Қажеттіліктер үшін RF қуат күшейткіштерін таңдаудың негізгі ерекшеліктері

Жиілік диапазоны мен жолақ ені: сигнал талаптарына сәйкес RF қуат күшейткіштерін сәйкестендіру

Жиілік диапазоны күшейткіш үйлесімділігін қалай анықтайды

RF күшейткіштері белгілі бір жиілік диапазонында жұмыс істесе, әдетте 1 МГц-тан бастап 6 ГГц-қа дейінгі коммерциялық жүйелерде ең жақсы нәтиже береді. Өткен жылы жасалған соңғы зерттеулер де қызық нәрсе көрсетті: сигналдар беспейтін 10 жағдайдың 6-сында ықтимал күшейткіштің қажетті жиіліктерге қаншалықты сәйкес келетіндігімен, әсіресе спектрдің осы шет аймақтарында мәселе болып табылады. 5G NR жүйелерін мысал ретінде қарастырайық. Бұл жүйелерге 3,4 ГГц-тан 3,8 ГГц-қа дейінгі жиіліктер ауқымын қамту қажет, сондықтан күшейткіш осы бүкіл диапазонды шығыс күшінің ауытқуынсыз ұстап тұруы тиіс (диапазон бойынша идеалды түрде +/- 0,5 дБ айырмашылықтан аспауы тиіс). Әйтпесе, нақты әлемде пайдалану үшін жеткілікті дәлдік болмайды.

Жиілік жолағы мен сигналдың дәлдігі арасындағы байланыс

Доступ жолақ енінің көлемі сигналды модуляциялау өткен сайын қаншалықты тұрақты болып қалатынына әсер етеді. Егер күшейткіштер 120 МГц аралығынан төмен түссе, 256-QAM сигналдарын өңдеу кезінде шамамен 30% артық векторлық ақаулар туғызады. Бұл кеңейтілген 400 МГц жобаларымен салыстырғанда айтарлықтай айырмашылық жасайды. Маңызы әсіресе жаңа Wi-Fi 6E стандарты сияқты OFDM жүйелерінде одан да білінетін болады. Бұл жүйелердің әр уақытта 160 МГц-тан жоғары жолақ еніне сұранысы болады, соның арқасында символдар бір-біріне кедергі келтірмейтін болып, желі бойынша жылдам деректер алмасу жылдамдығы сақталады.

Тәжірибелік мысал: Әртүрлі стандарттағы базалық станциялардағы кең жолақты күшейткіштер

2023 жылы 4G және 5G базалық станциялары бойынша жүргізілген өрістік сынақтар кең жолақты ЖЖ қуат күшейткіштері туралы қызықты нәрсе ашты. Бұл құрылғылар 1,7-ден 4,2 ГГц-ке дейінгі жиіліктерді қамтыған кезде, олар нақты бірнеше бөлек тар жолақты компоненттерге қарағанда қуатты пайдалануды шамамен 18 пайызға азайтты. Тіпті жақсырақ нәрсе – олардың қаншалықты жақсы жұмыс істегені. Күшейткіштер LTE Band 40 үшін 2,3 ГГц және 5G n78 үшін 3,5 ГГц жиіліктерінде кернеу тұрақты толқын қатынасын 2,5:1 төмен сақтап отырды. Бұл орындалу көшірмелерді агрегациялау жабдықтары үшін өте пайдалы және әртүрлі байланыс стандарттары бойынша жұмыс істейтін жабдықтарды орналастыру қиындығын азайтады.

Стратегия: Модуляция мен канал талаптарына сәйкес жиілікті және жолақты келісіп отыру

1. Жиілікті қамту : Ең жоғары қажетті жиіліктен тыс кемінде 15% шектеуі бар күшейткіштерді таңдаңыз
2. Жолақты бөлу : Формула қолданыңыз айқындалған жолақ = канал аралығы × (1 + домалау коэффициенті) минималды жолақ талаптарын анықтау үшін
3. Модуляция сезгіштігі 64-QAM және одан жоғары модуляциялар үшін TOI (үшінші дәрежелі кесу) мәні 35 дБм артық болатын күшейткіштерді ұсыныңыз

Системалық архитекторлардың күшейткіштердің лицензияланған жолақтардағы спектрлік пішінделу талаптарына, әсіресе ACLR-ға сәйкес келуін тексеруі керек, бұл интерференция мен құқықтық мәселелерден қорғаныс үшін қажет

