The RF high power amplifier is a key module in the NMR spectrometer. Robustness, lower power consumption, and small size are requirements. In this thesis, devices are studied and different design approaches are considered. New ideas are introduced, and simulations are used to show if it these work. A real prototype is developed. Results from the prototype are satisfactory and in good agreement with the simulation results. This allows for the possibility of a real portable NMR spectrometer 'Lapspec'. Points of note: • Feedback to stabilize amplifier, • Hard bias to improve rise time of pulse, • A rugged device is chosen, • Power limiter technology is used to avoid overdrive amplifier, • Lower value attenuator at output of final stage to reduce load VSWR, • Reason of spike is studied, the solution to reduce spike is given, • The reason of instability of amplifier with NMR load is analyzed, • A method is introduced to ensure there is no oscillation while the High Power Amplifier (HPA) is connected with the NMR probe.

Σκοπός της διπλωματικής εργασία είναι η μελέτη και μοντελοποίηση ενός δορυφορικού καναλιού. Το δορυφορικό κανάλι, όπως κάθε κανάλι είναι ένα μη-γραμμικό σύστημα που χαρακτηρίζεται από ποικίλους και απρόβλεπτους παράγοντες που αλλοιώνουν την αρχική πληροφορία. Οι καιρικές συνθήκες που επικρατούν σε μια περιοχή για παράδειγμα επηρεάζουν το κανάλι προκαλώντας μεταβολή της ισχύος με τυχαίο τρόπο, γεγονός το οποίο δυσκολεύει την πρόβλεψη της συμπεριφοράς του. Για το λόγο αυτό έγινε προσπάθεια ανάπτυξης ενός δυναμικού μοντέλου που θα μπορεί να εξομοιώνει τη συμπεριφορά ενός τέτοιου καναλιού, δίνοντας τις πιθανές καταστάσεις στις οποίες μπορεί να βρεθεί. Συγκεκριμένα τα φαινόμενα τα οποία μελετήθηκαν είναι η εξασθένιση λόγω βροχής, η απορρόφηση από υγρασία και οξυγόνο και η τροποσφαιρική σκέδαση. Η κατασκευή του μοντέλου έγινε με τη χρήση και επεξεργασία μετεωρολογικών δεδομένων από την Ε.Μ.Υ. Επίσης, έγινε προσπάθεια μοντελοποίησης του ενισχυτή ισχύος (TWTA) ο οποίος συναντάται τόσο στο δορυφόρο όσο και κεντρικό σταθμό βάσης στη γη. / The objective of this project is the study and the modeling of a satellite channel. The satellite channel, as any satellite channel, is a non-linear system that is characterized by multiple and unpredictable factors that alter the initial information. The weather conditions that exist in an region affect the channel causing random power fluctuations and result in unpredictable performance. Thus, a dynamic model has been developed that simulates the performance of such a channel by predicting possible conditions that can arise. More specifically, the phenomena that have been studied is the rain attenuation, gaseous absorption and the tropospheric scintillation. The model was implemented through the use and analysis of meteorological data taken from the Hellenic National Meteorological Service. In addition, a high power amplifier (TWTA) that can be found both in the satellite and the central base station.

L'amplificateur de puissance est le module le plus critique dans les équipements de communication radio. Il détermine la qualité de la liaison par sa linéarité et a une contribution conséquente dans la consommation de l'émetteur ; environ 60% de l'énergie consommée est consacré à l'amplification. Il est donc crucial de le faire fonctionner avec un rendement énergétique élevé. Cependant, ces deux spécifications principales de l'amplificateur que sont la linéarité et le rendement énergétique sont antagoniques. Par conséquent, la conception d'un module d'amplification de puissance suppose de trouver un compromis entre la linéarité et le rendement. L'optimisation de ce compromis est la raison d'être des techniques de linéarisation d'amplificateurs et d'amélioration du rendement, parmi lesquelles la prédistorsion numérique (DPD) et les techniques de réduction du PAPR du signal (CFR).Le cœur de cette thèse est la linéarisation d'amplificateurs RF haute-puissance et large-bande par prédistorsion numérique (DPD). Dans ces travaux, nous abordons trois problématiques liées à la prédistorsion et qui constituent des verrous technologiques importants. Le premier aspect concerne l'implémentation de la prédistorsion numérique dans un contexte multi-bande où le signal à linéariser comporte plusieurs formes d'ondes, situées à des fréquences différentes. La seconde problématique est l'utilisation conjointe de la prédistorsion avec une technique de CFR. Dans la majorité des applications haute-puissance, les techniques de DPD et de CFR sont présentes de manière complémentaire, cependant elles sont utilisées de façon autonome et disjointe. Celles-ci gagneraient en performances de linéarisation en étant implémentées de manière plus concertée. . Le dernier thème abordé par cette thèse est l'effet des désadaptations d'impédance de l'antenne sur le mode de fonctionnement de l'amplificateur. La variation de l'impédance d'antenne entraine des réflexions de signal vers l'amplificateur qui modifient ses spécifications de linéarité et de rendement. Nous améliorons la linéarité du système DPD + AP, lorsque l'amplificateur est soumis à des variations de l'impédance à sa charge, grâce à une correction adaptative de gain / Power amplifier is one of the most critical element within radiocommunications systems. The PA is their main source of nonlinearities and it has a great contribution on the emitter's power consumption. Running the PA with highest power efficiency is thus as crucial as having it linear for a good communication quality. However these two specifications of the PA are antagonistic and PA manifacturers need to find a compromise between linearity and power efficiency. Digital Predistortion (DPD) and Crest factor Reduction techniques are intended to improve power efficiency while preserving linearity or inversely. Linearization of wideband RF power amplifiers using Digital Predistortion is the focus of this thesis. Three DPD issues are investigated in these works. The first issue deals with multiband linearization where signals with various waveforms located at different frequency bands are amplified. The second objective of this thesis is to study a concurrent DPD/CFR systems based on an automatic estimation of the necessary CFR gain. The last part of this dissertation deals with PA linearization under antenna load variations. Indeed, the impedance of antenna may vary because of electromagnetic objects that are present in its vicinity. Those impedance variations may instigate signal reflections toward the PA, that modify some of its main specifications (linearity, delivered power and efficiency). Our goal in this field is to preserve DPD linearization performances under antenna load mismatch

