Balanced-to-Doherty Mode-Reconfigurable Power Amplifier With High Efficiency and Linearity Against Load Mismatch

T H E e v o l u t i o n o f w i r e l e s s c omm u n i c a t i o n s h a s t r i g - g e r e d e v e r -i n c r e a s i n g d em a n d s f o r h i g h e r d a t a r a t e a n d e n h a n c e d s p e c t r a l e f fi c i e n c y , w h i c h a r e t y p i c a l l y r e a li z e d t h r o u g h w i d e n e d m o d u l a t i o n b a n dw i d t h s a n d a d v a n c e d m o d u l a t i o n t e c h n i q u e s , s u c h a s o r t h o g o n a l f r e q u e n c y -d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g (O FDM ) a n d h i g h -o r d e r q u a d r a t u r e am p l i t u d e m o d u l a t i o n ( e . g . , 1 0 2 4 QAM ) . T h e s e m o d u l a t i o n s c h em e s i n t r o d u c e l a r g e p e a k -t o -a v e r a g e p ow e r r a t i o ( P A P R ) t h a t n o t M a n u s c r i p t r e c e i v e d O c t o b e r 7 , 2 0 1 9 ; r e v i s e d D e c em b e r 4 , 2 0 1 9 ; a c c e p t e d J a n u a r y 2 , 2 0 2 0 . D a t e o f p u b l i c a t i o n M a r c h 3 1 , 2 0 2 0 ; d a t e o f c u r r e n t v e r s i o n M a y 5 , 2 0 2 0 . T h i s w o r k w a s s u p p o r t e d i n p a r t b y t h e N a t i o n a l S c i e n c e F o u n d a t i o n u n d e r A w a r d 1 9 1 4 8 7 5 . T h i s a r t i c l e i s a n e x p a n d e d v e r s i o n f r om t h e I E E E M T T -S I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n J u n e 2 , 2 0 1 9 B o s t o n , U SA . ( C o r r e s p o n d i n g a u t h o r : K e n l e C h e n . ) T h e a u t h o r s a r e w i t h t h e D e p a r tm e n t o f E l e c t r i c a l a n d C om p u t e r E n g in e e r i n g , U n i v e r s i t y o f C e n t r a l F l o r i d a , O r l a n d o , F L 3 2 8 1 6 U SA ( e -m a i l : h a i f e n g@ k n i g h t s . u c f . e d u ;k e n l e . c h e n@ u c f . e d u ) . C o l o r v e r s i o n s o f o n e o r m o r e o f t h e fi g u r e s i n t h i s a r t i c l e a r e a v a i l a b l e o n l i n e a t h t t p : / / i e e e x p l o r e . i e e e . o r g . D i g i t a l O b j e c t I d e n t i fi e r 1 0 . 1 1 0 9 / TM T T . 2 0 2 0 . 2 9 7 9 8 4 4 o n l y s u b s t a n t i a l l y d e g r a d e t h e p ow e r am p l i fi e r ( P A ) e f fi c i e n c y b u t a l s o im p o s e s t r i n g e n t l i n e a r i t y r e q u i r em e n t s o n P A s . C o n s e q u e n t l y , t h e P A ' s c a p a b i l i t y o f e f fi c i e n t l y a n d l i n e a r l y t r a n sm i t t i n g h i g h -P A P R s i g n a l s i s c r i t i c a l t o m o d e r n c omm u n i c a t i o n s y s t em s t ow a r d u l t r a f a s t s p e e d a n d h i g h e n e r g y e f fi c i e n c y . I n t h e p a s t tw o d e c a d e s , t h e D o h e r t y P A (D P A ) a r c h it e c t u r e h a s b e e n w i d e l y em p l o y e d i n w i r e l e s s c omm u n i c at i o n s i n f r a s t r u c t u r e s ( e . g . , b a s e s t a t i o n s ) d u e t o i t s e n h a n c e d e f fi c i e n c y a t s i g n i fi c a n t p ow e r b a c k -o f f s . U n t i l n ow , n um e ro u s D P A t e c h n i q u e s a n d d em o n s t r a t i o n s h a v e b e e n r e p o r t e d , e x h i b i t i n g s i g n i fi c a n t p r o g r e s s t ow a r d r e a l i z i n g h i g h l y e f fi c i e n t D P A s i n v a r i o u s s em i c o n d u c t o r t e c h n o l o g i e s [ 1 ] -[ 7 ] t o g e t h e r w i t h e x t e n d e d a p p l i c a t i o n h o r i z o n s , e . g . , f r om s i n g l e b a n d t o m u l t i b a n d [ 8 ] -[ 1 3 ] a n d f r om m i c r ow a v e f r e q u e n c i e s t o m i l l im e t e r -w a v e f r e q u e n c i e s [ 1 4 ] -[ 2 0 ] . I n r e a l i s t i c c omm u n i c a t i o n s , d u e t o t h e n o n l i n e a r n a t u r e o f D P A s , e x t e r n a l l i n e a r i z a t i o n u s i n g d i g i t a l p r e d i s t o r t i o n (D PD ) i s u s u a l l y a p p l i e d t o D P A s t o m a i n t a i n t h e t r a n sm i s s i o n s i g n a l ' s fi d e l i t y a n d t o c om p l y w i t h s p e c i fi c c omm u n i c a t i o n s s t a n d a r d s . I n t h e f u t u r e g e n e r a t i o n s o f w i r e l e s s c omm u n ic a t i o n s , e . g . , 5G , t h e c e l l s i z e i s e x p e c t e d t o b e r e d u c e d s i g n i fi c a n t l y ( e . g . , f r om m a r c o c e l l t o m i c r o / f em t o c e l l ) , l e a di n g t o m u c h h i g h e r b a s e -s t a t i o n d e n s i t i e s a n d c o n s i d e r a b l y l ow e r p ow e r l e v e l s . S i n c e D PD i s q u i t e e n e r g y c o n s um i n g , e s p e c i a l l y w h e n a c c omm o d a t i n g w i d e m o d u l a t i o n b a n dw i d t h s o f s i g n a l s [ 2 1 ] , P A s a t l ow e r e d p ow e r l e v e l a r e s t r o n g l y d e s i r e d t o b e i n t r i n s i c a l l y l i n e a r . R e c e n t l y , s e v e r a l l i n e a r D P A s h a v e b e e n p r e s e n t e d i n t e rm s o f b o t h t h e o r e t i c a l a n a l y s i s a n d p r a c t i c a l d e s i g n d em o n s t r a t i n g e n h a n c e d l i n e a r i t y a s w e l l a s h i g h e f fi c i e n c y [ 2 2 ] -[ 2 5 ] . O n t h e o t h e r h a n d , t h e s p a t i a l m u l t i p l e x i n g / c om b i n i n g t e c h n i q u e s , s u c h a s m u l t i -i n p u t -m u l t i o u t p u t (M IMO ) a n t e nn a s a n d a c t i v e a n t e n n a a r r a y , h a v e b e e n w i d e l y a p p l i e d i n t h e 5G c omm u n i c a t i o n s t o f u r t h e r i n c r e a s e t h e d a t a r a t e , r a d i a t i o n d i s t a n c e , a n d o v e r a l l s y s t em c a p a c i t y . H ow e v e r , t h e m u t u a l c o u p l i n g b e tw e e n d i f f e r e n t a n t e n n a s u n d e r c o nc u r r e n t M IMO t r a n sm i s s i o n s a n d / o r b e am s t e e r i n g c a n l e a d t o o n g o i n g v a r i a t i o n o f a n t e n n a im p e d a n c e a t v e r y f a s t t im e s c a l e s ow , t h e e q u i va l e n t c i r c u i t c a n b e m o d e l e d , a s s h ow n F i g . 2 ( a ) . A s t h e a u x i l i a r y am p l i fi e r i s t u r n e d o f f , i t p r e s e n t s a n i d e a l o p e n c i r c u i t t o P o r t 3 w i t h n o c u r r e n t i n j e c t i o n f r om t h e a u x i l i a r y p a t h ( I A = I 3 =0 ) . W i t h t h i s b o u n d a r y c o n d i t i o n , t h e m a t r i x o p e r a t i o n i n ( 1 ) c a n b e r ew r i t t e n a s ⎡ A t t h e s a t u r a t e d p ow e r l e v e l , b o t h t h e m a i n a n d a u x i l i a r y am p l i fi e r s a r e f u l l y o p e r a t i n g t ow a r d s a t u r a t i o n o f v o l t a g e a n d c u r r e n t s o t h a t t h e im p e d a n c e m a t r i x c a n b e r e a r r a n g e d a s ⎡ ( 1 0 ) E q u a t i o n s ( 9 ) a n d ( 1 0 ) u n d e r l i n e t h a t t h e Q B -D P A o p e r a t i o n a t t h e s a t u r a t i o n l e v e l i s a g a i n e q u i v a l e n t t o a s t a n d a r d D P A . tw o s u c h P A s w i t h 9 0 • o f p h a s e o f f s e t t h r o u g h tw o q u a d r a t u r e c o u p l e r s a s t h e i n p u t p ow e r s p l i t t e r a n do u t p u t c om b i n e r , r e s p e c t i v e l y . D u e t o i t s h i g h l y s ymm e t r i c a l c h a r a c t e r i s t i c s , a b a l a n c e d P A p r e s e n t s t h e s am e l i n e a r i t y c h a r a c t e r i s t i c a s a s i n g l e s t a n d a l o n e P A w i t p ow e r t oP 1 d B s h ow n i n F i g . 7 ( a ) . M e a nw h i l e , a fl a t AM -AM i s a l s o r e a l i z e d , a s s h ow n i n F i g . 7 ( b ) w h i l e a c h i e v i n g a s a t u r a t i o n e f fi c i e n c y a s h i g h a s 8 0% a n d a 6 2% e f fi c i T h e p ow e r -d e p e n d e n t d c c u r r e n t s o f t h e m a i n a n d a u x i l i a r y am p l i fi e r s a r e s h ow n i n F i g . 8 . I t i s o b s e r v e d t h a t t h e a u x i l i a r y c u r r e n t r i s e s s h a r p l y a f t e r t u r n i n g o n , a n d i t r e a c h e s t o t h e s am e l e v e l a s t h e m a i n am p l i fi e r c u r r e n t i n t h e s a t u r a t i o n r e g i o n .

