Falando sobre amplificador de potência COFDM PA
Amplificador de potência COFDM PA
Como fornecedor profissional de transceptores de vídeo e dados sem fio, muitos clientes perguntarão sobre amplificadores de potência para aumentar a cobertura dos transmissores sem fio e melhorar a intensidade do sinal sem fio. Pode-se dizer que o amplificador de potência é um obstáculo que muitos engenheiros de RF não conseguem evitar. Função, classificação, índice de desempenho, composição do circuito, tecnologia de melhoria de eficiência, tendência de desenvolvimento... Você sabe tudo o que precisa saber sobre amplificadores de potência de RF? Venha fazer aulas de maquiagem!
Duas especificações principais para PAs de RF: potência e linearidade
Em amplificadores de potência RF, eficiência energética (PAE) é definido como a razão entre a diferença entre a potência do sinal de saída e a potência do sinal de entrada e o consumo de energia da fonte de alimentação CC, nomeadamente:
PAE = (PRFOUT - PRFIN)/PDC = (PRFOUT - PRFIN)/(VDC*IDC)
Funções do amplificador de potência RF RF PA
Amplificador de potência de radiofrequência RF PA é a parte principal do sistema de transmissão, e sua importância é evidente. No circuito de pré-estágio do transmissor, a potência do sinal de RF gerada pelo circuito oscilador modulante é muito pequena, e precisa passar por uma série de estágios de buffer de amplificação, estágio intermediário de amplificação, e estágio final de amplificação de potência para obter potência de RF suficiente antes de alimentar a radiação para a antena. Para obter uma potência de saída de radiofrequência suficientemente grande, um amplificador de potência de radiofrequência deve ser usado. Amplificadores de potência são frequentemente os mais caros, mais sedento de poder, e componentes menos eficientes de uma instalação ou terminal estacionário.
Depois que o modulador gera o sinal de radiofrequência, the radio frequency modulated signal is amplified to sufficient power by the RFPA, passed through the matching network, and then emitted by the antenna.
The function of the amplifier is to amplify the input content and output it. The input and output, which we call "sinais," are often expressed as voltages or power. Para um "sistema" such as an amplifier, isso é "contribution" is to raise a certain level of what it "absorbs" e "saída" to the outside world. este "improvement contribution" é o "significado" of the existence of the amplifier. If the amplifier can have good performance, then it can contribute more, which reflects its own "valor". If there are certain problems in the initial "mechanism design" of the amplifier, then after starting to work or working for a period of time, not only will it not be able to provide any "contribution", but some unexpected "choques" may occur. "Choque" é desastroso para o mundo exterior ou para o próprio amplificador.
Classificação do amplificador de potência RF RF PA
De acordo com diferentes condições de trabalho, amplificadores de potência são classificados da seguinte forma:
A frequência operacional dos amplificadores de potência de RF é muito alta, mas a banda de frequência é relativamente estreita. Amplificadores de potência de RF geralmente usam redes de seleção de frequência como circuitos de carga. Os amplificadores de potência de RF podem ser divididos em três tipos de estados de funcionamento: UMA (UMA), B (B), e C (C) de acordo com o ângulo de condução atual. O ângulo de condução da corrente do amplificador Classe A é 360°, que é adequado para amplificação de baixa potência de sinal pequeno. O ângulo de condução da corrente do amplificador Classe B é igual a 180°, e o ângulo de condução da corrente do amplificador Classe C é inferior a 180°. Tanto a Classe B quanto a Classe C são adequadas para condições de trabalho de alta potência, e a potência de saída e a eficiência das condições de trabalho da Classe C são as mais altas entre as três condições de trabalho. A maioria dos amplificadores de potência de RF funcionam na Classe C, mas a forma de onda atual dos amplificadores Classe C está muito distorcida, então eles só podem ser usados para amplificar a potência usando um circuito sintonizado como ressonância de carga. Devido à capacidade de filtragem do loop de sintonia, a corrente e a tensão do loop ainda estão próximas das formas de onda senoidais com pouca distorção.
