مهندسی میدان و مایکروویو
انجمن مهندسی مایکروویو ایرانمهندسی میدان و مایکروویو
انجمن مهندسی مایکروویو ایرانامپدانس مشخصه (مباحث تکمیلی)
فرض کنید دو سیم موازی با طول بینهایت دارید. چه اتفاقی می افتد اگر کلید زیر را ببندید؟ با توجه به اینکه می دانیم هیچ باری در انتهای سیم وجود ندارد، پس خط انتقال ما مدار باز است. آیا اصلا باید جریانی ایجاد شود؟
اگرچه می توانیم در این آزمایش ذهنی از ابررساناها استفاده کرده و از مقاومت کابل ها صرف نظر کنیم ولی نمی توانیم به هیچ عنوان از خازنی که بین دو کابل ایجاد شده است چشم پوشی کنیم. هر زوج رسانایی که توسط یک محیط عایق از یکدیگر جدا شده باشند، بین شان خاصیت خازنی القا می شود.
ولتاژی که بین این دو رسانا القا می شود باعث ایجاد میدان الکتریکی بین آن ها نیز خواهد شد. انرژی در میدان الکتریکی ذخیره می شود، و این میدان ذخیره شده با تغییر در ولتاژ مخالفت می کند. عکس العمل خازنی در مقابل تغییر در ولتاژ توسط رابطه i=C(de/dt) بیان می شود. این رابطه به ما میگوید که جریان متناسب با تغییرات ولتاژ نسبت به زمان شارش می یابد. بنابراین هنگامی که کلید بسته می شود، خازن بین رساناها در برابر تغییر ناگهانی ولتاژ، با شارژ شدن و جریان کشیدن از منبع عکس العمل نشان می دهد. بنابر این معادله، افزایش ناگهانی در ولتاژ ورودی موجب ایجاد یک جریان شارژ کننده بینهایت می شود.
با این وجود جریانی که توسط دو کابل موازی کشیده می شود، بینهایت نخواهد بود زیرا در مسیر جریان امپدانس های سری ای به خاطر خاصیت سلفی ایجاد خواهد شد. به خاطر بیاورید که جریان شارشی در طول هر رسانا، میدان مغناطیسی متناسبی ایجاد خواهد کرد.
انرژی ذخیره شده در میدان مغناطیسی نیز با تغییر جریان مخالفت می کند. هر کابل به هنگام عبور جریان شارژ کننده خازن ها، تولید میدان مغناطیسی کرده و باعث افت ولتاژ بر طبق رابطه e=L(di/dt( می شود. این افت ولتاژ باعث محدود شدن نرخ تغییرات ولتاژ بر روی خازن ها شده و در نهایت از رسیدن به جریان بینهایت جلوگیری می کند.
چون الکترون ها با سرعتی نزدیک به سرعت نور طول هر دو کابل را طی کرده، جبهه موج تغییرات ولتاژ و جریان به صورت هم زمان طول خط انتقال را می پیماید. این امر سبب می شود که جبهه موج به صورت نشان داده شده در شکل به سلف ها و خازن ها برسد.
کلید بسته می شود.
انتشار موج آغاز می شود.
ادامه انتشار موج در طول خط انتقال
امپدانس مشخصه
امپدانس مشخصه چیست؟ هر محیطی که قابلیت انتقال امواج الکترومغناطیس را داشته باشید، دارای یک امپدانس مشخصه است. اگرچه واحد امپدانس مشخصه اهم است، ولی همانند امپدانس حقیقی ای که شما به وسیله اهم متر در مدارات اندازه گیری می کنید نیست. و هم چنین اگرچه خطوط انتقال در فرکانس های مایکروویو دارای تلفات هستند، ولی ربطی به امپدانس مشخصه ندارد و مبحث این مقاله متفاوت است.
باید این موضوع را نیز اضافه کنم که در ارتباط با موجبرها نگرش و رویکرد کاملا متفاوت با مبحث این مقاله خواهد بود. در مورد موجبرها مبحث "امپدانس موج" مطرح خواهد شد که در مقالات بعدی به آن خواهیم پرداخت. به لحاظ تکنیکی موجبرها واقعا خطوط انتقال نیستند.
