijenjeni sa poluvodičkim komponentama otkrićem... More tranzistora 1947. godine. Tako je do 1980. godine, kroz svoju uporabu, tranzistor kao aktivni element istisnuo sve elektronske cijevi u pojedinim sklopovima RF odašiljača velike snage osim u izlaznom stupnju. Tu se do danas elektronska cijev zadržala kao element koji je nenadmašiv i robustan u primjeni za konstrukciju izlaznih stupnjeva odašiljača velike snage. Također u poglavlju 1 dan je kratki opis klasa pojačala snage, zastupljenost visoko efikasnih modulacija zahtjeva amplitudnu i faznu modulaciju signala. Glavna mana takvih postupaka modulacije odnosno signala je veliki omjer vršne i srednje snage signala što povlači zahtjev za korištenjem linearnih pojačala koja su izrazito energetski neučinkovita. Prikladnim tehnikama linearizacije signala i namjernim ograničavanjem signala uz odgovarajuće filtriranje moguće je korištenje nelinearnih pojačala visokog stupnja iskorištenja za pojačanje takvih signala.

U poglavlju 2 opisana je arhitektura pojačala koja koriste tehniku uklanjanja i obnavljanja ovojnice. Opisan je postupak i princip razdvajanja signala na amplitudnu i faznu komponentu kroz tehniku polarnog pristupa pojačanju. Opisani su sklopovi za detekciju ovojnice signala te sklopovi za oblikovanje pobudnih impulsa pojačala klase D, E. Sklop za detekciju ovojnice signala izveden je kao diodni detektor spojen na izlaz usmjernog sprežnika. Sklop za oblikovanje pobudnih impulsa izveden je korištenjem TTL logičkih sklopova.

U poglavlju 3 opisana je arhitektura serijskog PWM modulatora kao pojačala signala ovojnice s visokim stupnjem iskorištenja. Ulazni stupanj modulatora čini predpojačalo izvedeno nisko šumnim operacijskim pojačalom. Nakon predpojačala spojen je aktivni antialiasing filter izveden korištenjem Sallen-Key topologije. Filtrirani signal ulazi u PWM generator kao referentna veličina, PWM generator izveden je korištenjem operacijskih pojačala u spoju generatora trokutastog signala i komparatora. Budući da je frekvencija ovojnice signala niske frekvencije dovoljno je koristiti serijski pristup modulaciji napona. Aktivni element spojen je u seriju sa pozitivnom granom istosmjernog napajanja, konstruirana je DC izolacijska mreža korištenjem plivajućeg napajanja, optoizolatora i MOSFET drivera. Konačno izlazni signal filtriran je od svih visokofrekvencijskih smetnji nisko propusnim filterom 4. reda.

U poglavlju 4 opisan je princip rada, uvjeti i formule nelinearnog pojačala klase E. Provedena je analiza pojačala klase E u idealiziranim uvjetima. Realna izvedba posjeduje nešto lošije performanse zbog svojstava realnih komponenti.
Less

Abstract (english)

Chapter 1 describes the beginning of the development of power amplifier technology in the radio frequency spectrum. In 1907, a new electronic element was discovered, a vacuum electron tube called a triode, and there was an accelerated development of new branches of electronics and the electronic industry, including radio broadcasting in the field of long, medium and short waves. Certain transmitter assemblies that were made in electron tube technology were gradually replaced with... More semiconductor components by the discovery of the transistor in 1947. Thus, until 1980, through its use, the transistor as an active element displaced all electronic tubes in certain circuits of high-power RF transmitters, except in the output stage. Until today, the electron tube has remained there as an element that is unsurpassed and robust in application for the construction of output stages of high-power transmitters. Also in chapter 1, a brief description of power amplifier classes is given, now days representation of highly efficient modulations requires amplitude and phase modulation of the signal. The main disadvantage of such modulation and signal procedures is the large ratio of peak to average signal power, which forcesus to use linear amplifiers that are extremely energy inefficient. With appropriate signal linearization techniques and intentional signal limiting with appropriate filtering, it is possible to use high efficiency nonlinear amplifiersto amplify such signals.

Chapter 2 describes the architecture of amplifiers using the envelope elimination and restoration technique. The procedure and principle of signal separation are into amplitude and phase components through the technique of polar approach are described. Circuits for detecting the signal envelope and circuits for shaping excitation pulses of class D, E amplifiers are described. The circuit for detecting the signal envelope is designed arounddirectional coupler with diode detector on its output. The circuit for shaping excitation pulses ismade using TTL logic circuits.

Chapter 3 describes the architecture of the serial PWM modulator as high efficiency envelope signal amplifier. The modulator input stage is preamplifier derived from a low-noise operational amplifier. After the preamplifier, an active Sallen-Key topologyantialiasing filter follows. Filtered signal enters the PWM generator as a modulating input, PWM generator circuitry is made using operational amplifiers. It consists of triangular signal generator and the comparator. Since the envelope frequency of the signal is low , it is sufficient to use a series approach to voltage modulation. The active element is connected in series with the positive branch of the DC power supply, a DC isolation network is constructed using a floating power supply, an optocoupler and a MOSFET driver. Finally, the output signal is filtered from all high-frequency interference with a 4th-order low-pass filter.
Chapter 4 describes the working principle, conditions and formulas of the class E nonlinear amplifier. The analysis of class E amplifier is carried outin idealized conditions. The real world version has slightly worse performance due to the properties of the non-ideal components.
Less

• Keywords: Pojačalo klase E; uklanjanje i obnavljanje ovojnice; ZVS; visoka efikasnost
• Keywords (english): Class E amplifier; envelope elimination and restoration; ZVS; high efficiency
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:168:899452
• Study programme: Title: Electrical Engineering and Information Technology; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka elektrotehnike i informacijske tehnologije (magistar/magistra inženjer/inženjerka elektrotehnike i informacijske tehnologije)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2024-10-12 21:37:09