Conas éifeachtúlacht aimplitheoir cumhachta RF a fheabhsú?

Nochtann dlíthe bunúsacha na teirmidinimice nach féidir le haon trealamh leictreonach éifeachtúlacht 100% a bhaint amach - cé go bhfuil soláthairtí cumhachta lasctha réasúnta gar (suas le 98%). Ar an drochuair, níl aon ghaireas a ghineann cumhacht RF in ann an fheidhmíocht idéalach a bhaint amach nó gar dó, toisc go bhfuil an iomarca lochtanna sa phróiseas chun cumhacht DC a thiontú ina chumhacht táirge RF, lena n-áirítear an caillteanas a tharlaíonn de bharr tarchur iomlán an chosáin comhartha, go minicíocht oibríochta Caillteanas ama, agus caillteanas tréith bunúsach na feiste. Mar thoradh air sin, rinne alt san MIT Technology Review trácht gan searmanas ar an aimplitheoir cumhachta RF, "Is crua-earraí an-mí-éifeachtach é."

Ní nach ionadh, caitheann gach gné de mhonaróirí táirgí cumhachta RF, ó leathsheoltóirí go aimplitheoirí go tarchuradóirí, chomh maith le hollscoileanna agus an Roinn Cosanta, go leor ama agus acmhainní airgeadais gach bliain chun éifeachtúlacht feistí cumhachta RF a fheabhsú. Tá cúiseanna maithe leis seo: is féidir le méadú beag ar éifeachtúlacht fiú am oibre táirgí faoi thiomáint ceallraí a leathnú agus tomhaltas cumhachta bliantúil stáisiúin bonn gan sreang a laghdú. Taispeánann Figiúr 1 cion na coda RF le tomhaltas cumhachta foriomlán an stáisiúin bhunáite.

Fíor 1: Nuair a chuirfear na codanna ábhartha de tháirgí minicíochta raidió éagsúla i dtomhaltas cumhachta an stáisiúin bhunáite, beidh an toradh deiridh measartha mór.

Ar ámharaí an tsaoil, tar éis blianta d’iarrachtaí leanúnacha éifeachtúlacht RF a fheabhsú, tá na coinníollacha seo ag athrú de réir a chéile. Tá cuid de na tascanna seo ag leibhéal na feiste, agus baineann cuid eile úsáid as roinnt teicneolaíochtaí nuálacha, mar rianú clúdach, scéimeanna digiteacha réamh-mheastacháin dhigitigh / laghdú suaitheantas, agus úsáid aimplitheoirí atá níos airde ná leibhéil choitianta aicme AB.

Athrú mór i ndearadh aimplitheoir is ea ailtireacht Doherty, atá anois mar an caighdeán do aimplitheoirí stáisiúin bonn laistigh de 5 bliana. Ó chum an Dr. Doherty ó Bell Laboratories (a tháinig chun bheith ina chuid de Westinghouse Electric ansin) an ailtireacht seo i 1936, tá sí tostach an chuid is mó den am agus níor úsáideadh í ach i gcúpla feidhmchlár.

Chruthaigh taighde Doherty struchtúr aimplitheoir nua a fhéadann éifeachtúlacht bhreise ardchumhachta a sholáthar nuair a bhíonn cóimheas buaic-go-meán an-ard (PAR) ag an gcomhartha ionchuir. Déanta na fírinne, má tá siad deartha i gceart, is féidir éifeachtúlacht aimplitheoirí Doherty a mhéadú 11% go 14% i gcomparáid le aimplitheoirí caighdeánacha aicme comhthreomhara AB.

Ar ndóigh, ar feadh blianta fada tar éis 1936, níl ach cúpla cineál comhartha ag a bhfuil na tréithe seo, mar shampla AM agus FM, a úsáideann scéimeanna modhnóireachta i gcórais cumarsáide. Faoi láthair, gineann beagnach gach córas gan sreang comharthaí ard PAR, ó WCDMA go CDMA2000 chuig aon chóras a úsáideann ilphléacsú rannán minicíochta orthogonal (OFDM), mar shampla WiMAX, LTE, agus le déanaí, Wi-Fi.

