Amplificador de potencia RF

Un amplificador de potencia de radiofrecuencia (amplificador de potencia de RF) es un tipo de amplificador electrónico que convierte una señal de radiofrecuencia (RF) de baja potencia en una señal de mayor potencia. Normalmente, los amplificadores de potencia de RF se utilizan en la etapa final de un transmisor de radio, y su salida activa la antena. Los objetivos de diseño suelen incluir ganancia, potencia de salida, ancho de banda, eficiencia energética, linealidad (baja compresión de señal a la salida nominal), adaptación de impedancia de entrada y salida y disipación de calor.

Los circuitos amplificadores de RF funcionan en diferentes modos, llamados "clases", según la cantidad de corriente que conduce el amplificador (transistor o tubo de vacío) del ciclo de la señal de radio sinusoidal. Algunas clases son la clase A, la clase AB y la clase B, que se consideran las clases de amplificadores lineales en las que el dispositivo activo se utiliza como fuente de corriente controlada, mientras que la clase C es una clase no lineal en la que el dispositivo activo se utiliza como un interruptor. La polarización en la entrada del dispositivo activo determina la clase del amplificador.

Un equilibrio común en el diseño de amplificadores de potencia es el equilibrio entre eficiencia y linealidad. Las clases nombradas anteriormente se vuelven más eficientes, pero menos lineales, en el orden en que se enumeran. El funcionamiento del dispositivo activo como un interruptor da como resultado una mayor eficiencia, teóricamente hasta el 100%, pero una menor linealidad. Entre las clases de modo conmutado se encuentran la clase D, la clase F y la clase E. El amplificador de clase D no se utiliza a menudo en aplicaciones de RF porque la velocidad de conmutación finita de los dispositivos activos y el posible almacenamiento de carga en saturación podrían dar lugar a un gran producto I-V, lo que deteriora la eficiencia.

Los amplificadores de potencia de RF modernos utilizan dispositivos de estado sólido, predominantemente MOSFET (transistores de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico). Los primeros amplificadores de RF basados en MOSFET datan de mediados de la década de 1960. Los transistores de unión bipolar también se usaban comúnmente en el pasado, hasta que fueron reemplazados por MOSFET de potencia, particularmente transistores LDMOS, como la tecnología estándar para amplificadores de potencia de RF en la década de 1990, debido al rendimiento de RF superior de los transistores LDMOS. En términos generales, los amplificadores de potencia de estado sólido contienen cuatro componentes principales: entrada, salida, etapa de amplificación y fuente de alimentación.

Los transistores MOSFET y otros dispositivos de estado sólido modernos han reemplazado a los tubos de vacío en la mayoría de los dispositivos electrónicos, pero los tubos todavía se utilizan en algunos transmisores de alta potencia (consulte Amplificador de RF de válvulas). Aunque son mecánicamente robustos, los transistores son eléctricamente frágiles: se dañan fácilmente por exceso de voltaje o corriente. Los tubos son mecánicamente frágiles pero eléctricamente robustos: pueden soportar sobrecargas eléctricas notablemente altas sin sufrir daños apreciables.

Las aplicaciones básicas del amplificador de potencia de RF incluyen la conexión a otra fuente de alta potencia, el accionamiento de una antena transmisora y la excitación de resonadores de cavidad de microondas. Entre estas aplicaciones, el accionamiento de antenas transmisoras es la más conocida. Los transmisores-receptores se utilizan no solo para la comunicación de voz y datos, sino también para la detección meteorológica (en forma de radar).

Los amplificadores de potencia de RF que utilizan LDMOS (MOSFET de difusión lateral) son los dispositivos semiconductores de potencia más utilizados en redes de telecomunicaciones inalámbricas, en particular redes móviles. Los amplificadores de potencia de RF basados en LDMOS se utilizan ampliamente en redes móviles digitales como 2G, 3G y 4G y la buena relación costo/rendimiento los convierte en la opción preferida para la radioafición.

Las transformaciones de impedancia en un gran ancho de banda son difíciles de realizar, por lo que, convencionalmente, la mayoría de los amplificadores de banda ancha están diseñados para alimentar una carga de salida de 50 Ω. La potencia de salida del transistor se limita entonces a

${\displaystyle P_{\text{out}}\leq {\frac {\f}-V_{\text{k}}}}{2}{8Z_{\text{o}}}}}} {\f}} {\f} {\f}} {\f}} {\f}} {\f}}}}}}}}}}}}}$

donde

${\displaystyle V_{\text{br}}$ se define como el voltaje de descomposición,

${\displaystyle V_{\text{k}}$ se define como el voltaje de la rodilla,

${\displaystyle Z_{\text{o}}$ es elegido para que la potencia nominal se pueda cumplir.

La carga externa es, por convención, ${\displaystyle Omega.$ Por lo tanto, debe haber algún tipo de impedancia que se transforme de ${\displaystyle Z_{\text{o}}$ a ${\displaystyle Omega.$

El método de línea de carga se utiliza a menudo en el diseño de amplificadores de potencia de RF.

• Amplificador FET
• Electrónica de energía

• Fuentes, Carlos (octubre de 2008). Fundamentos de amplificador de potencia de microondas (PDF) (Informe). Bern, Suiza: Centro Europeo de Investigación Nuclear. Retrieved 5 de marzo 2013.

• Khanifar, Ahmad (1 de diciembre de 2014). "Wideband RF Power Amplifier Directrices de diseño / RF Power Amplifier Design for Digital Predistortion". linamptech.com. Apoyo técnico. Laguna Hills, CA: Linamp Technologies, Inc. Retrieved 1 de diciembre 2014.