Application note: P1dB
Application note: P1dB
Qual è la potenza di un amplificatore RF?
Partiamo subito dall’idea di potenza saturata: si tratta della potenza massima raggiungibile ad una data frequenza dall’amplificatore oppure, se si discute – come è normale! – di un range di frequenze, la potenza minima tra le potenze massime raggiunte nel range di frequenze. Non si fa nessun riferimento alla possibilità di utilizzare questa potenza nelle prove EMC perché non è utilizzabile! Le prove EMC richiedono infatti linearità, sia che si utilizzi una curva non modulata, sia che la si necessiti con modulazione di ampiezza. La potenza saturata possiede un contenuto armonico molto elevato, chiaramente, ed è quindi un parametro non caratterizzante per i nostri fini.
Questo ci porta quindi al concetto di P1dB che è, per ogni frequenza, il punto di potenza più elevato per cui l’amplificatore può essere considerato lineare e quindi a cui si può ottenere una buona riproduzione della modulazione sinusoidale. Sul range di frequenza di un amplificatore, il valore di P1dB viene verificato dal costruttore in linea di produzione e può discostarsi da quello tipico indicato nel datasheet! Notiamo quindi un punto importante: si consiglia di tenere sempre in considerazione il limite minimo di P1dB (garantito dai produttori) poiché le curve tipiche trovate sui datasheet possono essere molto variabili ed indurre quindi in errore!
Gain flatness
Interpretiamo le curve
A questo punto, ci si potrebbe concentrare sulle caratteristiche di linearità del guadagno sul range di frequenza di un amplificatore. Ragioniamo su questo punto… la figura tipica degli amplificatori EMC è di ±3 dB (il 50% della potenza)! Questo dato di piattezza specifica quanto, nella gamma delle frequenze in oggetto, il guadagno dell’amplificatore possa variare in più e in meno rispetto al guadagno nominale. Una rappresentazione troppo lineare della curva tipica P1dB su un datasheet, quindi, deve fare pensare…
Ricordiamo poi che le curve dei datasheet non sono una rappresentazione reale di quanto esce in quel dato e preciso momento dalla produzione e quindi che i valori garantiti dal costruttore sono proprio quello minimo di potenza saturata (che poco ci importa) e quello minimo di P1dB!
Partendo da quest’ultimo valore e considerando che nelle prove EMC ci sono diversi componenti non lineari che contribuiscono alla potenza in uscita, già sappiamo che il software utilizzato controllerà il segnale del generatore per raggiungere un livello costante di prova. Per le applicazioni EMC, quindi, la gain flatness è principalmente un’informazione secondaria.
Pro e contro
Come scegliere la potenza che ci serve
Partiamo quindi dalle informazioni che ci fornisce il datasheet dell’amplificatore… nell’esempio di cui sopra, possiamo vedere quattro diverse curve: due curve caratteristiche (Psat e P1dB) e due curve minime garantite (sempre Psat e P1dB). L’unico livello di potenza che ci interessa per il calcolo della potenza finale è quella garantita P1dB che, nell’esempio, è di 500 W sul range da 80 MHz a 1 GHz.
Chi reputa che si possa utilizzare fino a 600 W perché è la potenza minima garantita dal costruttore (o quella utilizzata per il nome dell’amplificatore), andrà incontro ad armoniche e quindi a sovrastimare il campo prodotto alla frequenza utilizzata.
Chi reputa che a 200 MHz potrà avere 800 W P1dB perché vede la curva rossa, andrà incontro a delle sorprese quando avrà tra le mani il proprio amplificatore!
Consideriamo quindi sempre e solamente i valori di P1dB minimi garantiti quando dobbiamo dimensionare la potenza necessaria perché questo valore sarà l’unico che ci aiuterà a raggiungere il campo che vogliamo.
Come trovo il P1dB reale ad una data frequenza?
I produttori hanno sofisticati strumenti di prova gestiti da software apposito per calcolare P1dB con una precisione e ripetibilità accettabili. Come si può quindi verificare manualmente il P1dB di un amplificatore in nostro possesso? In primis, occorre avere un power meter: ricordiamoci infatti che le indicazioni di potenza che vengono a volte rappresentate sugli amplificatori devono essere considerate indicazioni e non misure con l’incertezza che ci serve per le prove EMC!
Una volta che si abbia il power meter a disposizione, occorre – frequenza per frequenza – fornire dal generatore di segnale un livello di segnale noto (in dB), misurare l’uscita dell’amplificatore, aumentare di 10 dB il livello di segnale del generatore e misurare ancora l’uscita dell’amplificatore. Se la differenza tra le due potenze misurate dal power meter è tra 9 dB e 10 dB, possiamo considerarci ancora in condizioni di linearità. Aumentiamo quindi di 1 dB il livello dal generatore di segnale e ripetiamo la procedura. Quando andassimo a misurare una differenza tra le due potenze rilevate dal power meter inferiore a 9 dB, avremmo trovato – con una certa confidenza – il livello di P1dB.
Questa procedura, semplificata e molto meno complessa di quella utilizzata realmente in produzione!, ci può comunque fornire una curva P1dB di un amplificatore vecchio di cui non si hanno informazioni o una valutazione rapida del P1dB ad una frequenza di un amplificatore su cui si hanno dei dubbi.
