Como otimizar a eficiência energética e a linearidade de um transmissor de RF?

1 Escolha a arquitetura certa

A arquitetura do transmissor de RF define os principais estágios e componentes que geram e amplificam o sinal de RF. Diferentes arquiteturas têm diferentes trade-offs entre eficiência energética e linearidade. Por exemplo, um transmissor de conversão direta converte o sinal de banda base diretamente para a frequência de RF, o que simplifica o design e reduz o consumo de energia, mas também introduz mais ruído e distorção. Um transmissor heteródino usa uma frequência intermediária (SE) estágio para converter o sinal de banda base para a frequência de RF, o que melhora a linearidade e o desempenho de ruído, mas também aumenta a complexidade e o consumo de energia. Você deve escolher a arquitetura que melhor se adapta aos requisitos e restrições do seu aplicativo.

2 Projetar o amplificador de potência

O amplificador de potência (PAPAI) é o componente mais crítico e faminto de energia do transmissor de RF, pois aumenta o sinal de RF para o nível de saída desejado. O design do PA envolve a escolha da tecnologia de dispositivo, topologia, viés, correspondência e feedback corretos. A tecnologia do dispositivo determina a potência máxima de saída, a eficiência e a linearidade do PA. Por exemplo, arseneto de gálio (Gaas) e nitreto de gálio (Gan) são materiais comuns para PAs de alta potência e alta eficiência, enquanto o germânio de silício (SiGê) e semicondutores de óxido metálico complementar (CMOS) são mais adequados para PAs de baixo consumo e baixo custo. A topologia define a configuração e disposição dos dispositivos e circuitos que formam o PA. Por exemplo, um PA classe A opera na região linear do dispositivo, o que proporciona alta linearidade, mas baixa eficiência. Um PA classe B ou AB opera no modo de interruptor do dispositivo, o que melhora a eficiência, mas reduz a linearidade. Uma classe C, D, E ou F PA opera no modo harmônico do dispositivo, o que maximiza a eficiência, mas sacrifica a linearidade. O viés define o ponto de operação do dispositivo, o que afeta o ganho, a eficiência e a linearidade do PA. A correspondência fornece correspondência de impedância entre o dispositivo e a carga, o que otimiza a transferência de potência e a estabilidade do PA. O feedback aplica feedback negativo ou positivo ao dispositivo, o que aumenta ou degrada a linearidade e a eficiência do PA.

3 Aplicar técnicas de linearização

Técnicas de linearização são métodos que compensam o comportamento não linear do transmissor de RF, especialmente do PA. Eles podem melhorar a linearidade do transmissor sem comprometer a eficiência, ou vice-versa. Existem dois tipos principais de técnicas de linearização: analógica e digital. Técnicas de linearização analógica usam circuitos analógicos para modificar ou cancelar a distorção não linear do transmissor. Por exemplo, a pré-distorção aplica uma função não-linear inversa ao sinal de entrada, que cancela a distorção não linear do PA. O Feedforward injeta um sinal de correção oposto ao sinal de distorção, o que reduz a distorção na saída. O Feedback compara o sinal de saída com um sinal de referência, que ajusta o sinal de entrada para minimizar o erro. Técnicas de linearização digital utilizam processamento digital de sinais (DSP) para executar funções semelhantes às técnicas de linearização analógica, mas com mais flexibilidade e precisão. Por exemplo, pré-distorção digital (DPD) usa um DSP para modelar e inverter as características não lineares do PA, que aplica um sinal de pré-distorção ao sinal de entrada. Feedback digital (DFB) usa um DSP para medir e corrigir o sinal de saída, que ajusta o sinal de entrada de acordo.

4 Implemente o controle de energia

O controle de potência é uma técnica que ajusta a potência de saída do transmissor de RF de acordo com as condições do canal e a qualidade do serviço (QoS) Requisitos. Ele pode melhorar a eficiência energética e linearidade do transmissor, reduzindo o consumo de energia e distorção quando possível. Existem dois tipos principais de controle de potência: malha aberta e malha fechada. O controle de energia de malha aberta usa um algoritmo ou tabela predefinida para definir a potência de saída com base em alguns parâmetros, como distância, perda de caminho ou relação sinal-ruído (SNR). O controle de energia de malha fechada usa um mecanismo de feedback para ajustar dinamicamente a potência de saída com base em alguns indicadores, como a taxa de erro de bits (BER), taxa de perda de pacotes (PLR)ou informações de estado do canal (CSI).

5 Teste e medida

Teste e medição são etapas essenciais para verificar e otimizar o desempenho do transmissor de RF. Eles envolvem o uso de vários instrumentos e métodos para avaliar a eficiência energética e linearidade do transmissor sob diferentes condições e cenários. Alguns instrumentos e métodos comuns são: medidor de potência, que mede a potência de saída e potência de entrada do transmissor; analisador de espectro, que mede o espectro de frequência e os produtos de distorção do transmissor; analisador de rede vetorial (VNA), que mede os parâmetros de espalhamento e correspondência de impedância do transmissor; analisador vetorial de sinais (VSA), que mede a qualidade da modulação e a magnitude do vetor de erro (EVM) do transmissor; load-pull, que mede a impedância de carga ideal para a máxima potência de saída e eficiência do transmissor; source-pull, que mede a impedância ótima da fonte para o máximo ganho e linearidade do transmissor.

6 Veja o que mais considerar

Este é um espaço para compartilhar exemplos, histórias ou insights que não se encaixam em nenhuma das seções anteriores. O que mais gostaria de acrescentar?