L'amplificateur de puissance est le module le plus critique dans les équipements de communication radio. Il détermine la qualité de la liaison par sa linéarité et a une contribution conséquente dans la consommation de l'émetteur ; environ 60% de l'énergie consommée est consacré à l'amplification. Il est donc crucial de le faire fonctionner avec un rendement énergétique élevé. Cependant, ces deux spécifications principales de l'amplificateur que sont la linéarité et le rendement énergétique sont antagoniques. Par conséquent, la conception d'un module d'amplification de puissance suppose de trouver un compromis entre la linéarité et le rendement. L'optimisation de ce compromis est la raison d'être des techniques de linéarisation d'amplificateurs et d'amélioration du rendement, parmi lesquelles la prédistorsion numérique (DPD) et les techniques de réduction du PAPR du signal (CFR).Le cœur de cette thèse est la linéarisation d'amplificateurs RF haute-puissance et large-bande par prédistorsion numérique (DPD). Dans ces travaux, nous abordons trois problématiques liées à la prédistorsion et qui constituent des verrous technologiques importants. Le premier aspect concerne l'implémentation de la prédistorsion numérique dans un contexte multi-bande où le signal à linéariser comporte plusieurs formes d'ondes, situées à des fréquences différentes. La seconde problématique est l'utilisation conjointe de la prédistorsion avec une technique de CFR. Dans la majorité des applications haute-puissance, les techniques de DPD et de CFR sont présentes de manière complémentaire, cependant elles sont utilisées de façon autonome et disjointe. Celles-ci gagneraient en performances de linéarisation en étant implémentées de manière plus concertée. . Le dernier thème abordé par cette thèse est l'effet des désadaptations d'impédance de l'antenne sur le mode de fonctionnement de l'amplificateur. La variation de l'impédance d'antenne entraine des réflexions de signal vers l'amplificateur qui modifient ses spécifications de linéarité et de rendement. Nous améliorons la linéarité du système DPD + AP, lorsque l'amplificateur est soumis à des variations de l'impédance à sa charge, grâce à une correction adaptative de gain / Power amplifier is one of the most critical element within radiocommunications systems. The PA is their main source of nonlinearities and it has a great contribution on the emitter's power consumption. Running the PA with highest power efficiency is thus as crucial as having it linear for a good communication quality. However these two specifications of the PA are antagonistic and PA manifacturers need to find a compromise between linearity and power efficiency. Digital Predistortion (DPD) and Crest factor Reduction techniques are intended to improve power efficiency while preserving linearity or inversely. Linearization of wideband RF power amplifiers using Digital Predistortion is the focus of this thesis. Three DPD issues are investigated in these works. The first issue deals with multiband linearization where signals with various waveforms located at different frequency bands are amplified. The second objective of this thesis is to study a concurrent DPD/CFR systems based on an automatic estimation of the necessary CFR gain. The last part of this dissertation deals with PA linearization under antenna load variations. Indeed, the impedance of antenna may vary because of electromagnetic objects that are present in its vicinity. Those impedance variations may instigate signal reflections toward the PA, that modify some of its main specifications (linearity, delivered power and efficiency). Our goal in this field is to preserve DPD linearization performances under antenna load mismatch