Além dos estados de trabalho acima classificados de acordo com o ângulo de condução atual, também há Classe D (D) amplificadores e Classe E (E) amplificadores que fazem dispositivos eletrônicos funcionarem no estado de comutação. The efficiency of Class D amplifiers is higher than that of Class C amplifiers.
Performance index of radio frequency power amplifier RF PA
The main technical indicators of radio frequency power amplifier RF PA are output power and efficiency. How to improve output power and efficiency is the core of the design goal of radio frequency power amplifier. Usually in the RF power amplifier, the fundamental frequency or a certain harmonic can be selected by the LC resonant circuit to realize undistorted amplification. De um modo geral, there are probably the following indicators in the evaluation of amplifiers:
- ganho. This is the ratio between input and output and represents the contribution of the amplifier. A good amplifier is to contribute as much "saída" as possible within its "range of its own capabilities".
-freqüência de trabalho. Isto representa a capacidade de carga do amplificador para diferentes sinais de frequência.
- largura de banda trabalhando. Isso determina quanto alcance o amplificador pode "contribuir". Para um amplificador de banda estreita, mesmo que seu próprio design não seja problema, sua contribuição pode ser limitada.
-estabilidade. Todo transistor tem potencial "regiões de instabilidade." o "desenhar" do amplificador precisa eliminar essas instabilidades potenciais. Existem dois tipos de estabilidade do amplificador, potencialmente instável e absolutamente estável. O primeiro pode parecer instável sob certas condições e ambientes, enquanto este último pode garantir a estabilidade em quaisquer circunstâncias. A questão da estabilidade é importante porque instabilidade significa "oscilação", quando o amplificador não afeta apenas a si mesmo, mas também produz fatores instáveis.
- Potência máxima de saída. Este indicador determina o "capacidade" of the amplifier. Para "grandes sistemas", espera-se que eles possam produzir mais potência às custas de certo ganho.
-eficiência. Os amplificadores devem consumir uma certa quantidade de "energia" e também atingir uma certa quantidade de "contribution". A proporção de sua contribuição para o consumo é a eficiência do amplificador. Um bom amplificador é aquele que contribui mais e consome menos.
- linear. A linearidade caracteriza a resposta correta do amplificador a um grande número de entradas. Uma deterioração na linearidade significa que o amplificador "distorce" ou "distorce" a entrada na presença de excesso de entrada. Um bom amplificador não deve apresentar isso "estranho" natureza.
Composição do circuito do amplificador de potência RF RF PA
Existem diferentes tipos de amplificadores. simplificada, o circuito do amplificador pode ser composto pelas seguintes partes: transistores, circuitos de polarização e estabilização, e circuitos correspondentes de entrada e saída.
1. Transistor
Existem muitos tipos de transistores, incluindo transistores com várias estruturas que foram inventadas. Essencialmente, um transistor funciona como uma fonte controlada de corrente ou tensão, convertendo a energia de uma corrente contínua vazia em uma "útil" saída. A energia DC é obtida do mundo exterior, e o transistor o consome e o converte em componentes úteis. Um transistor, podemos considerá-lo como "uma unidade". Diferente "capacidades" de diferentes transistores, como sua capacidade de suportar o poder são diferentes, o que também se deve à sua capacidade de obter energia DC; por exemplo, sua velocidade de resposta é diferente, que determina quão amplo e alto ele pode funcionar na banda de frequência; por exemplo, as impedâncias voltadas para as portas de entrada e saída são diferentes, e as capacidades de resposta externa são diferentes, which determines the difficulty of matching it.
2. Bias and stabilization circuit
Biasing and stabilization circuits are two different circuits, but because they are often difficult to distinguish and the design goals converge, they can be discussed together.
