Ինչպե՞ս բարելավել ՌԴ էներգիայի ուժեղացուցիչի արդյունավետությունը:
Thermերմոդինամիկայի հիմնական օրենքները ցույց են տալիս, որ ոչ մի էլեկտրոնային սարքավորում չի կարող հասնել 100% արդյունավետության, չնայած անջատիչ էլեկտրասնուցումները համեմատաբար մոտ են (մինչև 98%): Unfortunatelyավոք, ՌԴ էներգիա արտադրող ցանկացած սարք ներկայումս ի վիճակի չէ հասնել կամ մոտ է իդեալական կատարմանը, քանի որ DC հոսանքը ՌԴ արտադրանքի էներգիայի վերափոխման գործընթացում չափազանց շատ թերություններ կան գործառնական հաճախականությունը Timeամանակի կորուստը և սարքի բնորոշ բնութագրական կորուստը: Արդյունքում, MIT Technology Review- ի հոդվածում ՌԴ-ի էլեկտրաէներգիայի ուժեղացուցիչի վերաբերյալ միանշանակ մեկնաբանություն է արվում. «Դա շատ անարդյունավետ սարքավորում է»:
Surprisingարմանալի չէ, որ ՌԴ էլեկտրաէներգիայի արտադրանքի արտադրողների բոլոր ասպեկտները ՝ կիսահաղորդիչներից մինչև ուժեղացուցիչներ մինչև հաղորդիչներ, ինչպես նաև համալսարաններ և Պաշտպանության նախարարություն, ամեն տարի ծախսում են շատ ժամանակ և ֆինանսական ռեսուրսներ ՝ ՌԴ էներգիայի սարքերի արդյունավետությունը բարելավելու համար: Դրա համար լավ հիմքեր կան. Նույնիսկ արդյունավետության փոքր-ինչ բարձրացումը կարող է երկարացնել մարտկոցով աշխատող արտադրանքի աշխատանքային ժամանակը և նվազեցնել անլար բազային կայանների տարեկան էներգիայի սպառումը: Նկար 1-ը ցույց է տալիս ՌԴ մասի համամասնությունը բազային կայանի ընդհանուր էլեկտրաէներգիայի սպառմանը:
Գծապատկեր 1. բազային կայանի էլեկտրաէներգիայի սպառման մեջ ավելացնելով տարբեր ռադիոհաճախականության արտադրանքի համապատասխան մասերը, վերջնական արդյունքը բավականին մեծ կլինի:
Բարեբախտաբար, ՌԴ արդյունավետությունը բարելավելու տարիներ շարունակ շարունակական ջանքերից հետո այդ պայմաններն աստիճանաբար փոխվում են: Այս առաջադրանքներից մի քանիսը սարքի մակարդակի վրա են, իսկ մյուսներն օգտագործում են որոշ նորարարական տեխնոլոգիաներ, ինչպիսիք են ծրարի հետևումը, թվային նախադաշտողականության / գագաթնակետի գործոնի նվազեցման սխեմաները և ուժեղացուցիչների օգտագործումը, որոնք ավելի առաջադեմ են, քան ընդհանուր դասի AB մակարդակները:
Ուժեղացուցիչի նախագծման հիմնական փոփոխությունը Doherty ճարտարապետությունն է, որը 5 տարվա ընթացքում բազային կայանի ուժեղացուցիչների համար դարձել է ստանդարտ: Քանի որ 1936 թ.-ին Բելի լաբորատորիաների բժիշկ Դոհերտին (որը այնուհետև մտավ Westinghouse Electric) հորինեց այս ճարտարապետությունը, այն հիմնականում լռում էր և օգտագործվել էր միայն մի քանի ծրագրերում:
Դոհերտիի հետազոտությունը ստեղծել է ուժեղացուցիչի նոր կառուցվածք, որը կարող է ապահովել էներգիայի ավելացման չափազանց բարձր արդյունավետություն, երբ մուտքային ազդանշանն ունի բարձր բարձրություն միջինից բարձր (PAR): Իրականում, եթե պատշաճ կերպով նախագծված է, Doherty ուժեղացուցիչների արդյունավետությունը կարող է ավելացվել 11% -ով և 14% -ով `համեմատած ստանդարտ զուգահեռ դասի AB ուժեղացուցիչների հետ:
Իհարկե, 1936 թվականից հետո երկար տարիներ ազդանշանների միայն մի քանի տեսակներ ունեն այդ բնութագրերը, ինչպիսիք են AM և FM, որոնք կապի համակարգերում օգտագործում են մոդուլացման սխեմաներ: Ներկայումս գրեթե յուրաքանչյուր անլար համակարգ առաջացնում է բարձր PAR ազդանշաններ ՝ WCDMA- ից CDMA2000, մինչև ցանկացած համակարգ, որն օգտագործում է օրթոգոնալ հաճախականությունների բաժանման բազմապատկում (OFDM), ինչպիսիք են WiMAX, LTE և վերջերս ՝ Wi-Fi:
Նկար 2. Doherty տիպիկ ուժեղացուցիչ
Դոհերտիի դասական ուժեղացուցիչը (Նկար 2), որը կարող է դասակարգվել որպես բեռի մոդուլացման ճարտարապետություն, իրականում բաղկացած է երկու ուժեղացուցիչից. Կրիչի ուժեղացուցիչ, որը կողմնակալ է գործելու համար AB կարգի ռեժիմում, և պիկ ուժեղացուցիչ ՝ կողմնակալ C դասի ռեժիմում: Էլեկտրաէներգիայի բաժանարարը մուտքային ազդանշանը հավասարապես բաժանում է յուրաքանչյուր ուժեղացուցիչի `90 ° փուլային տարբերությամբ: Ամրապնդումից հետո ազդանշանը վերստին սինթեզվում է հոսանքի միացման միջոցով: Երկու ուժեղացուցիչները գործում են միաժամանակ, երբ մուտքային ազդանշանն իր գագաթնակետին է, և յուրաքանչյուրն իրեն պահում է որպես բեռի դիմադրություն `ելքային հզորությունն առավելագույնի հասցնելու համար:
Այնուամենայնիվ, մուտքային ազդանշանի հոսանքի իջնելուն պես, C դասի պիկ ուժեղացուցիչն անջատված է, և միայն Class AB կրիչի ուժեղացուցիչը դեռ աշխատում է: Էլեկտրաէներգիայի ցածր մակարդակներում, Class AB կրիչի ուժեղացուցիչը վարվում է որպես մոդուլացված բեռի դիմադրություն `արդյունավետությունը և շահույթը բարելավելու համար: Heարտարապետության նոր կենսունակությամբ Դոհերտիի ուժեղացուցիչի դիզայնը զգալի առաջընթաց է գրանցել արագ կրկնությունների մեջ և մեծ հաջողությունների է հասել:
Իհարկե, ոչ մի ճարտարապետ կատարյալ չէ: Doherty ուժեղացուցիչի գծայինությունն ու ելքային հզորությունը մի փոքր ավելի վատ են, քան երկակի կարգի AB ուժեղացուցիչը: Սա մեզ բերում է մեկ այլ կարևոր շղթայի, որն այսօրվա հաղորդակցման միջավայրում դարձել է անփոխարինելի ընտրություն. Անալոգային և թվային գծայնացման տեխնոլոգիա: Այս տեխնոլոգիայի առավել լայնորեն օգտագործվողը թվային նախադաշտողականությունն է (DPD), որը երբեմն զուգորդվում է գագաթնակետային գործոնի նվազեցմամբ (CFR): Եվ DPD- ն, և CFR- ն կարող են մեծապես նվազեցնել Doherty- ի աղավաղումը, և սարքի և ուժեղացուցիչի մանրակրկիտ դիզայնը կարող է նվազագույնի հասցնել գծային կորուստը: Այնուամենայնիվ, դրանք խստորեն սահմանված չեն Doherty ուժեղացուցիչներում օգտագործման համար, և դրանց ազդեցությունը բավականին ակնհայտ է, երբ օգտագործվում են ուժեղացուցիչի այլ կառուցվածքներում:
1. Բարելավել գծայինությունը
Digitalամանակակից թվային մոդուլյացիայի տեխնոլոգիան պահանջում է, որ ուժեղացուցիչի գծայնությունը բավականաչափ բարձր լինի, հակառակ դեպքում միջմոդուլյացիայի աղավաղում տեղի կունենա, և ազդանշանի որակը կնվազի: Unfortunatelyավոք, երբ ուժեղացուցիչները կատարում են իրենց լավագույնը, նրանք բոլորը մոտ են իրենց հագեցվածության մակարդակներին: Հետագայում դրանք դառնում են ոչ գծային, ՌԴ էներգիայի արտանետումն ընկնում է մուտքային էներգիայի ավելացման հետ, և սկսում են զգալի աղավաղումներ առաջանալ: Այս աղավաղումը կարող է առաջացնել խաչբառ հարակից ալիքների կամ ծառայությունների միջև: Արդյունքում, դիզայներները սովորաբար հետ են մղում ՌԴ ելքային հոսանքը դեպի «անվտանգ գոտի» `գծայինություն ապահովելու համար: Երբ նրանք դա անում են, անհրաժեշտ է մի քանի RF տրանզիստոր `տվյալ ՌԴ ելքային հզորությանը հասնելու համար, ինչը կբարձրացնի ընթացիկ սպառումն ու կհանգեցնի մարտկոցի ավելի կարճ տևողության կամ ավելի բարձր աշխատանքային ծախսերի բազային կայաններում:
DPD- ն արդյունավետորեն ներմուծում է «հակախեղաթյուրում» ուժեղացուցիչի մուտքի մոտ `վերացնելով ուժեղացուցիչի ոչ գծայնությունը: Արդյունքում, ուժեղացուցիչն անհրաժեշտ չէ հետ ընկնել օպտիմալ աշխատանքային կետին, և այդպիսով այլևս չեն պահանջվում ՌԴ էներգիայի սարքեր: Երբ ուժեղացուցիչներն ավելի արդյունավետ են դառնում, օգուտները նվազեցնում են հովացման ծախսերը և էներգիայի բոլոր կարևոր սպառումը: Երբ CFR- ն աշխատում է, աղավաղումը շարունակաբար ստուգվում է `նվազեցնելով մուտքային ազդանշանի գագաթնակետից միջին հարաբերակցությունը: Այս մեթոդը նվազեցնում է ազդանշանի գագաթնակետային արժեքը, որպեսզի ազդանշանը ուժեղացուցիչի միջով անցնելիս չպատճառի կտրում կամ աղավաղում: Երբ DPD- ն և CFR- ն օգտագործվում են միասին, ավելի մեծ օգուտ կարող է լինել:
2. Արտաֆազ հոսանքի ուժեղացուցիչի մեթոդը
Մեկ այլ տեխնոլոգիա `արտոնագրված տեխնոլոգիա է, որը հորինել և վարել է Անրի Չեյրայսը մոտ 80 տարի առաջ: Այն սովորաբար կոչվում է «outphasing» (outfhasing power ուժեղացուցիչ, բեռի մոդուլացման տեխնոլոգիայի ընտանիքի անդամ): Ներկայումս այն օգտագործվում է Fujitsu- ի, NXP- ի և այլնի կողմից `ուժեղացուցիչի արդյունավետությունը բարելավելու համար: Այն համատեղում է երկու ոչ գծային ՌԴ հզորության ուժեղացուցիչներ, որոնք առաջնորդվում են տարբեր փուլերի ազդանշաններով: Քանի որ փուլը վերահսկվում է, երբ ելքային ազդանշանը զուգակցվում է, B կարգի ՌԴ հզորության ուժեղացուցիչների օգտագործումը կարող է հասնել արդյունավետության բարձրացման: Դիզայնի զգույշ տեխնիկան, հատկապես համապատասխան ռեակտանտի ընտրությունը, կարող են համակարգը օպտիմալացնել որոշակի ելքային ամպլիտուդային, ինչը կբերի երկու անգամ արդյունավետության բարձրացման (գոնե տեսականորեն):
Fujitsu- ն անցյալ տարի հայտարարեց, որ որդեգրել է որոշակի ուժային ուժեղացուցիչի արտամղման մեթոդը `ինտեգրվելով կոմպակտ, ցածր կորուստներով հոսանքի միացման միացման և DSP- ի վրա հիմնված փուլային սխալի ուղղման փոխհատուցման շղթայի հետ, որը փոխանցման ժամանակի 65% -ն է ընդհանուր առկա ուժեղացուցիչներ: , Ուժեղացուցիչի փոխանցման ժամանակը կարող է գերազանցել 95% -ը: Դիզայնը փորձարկելու համար այս էներգիայի ուժեղացուցիչի գագաթնակետային հզորությունը կարող է հասնել 100 վտ: միջին էլեկտրական արդյունավետությունը 50% -ից հասցվում է 70% -ի:
Մուտքային ազդանշանը բաժանված է երկու ազդանշանի ՝ անընդհատ ամպլիտուդի և փուլային փոփոխություններով: Ամպլիտուդը սահմանվում է ըստ ՌԴ էլեկտրական սարքի, և հոսանքի միացման շղթան վերականգնում է աղբյուրի ազդանշանի ալիքի ձևը: Նախկինում, երբ աղբյուրի ազդանշանը վերակառուցվում էր, փուլային տարբերությունը որոշելու համար անհրաժեշտ էր կապակցման ճշգրտության կորուստ, ինչը կանխում էր այս տեխնոլոգիայի առևտրայնացումը: Fujitsu- ի կողմից օգտագործվող կցորդիչն ունի ավելի կարճ ազդանշանային ուղի, որը նվազեցնում է կորուստը և մեծացնում թողունակությունը:
3. NXP- ի խոստումնալից զարգացում
Outfhasing մեխանիզմի տարբերակն առանց բեռի մոդուլացման էֆեկտի կոչվում է Ոչ գծային հայեցակարգի Linear Amplifier (LINC), որն օգտագործում է առանձին կցորդիչ և ուժեղացուցիչի փուլ `հագեցվածությանը հասցնելու համար և կարող է արդյունավետորեն բարելավել գծայինությունն ու գագաթնակետային արդյունավետությունը: Այնուամենայնիվ, LINC ուժեղացուցիչների արդյունավետությունը համեմատաբար ցածր է, քանի որ յուրաքանչյուր ուժեղացուցիչ գործում է կայուն ուժով, նույնիսկ ցածր RF ելքային մակարդակներում: Chireix- ը շտկեց դա `համատեղելով արտաֆազացումը ոչ տարանջատված կցորդիչի և բեռի մոդուլյացիայի հետ` միջին արդյունավետությունը բարձրացնելու համար: NXP կիսահաղորդիչները կատարելագործել են հետագա կատարելագործումը ՝ օգտագործելով ֆֆազինգ ՝ անջատիչ ռեժիմով երկու RF ուժեղացուցիչների կառավարման համար, որպեսզի դրանք հարմարեցվեն բարձր գագաթային գործոնի ազդանշաններին: Ընկերությունը համատեղում է Chireixoutphasing տեխնոլոգիան GaN HEMT անջատիչ E կարգի ուժեղացուցիչների հետ (Նկար 3):
Գծապատկեր 3. Պարզեցված Chireix- ը ֆազի հոսանքի ուժեղացուցիչի բլոկային դիագրամ
Վարորդի նոր տեխնոլոգիան, որը մշակվել և արտոնագրվել է NXP- ի կողմից, ուժեղացուցիչին հնարավորություն է տալիս հասնել բարձր արդյունավետության մոտ 25% թողունակության վրա `վերահսկելով ֆազային կապը: Սա հանգեցրել է նոր ճարտարապետության, որը միավորում է E դասի ուժեղացուցիչներն ու բեռնվածության մոդուլացումը `հագեցվածությունից դուրս գալու դեպքում ուժեղացուցիչների բարձր արդյունավետությունը պահպանելու համար, ինչը նրանց թույլ է տալիս հարմարվել տարբեր բարդ ալիքաձևերին: NXP- ն տրամադրեց GaN սարքերի վրա հիմնված E- կարգի RF հզորության ուժեղացուցիչի ձևավորում և կցեց Chireix- ի հետ կապված տեխնիկական տեղեկատվությունը:
4. velրարի հետևում
Մեկ այլ հիմնական տեխնոլոգիա, որին ուշադրություն են դարձնում ուժեղացուցիչների դիզայներները, ծրարի հետևությունն է: Այս տեխնոլոգիայում էլեկտրաէներգիայի ուժեղացուցիչի նկատմամբ կիրառվող լարումը շարունակաբար ճշգրտվում է `ապահովելու համար, որ այն աշխատում է գագաթնակետային շրջանում` էներգիան առավելագույնի հասցնելու համար: Համեմատած DC-DC փոխարկիչի կողմից տրված էլեկտրական ուժեղացուցիչի դիզայնով տրամադրված ֆիքսված լարման հետ, ծրարի հետևող էլեկտրասնուցումը մոդուլացնում է ուժեղացուցիչին միացված էլեկտրասնուցումը բարձր թողունակությամբ, ցածր աղմուկի ալիքի ձևով, որը համաժամացված է ակնթարթային ծրարի հետ: ազդանշան
Mրարների հետևման տեխնոլոգիայի օգտագործումը CMOS RF էլեկտրական սարքերում զգալի գրավչություն ունի: Nujira- ն երկար տարիներ զարգացնում է այս տեխնոլոգիան: Նրանք ցույց տվեցին, որ այս տեխնոլոգիան կարող է հաղթահարել CMOS ՌԴ ուժեղացուցիչի կիրառման ծրագրերում ոչ գծայնության հետևանքով առաջացած թերությունները: CMOS էներգիայի ուժեղացուցիչները քննադատվել են որպես վատ ընտրություն ներկայիս բարձր PAR մոդուլյացիայի տեխնոլոգիայի համար `իրենց բնորոշ աղքատ գծայնության պատճառով, որը պահանջում է հետ ընկնել` աղավաղումը նվազեցնելու համար: Երբ CMOS ուժեղացուցիչները գործում են ավելի բարձր RF հզորության մակարդակներում, տեղի է ունենալու կտրում և աղավաղում:
Այնուամենայնիվ, Nujira- ն համատեղում է իր արտոնագրված ISOGAIN գծայինացման տեխնոլոգիան `իր սեփական ծրարի հետևման տեխնոլոգիայում` գծայինության խնդիրները վերացնելու համար `առանց DPD օգտագործելու: Այս տեխնոլոգիան օգտագործող սարքավորումները հասել են բարձր արդյունավետության նպատակին և այլ ասպեկտներով հասել են նույն արդյունքի, ինչ GaA- ն: CMOS ուժեղացուցիչների վերաբերյալ բոլոր հետազոտությունների հսկայական առավելությունն այն է, որ CMOS սարքերը ամենուր են ամբողջ էլեկտրոնիկայի արդյունաբերությունում, աջակցվում են բազմաթիվ ձուլարաններից, ուստի դրանք համեմատաբար էժան են: Քանի որ այն հիմնված է սիլիցիումի վրա, հնարավոր է նաև ուղղակիորեն ինտեգրել կառավարման և կողմնակալության շղթաները էներգիայի ուժեղացուցիչի չիպի վրա:
5. Այլ բոլորովին այլ մեթոդներ
Մեկ այլ ուժեղացուցիչի տեխնոլոգիայի օգտին հանդես եկավ Eta Devices ընկերությունը, որը դուրս է եկել Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտից, և այն հիմնադրել են էլեկտրատեխնիկայի երկու պրոֆեսորներ elոել Դաուսոնը և Դեյվիդ Պերոն և Ericsson- ի և Huawei- ի նախկին ուժեղացուցիչների հետազոտողը: Դրա ասիմետրիկ բազմամակարդակ արտաքին մակարդման (AMO) տեխնոլոգիան մշակվել է MIT- ի կողմից, որը համատեղ ներդրվել է ADI- ի համահիմնադիր Ռեյ Ստատայի և նրա վենչուրային կապիտալի Stata Venture Partners ընկերության կողմից:
Ընկերության հիմնական թիրախը զարգացող շուկաներն են, ներառյալ 640,000 դիզելային գեներատոր էլեկտրակայանները, որոնք տարեկան 15 միլիարդ դոլար արժեն վառելիքի տեսքով, որին հաջորդում է սմարթֆոնների շուկան: Այս տարվա փետրվարին Eta Devices- ը ցուցադրեց իր Eta5 սարքավորումները Իսպանիայի Բարսելոնա քաղաքում գտնվող Բջջային հաղորդակցությունների համաշխարհային կոնգրեսի Advanced LTE բաժնում: Սարքավորման փոխանցման ալիքը գերազանցում է 80-ՄՀց-ը:
Eta Devices- ը համարձակորեն հայտարարեց, որ իր ETAd Advanced (Advanced Envelope Tracking) տեխնոլոգիան ակնկալվում է 50% -ով իջեցնել բազային կայանի էներգիայի ծախսերը: Այն նաև պնդում է, որ այն կարող է կրկնապատկել սմարթֆոնների մարտկոցի երկարությունը: Նախադրյալն այն է, որ ուժեղացուցիչի ՌԴ էլեկտրաէներգիայի տրանզիստորը միաժամանակ սպառում է էլեկտրաէներգիայի սպառումը սպասման ռեժիմում և փոխանցման ռեժիմում, և արդյունավետությունը բարելավելու միակ միջոցը սպասման հզորությունը հնարավորինս ցածր մակարդակի իջեցնելն է:
Powerածր էներգիայի սպառման սպասման ռեժիմի և բարձր էներգիայի արտադրության միջև անցումը խեղաթյուրման պատճառ կդառնա: Գոյություն ունեցող համակարգերը պետք է պահպանեն սպասման բարձր էներգիայի մակարդակը `այս պայմանը շարունակաբար հայտնաբերելու համար` բարձր էներգիայի սպառման գնով: Eta Devices- ի մոտեցումն է ընտրել այն լարումը, որը տրանզիստորի վրա սպառում է ամենացածր էներգիայի սպառումը `վայրկյանում մինչև 20 միլիոն անգամ նմուշառմամբ:
Մեկ այլ խնդիր է այն, որ ընկերությունը բացատրեց, որ LTE Advanced և 100 ՄՀց թողունակության պահանջները մեծ պահանջարկ կստեղծեն ՌԴ էներգիայի ուժեղացուցիչների համար: Միայն ծրարի հետևելը չի կարող հարմարվել այս իրավիճակին, քանի որ այն չի կարող աջակցել 40 ՄՀց-ից ավելի լայն ալիքներ: Ընկերության կարծիքով, ETAd Advanced- ն աջակցում է ալիքներին մինչև 160 ՄՀց, այնպես որ այն կարող է հանդիպել ինչպես LTE-Advanced, այնպես էլ 802.11ac Wi-Fi: Բազային կայանները, որոնք օգտագործում են դրա տեխնոլոգիան, կարող են շատ փոքր լինել, և ընկերությունը պնդում է, որ մշակել է առաջին LTE հաղորդիչը ՝ 70% -ից բարձր միջին արդյունավետությամբ:
6. Ամփոփում
Եթե ամբողջությամբ նկարագրեք ՌԴ էներգիայի արդյունավետության բարձրացման ուղղությամբ կատարված ընթացիկ աշխատանքը, կարող եք գրել մեծ գիրք: Այս բովանդակությունը չի սահմանափակվում սույն հոդվածում քննարկված շրջանակով, այլ նաև ներառում է տարբեր տեսակի ուժեղացուցիչների և օժանդակ տեխնոլոգիաների օգտագործումը: Այս տեխնոլոգիաների համադրությունը կարող է նշանակալից արդյունքներ տալ: Որքան էլ առաջընթաց գրանցվի, հաստատ է, որ քանի դեռ տվյալների բարձր տեմպերի պահանջարկը դեռ առկա է, ավելի բարձր արդյունավետության որոնումը կշարունակվի:
Մեր մյուս արտադրանքը:
