វិធីសាស្ត្រដែលប្រើប្រាស់ការប៉ះពាល់ទៅលើត្រានស៊ីស្ទ័រ (transistors) ពិតជាកំណត់គ្រោងស្រាលសម្រាប់ការប៉ះពាល់រវាងការបង្កើនសញ្ញា (gain) និងប្រសិទ្ធភាព (efficiency) នៅក្នុងកម្មវិធីបង្កើនថាមពល RF។ ចូរចាប់ផ្តើមជាមួយការប្រើប្រាស់ថ្នាក់ A (Class A) ដែលផ្តល់នូវភាពប៉ះពាល់ល្អណាស់ និងការបង្កើនសញ្ញាដែលគ្រប់គ្រាន់ប្រហែល ១០ ដល់ ២០ dB។ ប៉ុន្តែ មានបញ្ហាមួយនៅទីនេះ ព្រោះកម្មវិធីបង្កើនទាំងនេះដំណាំតែមួយគ្រាប់ ដែលបណ្តាលឱ្យប្រសិទ្ធភាពរបស់វាមានតែ ២០ ដល់ ៣០% ប៉ុណ្ណោះ។ នៅពេលដែលអ្នកវិស្វករផ្លាស់ប្តូរទៅការប្រើប្រាស់ថ្នាក់ AB ឬ B (Class AB or B) ពួកគេបានកាត់បន្ថយចរន្តស្ងៀម (quiescent current) ដែលបណ្តាលឱ្យប្រសិទ្ធភាពកើនឡើងទៅប្រហែល ៥០ ដល់ ៧០%។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ការផ្លាស់ប្តូរនេះមានគុណវិបត្តិខ្លះ ដោយសារតែភាពប៉ះពាល់ (linearity) ថយចុះ ហើយការបង្កើនសញ្ញាក៏ថយចុះបន្តិចផងដែរ។ បន្ទាប់មក យើងមកដល់ថ្នាក់ C (Class C) ដែលប្រសិទ្ធភាពកើនឡើងលើសពី ៦០% ប៉ុន្តែ តាមពិតទៅ វាមិនអាចប្រើបានល្អគ្រប់គ្រាន់សម្រាប់តម្រូវការសព្វថ្ងៃនេះទេ។ ការប៉ះពាល់រវាងការបង្កើនសញ្ញា និងភាពប៉ះពាល់ បណ្តាលឱ្យថ្នាក់ C មិនសមស្របសម្រាប់ការប្រើប្រាស់ទំនើប ដូចជាប្រព័ន្ធបណ្តាញ 5G New Radio ដែលតម្រូវឱ្យមានលក្ខណៈប្រសិទ្ធភាពល្អជាងមុន។
ការជ្រើសរើសបច្ចេកវិទ្យាឧបករណ៍មានឥទ្ធិពលយ៉ាងខ្លាំងលើតុល្យភាពនេះរវាងសមត្ថភាព និងភាពអាចអនុវត្តបាន។ ឧទាហរណ៍ សូមយកត្រានស៊ីស្ទ័រ Gallium Nitride (GaN) មកពិចារណា៖ វាប្រសើរជាងបច្ចេកវិទ្យា LDMOS បែបប្រពៃណី នៅពេលដែលប្រេកង់លើសពី ៣ ហេរ្តស៍ (GHz)។ នេះកើតឡើងដោយសារតែ GaN ផ្តល់ប្រសិទ្ធភាពប្រសើរជាង ហើយអាចផ្ទុកថាមពលច្រើនជាងក្នុងទំហំតូចជាង។ ហេតុអ្វី? ព្រោះអេឡិចត្រូនធ្វើចលនាលឿនជាងក្នុងសម្ភារៈ GaN ហើយវាអាចទប់ទល់នឹងវ៉ុលខ្ពស់ជាងមុននឹងបាក់បែក។ ប៉ុន្តែមានចំណុចមួយដែលគួរប្រុងប្រយ័ត្ន៖ GaN មិនអាចគ្រប់គ្រងកំដៅបានល្អដូចសម្ភារៈផ្សេងៗទៀតទេ ដូច្នេះវិស្វករត្រូវគិតបន្ថែមអំពីរបៀបធ្វើឱ្យគ្រឿងផ្សំទាំងនេះត្រជាក់។ ក្នុងការអនុវត្តជាក់ស្តែង ស្ថានីយ៍មូលដ្ឋានសេល៉ុលដែលមានថាមពលខ្ពស់ភាគច្រើនបច្ចុប្បន្នបានបញ្ចូលត្រានស៊ីស្ទ័រ GaN នៅក្នុងអ្វីដែលគេហៅថា ការរៀបចំប្រភេទ AB (Class AB)។ ការរៀបចំទាំងនេះជាទូទៅទទួលបានប្រសិទ្ធភាពរបស់កម្លាំងបំពងសញ្ញាប្រហែល ៦០% ជាមួយនឹងការបំពងសញ្ញាប្រហែល ៣០ dB។ ចំណែកឯអ្នកផលិតគ្រឿងអេឡិចត្រូនិកប្រភេទប្រើប្រាស់ប្រចាំថ្ងៃដែលមានថវិកាកំណត់ វិញ ជាទូទៅនៅតែប្រើបច្ចេកវិទ្យា LDMOS ដែលបានកែលម្អ នៅក្នុងការរៀបចំប្រភេទផ្សេងៗដែលមានការប៉ះទង្គិលគ្នា ដែលកត្តាប្រាក់ចំណាយនៅតែជាបញ្ហាសំខាន់បំផុត។
ប្រសិទ្ធភាពបន្ថែមថាមពល (PAE) ត្រូវបានកំណត់ថា (P ចេញ – P iN )/P Dc – គឺជាមាត្រវាស់ចុងក្រាយសម្រាប់វាយតម្លៃប្រសិទ្ធភាពរបស់ដំណាំអេឡិចត្រូនិក RF ក្នុងស្ថានភាពជាក់ស្តែង។ ផ្ទុយពីប្រសិទ្ធភាព DC ទៅ RF (Ĭ· Dc ) PAE គិតគូរពីការបង្កើនសញ្ញា (gain) ដែលធ្វើឱ្យវាមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ប្រព័ន្ធដែលមានច្រើនជាន់ ដែលការប្រើប្រាស់ថាមពលនៅជាន់ប៉ាះ (driver stage) មានសារៈសំខាន់។ ឧទាហរណ៍៖
ការរចនាដែលមាន PAE ខ្ពស់បានក្លាយជាស្តង់ដារជាទូទៅនៅក្នុងហេដ្ឋារចនាសម្រាប់កោសិកា 5G ប្រភេទម៉ាក្រូនៅសព្វថ្ងៃនេះ។ នៅពេលដែល PAE លើសពី ៥០% វាអាចបន្ថយបន្ថែមទៀតនូវការផ្ទុកកំដៅ និងការចំណាយថាមពលប្រហែល ៣០% ធៀបនឹងប្រព័ន្ធចាស់ៗ។ បញ្ហាប្រឈមគឺនៅពេលដែលយើងព្យាយាមបង្កើន PAE ឱ្យបានច្រើនបំផុត ដោយសិក្សាការរក្សាទុកនូវសារប្រក្រតី (linearity) ឱ្យបានល្អ។ វិស្វករជាទូទៅប្រើបច្ចេកទេសដូចជា envelope tracking ឬ digital pre-distortion ដើម្បីធ្វើឱ្យសមតុល្យ ទោះបីជាបច្ចេកទេសទាំងនេះនឹងធ្វើឱ្យការរចនាប្រព័ន្ធកាន់តែស្មុគស្មាញក៏ដោយ។ ដោយសារតែតម្រូវការកាន់តែខ្លាំងឡើងៗសម្រាប់ប្រសិទ្ធភាពស្បេកទ្រែម (spectral efficiency) ប្រសើរឡើងនៅលើប្រេកង់ខ្ពស់ជាង ៦ ហេរ៍តស៍ និងនៅក្នុងតំបន់ mmWave ការប្រែប្រួលថាមពល (PAE) បន្តជាមាត្រាប៉ាន់ប្រាក់ដែលអាចទុកចិត្តបានបំផុត សម្រាប់វាស់ការបំប្លែងថាមពលពីបញ្ចូលទៅចេញ នៅក្នុងការប្រើប្រាស់ជាក់ស្តែង។