The operation of the transistor needs to be under certain bias conditions, which we call the static operating point. This is the foundation of the transistor and its own "posicionamento". Each transistor has a certain positioning for itself, and different positioning will determine its own working mode, and there are also different performances in different positioning. Some positioning points have small fluctuations, which are suitable for small signal work; some positioning points have large fluctuations, which are suitable for high-power output; alguns pontos de posicionamento têm menos demanda, liberação pura, e são adequados para trabalhos com baixo ruído; alguns pontos de posicionamento, Os transistores estão sempre oscilando entre a saturação e o corte, em estado de comutação. Um ponto de polarização apropriado é a base para a operação normal.
O circuito de estabilização deve estar antes do circuito correspondente, porque o transistor precisa do circuito de estabilização como parte de si mesmo, e então entra em contato com o mundo exterior. Aos olhos do mundo exterior, o transistor com o circuito de estabilização é um "novo em folha" transistor. Faz certo "sacrifícios" para ganhar estabilidade. Mecanismos que estabilizam o circuito mantêm os transistores funcionando de maneira suave e constante.
3. Circuito de correspondência de entrada e saída
O objetivo do circuito correspondente é selecionar um modo aceito. Para aqueles transistores que desejam fornecer mais ganho, a abordagem é aceitar e produzir resultados em todos os níveis. Isto significa que através da interface do circuito correspondente, a comunicação entre diferentes transistores é mais suave. Para diferentes tipos de amplificadores, o circuito correspondente não é o único método de projeto que é "aceito em sua totalidade". Alguns tubos pequenos com pequena CC e fundação rasa estão mais dispostos a fazer uma certa quantidade de bloqueio ao receber para obter melhor desempenho de ruído. Contudo, o bloqueio não pode ser exagerado, caso contrário, afetará sua contribuição. Para algumas válvulas de potência gigantes, você precisa ser cauteloso ao produzir, porque são mais instáveis, e ao mesmo tempo, uma certa quantidade de reserva os ajuda a exercer mais "sem distorções" energia.
Realização da estabilidade do amplificador de potência RF RF PA
Todo transistor é potencialmente instável. Bons circuitos estabilizadores podem ser fundidos com transistores para formar um "trabalho contínuo" modo. A implementação de circuitos de estabilização pode ser dividida em dois tipos: banda estreita e banda larga.
O circuito de estabilização de banda estreita consome uma certa quantidade de ganho. Este circuito estável é realizado adicionando certos circuitos de consumo e circuitos seletivos. Este circuito permite que o transistor contribua apenas com uma pequena faixa de frequência. Outra estabilização da banda larga é a introdução de feedback negativo. Este circuito pode funcionar em uma ampla faixa.
A fonte da instabilidade é o feedback positivo, e a ideia de estabilidade de banda estreita é conter parte do feedback positivo. É claro, isso também suprime a contribuição. Feedback negativo, bem feito, tem muitas vantagens adicionais gratificantes. Por exemplo, feedback negativo pode impedir que os transistores sejam combinados, nenhum deles precisa ser compatível para interagir bem com o mundo exterior. além do que, além do mais, a introdução de feedback negativo melhorará o desempenho linear do transistor.
Tecnologia de melhoria de eficiência do amplificador de potência RF RF PA
A eficiência do transistor tem um limite teórico. Este limite varia com a seleção do ponto de polarização (ponto de operação estático). além do que, além do mais, se o circuito periférico não estiver bem projetado, sua eficiência será bastante reduzida. Atualmente, não há muitas maneiras de os engenheiros melhorarem a eficiência. Existem apenas dois tipos aqui: tecnologia de rastreamento de envelopes e tecnologia Doherty.
A essência da tecnologia de rastreamento de envelope é separar a entrada em dois tipos: fase e envelope, e então amplificá-los separadamente por diferentes circuitos amplificadores. Desta maneira, os dois amplificadores podem se concentrar em suas respectivas partes, e a cooperação dos dois amplificadores pode atingir a meta de utilização de maior eficiência.
