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COFDM PAパワーアンプについて語る

COFDM PAパワーアンプ

ワイヤレスビデオおよびデータトランシーバーの専門サプライヤーとして, 多くの顧客は、ワイヤレス送信機のカバレージを拡大し、ワイヤレス信号強度を強化するためのパワーアンプについて質問するでしょう。. パワーアンプは多くのRFエンジニアにとって避けられないハードルと言えます. 関数, 分類, パフォーマンスインデックス, 回路構成, 効率改善技術, 開発傾向... RF パワーアンプについて知っておくべきことはすべて知っていますか?? メイクレッスンに来てください!

RF PA の 2 つの主要な仕様: パワーと直線性

RFパワーアンプにおいて, 電力効率 (PAE) 出力信号電力と入力信号電力の差の、DC 電源の消費電力に対する比率として定義されます。, つまり:
PAE = (PRFOUT - プリフィン)/PDC = (PRFOUT - プリフィン)/(VDC*IDC)

RFパワーアンプRF PAの機能

高周波電力増幅器 RF PA は伝送システムの主要部分です, そしてその重要性は自明のことです. 送信機の前段回路内, 変調発振回路によって生成されるRF信号電力は非常に小さい, 一連の増幅バッファー段階を通過する必要があります, 中間増幅段, アンテナに放射を供給する前に十分な RF 電力を得る最終電力増幅段. 十分に大きな高周波出力電力を得るには, 高周波パワーアンプを使用する必要があります. 多くの場合、パワーアンプが最も高価です, 最も権力を必要とする, および固定設備または端末の最も効率の悪いコンポーネント.
変調器が無線周波数信号を生成した後, 無線周波数変調信号は RFPA によって十分な電力まで増幅されます。, マッチングネットワークを経由した, そしてアンテナから放射される.
アンプの役割は、入力された内容を増幅して出力することです。. 入力と出力, 私たちがそう呼ぶもの "信号," 多くの場合、電圧または電力で表されます. のために "システム" アンプなどの, その "貢献" ある一定のレベルを上げることです "吸収する" そして "出力" 外の世界へ. これ "改善貢献" それは "意味" アンプの存在について. アンプの性能が良ければ, そうすればさらに貢献できる, それ自体を反映する "価値". 初期段階で何らかの問題があった場合 "機構設計" アンプの, その後、働き始めた後、または一定期間働いた後, 何も提供できないだけでなく、 "貢献", しかし、いくつかの予想外の "ショック" 発生する可能性があります. "ショック" 外界またはアンプ自体に悲惨な影響を与える.

RFパワーアンプRF PAの分類

さまざまな労働条件に応じて, パワーアンプは次のように分類されます。:
RFパワーアンプの動作周波数は非常に高いです, ただし周波数帯域は比較的狭い. RF パワーアンプは通常、負荷回路として周波数選択ネットワークを使用します。. RF パワーアンプは 3 種類の動作状態に分類できます。: A (A), B (B), とC (C) 電流の導通角に応じて. クラスAアンプ電流の導通角は360°です。, 小信号の低電力増幅に適しています. B級アンプ電流の導通角は180°に等しい, C級アンプ電流の導通角は180°未満です。. クラス B とクラス C はどちらも高出力の作業条件に適しています, クラス C 動作条件の出力と効率は 3 つの動作条件の中で最も高くなります。. ほとんどの RF パワーアンプはクラス C で動作します, しかし、C級アンプの電流波形は歪みすぎます。, したがって、同調回路を負荷共振として使用して電力を増幅するためにのみ使用できます。. 同調ループのフィルタリング能力により, ループ電流と電圧は依然として正弦波形に近く、歪みはほとんどありません。.
上記に加えて、電流の導通角に応じて分類された動作状態, Dクラスもあります (D) アンプとクラスE (E) 電子機器をスイッチング状態で動作させるアンプ. D級アンプの効率はC級アンプの効率よりも高い.

