必赢app最新版

EN
首页 > 新闻动态 > 行业新闻

电磁兼容和线性化是射频功率放大器模块设计的两个关键问题

随着现代数字移动通信技术的蓬勃发展,用户对无线通信设备的性能要求越来越高,实现了各种环境的稳定性。高速数据传输是未来移动通信系统研究人员的主要目标之一。射频功率放大器是发射机的末端,将调制的频带信号放大到所需的功率,确保覆盖区域内的接收器能收到满意的信号电平,但不能过多干扰相邻信道的通信,并尽量保持放大后的大功率信号不失真。这些不同的要求使功率放大器的设计者考虑到许多指标的平衡,功率放大器的设计已成为无线通信系统设计过程中的关键步骤之一。


基本概念

射频功率放大器(RF PA)它是发射系统的主要组成部分,其重要性不言而喻。在发射机的前电路中,调制振荡电路产生的射频信号功率非常小,需要通过一系列放大(缓冲、中间放大、末级放大)获得足够的射频功率,然后才能辐射到天线上。为了获得足够大的射频输出功率,必须使用射频功率放大器。调制器产生射频信号后,射频调制信号由RF PA通过匹配网络将其放大到足够的功率,然后由天线发射。

放大器的功能,即将输入的内容被放大并输出。输入和输出的内容,我们称之为输入和输出。“信号”,通常表示为电压或功率。对于放大器这样的放大器。“系统”来说,它的“贡 献”就是将其所“吸收”事物提升到一定水平,向外界提升“输出”。如果放大器能有很好的性能,那么它可以贡献更多,这反映了它自己的“价值”。如果放大器有一定的问题,不仅不能在开始工作或工作一段时间后提供任命 何“贡献”相反,可能会出现一些意想不到的情况“震荡”,这种“震荡”对于外放大器本身都是灾难性的。

射频功率放大器的主要技术指标是输出功率和效率。如何提高输出功率和效率是射频功率放大器设计目标的核心。通常可用于射频功率放大器LC谐振回路选择基频或谐波,实现不失真放大。此外,输出中的谐波重量应尽可能小,以避免干扰其他频道。


国产电磁兼容仪器设备


设计和实现射频功率放大器模块

功率放大器设计中的两个重要问题

电路设计中的电磁兼容性(EMC)措施

射频电路在高频工作时,会在元件引脚或电路引线上产生一定的寄生参数。在射频功率放大器中,寄生参数对系统的影响在高功率、大电流的环境中大大增加。此外,引线电感和接线电感也是造成高频辐射干扰的重要因素。这些功率不小的电磁干扰(EMI)它可能会大大降低功率放大器本身、电源部分或系统其他部分的性能,在许多情况下直接影响系统的许多主要指标。

为了尽可能减少电磁干扰的影响,电路设计和PCB设计采用电磁兼容(EMC)该措施还能有效减少后期调试工作量,提高产品的可靠性和一致性,提高产品性能。

我们在项目中采取的主要措施是:电源线应尽可能厚,设备电源或偏置网络应增加去耦电容和扼流电感,选择高频性能好的设备,提高电源稳定性,减少电源波动对设备的影响;PCB设计布局合理,功率放大器部分尽量远离其他低功率或数字部分,中间安装金属隔板、屏蔽或微波吸附材料,避免功率放大器与其他部分的辐射干扰;PCB在设计中,在无元件、线路通过的位置增加更多的保护,增加更多的金属通孔,导致更多的接地;射频线尽可能短,严格控制线头、引脚长度、匹配网络应尽可能靠近匹配设备等。实践证明,这些措施可以减少电磁干扰,提高电路性能。


线性功率放大器

线性度是射频功率放大器的一个非常重要的指标。在移动通信设备中,功率放大器的非线性失真往往会导致信号失真和邻道干扰。因此,移动通信设备对功率放大器的线性度提出了很高的要求。

