Definizioni di Guadagno di Potenza

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1 Definizioni di Guadagno di Potenza z S i 1 i 2 v in v 1 Amplificatore v 2 P P out disp P in z L P disp = Potenza disponibile dal generatore P in = Potenza entrante nell amplificatore P out = Potenza sul carico (P out ) disp = Potenza disponibile all uscita dell amplificatore Guadagno di Potenza G p = P out /P in Guadagno Disponibile di Potenza G a = (P out ) disp /P disp Guadagno Trasduttivo di Potenza G p = P out /P disp

2 Amplificatori a microonde V in Z g P disp A P l Z l Funzione Funzione dell amplificatore: Trasferire Trasferire sul sul carico carico una una potenza potenza di di segnale segnale maggiore maggiore di di quella quella che che si si avrebbe avrebbe collegando collegando direttamente direttamente il il generatore generatore al al carico carico Principale parametro di merito dell amplificatore: Guadagno trasduttivo di potenza G T, definito come il rapporto tra la potenza sul carico e quella disponibile dal generatore Altri parametri di merito: dipendono dall applicazione specifica dell amplificatore; possono essere: Condizioni di adattamento in ingresso e uscita (cioé capacitá di non riflettere la potenza in ingresso e in uscita) Livello di rumore aggiunto all uscita Livello di potenza effettivamente trasferita sul carico Distorioni da non linearitá prodotte (P 1dB, IP 3 )

3 Classificazione degli Amplificatori Amplificatori per piccoli segnali Servono ad incrementare il livello del segnale in ingresso senza uscire dall regione di linearitá dei dispositivi attivi. Parametri caratteristici sono tipicamente il Guadagno e I livelli di adattamento in ingresso e uscita Amplificatori a basso rumore Devono amplificare segnali a bassissimo livello; si realizzano in modo da rendere piú piccolo possibile il contributo di rumore aggiunto in uscita dai dispositivi attivi impiegati. Riveste particolare importanza per questi dispositivi la figura di rumore (oltre ai parametri del punto precedente). Amplificatori di potenza Devono incrementare in modo significativo il livello di potenza in uscita; bisogna rappresentare anche gli effetti non lineari prodotti nei dispositivi attivi dall ampiezza finita dei segnali. Parametri specifici per questa classe di amplificatori sono: La Potenza in uscita e il Guadagno a 1 db di compressione, La potenza al punto di intercetta

4 Polarizzazione in classe A Id V GSQ V CC 2I Q V GS I Q V GSQ V out V in 0 V DS 2VQ Vin 0 V Q =V cc V out +V Q Potenza in continua assorbita: I 0. V cc

5 Classi di funzionamento degli Amplificatori RF Classe A: I dispositivi attivi sono polarizzati al centro della zona lineare, consentendo, per tutta l escursione del segnale in ingresso, la sua riproduzione fedele in uscita. In questa modalità operativa si ha la massima linearità, mentre l efficienza è molto bassa (inferiore al 50%). Classe B: I dispositivi attivi sono polarizzati al limite dell interdizione; solo durante l escursione positiva (o negativa) il segnale viene riprodotto fedelmente. Aumenta il rendimento (limite teorico del 78%) ma aumenta anche la distorsione. Si può utilizzare con un dispositivo singolo per segnali ad inviluppo costante (modulazione d angolo) o in configurazioni push pull per segnali ad inviluppo variabile. Classe C: Il dispositivo è polarizzato sotto l interdizione. L efficienza può superare l 80%, a spese di un ulteriore crescita della distorsione. Si utilizza solo con segnali ad inviluppo costante

6 Specifiche sulla banda passante negli amplificatori a microonde Gli amplificatori a microonde trattano segnali modulati, il cui spettro ha in genere una estensione B molto minore della frequenza centrale f 0 (portante). Di conseguenza gli amplificatori a microonde richiedono una banda normalizzata molto piccola (B/f 0 << 1). Il progetto di amplificatori a microonde é quindi generalmente realizzato alla frequenza di centro banda, assumendo che le variazioni con la frequenza dei componenti utilizzati provochino, nella banda passante, variazioni trascurabili di G T e degli altri parametri di interesse. Ció semplifica le procedure di progetto e consente di utilizzare i parametri misurati dei dispositivi attivi (tipicamente i parametri S) invece dei modelli, molto piú critici e imprecisi a frequenze elevate. E comunque indispendabile verificare, mediante simulazioni, che il progetto realizzato soddisfi le specifiche nell effettiva banda di frequenza richiesta; quando ció non si verifica bisogna ricorrere a tecniche numeriche di ottimizzazione del progetto.

7 Schema generale di un trasmettitore (segnale modulato in ampiezza e fase) VQ t Mixer V t cos t t M 0 VF t Mixer Predistorter RF (facoltativo) PA Amplificatore di potenza Sfasatore 90 Oscillatore Locale ( 0 ) Banda Base Banda RF

8 Amplificatore di Potenza Compito: portare il segnale modulato al livello di potenza richiesto per la trasmissione Problematica principale: distorsione da non linearità introdotta (aumenta con il livello di potenza) Potenza in uscita (dbm) Potenza in ingresso (dbm)

9 Effetti della distorsione non lineare Spettro in Ingresso AC (l) Spettri Uscita MC AC (u) Frequency (GHz) Frequency (GHz) ingresso uscita 1. Deformazione dello spettro del segnale (modifica la forma, peggiora S/N) 2. Generazione di spurie a frequenze fuori dalla banda del segnale (disturbi su canali adiacenti)

10 Correzione della distorsione non lineare La distorsione non lineare può essere fortemente ridotta modificando opportunamente il segnale di ingresso al PA (pre-distorsione). Si cerca di far sì che la distorsione del segnale predistorto riproduca il segnale originale. La pre-distorsione può essere realizzata sia sul segnale in banda base, che sul segnale RF (più efficace nel primo caso). + = Predistorter Power Amplifier Antenna