Parliamo dell'amplificatore di potenza PA COFDM
Amplificatore di potenza PA COFDM
Come fornitore professionale di ricetrasmettitori video e dati wireless, molti clienti chiederanno informazioni sugli amplificatori di potenza per aumentare la copertura dei trasmettitori wireless e migliorare la potenza del segnale wireless. Si può dire che l'amplificatore di potenza sia un ostacolo che molti ingegneri RF non possono evitare. Funzione, classificazione, indice di performance, composizione del circuito, tecnologia di miglioramento dell’efficienza, trend di sviluppo... Sai tutto quello che devi sapere sugli amplificatori di potenza RF? Vieni a lezione di trucco!
Due specifiche chiave per i PA RF: potenza e linearità
Negli amplificatori di potenza RF, Efficienza energetica (Pae) è definito come il rapporto tra la differenza tra la potenza del segnale di uscita e la potenza del segnale di ingresso rispetto al consumo energetico dell'alimentatore CC, vale a dire:
PAE = (PREFOUT - PRFIN)/PDC = (PREFOUT - PRFIN)/(VCC*IDC)
Funzioni dell'amplificatore di potenza RF RF PA
L'amplificatore di potenza a radiofrequenza RF PA è la parte principale del sistema di trasmissione, e la sua importanza è evidente. Nel circuito di pre-stadio del trasmettitore, la potenza del segnale RF generata dal circuito dell'oscillatore modulante è molto piccola, e deve passare attraverso una serie di stadi buffer di amplificazione, stadio di amplificazione intermedio, e lo stadio finale di amplificazione della potenza per ottenere una potenza RF sufficiente prima di fornire la radiazione all'antenna. Per ottenere una potenza di uscita in radiofrequenza sufficientemente grande, è necessario utilizzare un amplificatore di potenza a radiofrequenza. Gli amplificatori di potenza sono spesso i più costosi, più assetati di potere, e componenti meno efficienti di un'installazione fissa o di un terminale.
Dopo che il modulatore genera il segnale a radiofrequenza, il segnale modulato in radiofrequenza viene amplificato a una potenza sufficiente dall'RFPA, passato attraverso la rete di corrispondenza, e poi emesso dall'antenna.
La funzione dell'amplificatore è quella di amplificare il contenuto in ingresso e trasmetterlo in uscita. L'input e l'output, che chiamiamo "segnali," sono spesso espressi come tensioni o potenze. Per un "sistema" come un amplificatore, suo "contributo" è aumentare un certo livello di ciò che è "assorbe" e "produzione" al mondo esterno. TM-1040 "contributo di miglioramento" è il "Senso" dell'esistenza dell'amplificatore. Se l'amplificatore può avere buone prestazioni, allora può contribuire di più, che riflette il proprio "valore". Se ci sono alcuni problemi nel file iniziale "progettazione del meccanismo" dell'amplificatore, poi dopo aver iniziato a lavorare o aver lavorato per un periodo di tempo, non solo non sarà in grado di fornirne alcuno "contributo", ma alcuni inaspettati "shock" può verificarsi. "Shock" è disastroso per il mondo esterno o per l'amplificatore stesso.
Classificazione dell'amplificatore di potenza RF RF PA
Secondo le diverse condizioni di lavoro, gli amplificatori di potenza sono classificati come segue:
La frequenza operativa degli amplificatori di potenza RF è molto elevata, ma la banda di frequenza è relativamente stretta. Gli amplificatori di potenza RF generalmente utilizzano reti di selezione della frequenza come circuiti di carico. Gli amplificatori di potenza RF possono essere suddivisi in tre tipi di stati di funzionamento: UN (UN), B (B), e C (C) in base all'angolo di conduzione corrente. L'angolo di conduzione della corrente dell'amplificatore di Classe A è di 360°, che è adatto per l'amplificazione a bassa potenza di piccoli segnali. L'angolo di conduzione della corrente dell'amplificatore di Classe B è pari a 180°, e l'angolo di conduzione della corrente dell'amplificatore di Classe C è inferiore a 180°. Sia la Classe B che la Classe C sono adatte per condizioni di lavoro ad alta potenza, e la potenza di uscita e l'efficienza delle condizioni di lavoro di Classe C sono le più alte tra le tre condizioni di lavoro. La maggior parte degli amplificatori di potenza RF funzionano in Classe C, ma la forma d'onda attuale degli amplificatori di Classe C è troppo distorta, quindi possono essere utilizzati solo per amplificare la potenza utilizzando un circuito sintonizzato come risonanza del carico. A causa della capacità di filtraggio del circuito di sintonizzazione, la corrente e la tensione del circuito sono ancora vicine alle forme d'onda sinusoidali con poca distorsione.