Шығыс қуаты мен сызықтылық: Сигналдың бүтіндігімен өнімділікті теңгеру

1 дБ компрессия нүктесі мен күшейткіштің бос жүрісін түсіну

1 дБ компрессия нүктесі әдетте P1dB деп аталады және КЧ күшейткіштің сызықтық өнімділігін жоғалтатынын, яғни күшейту дәл 1 дБ-ге төмендейтінін көрсетеді. Бұл аралықты асып кеткен кезде сигнал бұрмаланып кетеді. Сол себепті инженерлер жүйеде кездейсоқ күшті импульстерді өткізіп жіберу үшін 3-тен 6 дБ-ге дейінгі қосымша қор жасайды. Бұл әсіресе пик-орташа қатынасы жоғары сигналдар үшін маңызды, мысалы, OFDM технологиясы. Бұл сигналдар табиғи түрде күшейткіштерді компрессия аймағына итеріп жіберетін үлкен пиктер жасайды, егер сол бұрмалануды болдырмау үшін жүйені басқару қамтамасыз етілмесе.

Күрделі модуляция схемаларына сызықтылықтың әсері

Егер сызықты емес күшейтілу пайда болса, онда EVM өлшеулері шешім қабылдау үшін қиын жағдай туғызады, әсіресе қазіргі 5G желілері мен Wi-Fi 6E жүйелерінде кездесетін 256-QAM және тіпті 1024-QAM сияқты жоғары ретті модуляциялық схемалар үшін. Проблема одан әрі күрттелейді, егер интермодуляциялық өнімдер гармоникалық бұрмалаулармен араласса, бұл стандартты 64-QAM жүйелерінде бит қателерінің деңгейін 40% дейін көтеруі мүмкін. Бұл жағдайға қарсы күресудің бірнеше тиімді әдістері бар. Цифрлық алдын-ала бұрмалау техникасы және түзету әдістерін қолдану арқылы EVM деңгейін 3% төмен сақтауға болады. Осы әдістердің арқасында ACLR көрсеткіші 40 дБс жоғары нәтижелерге қол жеткізіледі, бұл өндірушілер үшін әртүрлі жағдайларда таза және сенімді сигналдар алу үшін қажетті шарт болып табылады.

Зерттеу жағдайы: Радиолокациялық және 5G жүйелерінде қуаттық қанығумен басқару

2023 жылдың басында әскери базада жүргізілген жергілікті сынақтар кезінде зерттеушілер фазалық антенналық жүйе 10 киловатт қуатты импульстар соққан кезде жалған мақсаттар шығаратынын байқады. Проблеманың өзі шығыс сигналының бұрмалануына әкелетін күшейткіштің қанығуы екені анықталды. Бірнеше апта бойы ақауларды жойғаннан кейін инженерлік топ соңында динамикалық басқару түрлерін реттеу мен нақты уақытта жүктемені тарту әдістерін қолданып, жағымсыз сигналдарды шамамен 18 децибелге дейін азайтты. Коммерциялық қолданбалардағы осындай проблемаларға назар аударсақ, байланыс компаниялары да жақсаруларды байқады. 5G миллиметрлік толқынды базалық станцияларының өнімділігінің көрсеткіштері жақсарғанын хабарлаған бір ірі оператор. Жаңа галлий нитриді негізіндегі күшейткіштерге ауыстыру нәтижесінде сызықтық жұмыс диапазонында 30 пайыздық қосымша қор пайда болды. Бұл көрсеткіштердің көршілес арнасының құйылуы -38 дБс деңгейінен әлдеқайда таза -45 дБс деңгейіне дейін төмендеуіне әкелді. Бұл түрдегі жақсару жиілік жолақтарындағы таза спектрді пайдалануды қамтамасыз ету үшін өте маңызды.

Стратегия: CW, AM және Multi-Carrier сигналдары үшін максималды қуатты есептеу

Бұл есептеулер бас кеңістігін таңдауды басшылыққа алады. Инженерлер температураның (-40 °С-тан +85 °С-қа дейін) және қоректендіру кернеуінің (±15%) өзгеруіне қарамастан екі реңкті сынау арқылы сызықтықты растайды. Көп тасымалдаушылы LTE үшін TOI >50 дБм қамтамасыз ету гармоникалық бұрмалауды қабылдағыш сезімталдығының шектерінен төмен ұстайды.

