L’efficienza degli amplificatori di potenza RF

Il principale componente dei sistemi di comunicazione wireless è l’amplificatore di potenza (PA) del trasmettitore. Con l’avanzare della tecnologia dei segnali di comunicazione, il PA richiede un’ingegnerizzazione in termini di efficienza e linearità sempre più complessa. In questo contesto, la tecnologia dei materiali e la microelettronica hanno avuto un notevole impatto negli amplificatori RF migliorandone le caratteristiche. In questo articolo faremo una panoramica delle tecniche di design impiegate nelle architetture di amplificazione RF moderne.

Introduzione

Le moderne tecniche di modulazione digitale richiedono un’elevata efficienza dell’amplificatore, evitando distorsioni d’intermodulazione che potrebbero degradare la qualità del segnale. Purtroppo, gli effetti di non linearità possono degradare ulteriormente le prestazioni del sistema, con ripercussioni sui livelli di potenza RF e conseguenti distorsioni significative nello spettro del segnale. Queste distorsioni causano interferenze ai canali o servizi adiacenti. Come risultato, i progettisti tipicamente diminuiscono il punto di lavoro dell'amplificatore RF in una "zona sicura" per assicurare la linearità. Quando lo fanno, più transistor RF sono tenuti a fornire una data potenza di uscita, aumentando così il consumo di corrente con meno durata della batteria.

L'amplificatore di potenza PA (power amplifier) del trasmettitore è spesso il componente del sistema radio che consuma più potenza. Questo, combinato con la complessità sempre crescente dei moderni segnali di comunicazione, richiede agli ingegneri di scendere a compromessi per quanto riguarda l'efficienza e la linearità. Inoltre, la necessità di ottenere una migliore efficienza del PA ha introdotto una vasta gamma di nuove tecniche di progettazione e test per ottimizzare la qualità di un segnale durante l'operatività al valore di picco di efficienza. Gli sforzi attuali di ricerca e sviluppo stanno fornendo risultati e tecniche di design che continuano a migliorare l'efficienza RF dei vari dispositivi. Un cambiamento importante nella progettazione degli amplificatori è l'architettura Doherty che in 5 anni è diventata lo standard nelle stazioni base.

La ricerca di Doherty ha prodotto un'architettura di amplificatore con lo scopo di garantire un’altissima efficienza di potenza con segnali di ingresso che hanno alti rapporti di picco medio (high peak-to-average, PAR o PAPR ). Infatti, quando è progettato correttamente, un amplificatore Doherty può produrre aumenti di efficienza dall’11% al 14% rispetto agli amplificatori standard di classe AB. Oggi, [...]

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