Linearizing of HF-band power amplifier

摘要

Työn tarkoituksena oli linearisoida HF-taajuusalueella toimiva 50 W tehovahvistin käyttäen digitaalista esisäröytystä. Lisäksi haluttiin selvittää, voiko samaa tehovahvistinta käyttää 100 W teholla siten, että ITU-R:n suositukset täyttyvät. Ennen esisäröytyksen toteutusta, linearisoitava tehovahvistin mallinnettiin. Tehovahvistimen malliksi valittiin muistipolynomimalli. Yksi valintaperuste kyseiselle mallille oli se, että se on parametriensa suhteen lineaarinen, joten sen parametrisointiin käytettiin pienimmän neliösumman menetelmää. Muistipolynomimalli parametrisoitiin 19-asteen polynomiin ja viidennen asteen muisti-ilmiöön saakka. Validoinnin yhteydessä havaittiin, ettei linearisoitavassa vahvistimessa juurikaan ollut muistiominaisuutta käytetyillä signaalikaistanleveyksillä. Tästä johtuen muistipolynomimalli supistui muistittomaksi polynomimalliksi. Estimoidut mallit validoitiin, käyttäen viereisen kanavan virhetehosuhdetta (ACEPR) ja normalisoitua keskineliövirhettä (NMSE). Parhaat validointitulokset 100 W tehotasolla olivat ACEPR = -64 dB ja NMSE = -52 dB.Tehovahvistimen mallinnuksen jälkeen digitaalinen esisäröytys toteutettiin ja validoitiin. Mallina käytettiin edelleen muistipolynomimallia, mutta sen muistin syvyys asetettiin arvoon yksi, jolloin se vastaa muistitonta polynomimallia. Mallin kertoimien estimointiin käytettiin Tampereen teknillisessä yliopistossa kehitettyä adaptiivista dekorrelaatioon perustuvaa estimointimenetelmää. Parametrisointi tehtiin 15-asteen polynomimalliin saakka. Mallia validoitiin käyttäen viereisen kanavan tehosuhdetta (ACPR) ja virhevektorin amplitudia (EVM). Lisäksi vahvistimen lähtösignaalin tehospektriä verrattiin suositusten ITU-R M.1798-1 ja ITU-R SM.329-12 spektrimaskeihin. ITU-R spektrimaskit määrittelevät tehotiheysrajan tehovahvistimen lähtösignaalissa oleville pääkanavan ulkopuolisille taajuuskomponenteille.Parhaimmillaan tuloksiksi 50 W tehotasolla saatiin ACPR = -59 dB ja EVM =0.6 % sekä 100 W tehotasolla ACPR = -58 dB ja EVM = 0.8 %. Keskimäärin parhaat tulokset saavutettiin 12 MHz mittaustaajuudella, jolla tehovahvistin oli muita taajuusalueita lineaarisempi. Pienemmillä 10 W ja 50 W tehotasoilla ITU-R vaatimukset täyttyivät lähes kaikissa mittauksissa. Suurimmalla 100 W tehotasolla ITU-R vaatimukset täyttyivät vain kahdessa mittauksessa 12 MHz taajuudella. Tämä johtui signaalin voimakkaasta kompressoitumisesta 100 W tehotasolla.