Тиімділік және жылуды басқару: электр қуатын тұтынуды және жылуды таратуды оңтайландыру

Тиімділік, сызықтық және энергия тұтыну арасындағы теңгерім

АЖ қуат күшейткіштерін жобалау - қуат қосылған тиімділік (ҚҚК), сызықтық және олардың жылу өндіру мөлшері арасындағы ыңғайлы нүктелерді табуды білдіреді. Мысалы, D класы күшейткіштерін алайық. Олар шамамен 85% PAE-ді 2,4 ГГц-ке жақын жиіліктерде алады, бұл қағаз жүзінде өте жақсы. Бірақ қазіргі кезде бірнеше тасымалдаушымен жұмыс істеуде бір тұзақ бар. Олардың гармониялық бұрмалануы -40 дБc-тен жоғары, өткен жылы "International Journal of Electronics" журналында жарияланған зерттеу бойынша. Екінші жағынан, АБ класы модельдері бұрмалауды -65 дБс деңгейден жақсырақ деңгейде бақылайды. Алайда олардың тиімділігі 45-55%-ға дейін төмендейді, сондықтан өндірушілер қосымша жылуды басқару үшін үлкен жылу сорғыштар қажет етеді. Бұл 5G желісі үшін өте маңызды, температура өте маңызды рөл атқарады. Жұмыс температурасының 1 градус жоғарылауы транзисторлардың өмір сүру ұзақтығын 8-12 пайызға қысқарта алады. Бұл жылуды ескере отырып, жаңа буын байланыс жабдығын жасаушы инженерлер үшін өте маңызды.

Доэрти мен Әдеттегі АВ класы: Шынайы әлемдегі RF қуат күшейткіштерін пайдалану барысындағы тиімділік

Қалалық 5G станцияларында жүргізілген сынақтар Доэрти күшейткіштерінің 64QAM OFDM сигналдарын өңдеу кезінде дәстүрлі АВ класының конфигурацияларымен салыстырғанда қуатты пайдалануды шамамен 12 пайызға азайтатынын көрсетті. Бірақ 6 ГГц жоғары жиіліктерде жағдай қиынға соғады, мұнда Доэрти конструкциялары шын мәнінде интермодуляциялық бұрмалауларды 15% арттырады, яғни операторлардың өзгерістерді түзету үшін қосымша предисторсиялық техникалар қолдануы қажет. Шынайы әлемдегі қолдануларға келсек, 2023 жылы Токиодағы Sub-6 ГГц спектрлік диапазонда сәтті енгізу жүзеге асты. Пайдаланылған жүйе ассиметриялы Доэрти күшейткіштері арқылы 100 МГц каналдар бойынша 41 дБм қуат деңгейін сақтап, 58% PAE тиімділікке қол жеткізді, сонымен қатар қате векторлық шамасын 3,2% деңгейінде ұстап тұрды.

Белсенді және пассивті суыту жоғары қуатты RF күшейткіш жүйелерінде

Алюминий нитридінен жасалған пішіндер пассивті суыту үшін жақсы жұмыс істейді, шамамен 18 ватт/см² қуатты тасымалдайды, бірақ орта температурасы 70 градус Цельсийден асқан сайын қиындықтар басталады. Тығыз электрондық жүйелер үшін жылу басқару бойынша соңғы зерттеулерде айтылған белсенді сұйық суыту шешімдерін қарастырсақ, олар дәстүрлі әдістерге қарағанда жылу кедергісін шамамен 40 пайызға дейін азайтып, 32 ватт/см² дейінгі өнімділікке жеткізе алады. Қоспа-кремнийлік (GaN-on-SiC) күшейткіштер орнатылған ғарыштық жүйелерде инженерлер жиі микроөткел жылу шығарғыштарды қатаң бақыланатын ауа ағындарымен үйлестіріп, ұзақ уақыт пайдалану кезінде де маңызды қосылыстардың температурасын 150 градус Цельсийден төмен ұстайды.

Стратегия: Тиімділікті төмендетпей құрылымы тығыз суыту шешімдерін жобалау

Кеңістік шектеулі орталарда жылулық оптимизацияны іске асыруға үш тәсіл мүмкіндік береді:

1. Фазалық ауысу материалдары : Қуаттың ытқып тұрған кезінде 300–400 кДж/м³ жұтады, радиолокациялық импульстік қолданбалар үшін қолайлы
2. Алмаз композиттері : RF шығыс кезеңдерінде 2000 Вт/м·К жылу өткізгіштік ұсынады
3. 3D-басылған микрокезек массивтері : Бар кеңстеде ауданды 8 есе арттырады

Бұл әдістерді интеграциялаудың 2023 жылғы үлгісі динамикалық жүктемелер кезінде ±2°C температура тұрақтылығымен 28 ГГц-те 92% ПӘК қолжетімді етті. Жылу-электрондық әрекеттесулердің бастапқы моделдеуі температураға тәуелді импеданстың ығысуынан пайдалану шығындарын болдырмауға көмектеседі.

