Kouman amelyore efikasite nan anplifikatè pouvwa RF?
Lwa debaz yo nan tèrmodinamik revele ke pa gen okenn ekipman elektwonik ka reyalize 100% efikasite-byenke oblije chanje ekipman pou pouvwa yo relativman fèmen (jiska 98%). Malerezman, nenpòt aparèy ki jenere pouvwa RF se kounye a kapab reyalize oswa fèmen nan pèfòmans ideyal la, paske gen twòp domaj nan pwosesis pou konvèti pouvwa DC nan pouvwa pwodwi RF, ki gen ladan pèt la ki te koze pa transmisyon an chemen siyal tout antye, nan frekans fonksyònman pèt Tan, ak nannan karakteristik pèt nan aparèy la. Kòm yon rezilta, yon atik nan Revizyon an Teknoloji MIT unceremoniously kòmante sou anplifikatè a pouvwa RF, "Li se yon pyès ki nan konpitè trè rezèvwa."
Se pa etonan, tout aspè nan manifaktirè pwodwi RF pouvwa, ki soti nan semi-conducteurs anplifikatè transmeteur, osi byen ke inivèsite ak Depatman defans, pase anpil tan ak resous finansye chak ane amelyore efikasite nan aparèy pouvwa RF. Gen bon rezon pou sa: menm yon ti ogmantasyon nan efikasite ka pwolonje tan k ap travay nan pwodwi ki mache ak pil epi redwi konsomasyon pouvwa anyèl la nan estasyon baz san fil. Figi 1 montre pwopòsyon pati RF a pou konsomasyon pouvwa jeneral estasyon baz la.
Figi 1: Ajoute pati ki enpòtan nan divès kalite pwodwi frekans radyo nan konsomasyon pouvwa nan estasyon baz la, rezilta final la pral byen gwo.
Erezman, apre ane nan efò kontinyèl amelyore efikasite RF, kondisyon sa yo yo piti piti chanje. Gen kèk nan travay sa yo nan nivo aparèy la, pandan ke lòt moun sèvi ak kèk teknoloji inovatè, tankou swiv anvlòp, dijital predistòsyon / krèt rapid rediksyon faktè, ak itilize nan anplifikatè ki pi avanse pase nivo komen klas AB.
Yon gwo chanjman nan konsepsyon anplifikatè se achitekti Doherty, ki te vin estanda pou anplifikatè estasyon baz yo nan lespas 5 an. Depi Doktè Doherty nan Bell Laboratwa (ki Lè sa a, te vin yon pati nan Westinghouse elektrik) envante achitekti sa a nan 1936, li te an silans pou pifò nan tan an epi li te sèlman te itilize nan yon aplikasyon pou kèk.
Rechèch Doherty te kreye yon nouvo estrikti anplifikatè ki ka bay anpil efikasite pouvwa ajoute lè siyal la opinyon gen yon rapò trè wo pik-a-mwayèn (PAR). An reyalite, si byen fèt, efikasite anplifikatè Doherty yo ka ogmante pa 11% a 14% konpare ak anplifikatè estanda paralèl klas AB yo.
Natirèlman, pou anpil ane apre 1936, se sèlman kèk kalite siyal posede karakteristik sa yo, tankou AM ak FM, ki itilize rapid modulation nan sistèm kominikasyon. Koulye a, prèske chak sistèm san fil jenere siyal PAR segondè, ki soti nan WCDMA CDMA2000 nan nenpòt sistèm ki itilize miltiplikasyon divizyon frekans òtogonal (OFDM), tankou WiMAX, LTE, ak plis dènyèman, Wi-Fi.
Figi 2: Yon anplifikatè tipik Doherty
Klasik Doherty anplifikatè a (Figi 2), ki ka klase kòm yon achitekti modulation chaj, aktyèlman konpoze de de anplifikatè: yon anplifikatè konpayi asirans partial yo opere nan mòd AB klas, ak yon anplifikatè pik partial nan klas C mòd. Yon divizeur pouvwa divize siyal la opinyon egalman nan chak anplifikatè ak yon diferans faz 90 °. Apre anplifikasyon, siyal la re-sentetize nan koupleur pouvwa a. De anplifikatè yo opere an menm tan an lè siyal la opinyon se nan pik li yo, epi chak konpòte li kòm yon enpedans chaj maksimize pouvwa pwodiksyon.
