Modelagem comportamental de amplificadores de potência de radiofrequência usando série de volterra com dimensão reduzida e truncamentos independentes

Abstract

Resumo: Este trabalho trata da modelagem comportamental de amplificadores de potência de radiofrequência (APRFs) utilizando séries de Volterra com dimensão reduzida. A complexidade computacional é reduzida com a utilização de modelos passa-baixas. Neste trabalho são apresentados três novos modelos comportamentais. O primeiro é um modelo comportamental com termos unidimensionais, onde as funções das entradas utilizam um único instante de tempo, e termos bidimensionais, onde as funções das entradas utilizam dois instantes de tempo diferentes, com truncamentos de ordem polinomial e duração de memória independentes. O segundo modelo comportamental, além dos termos unidimensionais e bidimensionais, inclui termos tridimensionais, onde as funções das entradas utilizam três instantes de tempo diferentes, com truncamentos de ordem polinomial e duração de memória iguais, permitindo obter todas as contribuições unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais. O terceiro modelo comportamental estende o segundo modelo fazendo os truncamentos de ordem polinomial e duração de memória independentes. Os modelos foram validados utilizando dois conjuntos de dados. Um conjunto de dados foi medido em um APRF fabricado em tecnologia nitreto de gálio (GaN), com transistor HEMT operando em classe AB. O segundo conjunto de dados foi obtido de um modelo de circuito de um APRF na arquitetura Doherty, com transistores HEMT e adequado para fabricação na tecnologia GaN através de simulações de envoltória realizadas no simulador Advanced Design System (ADS) da Keysight Technologies. Os modelos propostos foram comparados com o modelo anterior que utilizou termos unidimensionais e bidimensionais da série de Volterra, com a mesma ordem polinomial e mesma duração de memória para os termos unidimensionais e bidimensionais. Foi possível verificar que os novos modelos reduziram o erro quadrático médio normalizado (NMSE) para uma mesma quantidade de coeficientes, bem como foi obtida uma redução no número de coeficientes para um mesmo NMSE. Palavras-Chave: Amplificador de potência. Eficiência. Linearidade. Modelagem. Série de Volterra. Sistemas de comunicação sem fio.

Abstract: This work deals with the behavioral modeling of radio frequency power amplifiers (RFPAs) using Volterra series with reduced size. The computational complexity is reduced with the use of low-pass models. In this work three new behavioral models are presented. The first one is a behavioral model with onedimensional terms, where the input functions use a single time instant, and twodimensional terms, where input functions use two different time instants, with independent polynomial order truncations and memory durations. The second behavioral model, besides the one-dimensional and two-dimensional terms, includes three-dimensional terms, where the input functions use three different time instants, with equal polynomial order truncations and memory durations, allowing to obtain all one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional contributions. The third behavioral model extends the second model by making independent polynomial order truncations and memory duration. The models were validated using two sets of data. A data set was measured on a RFPA made of gallium nitride (GaN) technology, with HEMT transistor operating in class AB. The second data set was obtained from a RFPA circuit model in the Doherty architecture, with HEMT transistors and suitable for fabrication in the GaN technology through circuit-level simulations carried out in Keysight Technologies' Advanced Design System (ADS) simulator. The proposed models were compared with the previous model that used unidimensional and bidimensional terms of the Volterra series, with the same polynomial order and same memory duration for the one-dimensional and two-dimensional terms. It was possible to verify that the new models reduced the normalized mean square error (NMSE) for the same number of coefficients, as well as a reduction in the number of coefficients for the same NMSE. Key words: Efficiency. Linearity. Modeling. Power amplifier. Volterra series. Wireless communication systems.