高周波電力増幅器RF PAの性能指標

高周波パワーアンプRF PAの主な技術指標は出力電力と効率です。. 出力電力と効率をいかに向上させるかが、高周波パワーアンプの設計目標の核心です. 通常はRFパワーアンプ内にあります, LC共振回路により基本周波数または特定の高調波を選択し、歪みのない増幅を実現. 一般的に言って, アンプの評価には次のような指標があると思われます。:
- 利得. これは入力と出力の比率であり、アンプの寄与を表します。. 良いアンプとは、それだけの貢献をすることです "出力" 可能な限りその範囲内で "独自の機能の範囲".
-動作周波数. これは、さまざまな周波数信号に対するアンプの搬送能力を表します。.
- ワーキング帯域幅. これにより、アンプがどのくらいの範囲まで到達できるかが決まります "貢献する". 狭帯域アンプ用, たとえそれ自体のデザインが問題なくても, その貢献は限られているかもしれない.
-安定性. どのトランジスタにも可能性がある "不安定な領域。" ザ・ "設計" アンプのこれらの潜在的な不安定性を排除する必要があります. アンプの安定性には 2 つのタイプがあります, 潜在的に不安定な場合と完全に安定な場合. 前者は、特定の条件や環境下では不安定に見える場合があります, 一方、後者はいかなる状況下でも安定性を保証できます。. 安定性の問題は重要です。なぜなら、不安定とは "発振", アンプがそれ自体に影響を与えるだけでなく、, 不安定要素も出力します.
- 最大出力電力. この指標は、 "容量" アンプの. ために "大きなシステム", 一定の利得を犠牲にして、より多くの電力を出力できることが期待されています.
-効率. アンプは一定量の電力を消費する必要があります "エネルギー" そして一定量を達成する "貢献". 消費に対する寄与率がアンプの効率となります。. 優れたアンプとは、より多くの信号に貢献し、消費電力が少ないものです。.
- 線形. 直線性は、多数の入力に対するアンプの正しい応答を特徴づけます。. 直線性の劣化はアンプの劣化を意味します。 "歪む" 若しくは "歪む" 過剰入力がある場合の入力. 優れたアンプではこのような現象は起こらないはずです "気紛れな" 自然.

RFパワーアンプRF PAの回路構成

アンプにも色々な種類がある. 簡体, アンプの回路は次の部品で構成できます。: トランジスタ, バイアスおよび安定化回路, および入出力整合回路.

1. トランジスタ

トランジスタにはたくさんの種類があります, 発明されたさまざまな構造のトランジスタを含む. 本質的には, トランジスタは、空の直流電流のエネルギーを電流に変換することにより、制御された電流源または電圧源として機能します。 "役に立つ" 出力. 直流エネルギーは外界から得られます, そしてトランジスタはそれを消費して有用なコンポーネントに変換します. トランジスタ, 次のように考えることができます "ユニット". 違う "能力" 異なるトランジスタの, 力への耐性などが違う, これは、DC エネルギーを得る能力によるものでもあります。; 例えば, 反応速度が違う, これにより、周波数帯域内でどの程度の広さと高さで動作できるかが決まります。; 例えば, 入力ポートと出力ポートに面したインピーダンスが異なります, 外部応答能力が異なります, それがマッチングの難しさを決定します.

