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Un amplificateur de puissance radiofréquence (amplificateur de puissance RF) est un type d'amplificateur électronique qui convertit un signal radiofréquence de faible puissance en un signal de puissance plus élevée. En règle générale, les amplificateurs de puissance RF pilotent l'antenne d'un émetteur. Les objectifs de conception incluent souvent le gain, la puissance de sortie, la bande passante, l'efficacité énergétique, la linéarité (faible compression du signal à la sortie nominale), l'adaptation d'impédance d'entrée et de sortie et la dissipation thermique.

Classes d'amplificateurs

De nombreux amplificateurs RF modernes fonctionnent dans différents modes, appelés « classes », pour aider à atteindre différents objectifs de conception. Certaines classes sont la classe A, la classe AB, la classe B, la classe C, qui sont considérées comme les classes d'amplificateurs linéaires. Dans ces classes, l'appareil actif est utilisé comme source de courant contrôlée. La polarisation à l'entrée détermine la classe de l'amplificateur. Un compromis commun dans la conception des amplificateurs de puissance est entre efficacité et linéarité. Les classes précédemment nommées deviennent plus efficaces, mais moins linéaires, dans l'ordre dans lequel elles sont répertoriées. Le fonctionnement de l'appareil actif en tant que commutateur se traduit par une efficacité supérieure, théoriquement jusqu'à 100 %, mais une linéarité plus faible^[1]. Parmi les classes de mode de commutation figurent la classe D, la classe F et la classe E. ^[2] L'amplificateur de classe D n'est pas souvent utilisé dans les applications RF car la vitesse de commutation finie des dispositifs actifs et le stockage de charge possible en saturation pourraient conduire à une détérioration de l'efficacité.

Amplificateurs à semi-conducteurs ou à tubes à vide

Les amplificateurs de puissance RF modernes utilisent des dispositifs à semi-conducteurs, principalement des MOSFET (transistors à effet de champ métal-oxyde-semi-conducteur)^[3]^,^[4]^,^[5]. Les premiers amplificateurs RF basés sur MOSFET remontent au milieu des années 1960^[6]. Les transistors à jonction bipolaire étaient également couramment utilisés dans le passé, jusqu'à ce qu'ils soient remplacés par des MOSFET de puissance, en particulier des transistors LDMOS, comme technologie standard pour les amplificateurs de puissance RF dans les années 1990, en raison des performances RF supérieures des transistors LDMOS.

Les transistors MOSFET et autres dispositifs à semi-conducteurs modernes ont remplacé les tubes à vide dans la plupart des appareils électroniques, mais les tubes sont toujours utilisés dans certains émetteurs haute puissance (voir Amplificateur de Valve RF ). Bien que mécaniquement robustes, les transistors sont électriquement fragiles – ils sont facilement endommagés par une tension ou un courant excessif. Les tubes sont mécaniquement fragiles mais électriquement robustes – ils peuvent supporter des surcharges électriques remarquablement élevées sans dommages appréciables.

Applications

Les applications de base de l'amplificateur de puissance RF comprennent la commande vers une autre source de puissance élevée, la commande d'une antenne émettrice et l'excitation de résonateurs à cavité micro-ondes . Parmi ces applications, la commande d'antennes d'émetteurs^[7] est la plus connue. Les émetteurs-récepteurs sont utilisés non seulement pour la communication vocale et de données, mais également pour la détection météorologique (sous la forme d'un radar). ^{[réf. nécessaire]}

Les amplificateurs de puissance RF utilisant LDMOS (MOSFET à diffusion latérale) sont les dispositifs semi-conducteurs de puissance les plus largement utilisés dans les réseaux de télécommunications sans fil, en particulier les réseaux mobiles^[3]^,^[8]^,^[5] . Les amplificateurs de puissance RF basés sur LDMOS sont largement utilisés dans les réseaux mobiles numériques tels que 2G, 3G, et 4G .

Conception d'amplificateur large bande

Les transformations d'impédance sur une large bande passante sont difficiles à réaliser, ainsi la plupart des amplificateurs à large bande utilisent une charge de sortie de 50 Ω. La puissance de sortie du transistor est alors limitée à

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

$V_{br}$ est définie comme la tension de rupture

$V_{k}$ est définie comme la tension de coude

$Z_{o}$ est choisi de manière que la puissance nominale puisse être atteinte. La charge externe est généralement $Z_{L}=50\Omega \,$ . Par conséquent, il doit y avoir une sorte de transformation qui se transforme de $Z_{o}$ à $Z_{L}=50\Omega \,$ .

La méthode de la ligne de charge (loadline en anglais) est souvent utilisée dans la conception d'amplificateurs de puissance RF^[9].

Voir également

Notes et références

↑ Thomas Lee, The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits, Cambridge, Cambridge University Press, 2003, 494-503 p.
↑ Cloutier, « Class E AM Transmitter Descriptions, Circuits, Etc. », www.classeradio.com, WA1QIX (consulté le 6 juin 2015)
↑ ^{a et b} B. Jayant Baliga, Silicon RF Power MOSFETS, World Scientific, 2005, 302 p. (ISBN 978-981-256-121-3, lire en ligne), p. 1
↑ MFJ Enterprises, « Ameritron ALS-1300 1200-watt NO TUNE TMOS-FET AMPLIFIER » [archive du 23 avril 2014], MFJ Enterprises (consulté le 6 juin 2015)
↑ ^{a et b} Prasanth Perugupalli, Larry Leighton, Jan Johansson et Qiang Chen, Radio Frequency Transistors : Principles and Practical Applications, Elsevier, 2001, 259-92 p. (ISBN 978-0-08-049794-5, lire en ligne), « LDMOS RF Power Transistors and Their Applications »
↑ Austin, Dean, Griswold et Hart, « TV Applications of MOS Transistors », IEEE Transactions on Broadcast and Television Receivers, vol. 12, n^o 4,‎ novembre 1966, p. 68–76 (DOI 10.1109/TBTR1.1966.4320029)
↑ Chimicron, « Fiche technique de l'antenne de l'émetteur » [PDF], 7 février 2022
↑ Saad Asif, 5G Mobile Communications : Concepts and Technologies, CRC Press, 2018, 336 p. (ISBN 978-0-429-88134-3, lire en ligne), p. 134
↑ Matthew Ozalas, « How to Design an RF Power Amplifier: The Basics », youtube.com, 14 janvier 2015 (consulté le 10 février 2015)