如何計(jì)算射頻功率放大器效率

時(shí)間：2024-10-20 22:15:59

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[導(dǎo)讀]無線電通信系統(tǒng)穩(wěn)步提高數(shù)據(jù)速率和總體系統(tǒng)性能。隨著性能的提高,對(duì)電力消耗的壓力越來越大。最近的一份行業(yè)報(bào)告[參考1]得出結(jié)論,典型的5G基站的耗電量為12千瓦,而LTE基站的耗電量為7千瓦。大約有5個(gè)烤面包機(jī)的額外能量被使用。(典型的2片烤面包機(jī)消耗約1000瓦。)

5G帶來更高的數(shù)據(jù)速率和更有效的功率放大器的需要。了解并計(jì)算巴勒斯坦權(quán)力機(jī)構(gòu)的效率。

無線電通信系統(tǒng)穩(wěn)步提高數(shù)據(jù)速率和總體系統(tǒng)性能。隨著性能的提高,對(duì)電力消耗的壓力越來越大。最近的一份行業(yè)報(bào)告[參考1]得出結(jié)論,典型的5G基站的耗電量為12千瓦,而LTE基站的耗電量為7千瓦。大約有5個(gè)烤面包機(jī)的額外能量被使用。(典型的2片烤面包機(jī)消耗約1000瓦。)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)師經(jīng)常為耗電而煩惱。在電池驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)設(shè)備中,一次充電的通話時(shí)間取決于電池容量和設(shè)備消耗的功率。低功率意味著更長的操作時(shí)間。在基站,電池功率可能不是問題,但網(wǎng)絡(luò)中的能源成本可以加起來。當(dāng)然,任何設(shè)備中浪費(fèi)的能量都會(huì)產(chǎn)生必須消散的熱量。

功率放大器

功率放大器是無線系統(tǒng)中的一個(gè)重要的電源消費(fèi)者,因此放大器的效率是重要的。圖1顯示了一個(gè)PA輸出功率(P 在外面 )基于輸入功率(P 在…中 )及提供的直流電源(P 直流電 ).

圖1基本的PA通過輸入功率和直流電源產(chǎn)生輸出功率。

工程師通常用分貝表示放大器的功率增益: 增電效率 (PAE)表示功率放大器的整體效率,包括輸入功率的影響。

PAE通常以百分比表示。例如,輸出功率為10瓦、輸入功率為0.5瓦、直流功率為30瓦的功率放大器,其功率為10-0.5/30=32%。這個(gè)放大器的功率增益是G 分貝 = 10 log (10/0.5) = 13 dB.

功率效率(PE)是用來描述放大器效率的另一個(gè)參數(shù),忽略了輸入功率的影響。在這種情況下,效率是簡單地定義為輸出功率和供應(yīng)直流功率。

當(dāng)功率效率集中在單個(gè)晶體管上時(shí),它有時(shí)被稱為排放效率(FET器件)或收集效率(雙極晶體管)。這種用法反映了一個(gè)事實(shí),即直流功率在很大程度上是通過排放或收集器測(cè)量電流,乘以直流電源的電壓來決定的。

注意,當(dāng)放大器的增益相當(dāng)高時(shí),重要的輸入功率逐漸減弱,使得PAE與PE大致相同。

平均功率比

輸入信號(hào)的變化會(huì)影響功率放大器的實(shí)際使用效率?，F(xiàn)代的數(shù)字調(diào)制方法通常會(huì)產(chǎn)生瞬間功率變化很大的信號(hào)。圖2顯示高峰值功率信號(hào)的瞬態(tài)功率水平(P 最高峰 )相對(duì)于其平均功率(P 平均值 )。用分貝來表示這種波形的"尖頂性"的方法之一是功率比(PAPR)。

圖2沖擊信號(hào)相對(duì)于平均功率有很高的峰值功率。

放大器設(shè)計(jì)者喜歡恒定功率水平,這樣他們就可以調(diào)整放大器在特定水平上的性能。圖3顯示了PE作為典型功率放大器輸出功率的函數(shù)。在低功率水平上,放大器效率趨于下降。為了我們的目的,曲線的形狀比具體值更重要。PA必須處理峰值功率,但信號(hào)的平均功率主要決定其實(shí)際功率效率。無花果樹。3還顯示了最有效的操作點(diǎn),在那里我們希望放大器的操作。不幸的是,信號(hào)的PAPR使得你把操作點(diǎn)向左移動(dòng),這樣峰值功率就不會(huì)超過放大器。