2. バイアスおよび安定化回路

バイアス回路と安定化回路は 2 つの異なる回路です, しかし、多くの場合、それらを区別するのが難しく、設計目標が収束するためです。, 一緒に話し合うことができます.
トランジスタの動作は特定のバイアス条件下で行う必要があります, これを静的動作点と呼びます. これはトランジスタの基礎であり、トランジスタ自体の基礎です。 "位置決め". 各トランジスタはそれ自身に特定の位置を持っています, 異なる位置により独自の動作モードが決定されます, ポジションによってもパフォーマンスが異なります. 一部の測位点には小さな変動があります, 小信号作業に適しています; 一部の測位点は変動が大きい, 高出力に適した; 一部の測位ポイントは需要が少ない, 純粋なリリース, 低騒音作業に適しています; いくつかの位置決めポイント, トランジスタは常に飽和とカットオフの間をさまよっている, スイッチング状態にある. 適切なバイアスポイントは通常動作の基礎です.
安定化回路は整合回路の前になければなりません, トランジスタはそれ自体の一部として安定化回路を必要とするため, そして外の世界と接触する. 外の世界の目には, 安定化回路を備えたトランジスタは、 "真新しい" トランジスタ. それは確実にする "犠牲" 安定を得るために. 回路を安定させるメカニズムにより、トランジスタはスムーズかつ安定して動作します。.

3. 入出力整合回路

マッチング回路の目的は、受け入れられるモードを選択することです。. より多くのゲインを提供したいトランジスタ向け, アプローチは全面的に受け入れてアウトプットすることです. これは、マッチング回路のインターフェースを介して、, 異なるトランジスタ間の通信がよりスムーズになります. さまざまなタイプのアンプに対応, 整合回路だけが設計手法ではありません。 "全面的に受け入れられる". DC が小さく基礎が浅い一部の小型チューブは、より優れたノイズ性能を得るために、受信時にある程度のブロッキングを積極的に行います。. しかしながら, ブロックはやりすぎることはできません, そうしないと、その貢献に影響します. 巨大なパワー管の場合, 出力するときは注意が必要です, そちらのほうが不安定だから, そして同時に, ある程度の留保は、より力を発揮するのに役立ちます "歪みのない" エネルギー.

RFパワーアンプRF PAの安定性の実現

すべてのトランジスタは不安定になる可能性があります. 優れた安定化回路はトランジスタと融合して、 "継続的な作業" モード. 安定化回路の実装は 2 つのタイプに分けられます: 狭帯域と広帯域.
狭帯域安定化回路は一定量のゲインを消費します. この安定回路は、一定の消費回路と選択回路を追加することで実現されています。. この回路では、トランジスタが小さな周波数範囲のみに寄与することができます。. ブロードバンドのもう 1 つの安定化は、負のフィードバックの導入です。. この回路は広い範囲で動作できます.
不安定の原因は正のフィードバックです, 狭帯域の安定性の考え方は、正のフィードバックの一部を抑制することです。. もちろん, これも貢献度を抑制します. 否定的なフィードバック, よくやりました, さらに多くの嬉しい利点があります. 例えば, 負のフィードバックによりトランジスタの整合が妨げられる可能性があります, 外の世界とうまく連携するためにどちらも一致させる必要はありません. 加えて, 負帰還の導入により、トランジスタの線形性能が向上します。.

RFパワーアンプRF PAの効率向上技術

トランジスタの効率には理論上の限界がある. この制限はバイアス ポイントの選択によって異なります。 (静的動作点). 加えて, 周辺回路の設計が不十分な場合, その効率は大幅に低下します. 現在のところ, エンジニアが効率を向上させる方法はあまりない. こちらは2種類のみです: エンベロープトラッキングテクノロジーとドハティテクノロジー.
エンベロープ・トラッキング・テクノロジーの本質は、入力を 2 つのタイプに分離することです: 位相とエンベロープ, それらを異なる増幅回路で個別に増幅します。. このようにして, 2 つのアンプはそれぞれの部分に集中できます, 2 つのアンプの連携により、より高い効率の利用という目標を達成できます。.
ドハティ技術の本質は、: 同じタイプの 2 つのトランジスタを使用する, 入力が小さい場合は 1 つだけが機能します, 高効率な状態で動作します. 入力が増えると, 両方のトランジスタが同時に動作します. この方法を実現するための基礎は、2 つのトランジスタが暗黙的に相互に連携することです。. 一方のトランジスタの動作状態は、もう一方のトランジスタの動作効率を直接決定します。.

RF PA のテストの課題

パワーアンプは無線通信システムにおいて非常に重要なコンポーネントです, しかし、それらは本質的に非線形です, 隣接するチャネルに干渉するスペクトル成長現象を引き起こす, 法定の帯域外放射基準に違反する可能性があります. この特性により、帯域内歪みが発生することもあります, ビットエラー率が増加します (BER) 通信システムのデータ伝送速度を低下させます。.
ピーク対平均電力比以下 (PAPR), 新しい OFDM 伝送フォーマットでは、より散発的なピーク電力が発生します。, PAのセグメント化が困難になる. これにより、スペクトル マスクのコンプライアンスが低下し、波形全体の EVM と BER が増加します。. この問題を解決するために, 設計エンジニアは通常、PA の動作電力を意図的に低減します。. 残念ながら, これは非常に非効率なアプローチです, PAが減るから 10% 動作能力が失われ、 90% DC電源の.
Most of today's RF PAs support multiple modes, 周波数範囲, および変調モード, より多くのテスト項目を利用できるようにする. 数千のテスト項目も珍しくありません. クレストファクター低減などの新技術の使用 (CFR), デジタルプリディストーション (DPD) エンベロープ追跡 (ET) PA のパフォーマンスと電力効率の最適化に役立ちます, しかし、これらのテクノロジーはテストをより複雑にし、テスト時間を大幅に延長するだけです。. 設計とテストにかかる時間. RF PA の帯域幅を増やすと、DPD 測定に必要な帯域幅が 5 倍になります。 (超える可能性がある 1 GHzの), テストの複雑さがさらに増す.
トレンドに合わせて, 効率を上げるために, RF PA コンポーネントとフロントエンド モジュール (FEM) より緊密に統合されるだろう, 単一の FEM は、より広範囲の周波数帯域と変調モードをサポートします。. ET 電源または変調器を FEM に統合すると、モバイル デバイス内の全体的なスペース要件を効果的に削減できます。. より広い動作周波数範囲をサポートするためにフィルタ/デュプレクサ スロットの数を増やすと、モバイル デバイスの複雑さとテスト項目の数が増加します。.

携帯電話 RF モジュール パワーアンプ (ペンシルベニア州) 市場の状況

携帯電話用パワーアンプの分野は、現状では携帯電話には搭載できない部品です. 携帯電話の性能, フットプリント, 通話品質, 携帯電話の強さ, バッテリー寿命はすべてパワーアンプによって決まります.
異なる周波数帯域や規格のパワーアンプをどのように統合するかは、業界が研究してきた重要なテーマです。. 現在, 解決策は2つあります: 1 つはフュージョン アーキテクチャです, 異なる周波数のRFパワーアンプPAを統合; もう 1 つのアーキテクチャは、信号チェーンに沿った統合です。, あれは, PAとデュプレクサが一体化されている. どちらのスキームにも長所と短所があります, さまざまな携帯電話に適しています. 統合型アーキテクチャ, PAの高度な統合, 以上の点で明らかなサイズ上の利点があります 3 周波数帯域, 明らかなコスト上の利点 5-7 周波数帯域. 欠点は、PA が統合されているにもかかわらず、, デュプレクサは依然として非常に複雑です, PAを統合するとスイッチング損失が発生します, そしてパフォーマンスに影響が出ます. 後者のアーキテクチャの場合, パフォーマンスが良くなりました. パワーアンプとデュプレクサを一体化することで電流特性を改善可能, 数十ミリアンペアの電流を節約できる, これは通話時間を延長することに相当します。 15%. 故に, 業界関係者は、それ以上の場合は次のように示唆しています。 6 周波数帯域 (2Gを除く, 3Gと4Gを指す), コンバージドアーキテクチャを採用, 未満の場合 4 使用されている周波数帯域, パッド, PAとデュプレクサを統合したソリューション, 使用されている.
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