Fíor 2: Aimplitheoir tipiciúil Doherty

Tá an aimplitheoir clasaiceach Doherty (Fíor 2), ar féidir a aicmiú mar ailtireacht mhodhnú ualaigh, comhdhéanta de dhá aimplitheoir i ndáiríre: aimplitheoir iompróra atá claonta chun oibriú i mód aicme AB, agus aimplitheoir buaic claonta go mód aicme C. Roinneann roinnteoir cumhachta an comhartha ionchuir go cothrom le gach aimplitheoir le difríocht chéim 90 °. Tar éis aimpliú, déantar an comhartha a ath-shintéisiú tríd an gcúplóir cumhachta. Feidhmíonn an dá aimplitheoir ag an am céanna nuair a bhíonn an comhartha ionchuir ag a bhuaic, agus iompraíonn gach ceann acu mar bhac ualaigh chun an chumhacht aschuir a uasmhéadú.

De réir mar a thiteann cumhacht na comhartha ionchuir, áfach, déantar an aimplitheoir buaic Aicme C a mhúchadh, agus ní oibríonn ach an aimplitheoir iompróra Aicme AB fós. Ag leibhéil chumhachta níos ísle, iompraíonn an aimplitheoir iompróra Aicme AB mar bhac ualaigh modúlach chun éifeachtúlacht agus gnóthachan a fheabhsú. Le beogacht athnuaite na hailtireachta, tá dul chun cinn suntasach déanta ag dearadh aimplitheoir Doherty i dtreoracha gasta agus d’éirigh go hiontach leis.

Ar ndóigh, níl aon ailtireacht foirfe. Tá líneacht agus cumhacht aschuir an aimplitheoir Doherty beagán níos measa ná an aimplitheoir dé-aicme AB. Tugann sé seo ciorcad tábhachtach eile dúinn a tháinig chun bheith ina rogha fíor-riachtanach i dtimpeallacht cumarsáide an lae inniu: teicneolaíocht líneála analógach agus dhigiteach. Is é an teicneolaíocht is mó a úsáidtear go forleathan ná predistortion digiteach (DPD), uaireanta in éineacht le laghdú ar fhachtóirí suaitheantas (CFR). Féadann DPD agus CFR araon saobhadh Doherty a laghdú go mór, agus féadann dearadh cúramach feiste agus aimplitheoir caillteanas líneachta a íoslaghdú. Mar sin féin, níl siad sainmhínithe go docht le húsáid i aimplitheoirí Doherty, agus tá a n-éifeachtaí soiléir go leor nuair a úsáidtear iad i struchtúir aimplitheoirí eile.

1. Líneacht a fheabhsú

Éilíonn teicneolaíocht nua-aimseartha um mhodhnú digiteach go bhfuil líneacht an aimplitheoir ard go leor, ar shlí eile tarlóidh saobhadh idirmhódúil agus laghdófar cáilíocht na comhartha. Ar an drochuair, nuair a fheidhmíonn na aimplitheoirí ar a ndícheall, bíonn siad ar fad gar dá leibhéil sáithithe. Níos déanaí, éiríonn siad neamhlíneach, titeann aschur cumhachta RF de réir mar a mhéadaíonn an chumhacht ionchuir, agus tosaíonn saobhadh suntasach le feiceáil. Féadann an saobhadh seo crosstalk a dhéanamh idir cainéil nó seirbhísí cóngaracha. Mar thoradh air sin, is gnách go ndéanann dearthóirí cumhacht aschuir RF a aischur go "crios sábháilte" chun líneacht a chinntiú. Nuair a dhéanann siad é seo, tá gá le trasraitheoirí iomadúla RF chun cumhacht aschuir RF áirithe a bhaint amach, a mhéadóidh an tomhaltas reatha agus a mbeidh saolré ceallraí níos giorra nó costais oibriúcháin níos airde mar thoradh air i mbunstáisiúin.