Oltre ai suddetti stati di funzionamento classificati in base all'angolo di conduzione della corrente, ci sono anche quelli di classe D (D) amplificatori e Classe E (E) amplificatori che fanno funzionare i dispositivi elettronici nello stato di commutazione. L'efficienza degli amplificatori di Classe D è superiore a quella degli amplificatori di Classe C.
Indice di prestazione dell'amplificatore di potenza a radiofrequenza RF PA
I principali indicatori tecnici dell'amplificatore di potenza a radiofrequenza RF PA sono la potenza di uscita e l'efficienza. Come migliorare la potenza di uscita e l'efficienza è il fulcro dell'obiettivo di progettazione dell'amplificatore di potenza a radiofrequenza. Di solito nell'amplificatore di potenza RF, la frequenza fondamentale o una determinata armonica può essere selezionata dal circuito risonante LC per realizzare un'amplificazione non distorta. Parlando in generale, ci sono probabilmente i seguenti indicatori nella valutazione degli amplificatori:
- guadagno. Questo è il rapporto tra ingresso e uscita e rappresenta il contributo dell'amplificatore. Un buon amplificatore deve contribuire altrettanto "produzione" possibile al suo interno "gamma delle proprie capacità".
-frequenza di lavoro. Ciò rappresenta la capacità di carico dell'amplificatore per segnali di frequenza diversa.
- la larghezza di banda di funzionamento. Ciò determina la portata dell'amplificatore "contribuire". Per un amplificatore a banda stretta, anche se il suo design non è un problema, il suo contributo potrebbe essere limitato.
-stabilità. Ogni transistor ha un potenziale "regioni di instabilità." Il "design" dell'amplificatore deve eliminare queste potenziali instabilità. Esistono due tipi di stabilità dell'amplificatore, potenzialmente instabile e assolutamente stabile. Il primo può apparire instabile in determinate condizioni e ambienti, mentre quest'ultimo può garantire stabilità in ogni circostanza. La questione della stabilità è importante perché significa instabilità "oscillazione", quando l'amplificatore non colpisce solo se stesso, ma emette anche fattori instabili.
- Potenza massima in uscita. Questo indicatore determina il "capacità" dell'amplificatore. Per "grandi sistemi", si spera che possano produrre più potenza a scapito di un certo guadagno.
-efficienza. Gli amplificatori devono consumare una certa quantità di "energia" e anche raggiungere una certa quantità di "contributo". Il rapporto tra il suo contributo e il consumo è l'efficienza dell'amplificatore. Un buon amplificatore è quello che contribuisce di più e consuma di meno.
- lineare. La linearità caratterizza la corretta risposta dell'amplificatore a un gran numero di ingressi. Un deterioramento della linearità significa che l'amplificatore "distorce" o "distorce" l’input in presenza di input in eccesso. Un buon amplificatore non dovrebbe presentare questo "capriccioso" natura.
Composizione del circuito dell'amplificatore di potenza RF RF PA
Esistono diversi tipi di amplificatori. semplificato, il circuito dell'amplificatore può essere composto dalle seguenti parti: transistor, circuiti di polarizzazione e stabilizzazione, e circuiti di adattamento di ingresso e uscita.
1. Transistor
Esistono molti tipi di transistor, compresi i transistor con varie strutture che sono state inventate. Essenzialmente, un transistor funziona come una sorgente di corrente o tensione controllata convertendo l'energia di una corrente continua vuota in a "utile" produzione. L'energia DC è ottenuta dal mondo esterno, e il transistor lo consuma e lo converte in componenti utili. Un transistor, possiamo considerarlo come "un'unità". Diverso "capacità" di transistor diversi, come la loro capacità di resistere al potere sono diversi, ciò è dovuto anche alla loro capacità di ottenere energia continua; per esempio, la loro velocità di risposta è diversa, che determina quanto ampio e alto può funzionare nella banda di frequenza; per esempio, le impedenze rivolte alle porte di ingresso e di uscita sono diverse, e le capacità di risposta esterna sono diverse, che determina la difficoltà di abbinarlo.
2. Circuito di polarizzazione e stabilizzazione
I circuiti di polarizzazione e stabilizzazione sono due circuiti diversi, ma perché spesso sono difficili da distinguere e gli obiettivi progettuali convergono, possono essere discussi insieme.
