Uno de los avances más significativos en la industria de las comunicaciones por satélite

Comparativa de AMPLIFICADORES de estado sólido Tipo Gan Vs tipo GaAs Vs tipo TWT.

Desde nuestra división de Comunicaciones por Satélite, nuestro experto José Ángel Arribas nos hace una comparativa de los diferentes tipos de amplificadores que podemos utilizar en esta industria.

La utilización de transistores tipo GaN (Nitrogenuro de Galio) en los amplificadores de estado sólido de alta potencia ha sido uno de los avances más significativos en la industria de las comunicaciones por satélite.

Como veremos, las ventajas de esta tecnología son evidentes frente a su antecesora de GaAs (arseniuro de galio), menor consumo lo que redunda en menor tamaño y mayor confiabilidad. Y también frente a los tradicionales amplificadores con tubo de ondas progresivas, TWT (tubo de ondas progresivas).

Uno de los parámetros clave en el mundo de la amplificación es sin duda la linealidad, que da una idea exacta de las posibilidades de utilización del amplificador. La cuantificación de la linealidad en comunicaciones por satélite se obtiene midiendo los productos de intermodulación de tercer orden:

En la figura vemos los productos de intermodulación en un analizador de espectros a la salida del amplificador. Los productos de intermodulación más grandes son los denominados de tercer orden y se miden habitualmente en dBc con respecto al nivel de las portadoras.

A medida que se incrementa la ganancia del amplificador y nos aproximamos a la zona no lineal lo productos de intermodulación crecen. El nivel de salida para el cual los productos de intermodulación se sitúan a un nivel de -25 dBc relativo al nivel de los dos tonos se define como potencia de salida lineal.

Es una práctica habitual ver la evolución de los productos de intermodulación producidos por dos tonos respecto al nivel de salida del amplificador. Esta medida de una idea de la linealidad del amplificador y cuanta potencia debemos “desperdiciar” respecto a la máxima para obtener un potencia lineal y por tanto utilizable a la salida del amplificador.

Los productos de intermodulación se miden a diferentes niveles de salida respecto al máximo posible a saturación.

En esta figura se observa los niveles de intermodulación respecto a distintos niveles de salida respecto al de saturación. Concretamente vemos que se consiguen niveles de intermodulación de -25 dBc con el amplificador operando a niveles iguales o inferiores a 2dB respecto a saturación.

Otra forma de determinar el nivel de potencial lineal a la salida de un amplificador es considerando el denominado spectral regrowth que no es ni más ni menos que la distorsión observada en una portadora modulada digitalmente por el efecto de la no linealidad del amplificador.

En esta figura vemos este recrecimiento de la portadora modulada que representa la influencia de los productos de intermodulación que aparecen debido a las no linealidades.

Comparando los niveles de intermodulación de amplificadores tipo GaN con TWT nos encontramos:

  • P saturación: TWT 665w / SSPA GaN 650w
  • P lineal: TWT 330w / SSPA GaN 330w
  • Variación de la ganancia: TWT 3.5dB / SSPA GaN 2.0dB
  • Consumo de potencia: TWT 2,4kVA / SSPA GaN 2,8kVA
  • MTBF: TWT 50.000h / SSPA GaN 191.400h
  • Tamaño: TWT 5 RU / SSPA GaN 4 RU
  • Peso: TWT 35kg / SSPA GaN 34kg

En la comparativa apreciamos que, con un consumo de potencia similar y un tamaño algo menor, ambos amplificadores producen una potencia lineal similar. El SSPA presenta un tiempo medio entre fallos que prácticamente cuadriplica al del TWT.

En el caso de dos amplificadores de estado sólido con tecnología GaN y GaAs, ambos con potencia a saturación de 400w nos encontramos:

  • P saturación: GaAs 400w / GaN 400w
  • P lineal: GaAs 160w / GaN 200w
  • Consumo de potencia: GaAs 2,4kVA / GaN 1,2kVA
  • MTBF: GaAs 125.000h / GaN 210.650h
  • Tamaño: GaAs 488cm3 / GaN 77cm3
  • Peso: GaAs 68kg / GaN 18kg

La comparativa entre ambos amplificadores de 400w Psat es concluyente:

  • Menor tamaño, 15% del equivalente tipo GaAs
  • Menor peso, 25% of del equivalente tipo GaAs
  • Mas potencia lineal, 25% más que el equivalente tipo GaAs
  • Mayor eficiencia, 50% del equivalente tipo GaAs
  • Mayor confiabilidad, 150% del equivalente tipo GaAs

Estas características permiten ventajas operativas, por ejemplo, a la hora de instalar estos amplificadores en la propia estructura de antena en unidades móviles, reduciendo drásticamente las perdidas post HPA, así como su menor consumo.

En conclusión, los amplificadores de estado sólido con tecnología GaN proporcionan grandes ventajas respecto a la anterior tecnología de tipo GaAs, igualando a los de tipo TWT pero con una tasa de fallos significativamente menor.

Nuestra representada Teledyne Pradise Datacom dispone de amplificadores de estado sólido tipo GaN en las bandas L. S, C, X, Ku y Ka con potencias desde 50w hasta 1Kw.

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