Sepandan, kòm pouvwa a siyal opinyon gout, se anplifikatè pik klas la etenn, epi sèlman anplifikatè konpayi asirans klas AB la toujou ap travay. Nan nivo pouvwa ki pi ba, anplifikatè konpayi asirans Klas AB a konpòte li kòm yon enpedans chaj modile pou amelyore efikasite ak benefis. Avèk vitalite renouvle nan achitekti a, konsepsyon anplifikatè Doherty a te fè pwogrè siyifikatif nan iterasyon rapid ak reyalize gwo siksè.
Natirèlman, pa gen okenn achitekti se pafè. Linealite a ak pwodiksyon pouvwa nan anplifikatè Doherty a se yon ti kras pi mal pase doub klas AB anplifikatè a. Sa a pote nou yon lòt sikwi enpòtan ki te vin tounen yon chwa endispansab nan anviwònman kominikasyon jodi a: teknoloji linearizasyon analòg ak dijital. Pi lajman itilize nan teknoloji sa a se dijital predistòsyon (DPD), pafwa konbine avèk rediksyon faktè krèt (CFR). Tou de DPD ak CFR ka redwi anpil distòsyon Doherty a, ak aparèy atansyon ak konsepsyon anplifikatè ka minimize pèt linearite. Sepandan, yo pa estrikteman defini pou itilize nan anplifikatè Doherty, ak efè yo byen evidan lè yo itilize nan lòt estrikti anplifikatè.
1. Amelyore linearite
Modèn teknoloji modulation dijital mande pou linear nan anplifikatè a ase wo, otreman deformation entèrmodilasyon ap fèt ak bon jan kalite a siyal ap redwi. Malerezman, lè anplifikatè yo fè nan pi bon yo, yo tout fèmen nan nivo saturasyon yo. Pita, yo vin ki pa Peye-lineyè, pwodiksyon an RF pouvwa gout kòm pouvwa a opinyon ogmante, ak deformation enpòtan kòmanse parèt. Deformation sa a ka lakòz kwazman ant chanèl adjasan oswa sèvis yo. Kòm yon rezilta, konsèpteur anjeneral tounen koupe pouvwa a pwodiksyon RF nan yon "zòn ki an sekirite" asire linearite. Lè yo fè sa, transistè RF miltip yo nesesè pou reyalize yon pouvwa pwodiksyon RF, ki pral ogmante konsomasyon aktyèl ak rezilta nan pi kout lavi batri oswa pi wo depans fonksyònman nan estasyon baz yo.
DPD efektivman entwodui "anti-deformation" nan opinyon anplifikatè a, elimine nonlinearite anplifikatè a. Kòm yon rezilta, anplifikatè a pa bezwen tonbe tounen nan pwen an opere pi bon, e konsa pa gen plis aparèy RF pouvwa yo mande yo. Kòm anplifikatè vin pi efikas, benefis yo redwi depans refwadisman ak tout konsomasyon pouvwa enpòtan. Lè CFR ap travay, se deformation la kontinyèlman tcheke pa diminye rapò a pik-a-mwayèn nan siyal la opinyon. Metòd sa a diminye valè pik nan siyal la pou siyal la pa lakòz taye oswa distòsyon lè w ap pase nan anplifikatè a. Lè DPD ak CFR yo itilize ansanm, pi gwo benefis ka reyalize.
2. Out-of-faz metòd anplifikatè pouvwa
Yon lòt teknoloji se yon teknoloji patante envante e ki te fèt pa Henri Chireix prèske 80 ane de sa. Li se anjeneral yo rele "outphasing" (outphasing anplifikatè pouvwa, yon manm nan fanmi an teknoloji modulation chaj). Li se kounye a itilize pa Fujitsu, NXP, elatriye Pou amelyore efikasite anplifikatè. Li konbine de anplifikatè pouvwa ki pa lineyè RF, ki kondwi pa siyal nan diferan faz. Paske se faz la kontwole, lè siyal la pwodiksyon makonnen, itilize nan anplifikatè pouvwa Gwoup B RF ka reyalize pwogrè efikasite. Teknik konsepsyon atansyon, espesyalman chwazi reaktans ki apwopriye a, ka optimize sistèm lan nan yon anplitid pwodiksyon espesifik, ki pral pote de fwa ogmantasyon nan efikasite (omwen nan teyori).
