ВЧ усилитель мощности

Радиочастотный усилитель мощности ( РЧ-усилитель мощности ) — это тип электронного усилителя , который преобразует маломощный радиочастотный (РЧ) сигнал в сигнал более высокой мощности. ^[1] Обычно усилители мощности РЧ используются на конечном этапе радиопередатчика , их выходной сигнал приводит в действие антенну . Цели проектирования часто включают усиление , выходную мощность, полосу пропускания, энергоэффективность, линейность (низкое сжатие сигнала при номинальной мощности), согласование входного и выходного импеданса и рассеивание тепла.

Классы усилителей

Схемы радиочастотного усилителя работают в разных режимах, называемых «классами», в зависимости от того, какую часть цикла синусоидального радиосигнала усилитель (транзистор или электронная лампа) проводит ток. Некоторые классы — это класс A , класс AB , класс B , которые считаются классами линейных усилителей, в которых активное устройство используется в качестве управляемого источника тока, а класс C — это нелинейный класс, в котором активное устройство используется в качестве переключателя. Смещение на входе активного устройства определяет класс усилителя.

Обычным компромиссом при проектировании усилителя мощности является компромисс между эффективностью и линейностью. Ранее названные классы становятся более эффективными, но менее линейными в том порядке, в котором они перечислены. Работа активного устройства в режиме переключателя приводит к более высокому КПД, теоретически до 100%, но меньшей линейности. ^[2] Среди классов режима переключения есть класс D , класс F и класс E. ^[3] Усилитель класса D не часто используется в радиочастотных приложениях, поскольку конечная скорость переключения активных устройств и возможное накопление заряда при насыщении могут привести к большому ВАХ, ^[2] что ухудшает эффективность.

Твердотельные и ламповые усилители

В современных усилителях мощности ВЧ используются полупроводниковые устройства , преимущественно МОП-транзисторы (полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник). ^[4]^[5]^[6] Самые ранние ВЧ-усилители на базе МОП-транзисторов появились в середине 1960-х годов. ^[7] Транзисторы с биполярным переходом также широко использовались в прошлом, пока к 1990-м годам они не были заменены мощными МОП-транзисторами , особенно LDMOS -транзисторами, в качестве стандартной технологии для ВЧ-усилителей мощности. ^[4]^[6] благодаря превосходным радиочастотным характеристикам LDMOS-транзисторов. ^[6] Вообще говоря, твердотельные усилители мощности содержат четыре основных компонента: вход, выход, каскад усиления и источник питания. ^[8]

MOSFET-транзисторы и другие современные полупроводниковые устройства заменили электронные лампы в большинстве электронных устройств, но лампы до сих пор используются в некоторых мощных передатчиках (см. ВЧ-усилитель Valve ). Несмотря на механическую прочность, транзисторы электрически хрупкие – их легко повредить из-за избыточного напряжения или тока. Трубки механически хрупкие, но электрически прочные: они могут выдерживать очень высокие электрические перегрузки без заметных повреждений.

Приложения

Основные применения усилителя мощности RF включают в себя передачу сигнала другому источнику высокой мощности, управление передающей антенной и возбуждение резонаторов микроволнового резонатора . Среди этих применений наиболее известно управление антеннами передатчиков. Передатчики -приемники используются не только для передачи голоса и данных, но и для измерения погоды (в виде радара ). ^[9]

Усилители мощности RF с использованием LDMOS с поперечным рассеянием ( MOSFET ) являются наиболее широко используемыми силовыми полупроводниковыми устройствами в беспроводных телекоммуникационных сетях, особенно в мобильных сетях . ^[4]^[10]^[6] Радиочастотные усилители мощности на основе LDMOS широко используются в цифровых мобильных сетях, таких как 2G , 3G , ^[4]^[6] и 4G ^[10] а хорошее соотношение цены и качества делает их предпочтительным вариантом для любительского радио . ^[11]

Конструкция широкополосного усилителя

импеданса Преобразование в широкой полосе пропускания реализовать сложно, поэтому обычно большинство широкополосных усилителей рассчитаны на выходную нагрузку 50 Ом. Выходная мощность транзистора тогда ограничивается

P_{\text{out}}\leq {\frac {(V_{\text{br}}-V_{\text{k}})^{2}}{8Z_{\text{o}}}},

где

V_{\text{br}}

определяется как напряжение пробоя ,

V_{\text{k}}

определяется как напряжение колена,

Z_{\text{o}}

выбирается таким образом, чтобы обеспечить соблюдение номинальной мощности.

Внешняя нагрузка, по соглашению, равна $Z_{\text{L}}=50~\Omega .$ Следовательно, должно быть какое-то согласование импедансов , которое преобразуется из $Z_{\text{o}}$ к $Z_{\text{L}}=50~\Omega .$

Метод нагрузочной линии часто используется при проектировании усилителей мощности ВЧ. ^[12]