នៅពេលយើងប្រើបច្ចេកទេសប៉ះប៉ូវដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃការទប់ទល់នៃផ្ទុក (Zlopt) យើងទទួលបានថាមពលចេញខាងក្រៅអតិបរមា និងប្រសិទ្ធភាពអតិបរមា ប៉ុន្តែគ្រាន់តែនៅប្រេកង់ជាក់លាក់មួយប៉ុណ្ណោះ។ ប្រព័ន្ធដែលមានជួរប្រេកង់ទូទៅ (Broadband systems) ដូចជា 5G NR ជួបប្រទះបញ្ហានៅទីនេះ ព្រោះការផ្តោតអារម្មណ៍តែលើប្រេកង់តែមួយគត់បែបនេះមិនសមស្របទៅនឹងតម្រូវការសម្រាប់ភាពបន្ត (linearity) ល្អនៅលើជួរប្រេកង់ទូទៅទាំងមូលទេ។ ការវិភាគទិន្នន័យ load-pull បង្ហាញពីរឿងដែលគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍អំពីការទប់ទល់នៃផ្ទុកទាំងនេះ ដែលផ្តល់ប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់បំផុត៖ ការប្រើប្រាស់ការទប់ទល់នៃផ្ទុកទាំងនេះលើច្រើនសញ្ញាបញ្ជូន (carriers) ឬលើជួរប្រេកង់ផ្សេងៗគ្នា ធ្វើឱ្យសមាមាត្រថាមពលឆ្លងកាត់ប៉ាក់ (Adjacent Channel Power Ratio - ACPR) អាក្រក់ឡើងប្រហែល ៥ ដល់ ៨ dB។ ហេតុអ្វីបានជារឿងនេះកើតឡើង? ព្រោះបណ្តាញផ្គូផ្គងប្រភេទជួរប្រេកង់ទូទៅ (broadband matching networks) ត្រូវតែគ្រប់គ្រងការប្រកួតប្រជែង (trade-offs) លើប្រេកង់ច្រើនៗ ខណៈដែល Zlopt គឺផ្តោតសំខាន់លើការសម្រេចចុងក្រោយនៅលើចំណុចតែមួយគត់។ ដោយសារបញ្ហាបែបនេះ វិស្វករជាញឹកញាប់ត្រូវបាក់បែកប្រសិទ្ធភាពកំពូលប្រហែល ១០ ដល់ ១៥ ភាគរយ គ្រាន់តែដើម្បីរក្សាឱ្យកំហាប់វ៉ិចទ័រកំហុស (error vector magnitude) ទាបជាង ៣% និងបំពេញតាមស្តង់ដារ ACLR ដែលតឹងរឹងនៅក្នុងបរិបាក់ដែលមានច្រើនសញ្ញាបញ្ជូន (multi-carrier setups)។
ការមានសាកសពអេឡិចត្រិក និងសាកសពអេឡិចត្រូម៉ាញេទិក (parasitic capacitance and inductance) ក្លាយជាបញ្ហាធ្ងន់ធ្ងរសម្រាប់សៀគ្វីដែលដំណាំលើសពី 2 GHz។ សាកសពអេឡិចត្រូម៉ាញេទិកនៃខ្សែភ្ជាប់ (bond wire inductance) ជាញឹកញាប់លើសពី 0.5 ណាណូហេនរីក្នុងមួយមីលលីម៉ែត្រ ដែលបណ្តាលឱ្យមានបញ្ហាអំពីការប៉ះពាល់ដល់ដំណាំ និងការមិនសមស្របនៃការប្រឆាំង (impedance mismatch) នៅទូទាំងប៉ាន់។ ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះ នៅពេលដែលការតបតាមកំដៅពីចំណុចប្រសព្វ (junction) ទៅបរិយាកាស (ambient) លើសពីប្រហែល 15 ដឺក្រេសេលស៊ីអ៊ុសក្នុងមួយវ៉ាត់ នៅក្នុងប្រព័ន្ធដែលមិនត្រូវបានធ្វើត្រីតកំដៅឱ្យបានល្អ សំបកកាបូន (semiconductor die) ក្លាយជាក្តៅពេក។ ការកើនឡើងនៃកំដៅនេះបណ្តាលឱ្យការធ្វើចលនារបស់អេឡិចត្រូន (carrier mobility) ថយចុះយ៉ាងខ្លាំង ហើយអាចបណ្តាលឱ្យបាត់បង់ប្រសិទ្ធភាពប្រហែល 20% នៅពេលដំណាំនៅកម្លាំងអតិបរមា។ បញ្ហាទាំងអស់នេះកាន់តែអាក្រក់ឡើងជាមួយនឹងការរៀបចំផ្ទៃប៉ាន់ដែលមិនល្អ ដែលផ្លូវសញ្ញាមិនត្រូវបានប៉ះពាល់ឱ្យបានល្អ ហើយការដាក់បញ្ចូលគ្រឿងផ្សំមិនបានគិតគូរដល់ឥទ្ធិពលកំដៅរបស់វា
នៅក្នុងអំព្លីហ្វាយអ៊ីយេរ (amplifiers) 5G ដែលមានថាមពលខ្ពស់ ការធ្លាក់ចុះដែលបណ្តាលមកពីការរៀបចំផែនទី (layout-induced degradation) អាចធ្វើឱ្យថាមពលចេញ (output power) ថយចុះ ៣ dB និង ធ្វើឱ្យការរីករាយនៃស្បេកត្រ៉ូម (spectral regrowth) កាន់តែអាក្រក់។ ការបន្ធូរបាក់ត្រូវការការប៉ាន់ស្មានរួមគ្នា (co-optimization):
| កត្តារចនាសម្ព័ន្ធ | ផលប៉ះពាល់នៃការធ្លាក់ចុះ | វិធីសាស្ត្រប៉ាន់ស្មាន |
|---|---|---|
| ការគ្រប់គ្រងភាពតបតាមគ្រប់គ្រាន់ (Parasitic Control) | ការថយចុះនៃជំរៅប្រេកង់ (Bandwidth reduction) >១៥% | ការសាកល្បងប្រវែងបន្ទាត់តភ្ជាប់ (interconnects) ឱ្យខ្លី និងការប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យាប៉ាក់ចិក (flip-chip packaging) |
| ការគ្រប់គ្រងថាមពល | ការធ្លាក់ប្រសិទ្ធភាព ~២០% | ផ្លូវកាត់សំរាប់ការផ្ទៈកំដៅ និងគ្រឿងផ្សំដែលមានសំណាងប្រាក់ដែលភ្ជាប់ដោយផ្ទាល់ |
| រង្វង់ចរន្ត | ការថយចុះនូវសុវត្ថិភាពស្ថេរភាព | ការភ្ជាប់ដីបែបផ្កាយ និងផ្លូវត្រឡប់តូចបំផុត |
ការធ្វើសាកល្បងរួមគ្នាដោយសកម្មនៃគំរូអេឡិចត្រូម៉ាញេទិក និងគំរូសីតុណ្ហភាពក្នុងអំឡុងពេលរៀបចំការរៀបចំ–ជាជាងការកែសម្រួលបន្ទាប់ពីរៀបចំ–ធានាបាននូវសមត្ថភាពដែលមានស្ថេរភាពខ្ពស់នៅក្នុងស្ថានភាពបរិស្ថាន និងស្ថានភាពប្រតិបត្តិការដែលមានកម្រិតខ្ពស់បំផុត។