Fujitsu te anonse ane pase a ke li te adopte metòd la outphasing nan yon anplifikatè pouvwa sèten, entegre yon kontra enfòmèl ant, ki ba-pèt sikwi kouple pouvwa, ak yon DSP ki baze sou faz erè sikwi konpansasyon koreksyon, ki se 65% nan tan an transmisyon komen nan anplifikatè ki egziste deja. , Tan transmisyon anplifikatè a ka depase 95%. Pou teste konsepsyon an, pwodiksyon an pik nan anplifikatè pouvwa sa a ka rive jwenn 100 wat; mwayèn efikasite elektrik la ogmante de 50% a 70%.
Siyal la opinyon divize an de siyal ak anplitid konstan ak chanjman faz. Se anplitid la mete selon aparèy la pouvwa RF, ak kous la kouple pouvwa rekonstwi fòm nan siyal sous. Précédemment, lè siyal la sous te rekonstwi, pèt la nan presizyon kouti bezwen detèmine diferans lan faz, ki anpeche komèsyalizasyon nan teknoloji sa a. Koupleur a itilize pa Fujitsu gen yon chemen siyal ki pi kout, ki diminye pèt ak ogmante Pleasant.
3. Pwomètman devlopman NXP la
Yon Variant nan mekanis Outphasing la san efè modulation chaj yo rele anplifikatè lineyè nan konsèp non lineyè (LINC), ki itilize yon koupleur separe ak etap anplifikatè kondwi nan saturation, epi yo ka efektivman amelyore linearite ak efikasite pik. Sepandan, efikasite nan anplifikatè LINC se relativman ba, paske chak anplifikatè opere nan yon pouvwa konstan, menm nan nivo pwodiksyon RF ki ba. Chireix korije sa a pa konbine outphasing ak yon koupleur ki pa separe ak modulation chaj ogmante efikasite an mwayèn. NXP Semiconductors te fè yon amelyorasyon plis, lè l sèvi avèk outphasing kontwole de switch-mòd anplifikatè RF yo adapte yo ak siyal faktè krèt segondè. Konpayi an konbine Chireixoutphasing teknoloji ak GaN HEMT oblije chanje anplifikatè Gwoup E (Figi 3).
Figi 3: Chireix senplifye dyagram anplifikatè blòk anplifikatè
Nouvo teknoloji chofè devlope ak patante pa NXP pèmèt anplifikatè a reyalize gwo efikasite sou yon Pleasant nan apeprè 25% pa kontwole relasyon faz la. Sa a te mennen nan yon nouvo achitekti ki konbine klas E anplifikatè ak modulation chaj yo kenbe efikasite nan segondè nan anplifikatè yo lè yo sòti saturation, ki pèmèt yo adapte yo ak divès kalite ond konplèks. NXP bay yon konsepsyon referans pou anplifikatè pouvwa E-klas RF ki baze sou aparèy GaN, ak tache Chireix ki gen rapò ak enfòmasyon teknik.
4. Suivi anvlòp
Yon lòt teknoloji kle ki konsèpteur anplifikatè peye atansyon a se swiv anvlòp. Nan teknoloji sa a, vòltaj la aplike nan anplifikatè a pouvwa kontinyèlman ajiste asire ke li ap travay nan rejyon an pik maksimize pouvwa. Konpare ak vòltaj la fiks ki ofri pa konvètisè a DC-DC nan yon konsepsyon tipik anplifikatè pouvwa, anvlòp la swiv ekipman pou pouvwa modile ekipman pou pouvwa a ki konekte nan anplifikatè a ak yon gwo-band, ki ba-bri ond, ki se senkronize nan anvlòp la enstantane siyal.
Itilize nan teknoloji swiv anvlòp nan aparèy pouvwa CMOS RF gen apèl konsiderab. Nujira te devlope teknoloji sa a pou anpil ane. Yo te montre ke teknoloji sa a ka simonte enpèfeksyon yo ki te koze pa ki pa linear nan aplikasyon CMOS anplifikatè RF. CMOS anplifikatè pouvwa yo te kritike kòm yon move chwa pou aktyèl segondè teknoloji modulation PAR paske nan nannan linearite pòv yo, ki mande pou yo tonbe tounen diminye deformation. Lè anplifikatè CMOS yo opere nan pi wo nivo pouvwa RF, koupe ak deformation ap fèt.
