Amplificatori di potenza RF per segnali modulati in frequenza

Gli amplificatori di potenza RF a banda larga sono componenti critici nei sistemi di comunicazione, satellitari e radar che utilizzano la modulazione di frequenza. Una metrica importante che caratterizza l'utilità di un amplificatore RF è la sua larghezza di banda e la potenza di uscita. La larghezza di banda e la potenza di uscita di questi componenti determineranno se possono essere utilizzati in applicazioni radar a impulsi compressi, cellulari o satellitari. Rispetto ad altre applicazioni RF, come le misurazioni scientifiche di precisione che richiedono una larghezza di banda molto inferiore, i sistemi per queste aree di applicazione emergenti faranno un uso maggiore degli amplificatori di potenza RF come mai prima d'ora.

Applicazioni degli amplificatori di potenza RF

Secondo le ricerche della società MarketWatch, entro il 2023, il mercato complessivo degli amplificatori di potenza RF dovrebbe superare i 27 miliardi di dollari. Si prevede che gli amplificatori di potenza RF saranno utilizzati in una varietà di applicazioni, che vanno dai sistemi radar per auto e droni, ai dispositivi mobili che necessitano di emettere in una varietà di bande di frequenza.

Sebbene si possa certamente acquistare un modulo trasmettitore-ricevitore RF integrato progettato per operare in una specifica banda di frequenza per una specifica applicazione, i progettisti che vogliono innovare per nuove applicazioni RF dovranno acquistare componenti separati e sviluppare i propri sistemi. Gli amplificatori di potenza RF sono solo uno dei tanti diversi componenti che saranno necessari per costruire questi sistemi per varie applicazioni.

Nel regno dei sistemi radar FMCW a impulsi compressi e del 5G, i progettisti hanno bisogno di amplificatori di potenza RF a banda larga con un ampio intervallo lineare. Una larghezza di banda più ampia fornisce una risoluzione più alta nella rilevazione della posizione e della velocità del bersaglio. Nelle applicazioni cellulari, la larghezza di banda delle diverse bande di comunicazione è piuttosto stretta rispetto ai sistemi radar, e saranno necessari amplificatori di potenza RF a banda larga per la comunicazione in una varietà di bande.

Scegliere un amplificatore di potenza RF

Oltre agli aspetti standard come il costo e l'ingombro, i progettisti dovrebbero considerare alcuni dei seguenti aspetti quando scelgono un amplificatore di potenza RF:

• Punto di intercettazione del terzo ordine (OIP3). Questo determina l'intervallo utilizzabile di potenze di ingresso in un amplificatore RF entro il quale la potenza di uscita sarà lineare in presenza di prodotti di intermodulazione. Un valore più alto indica un intervallo più ampio di valori di potenza di ingresso che possono essere utilizzati prima che i prodotti di terzo ordine vengano emessi alla stessa intensità delle frequenze desiderate.
• Larghezza di banda. La larghezza di banda di un amplificatore RF definisce l'intervallo di frequenza utilizzabile. Per applicazioni radar chirpate e cellulari, una larghezza di banda più ampia è l'opzione migliore. Per l'amplificazione generale della potenza, il tuo amplificatore di potenza dovrebbe operare da DC fino ad alte frequenze RF (microonde e mmWave).
• Potenza di uscita. Questo determina efficacemente l'intervallo utile per la tua applicazione.
• Stabilità della temperatura. Gli amplificatori RF possono raggiungere alte temperature durante il funzionamento, e l'uscita non dovrebbe deviare di più di qualche dB ad alta temperatura.
• Processo semiconduttore. I dispositivi GaAs sono migliori a frequenze GHz inferiori (ad es., 10-30 GHz), mentre il GaN è la scelta migliore a frequenze più alte.
• Spettro di guadagno. Il tuo amplificatore di potenza RF dovrebbe avere un guadagno ragionevolmente piatto in tutta la larghezza di banda.

Analog Devices, HMC8142 e HMC7543

L'amplificatore di potenza RF HMC8142 è ideale per pilotare emettitori da 81 a 86 GHz. Questo lo avvicina alle applicazioni radar UAV e 5G, mentre l'HMC7543 è migliore per il radar automobilistico. Da notare che l'HMC7543 è disponibile anche come vassoio di die nudi a pin a un costo molto inferiore. Con una potenza di uscita nominale di ~26 dBm (punto di compressione di 1 dB) e OIP3 a ~29 dBm, questi amplificatori a banda larga possono essere utilizzati per pilotare emettitori radar chirpati con un raggio ragionevolmente lungo e una larga banda di chirp. La risposta di guadagno dell'HMC8142 è anche ragionevolmente piatta in tutta la larghezza di banda; l'HMC7453 ha una risposta simile.

Risposta di guadagno dell'amplificatore RF a banda larga HMC8142, dal datasheet.

Qorvo, QPA1027

L'amplificatore RF a banda larga QPA1027 di Qorvo è una scelta migliore per i sistemi futuri per radar S-band o comunicazioni satellitari (2.8 a 3.5 GHz). Con una potenza di uscita che raggiunge i 48 dBm a saturazione, questo amplificatore può fornire trasmissioni a lungo raggio in queste applicazioni. Da notare che la potenza di ingresso richiesta di 26 dBm a questa potenza di saturazione può richiedere una fase di amplificatore a monte o un sintetizzatore di frequenza di uscita ad alta potenza per raggiungere tali elevate potenze di uscita.

La larghezza di banda di 0.7 GHz fornisce una risoluzione di rilevamento del range decente nelle applicazioni radar S-band che è paragonabile ai moduli radar automobilistici a 24 GHz. Un punto importante da notare è la stabilità della temperatura e della potenza di ingresso (vedi sotto). Questo amplificatore ha un'uscita estremamente stabile su quasi tutta la larghezza di banda.

Stabilità della temperatura dell'amplificatore di potenza RF a banda larga QPA1027, trovata nel datasheet di Qorvo

È importante notare che Qorvo offre numerosi altri prodotti progettati per un'uscita di alta potenza in altre parti dello spettro LTE esistente e a frequenze più elevate (decine di GHz). Si dedicano a fornire soluzioni per queste aree applicative emergenti, sia come moduli integrati che componenti discreti.

MACOM, MAAP-011250

L'MAAP-011250 amplificatore di potenza RF è un'ottima opzione a basso costo per una varietà di applicazioni ed è disponibile in bobine da 500 unità (numero di parte MAAP-011250-TR0500). Questi dispositivi sono ideali per dispositivi 5G e applicazioni VSAT da 27,5 a 30 GHz. La larghezza di banda è più stretta rispetto ad altri prodotti poiché questo prodotto è più specializzato per 5G, VAST e aree correlate. Questo prodotto offre un'uscita di potenza di 4 W con un'efficienza del 20% a 6 V di polarizzazione, rendendolo utile nei telefoni cellulari.

Schema di applicazione per l'amplificatore di potenza MAAP-011250, dal datasheet MAAP-011250

Con tutte le importanti applicazioni RF che presto saranno disponibili, i progettisti di sistemi hanno bisogno di accedere a una vasta gamma di amplificatori di potenza RF per i loro nuovi prodotti. Se stai cercando l'amplificatore di potenza RF giusto per il tuo prossimo sistema, prova a utilizzare la nostra guida al Selettore di Parti per determinare la migliore opzione per il tuo prossimo prodotto.

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