Écart de la relation entrée‑sortie d'un amplificateur par rapport à un gain linéaire tel que l'amplitude et la phase de sortie sont liées de façon non linéaire à l'entrée, générant des produits de distorsion (harmoniques, intermodulation), conversion AM‑AM et AM‑PM, augmentation de l'EVM et possible dépassement des masques spectraux.

Principe

La non‑linéarité génère de nouveaux composants spectraux dont les amplitudes dépendent des niveaux d'entrée et de la fonction de transfert de l'amplificateur ; à mesure que l'excitation s'approche des régions de compression/saturation, la distorsion en bande et le regrowth hors bande augmentent de façon non linéaire, dégradant la fidélité de modulation et créant des interférences sur les canaux adjacents.

Démonstration

Scénario illustratif → Le PA d'un émetteur est poussé vers sa région de compression pour maximiser la puissance rayonnée. Reconnaissance → La constellation mesurée montre une EVM plus élevée et la puissance sur les canaux adjacents augmente. Action → Réduire le niveau d'excitation ou appliquer une linéarisation par predistorsion numérique (DPD). Conséquence → L'EVM et les fuites adjacentes reviennent vers des niveaux conformes.

Mauvaise application

Considérer que toute augmentation des erreurs de bits ou des interférences adjacentes provient du bruit de canal ou d'une mauvaise configuration plutôt que d'un comportement non linéaire de l'amplificateur ; ceci confond du bruit additif avec des produits de distorsion déterministes liés à l'amplitude de transmission.

Conséquence

Démodulation dégradée et BER accru, retransmissions supplémentaires, interférence aux canaux adjacents et non‑conformité réglementaire, et efficacité spectrale réduite.

Inversion

Les exigences de linéarité peuvent être assouplies dans des systèmes étroits ou analogiques tolérant la distorsion, ou compensées par des méthodes de linéarisation (DPD, rétroaction), ou évitées en opérant avec un back‑off suffisant ; certaines applications exploitent volontairement la non‑linéarité (p. ex. modulation à envolope constante pour efficacité).

Limite

Bien dans le périmètre : étages d'amplificateur de puissance proches de la saturation produisant harmoniques et intermodulation. Cas limite : mélangeurs et convertisseurs de fréquence qui sont non linéaires par conception mais pris en compte dans l'analyse système. Hors du périmètre : traitement numérique baseband strictement linéaire qui n'introduit que du bruit de quantification sans regrowth RF.

Tension sémantique

Linéarité ↔ Efficacité — accroître la linéarité (back‑off, DPD) réduit le regrowth spectral mais diminue souvent l'efficacité énergétique et augmente le coût/la complexité.

Synthèse

La non‑linéarité des amplificateurs est un mécanisme de distorsion déterministe reliant la distribution d'amplitude d'entrée aux dégradations spectrales et de modulation prévisibles ; la conception système équilibre linéarité et efficacité via le choix matériel et les techniques de compensation numérique.