بهترین راه تفکر درباره امپدانس مشخصه این است که یک خط انتقال بینهایت طولانی را در نظر بگیرید، مفهوم این خط انتقال بسیار طولانی این است که هیچ سیگنال بازگشتی از بار نخواهیم داشت. با قرار دادن یک منبع ولتاژ Vin جریان Iin را ایجاد می کنیم. امپدانس خط انتقال در نتیجه به صورت زیر خواهد بود:
به نظر ساده می آید، ولی هنگام مواجهه با فضای آزاد دیگر خط انتقالی با طول بینهایت وجود ندارد.
مدار معادل عناصر فشرده ی یک خط انتقال: اکنون بگذارید به مدار معادل یک خط انتقال بینهایت کوچک نگاهی بیاندازیم. تمامی عناصر مداری نسبت به طول خط انتقال نرمالیزه شده اند. در سیستم متریک واحدها بر حسب اهم بر متر، فاراد بر متر، رسانایی بر متر و هانری بر متر هستند. معمولا از علامت prime به منظور بیان کمیت ها بر حسب طول استفاده می شود.
این مدل خط انتقالی به تعداد بینهایت بار در طول واقعی خط انتقال تکرار می شود. با انجام محاسبات ریاضی رابطه کلی امپدانس مشخصه به صورت زیر بدست می آید:
تمامی مقادیر به واحد طول نرمالیزه شده اند. توجه داشته باشید که در حالت کلی، امپدانس مشخصه می تواند یک عدد مختلط باشد. البته هنگامی مختلط می شود که مقاوت یا رسانایی غیر صفر باشند. در عمل هر چه بیشتر تلاش می کنیم که به خطوط انتقالی دست یابیم که تقریبا بدون تلفات باشند. برای یک خط انتقال بدون تلفات، رابطه زیر وجود دارد:
بنابراین برای تمامی اهداف عملی می توانیم اثر مقاومت یا رسانایی را نادیده گرفته و به رابطه ای ساده تر برای امپدانس مشخصه دست یابیم. در خطوط انتقال بدون تلفات مدل مداری به صورت زیر ساده سازی می شود:
بنابراین معادله آشنای امپدانس مشخصه به صورت زیر بدست می آید:
L و C برای یک فرد غیر متخصص چگونه توصیف می شوند؟ L تمایل خط انتقال به مخالفت در تغییر جریان و C تمایل خط انتقال به مخالفت در تغییر ولتاژ است. امپدانس مشخصه معیاری برای سنجش تعادل بین این دو است. چگونه L و C را محاسبه کنیم؟ محاسبه به نوع خط انتقال بستگی دارد. در آینده به این مبحث خواهیم پرداخت.
رابطه بین L و C با Z0 و Vp : مواقع بسیاری هستند که نیاز داریم از مقدار ظرفیت سلفی در واحد طول و ظرفیت خازنی در واحد طول یک خط انتقال نیاز داریم. هر دو را می توان از امپدانس مشخصه و سرعت انتشار موج در خط انتقال محاسبه کرد. کلید حل این مسائل این است که سرعت انتشار در یک خط انتقال تابع ساده ای بر حسب مقدار خازنی و سلفی در واحد طول است:
توجه داشته باشید که هنگامی که شما درباره ی واحدهای هانری بر متر و فاراد بر متر صحبت می کنید، در ارتباط با موج پر سرعتی صحبت می کنید که سرعت انتشارش کمتر یا مساوی سرعت نور خواهد بود. با استفاده از معادله سرعت انتشار و امپدانس مشخصه می توان مقدار L و C را محاسبه نمود:
اکنون با حقیقتی جالب روبرو شدیم.... خطوط انتقال TEM از قبیل استریپ لاین ها و کواکسیال ها و هم چنین برای مواد دی الکتریک (که معادل Keff در معادلات بالا هستند)، ظرفیت خازنی و سلفی در واحد طول با تغییر ابعاد و هندسه ساختار تغییر نمی کند. بنابراین تمامی کابل های SEMIRIGID، پنجاه اهم تفلنی دارای 94.8 پیکوفاراد برمتر ظرفیت خازنی و 237 نانوهانری بر متر ظرفیت سلفی هستند.
