Amplificadores de potencia para aplicaciones de microondas basados en dispositivos GaN

GaN-based Power amplifiers for microwave applications

Este artículo presenta una discusión sobre las estrategias de diseño de diferentes tipos de amplificadores de potencia para aplicaciones RF/Microondas, tales como el amplificador de carga sintonizada, Clase F, F inverso y Doherty. Además, se muestra la caracterización en onda continua de los amplificadores arriba mencionados, y una comparación de los resultados obtenidos, en términos de ganancia, eficiencia y potencia de salida.

1. INTRODUCCIÓN

Las telecomunicaciones representan uno de los sectores que demandan mayor nivel de inversión, debido al desarrollo tecnológico e infraestructura que requieren; además son una industria clave con altos potenciales de crecimiento a nivel global y con un importante papel en el desempeño económico de cada país (Isaza & Cadavid, 2009).

El amplificador de potencia (AP) es uno de los tres tipos principales de amplificadores usados en los sistemas inalámbricos, se encuentra ubicado en la etapa de salida de un transmisor y su función es aumentar el nivel de potencia radiada (Pozar, 2000). Un AP es un componen-te esencial en los sistemas de comunicación modernos, ya que es el responsable de la mayor parte del consumo de energía, y de esta manera está directamente relacionado con el costo de la transmisión (Camarchia et al., 2013).

Tres figuras de mérito que caracterizan a los AP son la ganancia, la potencia de salida y la eficiencia. Una alta eficiencia disminuye la disipación de calor, promoviendo la presencia de efectos deseables tales como la prolongación de la vida de los dispositivos, la disminución del costo de transmisión y la reducción del tamaño de prototipo. Diferentes métodos de diseño y arquitecturas para AP han sido propuestos con el fin de superar el problema de la pérdida de energía. Entre ellos se destacan los amplificadores con armónicos sintonizados, en los cuales se sintetizan las formas de onda de voltaje y corriente de drenaje para evitar el traslape entre las mismas, de modo que se disipe la menor cantidad de energía posible en el dispositivo (Cripps, 1999; Colantonio et al., 2009).

En el presente artículo se muestran los resultados del diseño de los AP de alta eficiencia Tuned Load (TL), Clase F, Clase F^-1 y Doherty, usando el dispositivo GaN-HEMT CGH40010 fabricado por Cree Corporation.

En la sección 2 se describen de forma general los AP con armónicos sintonizados y con la arquitectura Doherty, con el fin de entender sus principios de operación. En la sección 3 se muestran los circuitos amplificadores diseñados haciendo énfasis en sus elementos de fabricación. Los resultados de los AP desarrollados en este artículo se pueden observar en la sección 4. Finalmente, en la sección 5 se expone una conclusión general del trabajo realizado.