Il funzionamento del transistor deve avvenire in determinate condizioni di polarizzazione, che chiameremo punto operativo statico. Questo è il fondamento del transistor e del suo stesso "posizionamento". Ogni transistor ha un certo posizionamento per se stesso, e il diverso posizionamento determinerà la propria modalità di funzionamento, e ci sono anche prestazioni diverse in posizionamenti diversi. Alcuni punti di posizionamento presentano piccole fluttuazioni, che sono adatti per lavori con piccoli segnali; alcuni punti di posizionamento presentano ampie fluttuazioni, che sono adatti per l'uscita ad alta potenza; alcuni punti di posizionamento hanno una domanda inferiore, puro rilascio, e sono adatti per lavori silenziosi; alcuni punti di posizionamento, I transistor sono sempre in bilico tra la saturazione e il limite, in uno stato di commutazione. Un punto di polarizzazione appropriato costituisce la base per il normale funzionamento.
Il circuito di stabilizzazione deve essere prima del circuito di adattamento, perché il transistor necessita del circuito di stabilizzazione come parte di sé, e poi contatta il mondo esterno. Agli occhi del mondo esterno, il transistor con il circuito di stabilizzazione è a "nuovo di zecca" transistor. Rende certo "sacrifici" per ottenere stabilità. I meccanismi che stabilizzano il circuito mantengono i transistor in funzione in modo fluido e costante.
3. Circuito di adattamento di ingresso e uscita
Lo scopo del circuito di adattamento è selezionare una modalità accettata. Per quei transistor che vogliono fornire più guadagno, l'approccio è quello di accettare e produrre risultati a tutti i livelli. Ciò significa che attraverso l'interfaccia del circuito di adattamento, la comunicazione tra diversi transistor è più fluida. Per diversi tipi di amplificatori, il circuito di adattamento non è l'unico metodo di progettazione "accettato nella sua interezza". Alcuni piccoli tubi con DC piccola e base poco profonda sono più disposti a eseguire un certo blocco durante la ricezione per ottenere prestazioni di rumore migliori. però, il blocco non può essere esagerato, altrimenti influenzerà il suo contributo. Per alcune valvole di potenza giganti, devi essere cauto durante l'output, perché sono più instabili, e allo stesso tempo, una certa quantità di riserva li aiuta a esercitarsi di più "indistorto" energia.
Realizzazione della stabilità dell'amplificatore di potenza RF RF PA
Ogni transistor è potenzialmente instabile. Buoni circuiti stabilizzatori possono essere fusi con transistor per formare a "lavoro continuo" modalità. L'implementazione dei circuiti di stabilizzazione può essere suddivisa in due tipologie: a banda stretta e a banda larga.
Il circuito di stabilizzazione a banda stretta consuma una certa quantità di guadagno. Questo circuito stabile si realizza aggiungendo alcuni circuiti di consumo e circuiti selettivi. Questo circuito consente al transistor di contribuire solo con una piccola gamma di frequenze. Un'altra stabilizzazione a banda larga è l'introduzione del feedback negativo. Questo circuito può funzionare su un'ampia gamma.
La fonte dell’instabilità è il feedback positivo, e l’idea della stabilità a banda stretta è quella di frenare parte del feedback positivo. Certo, questo sopprime anche il contributo. Feedback negativo, fatto bene, ha molti ulteriori vantaggi gratificanti. Per esempio, il feedback negativo può impedire l'abbinamento dei transistor, nessuno dei due ha bisogno di essere abbinato per interfacciarsi bene con il mondo esterno. Inoltre, l'introduzione del feedback negativo migliorerà le prestazioni lineari del transistor.
Tecnologia di miglioramento dell'efficienza dell'amplificatore di potenza RF RF PA
L'efficienza del transistor ha un limite teorico. Questo limite varia con la selezione del punto di polarizzazione (punto operativo statico). Inoltre, se il circuito periferico non è ben progettato, la sua efficienza sarà notevolmente ridotta. In questo momento, non ci sono molti modi in cui gli ingegneri possono migliorare l’efficienza. Qui ce ne sono solo due tipi: tecnologia di tracciamento delle buste e tecnologia Doherty.
L'essenza della tecnologia di tracciamento delle buste è separare l'input in due tipi: fase e inviluppo, e poi amplificarli separatamente da diversi circuiti amplificatori. In questo modo, i due amplificatori possono concentrarsi sulle rispettive parti, e la cooperazione dei due amplificatori può raggiungere l'obiettivo di un utilizzo più efficiente.
