مهندسی میدان و مایکروویو
انجمن مهندسی مایکروویو ایرانمهندسی میدان و مایکروویو
انجمن مهندسی مایکروویو ایرانراندمان تجهیزات مایکروویو (بخش اول)
مقدمه ای بر راندمان: راندمان معیاری است که تعیین می کند یک وسیله به چه میزان یک منبع انرژی را به نوع دیگری از انرژی تبدیل می کند. در واقع بخشی از توان که به گرما تبدیل نمی شود اهمیت دارد. گرما تقریبا به طور جهانی محصول نامطلوبی در تبدیل و انتقال انرژی به حساب می آید.
در فرآیندهای دیگری که در زندگی روزانه اتفاق می افتد، ما توقع سطوح متفاوتی از راندمان داریم. موتور اتوموبیل در حالت خوشبینانه حدود 20% از مخزن بنزین را به کار قابل اندازه گیری تبدیل می کند. البته تفاوت بزرگی بین "کار قابل اندازه گیری" و "کار غیر لازم" وجود دارد.
در سلول های خورشیدی، ما توقع داریم که نور خورشید را به الکتریسیته قابل استفاده تبدیل کنیم، و امروزه بازدهی 10% این سلول ها برای شرکت آمورفس بدست آمده است. برای بدست آوردن 100 مگاوات توان، با تابش 1 کیلووات بر متر مربع انرژی خورشیدی، نیاز به یک کیلومتر مربع سلول خورشیدی خواهیم داشت.
در مهندسی مایکروویو علاقه داریم که توان DC را به توان RF تبدیل کنیم. هر چه راندمان تقویت کننده توان بیشتر باشد، تلفن همراه شما مدت زمان بیشتری آماده به کار خواهد بود. زیرا در واقع تقویت کننده های فرستنده هستند که از باتری جریان می کشند. برخی تقویت کننده های کلاس E دارای بازدهی 80% نیز هستند. ولی این الزاما درست نیست، زیرا تقویت کننده گیرنده همواره روشن است در حالیکه تقویت کننده توان تنها در هنگامی که تلفن همراه اطلاعاتی ارسال می کند، روشن می شود. بنابراین طراحان LNA باید بیشتر به بازدهی طراحی شان توجه داشته باشند تا طراحان تقویت کننده های توان.
ماکزیمم بازدهی تجهیزات در حوزه مایکروویو تابعی از فرکانس، دما، سطح توان ورودی، امپدانس بار، نقطه بایاس، مشخصات هندسی قطعه، و امپدانس مشخصه آن است. بازدهی در واقع یک مسئله چند بعدی (MULTI DIMENSIONAL) است، می توان بازدهی مدار را تحت شرایط متفاوت با استفاده LOAD PULL محاسبه کرد.
توجه داشته باشید که قوانین ترمودینامیک به شما اجازه نمی دهند به بازدهی 100% برسید، اصلا اهمیت ندارد که چگونه محاسبه می کنید. برخی رگولاتورهای سوئیچینگ می توانند یک ولتاژ را با بازدهی جالب 90% به ولتاژ دیگر تبدیل کنند.
بازدهی تقویت کننده های توان را می توان با قرار دادن بارهای مناسب برای هارمونیک هایشان، در محل بار و منبع افزایش داد. معمولا با اتصال کوتاه کردن هارمونیک دوم می توان بازدهی تقویت کننده توان را افزایش داد. هامونیک سوم را می توان با یک مدار باز کاهش داد. دست و پنجه نرم کردن با سایر هارمونیک ها به سر دردش نمی ارزد، مگر اینکه قطعه در هارمونیک سوم یا غیره دارای بهره ی قابل توجهی باشد.
اکنون بگذارید دربارۀ موضوع حماقت مایکروویوی صحبت کنیم. فرض کنید که شما یک تقویت کننده را مجددا طراحی کرده و PAE آن را از 20% به 22% رساندید. آیا شما بازدهی را 2% افزایش داده اید؟. خیر، فقط دو صدم افزایش دادی، انیشتین!!
