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Amplificadores de Microondas
El ajuste de la fase se realiza separando esta distorsión en 4 fases (0°, 90°, 180° y 270°) y seleccionando dos de ellas para obtener un cuadrante. Mediante atenuadores variables se puede ajustar el nivel de cada componente para obtener el ángulo de fase deseado dentro del cuadrante. La suma de un camino (señal de IF) y el otro (distorsión controlada) se realiza a la salida del predistorsionador. A través de un filtro pasa bajos se eliminan las distorsiones fuera de banda más allá de la IF. Para compensar el retardo de grupo del filtro se dispone de un ecualizador de retardo entre 3 y 4 nseg. En la Fig 05 se muestra la mejora introducida por el método Back-off sobre la característica de C/N. El back-off mejora la característica hasta un valor razonable cercano a 1; 6 y 8 dB de Back-off para modulación 4PSK, 16QAM/32TCM y 64QAM/128TCM, respectivamente. El linealizador usa sólo en sistemas de alta capacidad. En la Fig 05 se muestra el efecto que produce el linealizador en el extremo de la banda en un sistema de alta capacidad. El espectro de frecuencia intermedia del extremo transmisor sufre una substancia modificación debido a la acción de la distorsión controlada. El ajuste puede realizarse mediante un generador de varios tonos (3 ó 4 frecuencias en el entorno de la IF) minimizando las distorsiones fuera de banda del espectro digital normal. Un instrumento de medida en particular de H&P utiliza las frecuencias 67; 70 y 75 MHz como tonos para el ajuste. Como linealizador se ha propuesto también el uso de un filtro adaptativo similar al ecualizador de Notch en IF. En este caso la ventaja reside en que es automático en lugar de fijo; se coloca a nivel de IF y el control se efectúa tomando muestras del espectro antes del linealizador y después del amplificador de salida. De esta manera se pueden controlar pequeñas variaciones en la distorsión de amplitud y fase del amplificador de salida a lo largo del tiempo.
AMPLIFICADOR A TRANSISTORES Los amplificadores más interesantes por la relación entre el costo, consumo, tamaño, reproductividad y distorsiones son los realizados mediante transistores SSPA (Solid State Power Amplifier). El semiconductor silicio es útil en transistores bipolares hasta los 3000 MHz, mientras que el Arseniuro de Galio (As Ga) se utiliza por encima de dicha frecuencia en la configuración de transistor de efecto de campo (FET). En los amplificadores de potencia de estado sólido el nivel máximo de potencia de salida es de 10 watts en las bandas de 4/6 GHz y de 2,5 w en 11/14 GHz. Tienen por ello una potencia de salida limitada frente a los amplificadores tradicionales usados en estaciones terrenas. En los amplificadores de bajo ruido se selecciona la configuración FET con barrera Schottky que permite una figura de ruido muy reducida. Por ejemplo, en estaciones terrenas con 4 etapas donde la primera se enfría termoeléctricamente mediante celdas Peltier a -40 °C se logran valores de 0,6 dB a 4 GHz con ganancia de 14 dB. En estaciones para comunicaciones terrestres no se recurre al enfriamiento termoeléctrico y la figura de ruido se encuentra cerca de 4 dB. La tecnología es Circuitos Integrados de Microondas Híbridos HMIC con 2 a 4 etapas en cascada. En la Fig 03 se observa un amplificador de potencia de 3 etapas para trabajar en la banda de 2 GHz. Se dispone, tanto del diagrama en bloques de las etapas como del esquema circuital en película delgada.
LINEALIDAD E INTERMODULACIÓN
En los radioenlaces para señales digitales se requiere un máximo de linealidad de las etapas activas debido a que la modulación QAM y TCM tienen una modulación de amplitud superpuesta a la de fase. Para obtener buena linealidad, reproductividad con bajo costo, volumen y disipación, se requiere un máximo de integración circuital. Como la modulación digital es muy sensible a la deriva de fase de la portadora los resonadores, filtros y circuladores deben tener tolerancias muy reducidas para prevenir las fluctuaciones por temperatura. En la modulación QAM de 16 ó 64 estados y en la TCM se presenta una alta sensibilidad a la linealidad de amplitud producida por la conversión AM-PM de los amplificadores de salida. La transferencia de un amplificador del tipo HMIC con FET-AsGa es de la forma: y(t) = B1. X(t) + B3 . X(t)3 + B5 . X(t)5 + ... produciendo una componente de intermodulación principalmente de tercer orden como distorsión fundamental. La intermodulación se produce en circuitos alineales. Suponiendo la entrada de las frecuencias f1 y f2. Como tienen distinta frecuencia giran con distinta velocidad angular y la amplitud fluctúa desde un máximo a un mínimo. Por lo tanto se exige al amplificador en todo el rango dinámico. Los productos de intermodulación son: f1 ± f2 intermodulación de 2º orden m.f1-f2 y m.f2-f1 intermodulación de 3º orden El amplificador por cada incremento de potencia de 1 dB de f1 y de f2 produce un incremento de 3 dB de 2.f1-f2 y de 2.f2- f1; es decir que empeora la relación señal a intermodulación. Para reducir la intermodulación se recurre a 2 métodos. El primero consiste en trabajar los amplificadores en la zona de transferencia lineal reduciendo la potencia de salida en un valor denominado Back-off. El segundo consiste en colocar un linealizador en el cual se genera una distorsión igual y opuesta al resto de los circuitos. El Back-off se define como la diferencia entre la potencia de saturación del amplificador y la potencia realmente obtenida. En la modulación 4PSK este valor es de 1 dB, en la 16QAM es cercano a los 6 dB y en 64QAM (128TCM) de 8 dB. En la medida que se incrementa el número de fases también debe aumentarse la linealidad reduciéndose la potencia de salida. Al no trabajar en saturación el amplificador tiene una disipación mayor que obliga a ocupar un volumen físico también mayor, consumiendo más potencia que los enlaces radioeléctricos para señales analógicas de capacidad equivalente. El volumen físico ocupado también está determinado por el límite de consumo de potencia eléctrica, que en las instalaciones normales es de 400 w/m2 tanto para el consumo desde la red de distribución como para el cálculo de calorías del aire acondicionado. |
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