PAE

L'efficacité ajoutée en puissance (PAE) mesure l'efficacité avec laquelle un amplificateur de puissance convertit le courant continu en signal radiofréquence. Elle exprime le rapport entre la puissance RF utile en sortie moins la puissance RF en entrée, divisé par la puissance CC tirée de l'alimentation. La PAE diffère de la simple efficacité de puissance car elle tient compte de l'énergie du signal d'entrée en plus du courant d'alimentation, offrant une image plus complète des pertes de conversion dans l'amplificateur lui-même.

En pratique, la PAE est exprimée en pourcentage et calculée à partir de trois mesures : la puissance d'entrée CC, la puissance d'entrée RF à la grille ou à la base de l'amplificateur, et la puissance de sortie RF à la charge. Un amplificateur à semi-conducteurs typique fonctionnant près de la saturation peut atteindre des valeurs de PAE comprises entre 40 et 80 pour cent, selon la technologie du dispositif, la fréquence et l'adaptation d'impédance. Les fréquences et les niveaux de puissance plus élevés affichent généralement une PAE plus faible en raison des effets parasites et de la dissipation thermique dans le semi-conducteur.

Où la PAE est la plus importante

La PAE devient critique dans les systèmes où l'efficacité a un impact direct sur les coûts d'exploitation ou la gestion thermique : les stations de base cellulaires fonctionnant 24h/24 et 7j/7, les systèmes d'alimentation des aéronefs avec un refroidissement limité, et les transpondeurs satellites alimentés par des panneaux solaires contraints. Améliorer la PAE de quelques points de pourcentage seulement dans un amplificateur de puissance réduit la consommation d'électricité, les besoins en refroidissement et le stress sur la durée de vie des composants. Les applications de défense et aérospatiales spécifient des valeurs minimales de PAE car chaque watt de puissance gaspillée devient de la chaleur qui doit être dissipée ou évacuée dans des environnements hostiles.

Le terme a gagné en importance à mesure que la conception micro-ondes et RF a mûri dans les années 1980 et 1990. Les métriques d'efficacité antérieures ignoraient la puissance d'entrée ou la considéraient comme négligeable; la PAE a forcé les concepteurs à reconnaître que l'alimentation de l'amplificateur lui-même consomme de l'énergie réelle. Cette distinction est particulièrement importante dans les amplificateurs à transistors, où la puissance d'entrée peut représenter 5 à 15 pour cent de la consommation totale à des niveaux d'entraînement modérés.

La PAE est distincte de l'efficacité de drain (ou efficacité de collecteur), qui ne mesure que la conversion CC-vers-RF au niveau de l'étage de sortie et ignore les pertes d'entrée. Les concepteurs de systèmes utilisent les deux chiffres : la PAE pour prédire la charge réelle de l'alimentation, et l'efficacité de drain pour évaluer les performances du dispositif de manière isolée. Les fiches techniques publiées incluent généralement des courbes de PAE en fonction des niveaux de puissance et des fréquences, permettant de sélectionner des points de polarisation qui équilibrent le gain, la linéarité et l'efficacité selon l'application.