Tugann DPD “frith-shaobhadh” isteach go héifeachtach ag ionchur an aimplitheoir, ag fáil réidh le neamhlíneacht an aimplitheoir. Mar thoradh air sin, ní gá don aimplitheoir titim ar ais go dtí an pointe oibríochta is fearr, agus dá bhrí sin ní theastaíonn níos mó feistí cumhachta RF. De réir mar a éiríonn aimplitheoirí níos éifeachtaí, is iad na buntáistí ná costais fuaraithe laghdaithe agus gach tomhaltas cumhachta tábhachtach. Nuair a bhíonn CFR ag obair, déantar an saobhadh a sheiceáil go leanúnach trí chóimheas buaic-go-meán an chomhartha ionchuir a laghdú. Laghdaíonn an modh seo buaicluach an chomhartha ionas nach mbeidh an comhartha ina chúis le bearradh nó saobhadh agus é ag dul tríd an aimplitheoir. Nuair a úsáidtear DPD agus CFR le chéile, is féidir gnóthachan níos mó a bhaint amach.
2. Modh aimplitheoir cumhachta lasmuigh den chéim

Teicneolaíocht phaitinnithe í teicneolaíocht eile a chum agus a choinnigh Henri Chireix beagnach 80 bliain ó shin. De ghnáth tugtar "outphasing" air (aimplitheoir cumhachta atá ag dul i méid, ball de theaghlach na teicneolaíochta modhnóireachta ualaigh). Tá sé in úsáid faoi láthair ag Fujitsu, NXP, srl. Chun éifeachtúlacht aimplitheoir a fheabhsú. Comhcheanglaíonn sé dhá aimplitheoir cumhachta RF neamhlíneach, atá tiomáinte ag comharthaí de chéimeanna éagsúla. Toisc go ndéantar an chéim a rialú, nuair a dhéantar an comhartha aschuir a chúpláil, is féidir le húsáid aimplitheoirí cumhachta Aicme B RF gnóthachain éifeachtúlachta a bhaint amach. Is féidir le teicnící dearaidh cúramach, go háirithe an t-imoibríocht chuí a roghnú, an córas a bharrfheabhsú go aimplitiúid aschuir ar leith, rud a thabharfaidh an méadú éifeachtúlachta faoi dhó (go teoiriciúil ar a laghad).

D’fhógair Fujitsu anuraidh go bhfuil glactha aige leis an modh easbhrúite in aimplitheoir cumhachta áirithe, ag comhtháthú ciorcad cúplála cumhachta dlúthchaillteanais, agus le ciorcad cúitimh ceartaithe earráide céime bunaithe ar DSP, arb é 65% den am tarchuir is coiteann do aimplitheoirí atá ann cheana. , Is féidir le ham tarchuir an aimplitheoir a bheith níos mó ná 95%. Chun an dearadh a thástáil, is féidir le buaic-aschur an aimplitheoir cumhachta seo 100 vata a bhaint amach; méadaítear an meánéifeachtúlacht leictreach ó 50% go 70%.

Tá an comhartha ionchuir roinnte ina dhá chomhartha le haimplitiúid leanúnach agus athruithe céime. Socraítear an aimplitiúid de réir an fheiste chumhachta RF, agus déanann an ciorcad cúplála cumhachta an tonnform comhartha foinse a athchruthú. Roimhe seo, nuair a atógadh an comhartha foinse, ba ghá an cruinneas cúplála a chailleadh chun an difríocht chéim a chinneadh, rud a chuir cosc ar thráchtálú na teicneolaíochta seo. Tá cosán comhartha níos giorra ag an gcúplálaí a úsáideann Fujitsu, rud a laghdaíonn caillteanas agus a mhéadaíonn bandaleithead.

3. Forbairt gealladh fúthu NXP

Tugtar Aimplitheoir Líneach ar Choincheap Neamhlíneach (LINC) ar leagan den mheicníocht Outphasing gan éifeacht mhodhnú ualaigh, a úsáideann céim chúplála agus aimplitheoir ar leithligh chun tiomáint go sáithiúlacht, agus is féidir leis líneacht agus buaicéifeachtúlacht a fheabhsú go héifeachtach. Mar sin féin, tá éifeachtúlacht aimplitheoirí LINC réasúnta íseal, toisc go bhfeidhmíonn gach aimplitheoir ag cumhacht leanúnach, fiú ag leibhéil ísle aschuir RF. Rinne Chireix é seo a cheartú trí eisfhearadh a chomhcheangal le cúplálaí neamh-scartha agus modhnú ualaigh chun an meánéifeachtúlacht a mhéadú. Tá feabhas breise déanta ar Leathsheoltóirí NXP, ag baint úsáide as imlíne chun dhá aimplitheoir RF mód lasc a rialú chun iad a oiriúnú do chomharthaí ardfhachtóra suaitheantas. Tá an chuideachta ag comhcheangal teicneolaíocht Chireixoutphasing le GaN HEMT ag athrú aimplitheoirí Aicme E (Fíor 3).

