Dynamische Ansteuerung von Hochfrequenzleistungsverstärkern mit breitbandiger, aktiver Lastmodulation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Georg Fischer
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 393269191

Zielsetzung des beantragten Vorhabens ist die grundlagenorientierte Erforschung fortschrittlicher Verfahren zur dynamischen Ansteuerung breitbandiger Hochfrequenzleistungsverstärker mit aktiver Lastmodulation. Für Leistungsverstärker mit aktiver Lastmodulation existiert keine eindeutige, optimale Ansteuerfunktion im Sinne einer klassischen digitalen Vorverzerrung, sondern die Eingangsvektoren der einzelnen Pfade spannen einen mehrdimensionalen Lastmodulationsraum auf, in dem theoretisch unendlich viele Ansteuerfunktionen zum gleichen Ausgangssignal führen, allerdings bei jeweils unterschiedlicher Effizienz und unterschiedlichem Bandbreitenbedarf. Das Ziel der zu erforschenden Ansteuerverfahren ist demnach, die mittlere Effizienz des Verstärkersystems innerhalb der Linearitätsgrenzen des Übertragungsstandards und durch das System vorgegebener Grenzen der Vorverzerrungsbandbreite zu maximieren. Die Idee einer dynamischen Vorverzerrung folgt der in Vorarbeiten des Antragsstellers gewonnenen Erkenntnis, dass die Steuerfunktion maximaler Effizienz im Breitbandbetrieb mehrere charakteristische Diskontinuitäten in ihrer Ableitung aufweist. Da die, der Vorverzerrung zur Verfügung stehende, Bandbreite begrenzt ist, kann die effizienzoptimale Steuerfunktion über den gesamten Leistungsbereich prinzipiell nur schlecht approximiert werden, sodass das tatsächliche Effizienzpotential des Verstärkers nicht ausgeschöpft werden kann. Demgegenüber stehen die Feststellungen, dass 1. eine Approximation über den gesamten Leistungsbereich aufgrund der Signalstatistik nur sehr selten tatsächlich benötigt wird und 2. eine Umschaltung zwischen verschiedenen Steuerfunktionen im low-power Bereich, vor Einsatz der aktiven Lastmodulation, ohne zusätzlichen Bandbreitenbedarf möglich ist. Daraus folgt die Idee, die Steuerfunktionen dynamisch an die Maximalleistung einzelner Signalblöcke anzupassen, sodass im Mittel Steuerfunktionen mit höheren instantanen Effizienzen verwendet werden können und damit die mittlere Effizienz des Verstärkersystems signifikant gesteigert werden kann. Um eine reale Implementierung der dynamischen Ansteuerung zu ermöglichen, sollen in dem beantragten Vorhaben zudem neue Vorverzerrungsmodelle entwickelt werden, die eine, bisher fehlende, genuine Umsetzung der benötigten Single-Input Dual-Output Architektur beinhalten. Dabei ist insb. die enge Verwandtschaft zwischen der hier aufgezeigten dynamischen Ansteuerung und dem allgemeinen Problem breitband- bzw. multibandfähiger Vorverzerrung hervorzuheben. Aufgrund dieser Verwandtschaft erscheint eine Erweiterung breitbandfähiger Vorverzerrungsmodelle im Sinne der hier skizzierten dynamischen Ansteuerung und die damit einhergehende Verbesserung der Gesamteffizienz des Verstärkersystems ohne signifikante Erhöhung der Komplexität des Vorverzerrungsmodells möglich. Das Potential der dynamischen Ansteuerung soll im beantragten Projekt anhand bereits vorhandener Verstärkerdemonstratoren nachgewiesen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen