مضخم طاقة الترددات اللاسلكية

مضخم طاقة الترددات الراديوية ( مضخم طاقة الترددات الراديوية ) هو نوع من المضخمات الإلكترونية التي تحول إشارة الترددات الراديوية (RF) منخفضة الطاقة إلى إشارة ذات طاقة أعلى. ^{[ 1 ]} عادةً ما تُستخدم مضخمات طاقة الترددات الراديوية في المرحلة النهائية من جهاز الإرسال اللاسلكي ، حيث يقوم خرجها بتشغيل الهوائي . تشمل أهداف التصميم عادةً الكسب ، وخرج الطاقة، وعرض النطاق الترددي، وكفاءة الطاقة، والخطية (انخفاض ضغط الإشارة عند الخرج المقنن)، ومطابقة معاوقة الدخل والخرج، وتبديد الحرارة.

يُصنَّف تشغيل دوائر مُضخِّمات الترددات الراديوية بناءً على نسبة دورة الإشارة الراديوية الجيبية التي يمر بها التيار في المُضخِّم (ترانزستور أو صمام مفرغ). تُعتبر الفئات A و AB و B فئات مُضخِّمات خطية، حيث يُستخدم الجهاز النشط كمصدر تيار مُتحكَّم به، بينما تُعتبر الفئة C فئة غير خطية، حيث يُستخدم الجهاز النشط كمفتاح. ويُحدِّد الانحياز عند مدخل الجهاز النشط فئة المُضخِّم.

يُعدّ التوازن بين الكفاءة والخطية أحد التحديات الشائعة في تصميم مضخمات الطاقة. تزداد كفاءة الفئات المذكورة سابقًا، لكن تقل خطيتها، بالترتيب المذكور. يؤدي تشغيل الجهاز النشط كمفتاح إلى كفاءة أعلى، تصل نظريًا إلى 100%، لكن خطية أقل. ^{[ 2 ]} من بين فئات وضع التبديل: ^الفئة D ، والفئة E ، والفئة F. ^{[ 3} ] لا يُستخدم مضخم الفئة D كثيرًا في تطبيقات الترددات الراديوية لأن سرعة التبديل المحدودة للأجهزة النشطة واحتمالية تخزين الشحنة في حالة التشبع قد تؤدي إلى قيمة كبيرة لحاصل ضرب التيار والجهد، ^{[ 2 ]} مما يُقلل الكفاءة.

تستخدم مضخمات طاقة الترددات الراديوية الحديثة أجهزة الحالة الصلبة ، وخاصة ترانزستورات MOSFET (ترانزستورات تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة). ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} يعود تاريخ أقدم مضخمات الترددات الراديوية القائمة على ترانزستورات MOSFET إلى منتصف ستينيات القرن العشرين. ^{[ 7 ]} كما شاع استخدام ترانزستورات الوصلة ثنائية القطب في الماضي، إلى أن حلت محلها ترانزستورات MOSFET للطاقة ، وخاصة ترانزستورات LDMOS ، كتقنية قياسية لمضخمات طاقة الترددات الراديوية بحلول تسعينيات القرن العشرين. ^{[ 4 ] [ 6 ]} ولا تزال ترانزستورات الوصلة ثنائية القطب شائعة الاستخدام في مضخمات الطاقة عالية التردد. وبشكل عام، تتكون مضخمات طاقة الحالة الصلبة (SSPA) من أربعة مكونات رئيسية: المدخل، والمخرج، ومرحلة التضخيم، ومصدر الطاقة. ^{[ 8 ]}

حلت ترانزستورات MOSFET وغيرها من الأجهزة الإلكترونية الحديثة محل الصمامات المفرغة في معظم الأجهزة الإلكترونية، إلا أن الصمامات لا تزال تُستخدم في بعض أجهزة الإرسال عالية الطاقة (انظر مضخم الترددات الراديوية بالصمامات ). ورغم متانة الترانزستورات ميكانيكيًا، إلا أنها حساسة كهربائيًا ، إذ تتلف بسهولة بفعل الجهد أو التيار الزائد. أما الصمامات، فهي حساسة ميكانيكيًا لكنها متينة كهربائيًا ، إذ يمكنها تحمل أحمال كهربائية زائدة عالية جدًا دون أن تتضرر بشكل ملحوظ.  

تشمل التطبيقات الأساسية لمضخم طاقة الترددات الراديوية توصيل مصدر طاقة عالي آخر، وتشغيل هوائي إرسال ، وتحفيز رنانات تجويف الميكروويف . ومن بين هذه التطبيقات، يُعد تشغيل هوائيات الإرسال الأكثر شهرة. تُستخدم أجهزة الإرسال والاستقبال ليس فقط للاتصالات الصوتية والبيانات، بل أيضًا لاستشعار الأحوال الجوية (على شكل رادار ). ^{[ 9 ]}

تُعدّ مضخمات طاقة الترددات الراديوية التي تستخدم ترانزستورات LDMOS ( موسفتات الانتشار الجانبي ) أكثر أجهزة أشباه الموصلات استخدامًا في شبكات الاتصالات اللاسلكية ، وخاصةً شبكات الهاتف المحمول . ^{[ 4 ] [ 10 ] [ 6 ]} وتُستخدم مضخمات طاقة الترددات الراديوية القائمة على LDMOS على نطاق واسع في شبكات الهاتف المحمول الرقمية مثل الجيل الثاني (2G) والجيل الثالث (3G) [ ^{4 ] [ 6 ] والجيل} الرابع (4G) ^{[ 10 ]} ، كما أن نسبة التكلفة إلى الأداء الجيدة تجعلها الخيار المفضل لهواة الراديو . ^{[ 11 ]}

يصعب تحقيق تحويلات المعاوقة عبر نطاق ترددي واسع، لذا تُصمم معظم مضخمات النطاق العريض تقليديًا لتغذية حمل خرج 50 أوم. وبالتالي، تُحدَّد طاقة خرج الترانزستور إلى 

${\displaystyle P_{\text{out}}\leq {\frac {(V_{\text{br}}-V_{\text{k}})^{2}}{8Z_{\text{o}}}},}$

أين

${\displaystyle V_{\text{br}}}$يُعرَّف بأنه جهد الانهيار ،

${\displaystyle V_{\text{k}}}$يُعرَّف بأنه جهد الركبة،

${\displaystyle Z_{\text{o}}}$يتم اختيارها بحيث يمكن تلبية القدرة المقدرة.

الحمل الخارجي، بحسب الاصطلاح، هو${\displaystyle Z_{\text{L}}=50~\Omega .}$لذلك، لا بد من وجود نوع من مطابقة المعاوقة التي تتحول من${\displaystyle Z_{\text{o}}}$ل${\displaystyle Z_{\text{L}}=50~\Omega .}$

تُستخدم طريقة خط الحمل غالبًا في تصميم مضخمات طاقة الترددات الراديوية. ^{[ 12 ]}

• مضخم FET
• إلكترونيات الطاقة

• فوينتيس، كارلوس (أكتوبر 2008). أساسيات مضخمات طاقة الميكروويف (ملف PDF) (تقرير). برن، سويسرا: المركز الأوروبي للأبحاث النووية . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 3 مارس 2013. تم الاطلاع عليه في 5 مارس 2013 .

• خانيفار، أحمد (1 ديسمبر 2014). "إرشادات تصميم مضخمات طاقة الترددات اللاسلكية واسعة النطاق / تصميم مضخمات طاقة الترددات اللاسلكية للتشويه الرقمي المسبق" . linamptech.com . الدعم الفني. لاجونا هيلز، كاليفورنيا: شركة لينامب تكنولوجيز . تاريخ الاسترجاع: 1 ديسمبر 2014 .