حساب کتاب سر انگشتی: خطوط انتقال 50 اهم کواکسیالی و استریپ لاینی که دارای دی الکتریک PTFE هستند، حدودا دارای مقدار سفلی در واحد فوت 70 نانوهانری و مقدار خازنی در واحد فوت 30 پیکوفاراد هستند.
امپدانس ذاتی: امپدانس مشخصه حتی به یک خط انتقال نیز نیاز ندارد. در هر انتشار موج در یک محیط یکنواخت امپدانس مشخصه ای برای انتشار وجود دارد. در این حالت ما از حرف یونانی اتا برای امپدانس استفاده می کنیم. امپدانس ذاتی نسبت میدان الکتریکی به میدان مغناطیسی است.
امپدانس ذاتی به روش مشابهی در تمامی خطوط انتقال محاسبه می گردد. با فرض اینکه هیچ مقاومت یا رسانایی حقیقی ای در محیط وجود ندارد، معادله به فرم ساده تر SQRT(L/C) پیدا خواهد کرد. در این حالت مقدار سلفی در واحد طول به ضریب گذردهی مغناطیسی محیط و مقدار خازنی در واحد طول به ضریب گذردهی الکتریکی محیط تبدیل می شود.
توجه داشته باشید که تقریبی که گذردهی فضای آزاد را به pi ارتباط می دهد، دارای دلیل فیزیکی نیست، بلکه چون 1/36pi تقریبی بهتر از 99.9% در اختیار ما می گذارد از این رابطه استفاده می کنیم.
امپدانس فضای آزاد: در فضای آزاد مقدار ضریب گذردهی الکتریکی و مغناطیسی نسبی برابر یک بوده بنابراین، معادله امپدانس ذاتی به صورت زیر ساده سازی می شود:
در اینجا مشخص می شود که تقریب 1/36pi به چه دلیل انتخاب شده است. زیرا با استفاده از این تقریب امپدانس ذاتی فضای آزاد حدود 120pi (با دقت 99.9%) بدست می آید. توجه داشته باشید که گذردهی الکتریکی و مغناطیسی اتمسفر زمین بسیار نزدیک به فضای آزاد (خلا) است. بنابراین از مقدار 377 اهم برای امپدانس مشخصه فضای آزاد در محاسبات موجود در اتمسفر زمین استفاده می شود.
ُسیرکولاتورها و ایزولاتورها
چرا سیرکولاتورها و ایزولاتورها در دنیای ارزان قیمت میکروالکترونیک به نسبت گران هستند؟ زیرا اغلب دست ساز بوده و به صورت دستی تیون و تست می شوند. تلورانس موجود در ویژگی های فریت ها و مگنت ها و هم چنین تلورانس ساخت مکانیکی به این معنی است که همواره باید حداقل دستمزد را برای افزایش سرعت تولید افزایش داد. روش های تیونینگ در کارخانه های گوناگون متفاوت است.
یک سیرکولاتور یک قطعه ی فریتی (فریت ها خانواده ای از مواد هستند که دارای خواص مغناطیسی منحصر به فردی هستند) با معمولا سه پورت است. مسئله جالب در ارتباط با سیرکولاتورها این است که آن ها غیر هم پاسخ هستند. یعنی انرژی ورودی در پورت 1، عمدتا به پورت 2 می رود و انرژی ورودی به پورت به پورت 3 می رود. انرژی ورودی به پورت 3 نیز به پورت 1 می رود. در یک قطعه یا ساختار هم پاسخ همان فرآیند شارش انرژی از پورت 1 به پورت 2 باید در جهت مخالف از پورت 2 به پورت 1 نیز اتفاق بیافتد.
انتخاب پورت ها اختیاری بوده و سیرکولاتورها را می توان به صورت ساعتگرد و یا پادساعتگرد ساخت. علاوه بر فریت برای ساخت یک سیرکولاتور به آهن ربا نیز نیاز داریم.
سیرکولاتورها به صورت موجبری، کواکسیالی و مایکرواستریپی وجود دارند. سیرکولاتورهای مایکرواستریپی غالبا در ماژول های گیرنده/فرستنده به منظور اتصال آن ها به آنتن مورد استفاده قرار می گیرد. موجبرهای همیشه کمترین تلفات و بیشترین قابلیت های توانی را فراهم می کنند. در شکل زیر یک سیرکولاتور موجبری باند ku نشان داده شده است:
به یک سیرکولاتور گاهی دوپلکسر duplexer نیز گفته می شود، یعنی دو سیگنال را از یک مسیر و کانال عبور می دهد ( ارسال توسط و دریافت از یک آنتن) . این اصطلاح را نباید با دیپلکسر diplexer اشتباه کرد. دیپلکسر به فیلترهایی گفته می شود که دو باند فرکانسی را بر روی یک کانال ارسال ارسال و یا از یک کانال دریافت می کنند. دیپلکسرها نیز یک قطعه سه پورتی هستند. بسیاری از مردم این دو را با یکدیگر اشتباه می گیرند. برای به خاطر سپردن این دو به این نکته توجه داشته باشید که filter diplexer هر دو کلمه i را دارند. circulator و duplexer هر دو دارای کلمه u هستند.
سیرکولاتورها به چه کار می آیند؟ ارائه بهترین قطعه برای اتصال آنتن به فرستنده و گیرنده. سیگنال از سمت فرستنده (پورت 1) به سمت آنتن (پورت 2) در هنگام ارسال می رود، و از سمت آنتن (پورت 2) به سمت گیرنده (پورت 3) در هنگام دریافت می رود. سیرکولاتورها دارای تلفات الکتریکی بسیار کمی بوده و می توانند برای توان های بسیار بالا (کیلووات) نیز ساخته بشوند. آن ها معمولا در پهنای باندی حدود یک تا چندین اکتاو کار می کنند. و قطعاتی کاملا RF (در DC کار نمی کنند) هستند.
نکته: ایزولاسیون یک سیرکولاتور برابر با تلفات بازگشتی آن است. یک سیرکولاتور با 20dB ایزولاسیون دارای تلفات بازگشتی 20dB است. به این موضوع فکر کنید که اگر پورت سوم را به یک بار 50 اهم متصل کنید، ایزولاسیون ساعتگردی که در یک سیرکولاتور پادساعتگرد اندازه گیری می کنید، بهتر از سیگنال بازگشتی از پورت بارگذاری شده، بدلیل عدم تطبیق به 50 اهم، نخواهد بود.
ایزولاتور: با اتصال یک پورت سیرکولاتور به بار تطبیق، یک ایزولاتور ساخته می شود. این ساختار انرژی را تنها در یک جهت عبور می دهد. این قطعه ی بسیار مفیدی برای مجزا کردن قطعات متفاوت در یک زنجیره است. ایزولاتور یک شبکه پسیو و غیر هم پاسخ است.
در شکل زیر یک ایزولاتور موجبری باند Ka نشان داده شده است.
سیرکولاتورها و ایزولاتورها را می توان از 100ها مگاهرتز تا 110 گیگاهرتز ساخت. آنها را می توان به صورت ساختارهای صفحه ای مایکرواستریپی، ساختارهای کواکسیالی، و یا موجبری ساخت. سیلکولاتورها و ایزولاتورهای موجبری دارای بهترین ویژگی های الکتریکی و الکترومغناطیسی هستند. این ساختارها دارای تلفات عبوری کمتر از 0.2dB نیز هستند. ایزولاتور و سیرکولاتورهای مایکرواستریپی و کواکسیالی دارای تلفاتی بین 0.5dB تا 1dB هستند. توجه داشته باشید که هر چه پهنای باند بیشتری بخواهید، ایزولاسیون کمتر و تلفات عبوری بیشتری خواهید داشت.
سیرکولاتورهای سوئیچی: یک خانواده جالب از سیرکولاتورها بوده که با استفاده از یک سیگنال الکتریکی می توان جهت سیرکولاتور را از ساعتگرد به پادساعتگرد و برعکس تغییر داد.
راندمان تجهیزات مایکروویو (بخش دوم)
پنج راه اندازه گیری راندمان: راندمان یک تقویت کننده در مهندسی مایکروویو حداقل به پنج روش اندازه گیری می شود، که کاملا گیج کننده هستند. شاید به این فکر کنید که کاش IEEE یک استاندارد بر روی "واژگان راندمان تقویت کننده" داشت، ولی با توجه به دانش ما چنین استانداردی وجود ندارد.
راندمان درین: راندمان درین نام خود را از قطعات FET گرفته است، زیرا تن ها پایه ای که به آن ولتاژ DC متصل می شود، پایه درین است. راندمان درین نسبت توان RF خروجی به توان DC ورودی است:
راندمان درین معیاری برای سنجش میزان تبدیل توان DC به توان RF، برای یک قطعه است. مسئله که در ارتباط با این نوع راندمان وجود دارد این است که توان ورودی به تقویت کننده را در نظر نمی گیرد. در حالت تقویت کننده های یک طبقه، توان ورودی می تواند قابل ملاحظه باشد، زیرا گین یک طبقه چندان زیاد نیست. راندمان درین در تقویت کننده های یک طبقه تقلب یا یکی از روش های بازاریابی حیله گرانه فروشندگان آن ماژول ها به حساب می آید.
توجه داشته باشید که رابطه "راندمان درین" را برای یک محصول با پایه FET مانند pHEMT استفاده می کنید، اگر قطعه مورد استفاده شما BIPOLAR بود مانند HBT، می توانید آن را "راندمان کالکتور" بنامید. روش محاسبه فرقی نمی کند.
راندمان توان افزوده (PAE=POWER ADDED EFFICIENCY): راندمان توان افزودی مشابه راندمان درین است، با این تفاوت که در این روش محاسبه توان ورودی به قطعه نیز در نظر گرفته می شود. PAE یکی از مورد قبولترین و مناسب ترین روش ها برای مقایسه دو قطعه است. بهتر است که قطعه ای با PAE بالاتر انتخاب کنید تا با راندمان درین بالا....
توجه داشته باشید که PAE برای یک تقویت کننده، همانند یک قطعه، نیز به عنوان معیار شایستگی استفاده می شود.
در بحث تئوری یک تقویت کننده با بهره بینهایت دارای راندمان توان افزوده و راندمان درین برابر است. برای یک تقویت کننده واقعی، PAE همیشه کمتر از راندمان درین است. ولی هنگامی که شما دارای 30dB بهره با بیشتر باشید، دو مقدار راندمان بسیار به یکدیگر نزدیک می شوند. زیرا در این حالت توان ورودی کمتر از 1% توان خروجی است. راندمان توان افزوده را می توان بر حسب راندمان درین نیز بیان کرد:
در یک تقویت کننده با بهره 30dB، PAE و راندمان درین فقط به مقدار 0.1 با یکدیگر اختلاف دارند. ماکزیمم PAE ممکن برای یک قطعه معمولا با افزایش فرکانس کاسته می شود. این امر ناشی از این مطلب است که ماکزیمم بهره تقویت کننده ها با افزایش فرکانس کاسته می شود.
راندمان کلی: راندمان کلی نسبت به دو نوع دیگر کامل تر بوده و هر دو نوع توان DC و RF را در نظر می گیرد:
راندمان کلی به طور کامل قوانین ترمودینامیک را در بر دارد. ولی PAE روش محاسبه محبوب در جامعه مایکروویو است.
اگر شما یک ریاضیدان باشید می توانید ثابت کنید که راندمان کلی همیشه بزرگتر از PAE است. البته این اثبات زندگی اجتماعی شما را بهبود نخواهد بخشید و هم چنین اثبات کم اهمیتی خواهد بود، پس خودتون رو به زحمت نندازید.
راندمان تقویت کننده: راندمان یک تقویت کننده چند طبقه را نمی توان راندمان درین کلی نامید زیرا راندمان طبقات مختلف با یکدیگر فرق دارد و این اسم باید برای یک قطعه استفاده شود (البته به نظر من). معمولا طبقه خروجی دارای بیشترین راندمان بوده و راندمان طبقات هر چه به سمت ورودی بروید به تدریج کاسته می شود. این امر لازم است زیرا اگر شما بخواهید مطمئن باشید که دارای DRIVE دارید که باعث به اشباع رفتن طبقه خروجی شود.
"راندمان تقویت کننده" نسبت توان خروجی RF به توان DC ورودی بوده و یکی از بهترین معیارهای شایستگی برای یک تقویت کننده چند طبقه است. در عمل برای یک تقویت کننده با بهره بالا، راندمان تقویت کننده، PAE و راندمان کلی به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک هستند که آن ها را برابر فرض کنیم. راندمان تقویت کننده کننده معیاری قبول شده برای بیان راندمان این محصولات است.
راندمان پریز (Wall-plug): کارهای فراوانی برای راندمان بازار انجام شده است، یا باید بگویم که کارهای بازاری بسیار انجام شده. اگر شما طراحی یک تقویت کننده پالسی را ببینید و کسی بگوید که راندمان زنجیره ارسال 20% است، شروع به سوال کردن کنید. آیا این محاسبه در حالت روشن بودن تقویت کننده انجام گرفته است؟ و یا میانگینی است که شامل حالت آماده به کار تقویت کننده هنگامی که فرستنده خاموش می باشد؟. آیا این مقدار تمامی رگولاتورهای ولتاژ و مبدل های DC را نیز در نظر گرفته است (زیرا ممکن است برخی طبقات GaAs باشند و برخی طبقات GaN که با ولتاژهای درین کاملا متفاوت کار می کنند)؟ افت ولتاژ مدولاتور در نظر گرفته شده است؟ ولتاژ گیت و تقسیم کننده های ولتاژ چطور؟ در این زمان است که طراحی از شما می پرسد: راندمان پریز را می خواهی؟
راندمان وال-پلاگ یعنی شما توان متوسط خروجی RF را با مقادیر دقیق اندازه گیری شده مصرفی که از پریز AC می آید، مقایسه کنید و توان RF ورودی را نادیده بگیرید. رابطه زیر برای راندمان پریز پیشنهاد می شود.
در حالت کالی برای فرکانس های مختلف بر اساس راندمان تقویت کننده های متفاوتی توصیه می شود:
L-BAND: قطعات LDMOS سیلیکونی توصیه می شوند زیرا می توانند به راندمان 60% برسند. با GaN HEMT ها حتی به راندمان های بهتر هم می توان رسید. با استفاده در کلاس E می توانید به راندمان 80% نیز برسید.
X-BAND: تقویت کننده های MESFET با پهنای باند 10% می توانند به 30% راندمان در باند ایکس دست یابند. GaAs pHEMT ها می توانند به 40% راندمان توان افزوده در این باند دست یابند. و GaN HEMT ها راندمان 50% درصدی را به خود اختصاص می دهند. TWTها به طور معمول دارای راندمان 60% می باشند.
WiDEBAND: هرچه پهنای باند بیشتر شود، راندمان پایین تر می آید. زیرا شما دیگر نمی توانید بهترین بار را در آن پهنای باند داشته باشید. تقویت کننده های مدار مجتمع به صورت ذاتی ناکارامد هستند، زیرا این قطعات همگی دارای یک ولتاژ نیستند. بعضی از آن ها در آستانه آتش گرفتن و برخی در همان زمان در حال خاموش شدن هستند.
یک تقویت کننده SSD که در پهنای باند 2 تا 18 گیگاهرتز کار می کند دارای راندمان توان افزوده کمتر از 10% است.
Q and W BANDS: در این فرکانس ها، GaN HEMT ها دارای راندمان توان افزوده 30% در حد یک قطعه و برای یک تقویت کننده دارای PAE حدود 20% می باشند.
راندمان 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!!