См. также

Ссылки

^ «РЧ усилители» . info.apitech.com . Проверено 18 мая 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Ли, Томас (2003). Проектирование КМОП радиочастотных интегральных схем . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. стр. 494–503.
^ Клотье, Стивен Р. (WA1QIX). «Описания передатчиков класса E, AM, схемы и т. д.» . www.classeradio.com . WA1QIX . Проверено 6 июня 2015 г. - через qrz.com. {{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Балига, Б. Джаянт (2005). Кремниевые силовые высокочастотные МОП-транзисторы . Всемирная научная . п. 1. ISBN 9789812561213 .
^ «Ameritron ALS-1300: ненастраиваемый усилитель на TMOS-FET мощностью 1200 Вт» . загрузка информации о продукте. МФЖ Энтерпрайзис . Архивировано из оригинала 23 апреля 2014 года . Проверено 6 июня 2015 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Перугупалли, Прасант; Лейтон, Ларри; Йоханссон, Ян; Чен, Цян (2001). «Силовые RF-транзисторы LDMOS и их применение» (PDF) . В Дае, Норман; Гранберг, Хельге (ред.). Радиочастотные транзисторы: принципы и практическое применение . Эльзевир . стр. 259–92. ISBN 9780080497945 .
^ Остин, Вашингтон; Дин, Дж.А.; Грисволд, DM; Харт, ОП (ноябрь 1966 г.). «Телевизионное применение МОП-транзисторов». Транзакции IEEE на вещательных и телевизионных приемниках . 12 (4): 68–76. дои : 10.1109/TBTR1.1966.4320029 .
^ УТЕ И. ФОН МЕХЛЕМ, РОБЕРТ Э. ВОЛЛИС (1989). «ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ ДЛЯ СПУТНИКОВЫХ РАДАРОВ-АЛЬТИМЕТРОВ» (PDF) . Университет Джонса Хопкинса .
^ В. К. Ломейер, К. Кахой. «Воздействие радиации космической погоды на твердотельные усилители мощности геостационарных спутников» . Интернет-библиотека Уайли . {{cite web}}: CS1 maint: статус URL ( ссылка )
^ Перейти обратно: ^а ^б Асиф, Саад (2018). Мобильная связь 5G: концепции и технологии . ЦРК Пресс . п. 134. ИСБН 9780429881343 .
^ «Широкополосный ВЧ-усилитель мощностью 600 Вт на расстоянии 6 м с использованием доступных устройств LDMOS» . 27 октября 2019 г.
^ Озалас, Мэтью (14 января 2015 г.). Как спроектировать усилитель мощности ВЧ – основы (короткое видео с практическими рекомендациями) . Проверено 10 февраля 2015 г. - через youtube.com.

Внешние ссылки

Фуэнтес, Карлос (октябрь 2008 г.). Основы микроволнового усилителя мощности (PDF) (Отчет). Берн, Швейцария: Европейский центр ядерных исследований . Проверено 5 марта 2013 г.

Ханифар, Ахмад (1 декабря 2014 г.). «Руководство по проектированию широкополосных усилителей мощности ВЧ / Проектирование усилителей мощности ВЧ с учетом цифровых предыскажений» . linamptech.com . Техническая поддержка. Лагуна-Хиллз, Калифорния: Linamp Technologies, Inc. Проверено 1 декабря 2014 г.

[APITech-RF-Amps-1] «РЧ усилители» . info.apitech.com . Проверено 18 мая 2021 г.

[Lee-2003-CMOS-2] Перейти обратно: ^а ^б Ли, Томас (2003). Проектирование КМОП радиочастотных интегральных схем . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. стр. 494–503.

[Cloutier-ClassE-amps-3] Клотье, Стивен Р. (WA1QIX). «Описания передатчиков класса E, AM, схемы и т. д.» . www.classeradio.com . WA1QIX . Проверено 6 июня 2015 г. - через qrz.com. {{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[Balinga-2005-SiRF-MOSFETs-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Балига, Б. Джаянт (2005). Кремниевые силовые высокочастотные МОП-транзисторы . Всемирная научная . п. 1. ISBN 9789812561213 .

[MFJ-ALS-1300-tmos-5] «Ameritron ALS-1300: ненастраиваемый усилитель на TMOS-FET мощностью 1200 Вт» . загрузка информации о продукте. МФЖ Энтерпрайзис . Архивировано из оригинала 23 апреля 2014 года . Проверено 6 июня 2015 г.

[Perugupalli-Leighton-etal-2001-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Перугупалли, Прасант; Лейтон, Ларри; Йоханссон, Ян; Чен, Цян (2001). «Силовые RF-транзисторы LDMOS и их применение» (PDF) . В Дае, Норман; Гранберг, Хельге (ред.). Радиочастотные транзисторы: принципы и практическое применение . Эльзевир . стр. 259–92. ISBN 9780080497945 .

[Austin-Dean-etal-1966-11-7] Остин, Вашингтон; Дин, Дж.А.; Грисволд, DM; Харт, ОП (ноябрь 1966 г.). «Телевизионное применение МОП-транзисторов». Транзакции IEEE на вещательных и телевизионных приемниках . 12 (4): 68–76. дои : 10.1109/TBTR1.1966.4320029 .

[8] УТЕ И. ФОН МЕХЛЕМ, РОБЕРТ Э. ВОЛЛИС (1989). «ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ ДЛЯ СПУТНИКОВЫХ РАДАРОВ-АЛЬТИМЕТРОВ» (PDF) . Университет Джонса Хопкинса .

[9] В. К. Ломейер, К. Кахой. «Воздействие радиации космической погоды на твердотельные усилители мощности геостационарных спутников» . Интернет-библиотека Уайли . {{cite web}}: CS1 maint: статус URL ( ссылка )

[Asif-2018-SGMob-10] Перейти обратно: ^а ^б Асиф, Саад (2018). Мобильная связь 5G: концепции и технологии . ЦРК Пресс . п. 134. ИСБН 9780429881343 .

[11] «Широкополосный ВЧ-усилитель мощностью 600 Вт на расстоянии 6 м с использованием доступных устройств LDMOS» . 27 октября 2019 г.

[Ozalas-2015-01-14-HowTo-12] Озалас, Мэтью (14 января 2015 г.). Как спроектировать усилитель мощности ВЧ – основы (короткое видео с практическими рекомендациями) . Проверено 10 февраля 2015 г. - через youtube.com.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]