A essência da tecnologia Doherty é: usando dois transistores do mesmo tipo, apenas um funciona quando a entrada é pequena, e funciona em um estado de alta eficiência. Se a entrada aumentar, ambos os transistores funcionam simultaneamente. A base para a realização deste método é que os dois transistores devem cooperar tacitamente entre si.. O estado de funcionamento de um transistor determinará diretamente a eficiência de funcionamento do outro.
Desafios de teste para PAs de RF
Amplificadores de potência são componentes muito importantes em sistemas de comunicação sem fio, mas eles são inerentemente não lineares, causando fenômenos de crescimento espectral que interferem nos canais adjacentes, and may violate statutory-mandated out-of-band emission standards. This characteristic can even cause in-band distortion, which increases the bit error rate (BER) and reduces the data transmission rate of the communication system.
Under the peak-to-average power ratio (Papr), the new OFDM transmission format will have more sporadic peak power, making the PA difficult to be segmented. This degrades spectral mask compliance and increases EVM and BER across the waveform. To solve this problem, design engineers usually deliberately reduce the operating power of the PA. Unfortunately, this is a very inefficient approach, since the PA reduces 10% of its operating power and loses 90% of its DC power.
Most of today's RF PAs support multiple modes, faixas de frequência, and modulation modes, making more test items available. Thousands of test items are not uncommon. O uso de novas tecnologias, como a redução do fator de crista (CFR), pré-distorção digital (DPD) e rastreamento de envelopes (ET) pode ajudar a otimizar o desempenho do PA e a eficiência energética, mas essas tecnologias apenas tornarão o teste mais complicado e prolongarão bastante o tempo do teste. Tempo de design e teste. Aumentar a largura de banda do RF PA resultará em um aumento de cinco vezes na largura de banda necessária para medições DPD (possivelmente excedendo 1 GHz), aumentando ainda mais a complexidade do teste.
De acordo com a tendência, para aumentar a eficiência, Componentes RF PA e módulos front-end (FEM) estará mais integrado, e um único FEM suportará uma gama mais ampla de bandas de frequência e modos de modulação. A integração de uma fonte de alimentação ou modulador ET no FEM pode efetivamente reduzir os requisitos gerais de espaço dentro do dispositivo móvel. Aumentar o número de slots de filtro/duplexador para suportar uma faixa de frequência operacional maior aumentará a complexidade dos dispositivos móveis e o número de itens de teste.
Amplificador de potência do módulo RF para celular (PA) Situação do mercado
O campo dos amplificadores de potência para telefones celulares é atualmente um componente que não pode ser integrado em telefones celulares. Desempenho do telefone móvel, pegada, qualidade da chamada, força do telefone celular, e a vida útil da bateria são determinadas pelo amplificador de potência.
Como integrar esses amplificadores de potência de diferentes faixas de frequência e padrões é um assunto importante que a indústria vem estudando. atualmente, existem duas soluções: uma é a arquitetura de fusão, que integra amplificadores de potência RF PA de diferentes frequências; a outra arquitetura é a integração ao longo da cadeia de sinal, aquilo é, o PA e o duplexador estão integrados. Ambos os esquemas têm vantagens e desvantagens, e são adequados para diferentes telefones celulares. Arquitetura convergente, alta integração de PA, tem vantagem óbvia de tamanho por mais de 3 bandas de frequência, e óbvia vantagem de custo para 5-7 bandas de frequência. A desvantagem é que embora a AP esteja integrada, o duplexador ainda é bastante complicado, e há perda de comutação quando o PA está integrado, e o desempenho será afetado. Para esta última arquitetura, o desempenho é melhor. A integração do amplificador de potência e do duplexador pode melhorar as características atuais, o que pode economizar dezenas de miliamperes de corrente, o que equivale a prolongar o tempo de conversação em 15%. Assim sendo, especialistas da indústria sugerem que quando há mais de 6 bandas de frequência (excluindo 2G, referindo-se a 3G e 4G), uma arquitetura convergente é adotada, e quando menos de 4 faixas de frequência são usadas, ALMOFADA, uma solução que integra PA e duplexador, é usado.