تقویت کننده های قدرت (PA) اجزای ضروری در سیستم های ارتباطی RF و بی سیم هستند. چه در حال طراحی یک ایستگاه پایه 5G، یک روتر Wi-Fi یا یک فرستنده رادار باشید، اغلب با دو ویژگی مهم روبرو خواهید شد: توان خطی و توان اشباع شده (Psat).

اگرچه هر دو توانایی خروجی یک تقویت کننده قدرت را توصیف می کنند، اما شرایط کاری بسیار متفاوتی را نشان می دهند. درک تفاوت های آنها برای متعادل کردن توان خروجی، کیفیت سیگنال و کارایی بسیار مهم است.

در این مقاله توضیح خواهیم داد که توان خطی و توان اشباع چیست، چگونه با یکدیگر ارتباط دارند و چرا سیستم های ارتباطی به ندرت در حالت اشباع عمل می کنند.

توان خطی چیست؟

توان خطی که به طور حرفه ای به عنوان P1dB (نقطه فشرده سازی 1dB) شناخته می شود و در زبان عامیانه مهندسی معمولاً PD One نامیده می شود، حداکثر توان خروجی است که در آن یک تقویت کننده توان (PA) می تواند سیگنال ها را در حالت خطی خالص بدون اعوجاج آشکار تقویت کند. این پارامتر اصلی قدرت معتبر برای عملکرد روزانه تقویت کننده RF و طراحی سیستم است.

ویژگی های کلیدی توان خطی

ل بهره پایدار و اعوجاج صفر: هنگامی که تقویت کننده در محدوده P1dB کار می کند، هیچ قطع شکل موج، تداخل هارمونیک یا اعوجاج درون مدولاسیونی وجود ندارد. سیگنال مدوله شده را می توان به طور کامل و با دقت بازیابی کرد که الزامات استاندارد کیفیت سیگنال ارتباطی را برآورده می کند.

ل توان کاری نامی موثر: برخلاف توان اشباع شده که فقط یک محدودیت سخت افزاری است، توان خطی قدرت قابل استفاده رسمی است که توسط سازندگان دستگاه مشخص شده است. از عملکرد طولانی مدت، پایدار و ایمن تقویت کننده پشتیبانی می کند.

ل مرز ماشه فشرده سازی غیرخطی:هنگامی که توان خروجی از P1dB فراتر رفت، بهره تقویت کننده به طور مداوم کاهش می یابد. کیفیت سیگنال به سرعت رو به وخامت می رود و منجر به آلودگی طیف، اضافه بار انتشار کاذب و از دست رفتن بسته داده می شود.

قدرت اشباع چیست؟

توان اشباع که به اختصار Psat نامیده می شود، مخفف حداکثر توان خروجی مطلق است که یک تقویت کننده توان RF می تواند ارائه دهد. هنگامی که سیگنال درایو ورودی مدام افزایش می‌یابد، توان خروجی افزایش می‌یابد و در یک مقدار ثابت قرار می‌گیرد-این توان سقفی قدرت اشباع است.

در این مرحله ترانزیستور وارد حالت اشباع عمیق می شود. بهره تقویت کننده به شدت فشرده می شود و دیگر با توان ورودی افزایش نمی یابد و به طور کامل قابلیت تقویت خطی را از دست می دهد.

ویژگی های کلیدی برق اشباع شده

ل فقط محدودیت قدرت سخت افزاریPsat به جای قدرت کاری قابل استفاده، ظرفیت اوج فیزیکی تراشه تقویت کننده را منعکس می کند. این فقط یک شاخص مرجع برای محدودیت های دستگاه است.

ل سیگنال های خروجی به شدت تحریف شده استعملکرد نزدیک به اشباع باعث قطع شکل موج واضح، هارمونیک های عظیم و محصولات درون مدولاسیون می شود. سیگنال‌های ارتباطی مدوله‌شده خراب می‌شوند، که منجر به انتشارات جعلی، دمودولاسیون ضعیف سیگنال و از دست دادن بسته می‌شود.

ل برای عملیات مداوم طولانی مدت مناسب نیستراه اندازی یک تقویت کننده نزدیک به توان اشباع شده به طور مداوم تولید گرما را افزایش می دهد، پیری دستگاه را تسریع می کند و طول عمر ماژول PA را کوتاه می کند.

منطقه خطیدر مقابل منطقه اشباع تقویت کننده های قدرت RF

نقطه فشرده سازی 1 دسی بل (P1dB)

در عمل، مهندسان به ندرت از اشباع به عنوان مرز عملیات خطی استفاده می کنند.

در عوض، آنها ازنقطه فشرده سازی 1 دسی بل (P1dB).

P1dB به عنوان توان خروجی تعریف می شود که در آن بهره تقویت کننده کاهش یافته است1 دسی بلاز مقدار سیگنال کوچک آن.

به عنوان مثال:

بهره سیگنال کوچک = 30 دسی بل

خروجی مورد انتظار = 30 dBm

خروجی واقعی = 29 dBm

بهره 1 دسی بل فشرده شده است، بنابراین:

خروجی P1dB = 29 dBm

توان خطی کیفیت سیگنال را تعیین می کند، در حالی که توان اشباع حداکثر توانایی خروجی تقویت کننده را تعیین می کند. انتخاب نقطه عملیاتی مناسب همیشه یک مبادله بین خطی بودن و کارایی است.