Сигналдың тазалығы мен тұрақтылығы: Сызықтылық пен импеданстың сәйкестігін қамтамасыз ету

RF қуат күшейткіштеріндегі сигналдың бүтіндігін сақтау үшін сызықтылық пен импеданстың сәйкестігін дәл басқару қажет

Үшінші реттік кедергі нүктесі мен көп жолақты жүйелердегі аралас модуляциялық бұрмалау

Үшінші реттік қиылысу нүктесі немесе IP3 бірнеше тасымалдаушылар болған кезде күшейткіштердің сызықтылығын қаншалықты көрсететін негізгі өлшем болып табылады. Жүйелер төрт немесе одан да көп тасымалдаушылармен жұмыс істесе, 2022 жылғы 3GPP зерттеуіне сәйкес, сығылу деңгейлеріне жақын жұмыс істеген кезде сигнал/дәуір қатынасында шамамен 15 дБ төмендеуі мүмкін. IP3 өнімділігін шамамен 6 дБ арттыру LTE Advanced Pro базалық станцияларында қажымды спектралды шығарындыларды шамамен 40 пайызға азайтады. Бұл желілер бойынша спектрді пайдалану тиімділігіне нақты айырмашылық жасайды.

Гармоникалық тежеу мен дыбыс суретін ескеру

Серіктестік байланыс күшейткіштері көршілес жолақтардағы кедергіні болдырмау үшін екінші және үшінші гармоникалық тежеуді -50 дБс төменгі деңгейде талап етеді. Күрделі сүзгіш топологиялары осыны қамтамасыз етіп, дыбыс суретіне 1 дБ-ден аз қосып, 85% ПӘК ұстап тұрады – бұл радар биіктік өлшегіштері мен ЖЖС серіктестерінің трансвертерлері сияқты сезгіш қолданбалар үшін маңызды.

Максималды қуат беру мен тізбек тұрақтылығы үшін импедансты сәйкестендіру

1,2:1 VSWR-дан асатын импеданстардың сәйкес келмеуі жоғары қуатты күшейткіштерде 12% қуат жоғалтуына және транзистордың зақымдану қаупіне әкеледі. Соңғы жылдары жобалық сәйкестендіру желілеріндегі жетістіктер 600 МГц-3,5 ГГц диапазонында 97% қуат беру тиімділігіне қол жеткізу үшін реконфигурацияланатын микротолқынды балундарды пайдаланады, сондықтан кеңжолақтылықтың және сенімділіктің артады.

Стратегия: кеңжолақты схемаларда сигналдың шағылуы мен тербелісін болдырмау

Үш сатылы тексеру процесі тұрақтылықты қамтамасыз етеді:

1. Барлық жұмыс жиілік жолағы бойынша S-параметрлерін модельдеу
2. Кері изоляцияның 20 дБ-дан артығы үшін ферритті изоляторларды интеграциялау
3. Жиілікке тәуелді теріс кедергіні компенсациялау

Бұл әдіс C-диапазонындағы үлкен MIMO белсенді антенналық құрылғыларда тұрғын жолақтың қатынасын 63% азайтты, соның нәтижесінде сигналдың тазалығы мен жүйенің тұрақтылығы біршама жақсарды.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Радиожиілікті қуат күшейткіштері үшін жиілік диапазоны неге маңызды?

Жиілік диапазоны күшейткіштің жүйенің сигналдық талаптарымен қаншалықты сәйкес келетінін анықтайды. Сенімді жұмыс істеу үшін сигнал искажениясын болдырмау үшін дұрыс сәйкестендіру маңызды, әсіресе спектрдің шеттерінде.

Жолақ ені сигналдың дәлдігіне қалай әсер етеді?

Күшейткіштердің трансляция кезінде сигналды модуляциялау бүтіндігін сақтау қабілетіне жолақ ені әсер етеді. Жолақтың кеңейіп кетуі қате векторлық шаманың азаюына көмектеседі, бұл 256-QAM сияқты күрделі модуляциялар үшін маңызды.

RF күшейткіштердегі 1 дБ қысу нүктесінің маңызы қандай?

1 дБ қысу нүктесі күшейткіштің сызықтылықты жоғалта бастайтын деңгейін көрсетеді, соның нәтижесінде сигнал искажениясы пайда болады. Инженерлер күтпеген қуат импульстерінен сигналдың сапасының төмендеуін болдырмау үшін қосымша орын қалдырады.

Жоғары ретті модуляциялық схемаларда сызықтылық неліктен маңызды?

Жоғары деңгейлі модуляция схемаларында қате векторлық шаманы және биттік қате пайызын қабылданған деңгейлер шегінде ұстап тұру үшін сызықтылық қажет, әртүрлі жұмыс жағдайларында сигналдың сенімділігін қамтамасыз етеді.