Väitöstilaisuus Oulun yliopistossa

 

Väittelijä
Diplomi-insinööri Simo Hietakangas

Tiedekunta ja laitos
Teknillinen tiedekunta, sähkötekniikan osasto
08 553 1011

Oppiaine
Elektroniikka, analogia-/RF-tekniikka

Väitöstilaisuus
8.6.2012 klo 12

Väitöstilaisuuden paikka
Linnanmaa, luentosali TS 101

Aihe
Design methods and considerations of supply modulated switched RF power amplifiers

Käyttöjännitemoduloitujen kytkintyyppisten RF-tehovahvistimien suunnittelumenetelmistä

Vastaväittäjä
Professori Jussi Ryynänen, Aalto-yliopisto

Kustos
Professori Timo Rahkonen

Väitöskirja

---

RF-kytkinvahvistimien suunnittelu

Väitöskirjassa suoritetaan katsaus hyvän hyötysuhteen omaaviin ja samalla energiatalouden parantamiseen tähtääviin kytkinvahvistinratkaisuihin. Väitöstyö paneutuu erityisesti RF-kytkinvahvistimien suunnittelun ja toimintaominaisuuksien parantamiseen. Väitöstyön lopputuloksena on suunnitteluehdotuksia, jotka helpottavat hyvän hyötysuhteen omaavien RF-kytkinvahvistimien suunnittelua ja siten niiden yleistymistä tulevaisuudessa.

Nykyajan ekologisten energiantuotantomenetelmien lisäksi on olemassa toinenkin tapa pienentää hiilijalanjälkeä: hukkaan menevän energian vähentäminen. Tämä on erityisen tärkeää, kun kysymyksessä ovat jatkuvassa käytössä olevat sähkölaitteet, kuten GSM-tukiasemat ja matkapuhelimet. Edellä mainituissa päätevahvistin on yksi suurimmista energian kuluttajista ja sen hukkatehon pienentäminen hyötysuhdetta kasvattamalla onkin yksi parhaista ratkaisuista energiatalouden parantamiseksi. Kytkintyyppiset, pienen hukkatehon ja hyvän hyötysuhteen omaavat vahvistimet ovat hyviä ehdokkaita korvaamaan perinteiset, suuremman tehonkulutuksen omaavat vahvistinratkaisut.

Väitöskirjan pääkohtana on kytkintyyppisten vahvistimien ohjaavaan signaaliin syntyvä särö, joka aiheuttaa huomattavia eroja kytkeytymisajanhetkiin radiotaajuuksilla toimivissa suurissa hajautetuissa kytkintransistoreissa. Kytkentähetkissä olevat erot aiheuttavat sekä hukkatehoa että vahvistimesta saatavan tehon laskua. Viive-erojen pienentämiseksi väitöskirjassa ehdotetaan puumaisia tulosignaalin johdotusrakenteita ja tarkoin sijoiteltuja resonaattoreita.

Väitöskirjan toisena pääkohtana on kytkintyyppisistä vahvistimista saatu havainto käyttöjänniteriippuvasta takaisinkytkennästä, joka muuttaa ohjaavan signaalin havaitsemaa impedanssia käyttöjännitteen mukaan. Tämä vaihtelu lisää riskiä kytkinvahvistimen epästabiilille toiminnalle. Väitöstyössä esitellään yksinkertaisia rakenteellisia ratkaisuja takaisinkytkennän vaikutusten minimointiin.

Kytkintyyppisten tehovahvistimien suunnittelumenetelmien kehityksessä aikaansaatiin suunnittelutapa, jonka avulla epälineaariset kapasitanssit voidaan ottaa entistä tarkemmin huomioon kytkinvahvistimien suunnittelussa. Tämä vähentää epäoptimaalisen toimintatilan ja siitä aiheutuvan hukkatehon riskiä. Lisäksi väitöstyössä ehdotetaan tavanomaisesta poikkeavaa suunnitteluparametrien valintaa, jonka avulla voidaan vähentää kytkinvahvistimen aiheuttaman hukkatehon määrää käyttöjännitemodulaatiota käytettäessä.