射频功放设计指南的详细资料说明

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上传日期: 2020-06-30

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标签:射频功放(14)GSM(613)放大器(7289)

  随着社会的进步与生产力的高速发展,人们迫切地需求在远距离准确地传输信息,这使得无线通讯(尤其是个人无线通讯)取得了迅猛的发展。其中占无线通讯设备 35%左右成本的重要部件——“射频功放”引起了研发人员的极大关注,对产品的成本及可靠性也密切相关。为此,公司技术中心模块化团队组织了涉及射频产品的事业部召开了射频功放设计研讨会。本射频功放设计规范和指南是在研讨会上公司众多专家充分讨论的基础上形成的。

  射频功放设计一般分为五个步骤进行,分别为:制定设计方案、选择与确定具体线路形式及关键器件、进行专题实验或一板的实验、结构设计及 PCB 详细设计、进行可生产性与可测试性设计和分析。

  制定设计方案

  在进行射频功放设计时,我们首先要根据给定(或需要)的技术指标和功能要求,制定设计方案。制定设计方案的主要依据是技术指标要求中的额定输出功率、线性度(ACPR/IMD)、载波数、功耗(效率)等指标。

  1.1.1 GSM 及 PHS 基站系统

  在 GSM 及 PHS 基站系统中,由于对线性度要求不是很高或者额定输出功率不是很大,且在单载波下工作,所以我们选择通用的射频功放设计方案——功率回退法(常称为高功放 HPA)。构成 HPA 放大器一般有两种工作状态:A 类及 AB 类工作状态。 A 类放大器具有良好的线性放大性能,其三阶交调产物与输出功率的变化关系是:输出功率减小 3dB(即减小一半功率),则三阶交调产物改善 6dB。一般来讲,A 类放大器在 1dB 压缩点输出时,三阶交调系数约为-23.7dB(通常取-20dB)。为了达到一定的线性,并考虑到工程问题,A 类放大器需回退 15dB,此时放大器的三阶交调抑制可以达到-45~-50dBc。然而, A 类放大器的最大缺点是效率低及成本较高。这是因为 A 类放大器在它的 1dB 压缩点输出功率时,其效率只有 10%。比如,完成一个 30W 平均输出功率的 HPA,就需要至少有 300W 的耗电,并且工作电流随输出功率变化的值不大。若考虑回退 12dB,则需要有 480W 平均功率输出,需耗电 4.8kW。为了达到 30W 的输出功率需要用较多的功率管,这样就加大了 HPA 的成本和体积,增大了研制成本和难度。为了避免这个问题,建议在小功率放大器(平均功率输出£1W)设计中使用 A 类放大器;在中大功率放大器(平均功率输出》1W)设计中使用 AB 类放大器。 AB 类放大器的特点是效率高、成本低。由于单管的输出功率高,仅需少量的功率管即可做到较高的输出功率,所以成本较低,且散热和结构设计可以简单化。目前用在 AB 类的管子主要选 LDMOS 管,AB 类放大器用最大包络功率 PEP 来描述其功率容量,类似 A 类的 1dB 压缩点。偏置在 AB 类的 LDMOS 放大器,在 PEP 处的互调抑制为 28dBc,回退 3dB 时互调抑制接近 40dBc,继续回退,改善不大,回退 10dB 时效率约为 15%。

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