ការទទួលបានសមត្ថភាពល្អពីអំព្លីផាយយេរ RF ពិតជាអាស្រ័យលើការដោះស្រាយបញ្ហាបីយ៉ាងសំខាន់ ដែលទាំងអស់នេះមានទំនាក់ទំនងគ្នាដោយផ្ទាល់៖ ធានាថាប្រព័ន្ធមានស្ថេរភាព ការបង្ការការរំញ័រដែលមិនចង់បាន និងការរក្សាបាននូវភាពលីនេអ៊ែរ (linearity) នៅពេលសញ្ញាត្រូវបានបញ្ជូន។ ការរំញ័រទាំងនេះជាទូទៅកើតឡើងដោយសារតែរង្វង់បញ្ជូនត្រឡប់ (feedback loops) ដែលយើងមិនបានគ្រោងទុក ឬដោយសារការផ្លាស់ប្តូរការប្រឆាំង (impedance) តាមផ្លូវសញ្ញា។ នៅពេលដែលរឿងនេះកើតឡើង វាបង្កឱ្យមានសំលេងរំខានបន្ថែមនៅក្នុងស្បេកទ្រំ (spectrum) ប៉ះពាល់ដល់ស្តង់ដារដែលកំណត់ដោយអង្គការដូចជា FCC និង ETSI ហើយក្នុងករណីអាក្រក់បំផុត អាចបណ្តាលឱ្យគ្រឿងបរិក្ខាររលាយដោយសារកំដៅខ្ពស់ពេក។ ការរក្សាភាពលីនេអ៊ែរនៃសញ្ញាក្នុងពេលដែលបន្ទុកផ្លាស់ប្តូរ គឺជាបញ្ហាប្រឈមមួយទៀតដែលធ្ងន់ធ្ងរណាស់។ វាតម្រូវឱ្យមានការគ្រប់គ្រងដោយប្រុងប្រយ័ត្នលើកម្រិតថាមពលដែលយើងបញ្ជូន និងការគ្រប់គ្រងដោយសមស្របលើសញ្ញាបន្ទាប់ (harmonics) ដើម្បីកាត់បន្ថយការរំខានរវាងសញ្ញានានា។ បញ្ហានេះកាន់តែសំខាន់ជាងមុននៅក្នុងប្រព័ន្ធដែលដំណាំសញ្ញាច្រើនក្នុងពេលតែមួយ ដែលការបំពេញស្តង់ដារ ACLR គឺជាកត្តាកំណត់ថាតើប្រព័ន្ធទាំងមូលអាចឆ្លងកាត់ការសាកល្បងតាមស្តង់ដាររបស់អាជ្ញាធរ ឬអត់។
ការសម្រេចបាននូវគោលដៅទាំងនេះតម្រូវឱ្យមានការពិនិត្យយ៉ាងហ្មត់ចត់មុនពេលរៀបចំការរចនា។ ការវិភាគ K-factor និង mu-factor ជួយកំណត់ទីតាំងដែលបញ្ហាអាចកើតឡើងដោយមិនស្ថិតស្ថេរ ហើយការធ្វើតេស្ត load pull សកម្មបង្ហាញពីចំណុចដែលមានបញ្ហានៅប្រេកង់ផ្សេងៗ កម្រិតថាមពល និងសីតុណ្ហភាព។ នៅពេលដែលក្រុមហ៊ុនមិនអនុវត្តជំហានទាំងនេះ បញ្ហាប៉ុន្មានតូចៗដូចជា បញ្ហាសំលេងដែលមានការប្រែប្រួលដំណាំ (phase noise) ឬការរំញ័រជាប្រក្រតី (occasional oscillations) អាចឆ្លងកាត់ការធ្វើតេស្តនៅក្នុងប្រមាណវិធី (lab tests) ដោយគ្មានការសង្កេត ហើយក្រោយមកកើតឡើងនៅពេលដែលផលិតផលបានចូលទៅក្នុងទីក្រុង (in the field) រួចហើយ។ នេះនាំឱ្យមានការជួសជុលដែលថ្លៃខ្លាំង និងការរិះគន់ពីសាធារណៈដែលគ្មាននរណាម្នាក់ចង់បានទេ។ ការរចនាប្រព័ន្ធបំពង់សំឡេង RF ដែលមានប្រសិទ្ធភាពសម្រាប់ឧស្សាហកម្ម គឺជាការគ្រប់គ្រងតម្រូវការផ្សេងៗគ្នាដែលប្រឆាំងគ្នាទាំងអស់ក្នុងពេលតែមួយ។ ការផ្លាស់ប្តូរសីតុណ្ហភាព ភាពខុសគ្នាក្នុងដំណាំផលិតកម្ម និងផ្នែកដែលមិនស្របតាមស្តង់ដារ អាចធ្វើឱ្យគ្រប់យ៉ាងមានការមិនស្ថិតស្ថេរ ប្រសិនបើមិនបានគិតគូរយ៉ាងហ្មត់ចត់ក្នុងដំណាំរចនា។
សមាមាត្ររវាងការបង្កើនសញ្ញា និងប្រសិទ្ធភាពនៅក្នុងអំព្លីហ្វាយយេរ RF អាស្រ័យលើការកំណត់ចរន្តប៉ះទង្គិល (biasing) នៃទ្រានស៊ីស្ទ័រ និងការជ្រើសរើសឧបករណ៍។ អំព្លីហ្វាយយេរថ្នាក់ A ផ្តល់នូវភាពបន្ទាប់គ្នាល្អណាស់ និងការបង្កើនសញ្ញាខ្ពស់ ប៉ុន្តែមានប្រសិទ្ធភាពទាប។ អំព្លីហ្វាយយេរថ្នាក់ AB និង B ធ្វើឱ្យប្រសិទ្ធភាពប្រសើរឡើង ប៉ុន្តែបាត់បង់ភាពបន្ទាប់គ្នាមួយផ្នែក និងការបង្កើនសញ្ញាមួយផ្នែក។ អំព្លីហ្វាយយេរថ្នាក់ C ផ្តល់នូវប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ ប៉ុន្តែមិនសមស្របសម្រាប់កម្មវិធីទំនើបដូចជាប្រព័ន្ធប្រើប្រាស់ 5G ទេ។
PAE (ប្រសិទ្ធភាពបន្ថែមថាមពល) គឺជាមាត្រាប៉ាន់ប្រមាណដែលប្រើដើម្បីវាយតម្លៃប្រសិទ្ធភាពនៃអំព្លីហ្វាយយេរ RF ដោយយកចិត្តទុកដាក់ទាំងការបង្កើនសញ្ញា និងប្រសិទ្ធភាព។ វាមានសារៈសំខាន់ណាស់ក្នុងការកំណត់ថា ថាមពលត្រូវបានបំប្លែងពីបញ្ជូលទៅចេញបានប្រសើរប៉ុណ្ណា ជាពិសេសនៅក្នុងប្រព័ន្ធដែលមានច្រើនជាន់។
សារធាតុបាក់សារ៉ាស៊ីតដូចជា សារធាតុដែលមានសមត្ថភាពផ្ទុកអគ្គិសនី (capacitance) និងសារធាតុដែលមានសមត្ថភាពផ្ទុកអគ្គិសនី (inductance) រួមជាមួយនឹងការតប៉ះទង្គិលកំដៅខ្ពស់ អាចបណ្តាលឱ្យមានការប៉ះពាល់ដល់ដំណាំរបស់សញ្ញា (phase distortion) ការមិនសមស្របគ្នានៃការតប៉ះទង្គិល (impedance mismatch) និងប្រសិទ្ធភាពថយចុះ។ ផលប៉ះពាល់ទាំងនេះត្រូវបានធ្វើឱ្យធ្ងន់ធ្ងរឡើងដោយការរៀបចំផ្ទៃប៉ាន់ (PCB layout) មិនល្អ ដែលបណ្តាលឱ្យការបាត់បង់ថាមពលកើនឡើង និងសមត្ថភាពធ្លាក់ចុះ។