Sepandan, Nujira konbine teknoloji patante ISOGAIN linealizasyon li yo nan propriyetè teknoloji anvlòp li pou elimine pwoblèm lineyè san li pa itilize DPD. Ekipman lè l sèvi avèk teknoloji sa a te rive nan objektif efikasite segondè e li te reyalize menm pèfòmans ak GaAs nan lòt aspè yo. Yon gwo benefis nan tout rechèch sou CMOS anplifikatè se ke aparèy CMOS yo omniprésente nan endistri a elektwonik tout antye, sipòte pa FOUNDRIES anpil, se konsa yo relativman bon mache. Paske li baze sou Silisyòm, li posib tou pou entegre dirèkteman sikwi kontwòl ak patipri sou chip anplifikatè pouvwa a.
5. Lòt metòd konplètman diferan
Yon lòt teknoloji anplifikatè te defann pa Eta Devices, yon konpayi ki te etenn nan Enstiti Teknoloji Massachusetts, e li te ko-fonde pa de pwofesè jeni elektrik Joel Dawson ak David Perreault ak yon ansyen chèchè anplifikatè nan Ericsson ak Huawei. Asimetri li yo Multi-Level Outphasing teknoloji (AMO) te devlope pa MIT, ki te ansanm envesti pa ADI ko-fondatè Ray Stata ak antrepriz kapital li antrepriz Stata patnè antrepriz.
Objektif prensipal konpayi an se mache émergentes, ki gen ladan otan ke 640,000 dèlko dyezèl estasyon baz pouvwa ki koute US $ 15 milya dola chak ane an tèm de gaz, ki te swiv pa mache a smartphone. An fevriye ane sa a, Eta Aparèy demontre ekipman Eta5 li yo nan seksyon LTE Avanse nan Kominikasyon Mobil Mondyal Kongrè a nan Barcelona, Espay. Chanèl transmisyon ekipman an depase 80 MHz.
Eta Aparèy avèk fòs konviksyon te deklare ke teknoloji ETAdvanced li yo (avanse anvlòp Tracking) espere diminye depans enèji baz estasyon pa 50%. Li te tou reklamasyon ke li ka double lavi sa a ki batri nan smartphones. Site a se ke tranzistò a pouvwa RF nan anplifikatè a konsome pouvwa konsomasyon ansanm nan mòd nan sibstiti ak mòd nan transmèt, ak wout la sèlman nan amelyore efikasite se diminye pouvwa a sibstiti nan nivo ki pi ba posib.
Oblije chanje ant konsomasyon ki ba mòd sibstiti ak pwodiksyon pouvwa segondè ap lakòz deformation. Sistèm ki deja egziste yo bezwen kenbe yon wo nivo sibstiti pouvwa yo nan lòd yo kontinyèlman detekte kondisyon sa a, nan pri a nan konsomasyon pouvwa segondè. Apwòch Eta Aparèy 'se chwazi vòltaj la ki konsome konsomasyon nan pouvwa ki pi ba atravè tranzistò a pa pran echantiyon jiska 20 milyon fwa pou chak dezyèm.
Yon lòt pwoblèm se ke konpayi an eksplike ke LTE avanse ak 100 MHz kondisyon yo pral kreye yon gwo demand pou anplifikatè pouvwa RF. Suivi anvlòp pou kont li pa ka adapte yo ak sitiyasyon sa a, paske li pa ka sipòte chanèl ki pi laj pase 40Mhz. Selon konpayi an, ETAdvanced sipòte chanèl jiska 160 megaèrts, kidonk li ka satisfè tou de LTE-avanse ak 802.11ac Wi-Fi. Estasyon Sèvi ak teknoloji li yo ka piti anpil, e konpayi an deklare ke li devlope premye transmetè LTE ak yon efikasite mwayèn ki pi konsekan pase 70%.
6. Rezime
Si ou konplètman dekri travay aktyèl la fè amelyore efikasite pouvwa RF, ou ka ekri yon gwo liv. Sa yo pa limite a dimansyon ki diskite nan atik sa a, men yo enkli tou itilizasyon diferan kalite anplifikatè ak teknoloji sipò. Konbinezon teknoloji sa yo ka pwodwi rezilta enpòtan. Pa gen pwoblèm konbyen pwogrè ki fèt, li sèten ke osi lontan ke demann lan pou pi gwo pousantaj done toujou egziste, rechèch la pou pi wo efikasite ap kontinye.
lòt pwodwi nou an:
