Resumen

Este artículo muestra una metodología para el diseño de amplificadores clase F, basada en ecuaciones cerradas que permiten el cálculo directo de la red de acople de salida. Como demostración, un prototipo ha sido realizado usando el dispositivo GaN HEMT CGH40010 de Cree, obteniendo una eficiencia de drenaje máxima de 65%, ganancia a pequeña señal de 14.2 dB y potencia de salida en saturación de 41 dBm, usando excitación tipo sinusoidal. Las formas de onda obtenidas para el voltaje y la corriente de drenaje son coherentes con la teoría y los resultados en onda-continua son sobresalientes.

1. INTRODUCCIÓN

En un sistema de comunicación inalámbrico el costo de transmisión está directamente relacionado con su capacidad de usar eficientemente la energía. A su vez, la mayor cantidad de energía es usada en el transmisor, más específicamente en el amplificador encargado de suministrarle la suficiente energía a la antena para obtener el radio de cobertura deseado (Kim et al., 2010 p. 87). Por lo tanto, una importante tarea es desarrollar metodologías específicas para el diseño de amplificadores de potencia altamente eficientes y para aplicaciones de Radio Frecuencia y Microondas.

Una de las muchas propuestas realizadas hasta el momento es el amplificador clase F (Colantonio et al., 2009, p. 177) el cual, a partir de la síntesis de sus formas de onda de voltaje y corriente en el drenaje o colector del dispositivo, alcanza eficiencias relativamente altas. En este caso, asumiendo una forma de onda para la corriente de drenaje (o colector) del tipo sinusoidal truncado, la idea es que el voltaje de drenaje tenga una forma de onda cuadrada, de tal forma que se evite al máximo el traslape entre voltaje y corriente, evitando así la disipación de energía a través del dispositivo e incrementando a su vez la eficiencia.

Dado que en la literatura poco se mencionan los detalles de diseño de la red de salida cuando se usan dispositivos con empaquetado, en la sección II, se muestra una metodología que permite calcular inmediatamente la red de acople de salida que conlleva a la síntesis de las cargas tanto a la frecuencia fundamental como al segundo y tercer armónico, buscando las formas de onda deseadas.

Luego, en la sección III, una implementación en Advanced Design System, ADS, usando un dispositivo de alta movilidad electrónica es llevada a cabo como forma de probar la eficacia de la metodología y mostrando resultados sobresalientes y coherentes con la teoría. Finalmente, se muestra como conclusión la idea de entregarle al lector una serie de ecuaciones cerradas que permiten el diseño rápido de este tipo de amplificadores.

• Materias:Ecuaciones Eficiencia Indicadores de eficiencia Sistemas de potencia
• Subjects:Equations Efficiency Efficiency indicators Power systems
• Palabras claves:GaN-HEMT; Amplificador de potencia; Alta eficiencia; HEMTs; Amplificador de microondas
• Keywords:GaN-HEMT; Power amplifier; High efficiency; HEMTs; Microwave amplifier