Fíor 3: Bloc-léaráid aimplitheoir cumhachta lasmuigh den chéim Chireix simplithe

Cuireann an teicneolaíocht nua tiomána a d’fhorbair agus a phaitinníodh ag NXP ar chumas an aimplitheoir ardéifeachtúlacht a bhaint amach thar bandaleithead de thart ar 25% tríd an gcaidreamh céime a rialú. Mar thoradh air seo tá ailtireacht nua ann a chomhcheanglaíonn aimplitheoirí Aicme E agus modhnú ualaigh chun ardéifeachtúlacht na n-aimplitheoirí a choinneáil nuair a théann siad as an saturation, rud a ligeann dóibh dul in oiriúint do thonnta casta éagsúla. Chuir NXP dearadh tagartha ar fáil don aimplitheoir cumhachta E-aicme RF bunaithe ar fheistí GaN, agus chuir sé faisnéis theicniúil a bhaineann le Chireix leis.

4. Rianú clúdach

Príomhtheicneolaíocht eile a dtugann dearthóirí aimplitheoir aird uirthi is ea clúdach clúdach. Sa teicneolaíocht seo, déantar an voltas a chuirtear i bhfeidhm ar an aimplitheoir cumhachta a choigeartú go leanúnach lena chinntiú go n-oibríonn sé sa bhuaic-réigiún chun an chumhacht a uasmhéadú. I gcomparáid leis an voltas seasta a sholáthraíonn an tiontaire DC-DC i ndearadh tipiciúil aimplitheoir cumhachta, modhnóidh an soláthar cumhachta rianaithe clúdach an soláthar cumhachta atá ceangailte leis an aimplitheoir le tonnform ard-bandaleithid, íseal-torainn, atá sioncrónaithe leis an gclúdach meandarach comhartha.

Is mór an t-achomharc an úsáid a bhaintear as teicneolaíocht rianaithe clúdach i bhfeistí cumhachta CMOS RF. Tá Nujira ag forbairt na teicneolaíochta seo le blianta fada. Thaispeáin siad gur féidir leis an teicneolaíocht seo na heasnaimh a bhíonn mar thoradh ar neamhlíneachtaí in iarratais aimplitheoir CMOS RF a shárú. Cáineadh aimplitheoirí cumhachta CMOS mar dhroch-rogha don teicneolaíocht mhodhnú ard PAR atá ann faoi láthair mar gheall ar a drochlíneacht bhunúsach, a éilíonn orthu titim siar chun saobhadh a laghdú. Nuair a oibrítear aimplitheoirí CMOS ag leibhéil chumhachta RF níos airde, tarlóidh bearradh agus saobhadh.

Mar sin féin, comhcheanglaíonn Nujira a teicneolaíocht línithe paitinnithe ISOGAIN ina teicneolaíocht rianaithe clúdach dílseánaigh chun deireadh a chur le fadhbanna líneachta gan DPD a úsáid. Tá an trealamh a úsáideann an teicneolaíocht seo tar éis sprioc na héifeachtúlachta a bhaint amach agus an fheidhmíocht chéanna bainte amach aige le GaAnna i ngnéithe eile. Buntáiste mór a bhaineann leis an taighde ar fad ar aimplitheoirí CMOS ná go bhfuil feistí CMOS uileláithreach sa tionscal leictreonaice ar fad, le tacaíocht ó go leor teilgcheártaí, agus mar sin tá siad réasúnta saor. Toisc go bhfuil sé bunaithe ar sileacain, is féidir freisin ciorcaid rialaithe agus claonta a chomhtháthú go díreach ar an sliseanna aimplitheoir cumhachta.

