PAE

Power Added Efficiency misst, wie wirksam ein Leistungsverstärker Gleichstrom in Hochfrequenzsignale umwandelt. Sie drückt das Verhältnis aus zwischen der nutzbaren HF-Ausgangsleistung minus HF-Eingangsleistung, dividiert durch die vom Versorgungsnetz gezogene Gleichstromleistung. PAE unterscheidet sich von einfacher Wirkungsgradangabe, weil sie neben dem Versorgungsstrom auch die Energie des Eingangssignals berücksichtigt und so ein vollständigeres Bild der Umwandlungsverluste im Verstärker selbst liefert.

In der Praxis wird PAE als Prozentwert angegeben und aus drei Messwerten berechnet: der Gleichstromeingangsleistung, der HF-Eingangsleistung am Gate oder Base des Verstärkers und der HF-Ausgangsleistung am Last. Ein typischer Halbleiterverstärker im Sättigungsbereich erreicht PAE-Werte zwischen 40 und 80 Prozent, abhängig von Technologie, Frequenz und Impedanzanpassung. Höhere Frequenzen und höhere Leistungsstufen zeigen üblicherweise niedrigere PAE-Werte wegen parasitärer Effekte und Wärmeerzeugung im Halbleiter.

Wo PAE am wichtigsten ist

PAE wird kritisch in Systemen, wo Effizienz direkt die Betriebskosten oder Wärmeverwaltung beeinflusst: Mobilfunkbasisstationen rund um die Uhr, Flugzeugenergiesysteme mit begrenzter Kühlung und Satellitentransponder mit beschränkter Solarstromversorgung. Eine PAE-Verbesserung um wenige Prozentpunkte bei einem Leistungsverstärker reduziert Stromverbrauch, Kühlbedarf und Materialermüdung. Verteidigungs- und Luft- und Raumfahrtanwendungen schreiben Mindest-PAE-Werte vor, weil jedes Watt verlorene Leistung zu Wärme wird, die in feindlichen Umgebungen abgestrahlt oder abgeführt werden muss.

Der Begriff wurde prominent, als Mikrowellen- und HF-Konstruktion in den 1980er und 1990er Jahren reifte. Frühere Wirkungsgradkennzahlen ignorierten die Eingangsleistung oder behandelten sie als vernachlässigbar; PAE zwang Konstrukteure, anzuerkennen, dass die Ansteuerung des Verstärkers echte Energie kostet. Diese Unterscheidung ist besonders bei Transistorverstärkern wichtig, wo die Eingangsleistung bei moderater Aussteuerung 5 bis 15 Prozent des Gesamtverbrauchs ausmachen kann.

PAE unterscheidet sich von Drain-Wirkungsgrad (oder Collector-Wirkungsgrad), der nur die Gleichstrom-zu-HF-Umwandlung in der Ausgangsstufe misst und Eingangsverl uste ignoriert. Systementwickler nutzen beide Angaben: PAE zur Vorhersage der tatsächlichen Versorgungsnetzbelastung und Drain-Wirkungsgrad zur Bewertung der Bauelementeleistung isoliert. Veröffentlichte Datenblätter enthalten üblicherweise PAE-Kurven über Leistungsstufen und Frequenzen hinweg, um die Auswahl von Arbeitspunkten zu ermöglichen, die Verstärkung, Linearität und Wirkungsgrad je nach Anwendung abstimmen.