L'essenza della tecnologia Doherty è: utilizzando due transistor dello stesso tipo, solo uno funziona quando l'input è piccolo, e funziona in uno stato di alta efficienza. Se l'input aumenta, entrambi i transistor funzionano contemporaneamente. La base per la realizzazione di questo metodo è che i due transistor debbano cooperare tacitamente tra loro. Lo stato di funzionamento di un transistor determinerà direttamente l'efficienza operativa dell'altro.
Sfide di test per gli PA RF
Gli amplificatori di potenza sono componenti molto importanti nei sistemi di comunicazione wireless, ma sono intrinsecamente non lineari, provocando fenomeni di crescita spettrale che interferiscono con i canali adiacenti, e potrebbero violare gli standard di emissione fuori banda imposti dalla legge. Questa caratteristica può anche causare distorsioni in banda, che aumenta il tasso di errore dei bit (BER) e riduce la velocità di trasmissione dei dati del sistema di comunicazione.
Sotto il rapporto di potenza picco-medio (PAPR), il nuovo formato di trasmissione OFDM avrà una potenza di picco più sporadica, rendendo difficile la segmentazione della PA. Ciò riduce la conformità della maschera spettrale e aumenta EVM e BER attraverso la forma d'onda. Per risolvere questo problema, gli ingegneri progettisti di solito riducono deliberatamente la potenza operativa del PA. Purtroppo, questo è un approccio molto inefficiente, poiché la PA si riduce 10% della sua potenza operativa e perde 90% della sua potenza CC.
La maggior parte degli attuali PA RF supporta più modalità, gamme di frequenza, e modalità di modulazione, rendere disponibili più elementi di prova. Migliaia di elementi di prova non sono rari. L’uso di nuove tecnologie come la riduzione del fattore di cresta (Cfr), predistorsione digitale (Dpd) e tracciabilità delle buste (ET) può aiutare a ottimizzare le prestazioni del sistema PA e l'efficienza energetica, ma queste tecnologie non faranno altro che rendere il test più complicato e prolungarne notevolmente i tempi. Progettazione e tempo di prova. L'aumento della larghezza di banda dell'RF PA comporterà un aumento di cinque volte della larghezza di banda richiesta per le misurazioni DPD (possibilmente eccedente 1 GHz), aumentando ulteriormente la complessità dei test.
Secondo la tendenza, al fine di aumentare l'efficienza, Componenti RF PA e moduli front-end (FEM) saranno più strettamente integrati, e un singolo FEM supporterà una gamma più ampia di bande di frequenza e modalità di modulazione. L'integrazione di un alimentatore o modulatore ET nel FEM può ridurre efficacemente i requisiti di spazio complessivi all'interno del dispositivo mobile. L'aumento del numero di slot filtro/duplexer per supportare una gamma di frequenze operative più ampia aumenterà la complessità dei dispositivi mobili e il numero di elementi di prova.
Amplificatore di potenza del modulo RF per telefono cellulare (PAPÀ) Situazione del mercato
Il settore degli amplificatori di potenza per telefoni cellulari è attualmente un componente che non può essere integrato nei telefoni cellulari. Prestazioni del telefono cellulare, orma, qualità della chiamata, forza del cellulare, e la durata della batteria sono tutti determinati dall'amplificatore di potenza.
Come integrare questi amplificatori di potenza con diverse bande di frequenza e standard è un argomento importante che l'industria sta studiando. Attualmente, ci sono due soluzioni: una è l'architettura di fusione, che integra amplificatori di potenza RF PA di diverse frequenze; l'altra architettura è l'integrazione lungo la catena del segnale, questo è, il PA e il duplexer sono integrati. Entrambi gli schemi presentano vantaggi e svantaggi, e sono adatti a diversi telefoni cellulari. Architettura convergente, elevata integrazione della PA, ha un evidente vantaggio dimensionale per più di 3 bande di frequenza, ed evidente vantaggio in termini di costi 5-7 bande di frequenza. Lo svantaggio è che nonostante la PA sia integrata, il duplexer è ancora piuttosto complicato, e si verifica una perdita di commutazione quando il PA è integrato, e le prestazioni ne risentiranno. Per quest'ultima architettura, le prestazioni sono migliori. L'integrazione dell'amplificatore di potenza e del duplexer può migliorare le caratteristiche attuali, che può far risparmiare decine di milliampere di corrente, che equivale ad estendere il tempo di conversazione di 15%. Perciò, addetti ai lavori del settore suggeriscono che quando ce ne sono più di 6 bande di frequenza (escluso 2G, riferito a 3G e 4G), viene adottata un'architettura convergente, e quando inferiore a 4 vengono utilizzate le bande di frequenza, PAD, una soluzione che integra PA e duplexer, viene utilizzato.