5. Modhanna eile atá go hiomlán difriúil

Mhol Eta Devices teicneolaíocht aimplitheoir eile, cuideachta a d'eascair as Institiúid Teicneolaíochta Massachusetts, agus a chomhbhunaigh beirt ollamh innealtóireachta leictreachais Joel Dawson agus David Perreault agus iar-thaighdeoir aimplitheoir ó Ericsson agus Huawei. D'fhorbair MIT a theicneolaíocht Neamhshiméadrach Il-Leibhéal Neamhshiméadrach (AMO), a rinne comhbhunaitheoir ADI Ray Stata agus a ghnólacht caipitil fiontair Stata Venture Partners.

Is é príomhsprioc na cuideachta margaí atá ag teacht chun cinn, lena n-áirítear an oiread agus 640,000 stáisiún bonn cumhachta gineadóirí díosail a chosnaíonn US $ 15 billiún in aghaidh na bliana i dtéarmaí breosla, agus margadh na bhfón cliste ina dhiaidh sin. I mí Feabhra na bliana seo, léirigh Eta Devices a trealamh Eta5 ag an roinn Advanced LTE de Chomhdháil Dhomhanda na Cumarsáide Soghluaiste in Barcelona, sa Spáinn. Tá cainéal tarchuir an trealaimh níos mó ná 80-MHz.

Dhearbhaigh Eta Devices go dána go bhfuiltear ag súil go laghdóidh a teicneolaíocht ETAdvanced (Rianú Ardchlúdaigh) costais fuinnimh stáisiúin bonn 50%. Éilíonn sé freisin gur féidir leis saol ceallraí na bhfón cliste a dhúbailt. Is é an bunús ná go n-ídíonn trasraitheoir cumhachta RF an aimplitheoir tomhaltas cumhachta go comhuaineach sa mhodh fuireachais agus sa mhodh tarchuir, agus is é an t-aon bhealach chun éifeachtúlacht a fheabhsú ná an chumhacht fuireachais a laghdú go dtí an leibhéal is ísle is féidir.
Cuirfidh athrú idir mód fuireachais tomhaltas ísealchumhachta agus aschur ardchumhachta saobhadh. Caithfidh córais atá ann cheana leibhéal ardchumhachta fuireachais a choinneáil d’fhonn an coinníoll seo a bhrath go leanúnach, ar chostas tomhaltais ardchumhachta. Is é cur chuige Eta Devices an voltas a roghnú a ídíonn an tomhaltas cumhachta is ísle ar fud an trasraitheora trí sampláil suas le 20 milliún uair in aghaidh an tsoicind.

Fadhb eile is ea gur mhínigh an chuideachta go gcruthóidh na riachtanais bandaleithid LTE Advanced agus 100 MHz éileamh mór ar aimplitheoirí cumhachta RF. Ní féidir le rianú clúdach amháin oiriúnú don chás seo, toisc nach féidir leis tacú le cainéil atá níos leithne ná 40Mhz. De réir na cuideachta, tacaíonn ETAdvanced le cainéil suas le 160 MHz, ionas gur féidir leis freastal ar LTE-Advanced agus Wi-Fi 802.11ac. Is féidir le stáisiúin bhunáite a úsáideann a teicneolaíocht a bheith an-bheag, agus éilíonn an chuideachta gur fhorbair sí an chéad tarchuradóir LTE le meánéifeachtúlacht níos mó ná 70%.

6. Achoimre

Má chuireann tú síos go hiomlán ar an obair reatha atá déanta chun éifeachtúlacht chumhachta RF a fheabhsú, is féidir leat leabhar mór a scríobh. Níl na hábhair seo teoranta don raon feidhme a phléitear san alt seo, ach cuimsíonn siad freisin úsáid cineálacha éagsúla aimplitheoirí agus teicneolaíochtaí tacaíochta. Féadann an teaglaim de na teicneolaíochtaí seo torthaí bríocha a thabhairt. Is cuma cé mhéad dul chun cinn a dhéantar, is cinnte go leanfaidh an cuardach ar éifeachtúlacht níos airde chomh fada agus a bheidh an t-éileamh ar rátaí sonraí níos airde fós ann.