Was ist RF-Verstärker?
RF in RF-Verstärker ist eine Abkürzung für “Radio Frequency” (Hochfrequenz), d. h. für die hohen Frequenzen, die in der mobilen drahtlosen Kommunikation, z. B. in Radios und Smartphones, verwendet werden, so dass sich ein RF-Verstärker auf einen Hochfrequenz-Leistungsverstärker bezieht.
Bei allgemeinen Verstärkern wird die Eingangsspannung oder der Eingangsstrom verstärkt und ausgegeben, aber bei RF-Verstärkern wird anstelle dieser Funktion eine Gleichstromvorspannung verwendet, um das Hochfrequenz-Leistungssignal um die Verstärkung im Verhältnis zur Eingangsleistung zu verstärken. Dies bedeutet, dass die Gleichstromvorspannung zur Verstärkung der Hochfrequenzleistung mit relativ hohem Wirkungsgrad ohne Leistungsverlust verwendet werden kann.
Zu beachten ist auch, dass die elektrischen Eigenschaften von RF-Verstärkern, d. h. die Art des Verstärkers, unterschiedlich sind, je nachdem, ob sie in Empfangs- oder Sendeschaltungen eingesetzt werden. RF-Verstärker zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, Gleichstrom zu verstärken und in Hochfrequenzleistung umzuwandeln, ohne dabei Gleichstrom zu verlieren, und gelten als hoch effiziente RF-Verstärker. Sie gelten als hocheffiziente HF-Verstärker. Die Typen unterscheiden sich je nachdem, ob sie in Empfangs- oder Sendeschaltungen eingesetzt werden.
Verwendungszwecke von RF-Verstärkern
Hochfrequenzschaltungen für die Kommunikation werden in Empfangs- und Sendeblöcke unterteilt, und der Typ des RF-Verstärkers hängt im Allgemeinen davon ab, ob er für den Empfang oder das Senden verwendet wird.
RF-Verstärker, die auf der Sendeseite eingesetzt werden, werden Leistungsverstärker (PA) genannt, die eine hohe Verstärkung benötigen. Wegen der großen zu verarbeitenden Leistung ist ein niedriger Stromverbrauch, d. h. eine hohe Verstärkereffizienz, wichtig, um die Zuverlässigkeit durch Unterdrückung der Wärmeentwicklung und des Batterieverbrauchs zu gewährleisten. Je nach Anwendung muss auch der Verstärker selbst eine ausreichende Linearität aufweisen, um eine Verzerrung des Signals zu vermeiden.
RF-Verstärker, die für den Empfang eingesetzt werden, werden dagegen als rauscharme Verstärker (LNA) bezeichnet. Sie zeichnen sich durch ein geringes Rauschen (NF) aus, das vom Verstärker selbst erzeugt wird, um zu verhindern, dass das Signal im Rauschen untergeht, und um die Empfangsempfindlichkeit während der Kommunikation zu erhöhen und die Kommunikationsqualität zu erhalten.
Das Prinzip der RF-Verstärker
Als Halbleiterelemente für RF-Verstärker werden Si-basierte MOSFETs, SiGe- und andere bipolare Transistoren sowie HBTs und HEMTs mit Verbindungshalbleitern wie GaAs und GaN-Kristallen verwendet. Es ist wichtig, das optimale Halbleiterelement nach der maximalen Ausgangsleistung, der Verstärkung, dem Wirkungsgrad, der Linearität, der Rauschzahl usw. auszuwählen.
Je nach HF-Frequenz ist der Frequenzgang, die so genannte Grenzfrequenz (fT), möglicherweise nicht ausreichend, um eine ausreichende Verstärkung zu erzielen. Der aus der Struktur des Halbleiterbauelements ermittelte eigenständige Frequenzgang ist daher ein sehr wichtiger Faktor bei der Konstruktion eines RF-Verstärkers.
Die Verstärkereigenschaften werden durch Anlegen der gewünschten Gleichstromvorspannung an das Verstärkerbauelement und durch Optimierung der Eingangs- und Ausgangslastleitungen des Verstärkers bestimmt. Neben der Impedanzeinstellung der Grundfrequenz ist auch die Einstellung der Oberwellenimpedanz wichtig, und zusammen mit der Vorspannung können verschiedene Betriebsklassen (Klasse A, Klasse C, Klasse F usw.) eingestellt werden.
Weitere Informationen über RF-Verstärker
RF-Verstärker-Eigenschaften
Zu den Eigenschaften von RF-Verstärkern gehören 1-dB-Kompression, Verstärkung und Rauschzahl. In den Verstärkungs- und Leistungskurven wird die 1-dB-Kompression als Maß für die maximale Ausgangsleistung verwendet, bei der 1 dB der Verstärkung aufgrund des gesättigten Betriebs des Verstärkers unterdrückt wird.
Da auf der Sendeseite eine große Ausgangsleistung benötigt wird, ist es üblich, einen Verstärker mit einem großen 1-dB-Kompressionsbereich zu wählen und ihn bis zur oberen Grenze zu verwenden.RF-Verstärker können ihren Frequenzgang durch ihre Verstärkung ausdrücken, die das Leistungsverhältnis zwischen Eingang und Ausgang ist, und das Kriterium für die Leistung ist, dass die Frequenz innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt Verstärkung.
Eine höhere Verstärkung ist wünschenswert, muss aber mit Vorsicht genossen werden, da sie einen Kompromiss zwischen Leistungsaufnahme und Rauschen darstellt. Die Rauschzahl drückt aus, wie stark sich das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtert. Bei der Auswahl eines RF-Verstärkers für die Empfangsseite sollte eine kleine Rauschzahl gewählt werden.