I I I . P RA C T ICA LDE S IGNME THODO LOGY O FL IN EARB 2D MODE-R ECON F IGURAB L EP A T h e d e r i v a t i o n d e s c r i b e d i n S e c t i o n I I s h ow s t h e p o s s i b i l i t y o f c o n v e r t i n g a b a l a n c e d P A i n t o a n i d e a l D P A b y t e rm i n a t i n g t h e i s o l a t i o n p o r t o f t h e o u t p u t c o u p l e r t o g r o u n d . B a s e d o n t h e p r o p o s e d t h e o r y , t h e d e s i g n m e t h o d o l o g y o f l i n e a r B 2D m o d e -r e c o n fi g u r a b l e P A i s p r e s e n t e d i n t h i s s e c t i o n . I t i s w o r t h n o t i n g t h a t t h e tw o s t a n d a l o n e P A s i n t h e Q B -D P A a r c h i t e c t u r e s h o u l d b e i d e n t i c a l l y d e s i g n e d a n d , t h u s , t h e d e v i c e p e r i p h e r y r a t i o i s e q u a l i z e d b e tw e e n t h e m a i n a n d a u x i l i a r y t r a n s i s t o r s . T h e fl ow c h a r t i n F i g . 3 d e s c r i b e s t h e d e t a i l e d d e s i g n p r o c ed u r e , w h i c h i n c l u d e s t h e f o l l ow i n g k e y s t e p s . 1 )S t e p 1 (D e t e rm i n a t i o n o f P M a x ) : T h e m a x im um p ow e r i s u s u a l l y d e t e rm i n e d b y t h e t a r g e t a p p l i c a t i o n i n w h i c h t h e

T h i s i s m a i n l y d u e t o t h e s t r o n g e x p a n s i o n b e h a v i o r o f G aN d e v i c e u n d e r C l a s s -C b i a s c o n d i t i o n . T h i s i s a c h i e v e d w i t h

a n e q u a l i n p u t p ow e r s p l i t r a t i o u s i n g t h e q u a d r a t u r e c o u p l e r .

s i n g M EM S sw i t c h t h a t i s n o t w i d e l y a v a i l a b l e n ow , a n d t h e p ow e r h a n d l i n g o f M EM S d e v i c e s i s a g e n e r a l c o n c e r n f o r h i g h -p ow e r a p p l i c a t i o n s , e s p e c i a l l y u n d e r h i g h l o a d m i sm a t c h . T h e r e f o r e , t h i s d em o n s t r a t i o n d e s i g n f o l l ow s t h e d e f a u l t t o p o l o g y [ s e e F i g . 9 ( b ) ] w h e r e a n S PD T sw i t c h i s p l a c e d a t t h e i s o l a t i o n p o r t t o a l t e r n a t e l y e n a b l e c o n n e c t i o n t o t h e 5 0 -l o a d i n g a n d g r o u n d . A c omm e r c i a l SO I -b a s e d R F sw i t c h ( SKY A 2 1 0 0 3 ) i su t i l i z e d a s t h e S PD T , w h i c h c o n s i s t s o f t h r e e p o r t s : a n t e n n a (AN T ) , R F 1 , a n d R F 2 . A s t h e sw i t c h t o p o l o g y s h ow n i n F i g . 9 ( c ) , t h e AN T p o r t i s c o n n e c t e d t o t h e i s o l a t i o n p o r t o f t h e o u t p u t c o u p l e r , w h i l e t h e R F 1 a n d R F 2 p o r t s a r e t e rm i n a t e d t o t h e 5 0 -l o a d i n g a n d g r o u n d , r e s p e c t i v e l y . B e tw e e n AN T a n d R F p o r t s , tw o sw i t c h a rm s a r e c o n n e c t e d a n d c o n t r o l l e d b y a m a n a g em e n t u n i t . I n t h e " ON" s t a t e , t h e sw i t c h i n t r o d u c e s c e r t a i n s e r i e s r e s i s t a n c e , i . e . ,R ON . T o m o d e l t h i s e f f e c t , a sw i t c h m o d e l w i t h 3 -R ON i s e s t a b l i s h e d b a s e d o n [ 4 2 ] , a n d t h e sw i t c h i s c o s im u l a t e d w i t h t h e Q B -D P A . I t i s i n t e r e s t i n g t o n o t e t h a t s u c h a n R ON d o e s n o t l e a d t o c o n s i d e r a b l e im p a c t o n t h e Q B -D P A p e r f o rm a n c e , a s s h ow n i n F i g . 7 ( b ) . T h e s im u l a t i o n r e s u l t s v e r i f y t h e f e a s i b i l i t y o f t h i s d e f a u l t sw i t c h d e s i g n t o p o l o g y . I t i s i n t e r e s t i n g t o n

o t e t h a t , f o r a t y p i c a l m u l t i t h r ow SO I sw i t c h , t h e r e i s t y p i c a l l y a s h u n t a rm a t e a c h sw i t c h p o r t ,

w h i c h s h o r t s t h e n o d e t o g r o u n d a t "O F F" s t a t e l e a d i n g t o a n im p r o v e d i s o l a t i o n . T h u s , t h i s t y p e o f sw i t c h c a n n o t o f f e r a c om p l e t e o p e n c i r c u i t a t " O F F" s t a t e , w h i c h c a n n o t b e u s e d i n t h e fi r s t sw i t c h a b l e c om b i n e r t o p o l o g y i n F i g . 9 ( a ) . T h e o v e r a l l i n s e r t i o n l o s s o f t h e q u a d r a t u r e c o u p l e r u n d e r t h e d y n am i c P A o p e r a t i o n i s f u r t h e r s t u d i e d , a s s h ow n i n F i g . 1 0 . T o f u l l y e v a l u a t e t h e sw i t c h e f f e c t o n i n s e r t i o n l o s s , t h e c om b i n e r l o s s i n t h e f o rm o f p a s s i v e e f fi c i e n c y i s e x t r a c t e d f r om l a r g e -s i g n a l h a rm o n i c b a l a n c e d s im u l a t i o n . T h e p a s s i v e c om b i n e r e f fi c i e n c y v e r s u s o u t p u t p ow e r o f t h e D o h e r t y m o d e i s s h ow n i n F i g . 1 0 ( a ) . A t s a t u r a t i o n p ow e r , t h e v a l u e o f sw i t c h R ON h a s n e g l i g i b l e im p a c t o n i n s e r t i o n l o s s s i n c e t h e i s o l a t i o n p o r t i s a n e l e c t r i c a l " n u l l " a s m a t h em a t i c a l l y p r o v e d i n S e c t i o n I I -B . M e a nw h i l e , t h e i n c r e a s e i n R ON l e a d s t o h i g h e r l o s s a t p ow e r b a c k -o f f . I n t h e m i sm a t c h c o n d i t i o n a s s h ow n i n F i g . 1 0 ( b ) a n d ( c ) , t h e b a l a n c e d m o d e l e a d s t o b e t t e r c om b i n e r e f fi c i e n c y c om p a r e d w i t h t h e D o h e r t y m o d e . D . F a b r i c a t i o n T h e o v e r a l l l a y o u t i s g e n e r a t e d f r om c i r c u i t s c h em a t i c , a n d i t i s m o d e l e d u s i n g 3 -D e l e c t r om a g n e t i c s im u l a t o r . T h e EM m o d e l i s t h e n c o s im u l a t e d w i t h a c t i v e c om p o n e n t s , a n d t h e l a y o u t i s o p t im i z e d u n t i l t h e c o s im u l a t i o n r e s u l t s m a t c h t h e s c h em a t i c -o n l y c a s e . T h e f a b r i c a t e d B 2D P A i s s h ow n i n F i g . 1 1 , w h i c h i s d e v e l o p e d o n t h e R o g e r s 5 8 8 0 s u b s t r a t e , a n d t h e e n t i r e P C B i s m o u n t e d o n a c o p p e r s u b s t r a t e a n d f a s t e n e d u s i n g s c r ew s . T h e R F sw i t c h m o d u l e i s p l a c e d o n a n o t h e r sm a l l P C B b o a r d , a n d i t i s m o u n t e d o n t h e s am e c o p p e r s u b s t r a t e w i t h R F c o n n e c t i o n t o t h e i s o l a t i o n n o d e o f

t h e o u t p u t q u a d r a t u r e c o u p l e r . B y a p p l y i n g d i f f e r e n t b i a s s e tt i n g s o f t h e sw i t c h c o n t r o l , t h e AN T p o r t o f t h e S PD T sw i t c h

V . MEA SUR EM EN TR E SU L T S ANDANA L Y S I S

A . C o n t i n u o u s -W a v e M e a s u r em e n t I n t h e D o h e r t y m o d e m e a s u r em e n t , t h e g a t e b i a s o f t h e m a i n d e v i c e i s p r im a r i l y s e t t o -2 . 6 V i n C l a s s -A B i n o r d e r t o im p r o v e t h e l i n e a r i t y a t l ow p ow e r r a n g e . T h e a u x i l i a r y g a t e b i a s v o l t a g e i s s e t t o-4 . 5 V f o r l i n e a r i t

y -o p t im i z e d o p e r a t i o n . A p r o p e r c om b i n a t i o n o f b i a s s e t t i n g c a n g e n e r a t e c om p l im e n t a r y n o n l i n e a r b e h a v i o r s o f t h e m a i n a n d a u x i l i a r y am p l i fi e r s t h a t c a n c e l e a c h o t h e r l e a d i n g t o e n h a n c e d l i n e a r i t y o f t h e o v e r a l l D P A , a s r e p o r t e d i n [ 4 3 ] . I n t h e b a l a n c e d m o d e m e a s u r em e n t , t h e tw o P A s a r e i de n t i c a l l y b i a s e d i n C l a s s A B w i t hV

2 . A h i g h e r g a i n i s a c h i e v e d i n t h e b a l a n c e d m o d e , g i v e n t h e f a c t t h a t t h e r e i s n o t u r n -o f f o f a u x i l i a r y P A w a s t i n g h a l f o f t h e i n p u t p ow e r a t l ow -p ow e r r e g i o n , w h i c h a l s o l e a d s t o a b e t t e r b a c k o f f -e f fi c i e n c y b e h a v i o r a t t h e D o h e r t y m o d e . T h e m e a s u r e d e f fi c i e n c y a tP M a x i s a lm o s t t h e s am e f o r b o t h D o h e r t y a n d b a l a n c e d m o d e s a t t h e o p e r a t i n g c e n t e r f r e q u e n c y d u e t o t h e i d e n t i c a l l o a d l i n e a t s a t u r a t i o n r e g i o n . F i g . 3 s h ow s t h e f r e q u e n c y r e s p o n s e o f t h e B 2D

C . T w o -T o n e M e a s u r em e n t T h e t h i r d -o r d e r i n t e rm o d u l a t i o n ( IMD 3 ) i s m e a s u r e d w i t h tw o -t o n e s t im u l u s a t a c e n t e r f r e q u e n c y o f 3 . 5 GH z t o e v a l u a t e t h e l i n e a r i t y o f t h e d e s i g n e d B 2D P A . D u e t o t h e i n n a t e c h a r a c t e r i s t i c o f s o f t s a t u r a t i o n , t h e b a l a n c e d m o d e p r e s e n t s a s l i g h t IMD 3 d e g r a d a t i o n c om p a r e d w i t h t h e D o h e r t y m o d e n e a r t h e s a t u r a t i o n r e g i o n , w h e r e t h e

s . T h i s i n d i c a t e s t h a t t h e m em o r y e f f e c t i s w e l l s u p p r e s s e d w h e n am p l i f y i n g h i g h -b a n dw i d t h s i g n a l s . T o e v a l u a t e t h e e f fi c i e n c y a n d l i n e a r i t y p e r f o rm a n c e o f t h e B 2D

6% i s m e a s u r e d i n t h i s c o n d i t i o n , a s s h ow n i n F i g . 1 5 ( b ) . T h e P A i s f u r t h e r t e s t e d u s i n g a p ow e r -sw e p t L T E s i g n a l w i t h t h e s am e m o d u l a t i o n , a n d t h e D E a n d g a i n v e r s u s t h e

a v e r a g e o u t p u t p ow e r a r e p l o t t e d i n F i g . 1 6 ( a ) . T h e p r o fi l e s o f EVM a n d A C P R a r e p r e s e n t e d a s w e l l i n F i g . 1 6 ( b ) . I t c a n b e s e e n t h a t t h e EVM v e r s u sP o u t p r o fi l e a g r e e s w e l l w i t h t h e tw o -t o n e m e a s u r em e n t w h e n t o n e s p a c i n g i s a t 1 0 MH z . T o e x p e r im e n t a l l y d em o n s t r a t e t h e r e c o n fi g u r a b l e o p e r a t i o n , t h e d e s i g n e d B 2D P A i s e v a l u a t e d w i t h t h e s am e L T E m o d ul a t e d s i g n a l ( u s e d i n S e c t i o n V -B ) u n d e r l o a d m i sm a t c h a t a c o n s t a n t V SW R o f 2 : 1 . U s i n g t h e m e a s u r em e n t s y s t em s e t u p i n F i g . 1 7 , t h e P A o u t p u t i s c o n n e c t e d t o a m i sm a t c h e d l o a d , w h i c h c o v e r s t h e 2: 1 V SW R c i r c l e o n Sm i t h c h a r t w i t h t h e p h a s e sw e p t a t 3 0 • s t e p . T h i s i s p h y s i c a l l y r e a l i z e d u s i n g a 2 : 1 t r a n s f o rm e r i n s e r i e s w i t h a s e r i e s o f t r a n sm i s s i o n l i n e s w i t h d i f f e r e n t e l e c t r i c a l l e n g t h s .

T h e D o h e r t y m o d e P A i s fi r s t t e s t e d w i t h a c o n s t a n t i n p u t d r i v i n g p ow e r o f 2 1 d Bm . F i g . 1 8 s h ow n t h e EVM , o u t p u t p ow e r , a n d e f fi c i e n c y v e r s u s t h e v a r y i n g p h a s e a l o n g t h e 2 : 1 V SW R c i r c l e . I n F i g . 1 8 ( a ) , a l ow EVM ( <5% ) c a n b e a c h i e v e d f o r t h e m a j o r i t y o f p h a s e s o n t h e 2: 1 V SW R c i r c l e w i t h t h e c o r r e s p o n d i n g o u t p u t p ow e r b e tw e e n 3 2 . 5-3 5 . 1 d Bm . I n t h i s p r o t o t y p e d em o n s t r a t i o n , a<5% o f EVM i s s e t a s t h e t a r g e t , w h i l e t h i s s y s I t i s im p o r t a n t t o p o i n t o u t t h a t a f a i l u r e i n l i n e a r i t y u s u a l l y o v e rw h e lm s t h e f a i l u r e o f a c omm u n i c a t i o n l i n k s o t h a t a s l i g h t c om p r om i s e o f e f fi c i e n c y c a n b e w e l l j u s t i fi e d f o r e n s u r i n g t h e o v e r a l l q u a l i t y o f s e r v i c e (Q o S ) . I n s umm a r y , w h e n a p r a c t i c a l t r a n sm i t t e r s y s t em i s s u b j e c t t o a n t e n n a m i sm a t c h , t h i s B 2D m o d e r e c o n fi g u r a t i o n i s a b l e t o m a i n t a i n a h i g h P A l i n e a r i t y c o n s i s t e n t l y c om p l y i n g w i t h t h e p a r t i c u l a r c omm u n i c a t i o n s t a n d a r d w h i l e m a i n t a i n i n g a s t a b l e o u t p u t p ow e r a n d d e c e n t e f fi c i e n c y . M o r e im p o r t a n t l y , t h i s m o d e r e c o n fi g u r a t i o n c a n b e s e am l e s s l y im p l em e n t e d w i t h o u t h a v i n g t o p h y s i c a l l y d e t e c t t h e a c t u a l m i sm a t c h im p e d a n c e . T h i s f e a t u r e i s e x p e c t e d t o b e h i g h l y d e s i r a b l e f o r M IMO a n d a c t i v e a r r a y a p p l i c a t i o n s w h e r e t h e a n t e n n a im p e d a n c e v a r i a t i o n i s a n t i c i p a t e d t o b e i n v e r y r a p i d t im e -s c a l e .

V I . CONCLU S ION I n t h i s a r t i c l e , a n o v e l B 2D m o d e -r e c o n fi g u r a b l e P A i s p r o p o s e d a n d a n a l y z e d , w h i c h i s t a r g e t e d t o m a i n t a i n h i g h l i ne a r i t y a n d h i g h e f fi c i e n c y o v e r c om i n g t h e l o a d m i sm a t c h . I t i s f o r t h e fi r s t t im e t h e o r e t i c a l l y d e r i v e d t h a t a Q B -D P A m o d e c a n f u n c t i o n e q u i v a l e n t l y t o a s t a n d a r d D P A . M o r e o v e r , w i t h a n SO I -b a s e d S PD T sw i t c h , a r e c o n fi g u r a b l e B 2D P A p r o t o t y p e i s im p l em e n t e d t o v e r i f y t h e p r o p o s e d c o n c e p t a t 3 . 5 GH z . I n t h e n om i n a l c a s e w h e r e t h e B 2D P A i s d r i v e n b y a n L T E m o d u l a t e d s i g n a l w i t h 1 0 -MH z b a n dw i d t h , t h e m e a s u r e d P A e x h i b i t s-3 7 -d B c A C P R , a l l ow i n g i t t o a c h i e v e 2 . 3 6% EVM a t t h e m a x im umP r a t e d = 3 4 . 5 d Bm w i t h o u t a n y a d d i t i o n a l l i n e a r i z a t i o n t e c h n i q u e s . M e a nw h i l e , w h e n s u f f e r i n g f r om t h e l o a d m i sm a t c h , t h e d e s i g n e d B 2D P A a l s o d em o n s t r a t e s i t s r e s i l i e n c e a n d c a p a b i l i t y o f m a i n t a i n i n g h i g h l i n e a r i t y a n d h i g h e f fi c i e n c y o v e r e n t i r e Sm i t h c h a r t a t V SW R 2: 1 . H i s r e s e a r c h i n t e r e s t s i n c l u d e n o v e l h i g h l y e f fi c i e n t a n d l i n e a r p o w e r am p l i fi e r ( P A ) a r c h i t e c t u r e s a n d r e c o n fi g u r a b l e R F /m i l l im e t e r -w a v e c i r c u i t s . M r . L y u w a s t h e w i n n e r o f t h e S t u d e n t D e s i g n C om p e t i t i o n s , i n c l u d i n g t h e H i g h E f fi c i e n c y P o w e r Am p l i fi e r a n d C a r r i e r A g g r e g a t i o n B AW Q u a d p l e x e r M o d u l e a t t h e I E E E M T T -S I n t e r n a t io n a l M i c r o w a v e S ym p o s i um ( IM S ) 2 0 1 9 . K e n l e C h e n (M em b e r , I E E E ) r e c e i v e d t h e b a c he l o r ' s d e g r e e i n c omm u n i c a t i o n e n g i n e e r i n g f r om X i ' a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y , X i ' a n , S h a a n x i , C h i n a , i n 2 0 0 5 , t h e m a s t e r ' s d e g r e e i n e l e c t r o n i c s a n d i n f o rm a t i o n e n g i n e e r i n g f r om P e k i n g U n i v e r s i t y , B e i j i n g , C h i n a , i n 2 0 0 8 , a n d t h e P h .D . d e g r e e i n e l e c t r i c a l e n g i n e e r i n g f r om P u r d u e U n i v e r s i t y , W e s t L a f a y e t t e , IN , U SA , i n 2 0 1 3 .

I t i s w o r t h m e n t i o n i n g t h a t t h i s sw i t c h a b l e B 2D P