功率放大器的非线性失真特性主要有两种:第一种是非线性增益特性,即输出信号与输入信号的功率之间没有线性关系,对应于单频信号的输入会产生谐波失真;对于双频信号的输入,除了谐波,还会产生交调重量,导致交调失真;另一种是非线性相移特性,即输入输出的相位差随功率的不同而变化,导致调幅/调相(AM/PM)效果。这两种非线性数字移动通信系统不仅会产生带内失真,还会产生带外频率扩展,对邻近信道造成干扰。

一般来说,衡量功率放大器线性度有谐波抑制系统、三阶交调抑制系统等指标:当放大器输入载波频率为时f0单频信号时,由于设备的非线性失真,频率为mf0(m谐波为自然数),如图1所示(a)如所示,谐波输出功率与基波输出功率差异为谐波抑制系统;当放大器输入频率间隔不大时,载波频率为f1和f2信号时,放大器输出端除载波频率为外,f1和f除信号2外,还形成频率为±mf1±nf2(m,n均为自然数)自然数)。

如图1所示(b)如图所示,频率为2f1-f2和2f2-f1的两个频率分量功率最大,称为三阶交调产品。三阶交调产品与输出载波的功率差是功率放大器的三阶交调抑制系统。三阶交调产品的频率非常接近所用的载频f1和f2、一般不能通过滤波等方式消除,只能在放大器的设计过程中进行改进。因此,抑制三阶交调产品,提高三阶交调抑制度是提高功率放大器线性度的重点。


国产电磁兼容仪器设备

图1.功率放大器的非线性失真


目前,国内外对射频功率放大器的线性技术进行了大量的研究,研究热点主要集中在前馈法、预失真法、负反馈法等新技术上。DSP,FPGA随着技术的快速发展,这些功率放大器线性化技术将逐步完善和普及,成为未来的发展方向。然而,由于目前的成本和技术原因,它们的应用并不广泛,因此这里没有详细说明空间。在实际工程中,简单有效的功率回退技术得到了广泛的应用,如下所述GSM直放站功率放大器模块采用功率回退法提高线性度。

功率回退法是选择大功率放大管作为小功率用途,牺牲直流功耗来提高功率放大器的线性度。具体来说,功率放大器的输入功率从1开始dB压缩点后退,工作远小于1dB在压缩点的功率上,将功率放大器从饱和区分开,进入线性工作区,从而提高放大器的线性度。该方法的优点是简单易行,无需添加任何附加设备,可靠性高;缺点是功率放大器效率降低,设备成本增加,线性度改进程度有限。因此,在线性要求高的情况下,完全依靠功率回退是不够的,必须与其他线性措施相结合。在线性要求较低的应用中,功率回退法是一种更合适的线性措施。


GSM直放站功率放大器模块设计实例

一般来说,在工程中,功率放大器模块的设计重点是匹配网络的设计。考虑到指标要求和成本,确定放大级数、各级增益分配和所用设备,设计各级匹配电路、电源、级间匹配等细节,最后使用CAD工具仿真、印刷电路版的设计和印刷是我们通常采用的设计过程。

(1)表1.GSM直放站功率放大器模块主要指标要求

国产电磁兼容仪器设备


(2)根据设计目标,功率放大器模块整体功率增益为55dB,输出功率为39dBm。一般情况下,大多数厂家提供的场效应管设计的放大器增益不超过20dB,常用的集成功率放大芯片的功率增益也在30dB加上设计中应留出的余量,我们决定采用三级放大结构。

(3)选择第一级放大器Gali-5单片放大器,Gali系列包装体积小,匹配网络简单方便,可靠性高,设备线性度好,可提供19dB左右功率增益;二级选择MHL9838集成成功率放大芯片内部集成匹配网络,设计简单,可靠性高推广放大性能理想,模块可提供31dB左右功率增益。

整个系统的关键是最终放大。由于输入功率大,最终放大器的非线性度对信号有很大的影响。在这个多级功率放大器模块中,由于前两级的高可靠性,最后一级的性能对系统的性能起着决定性的作用。事实上,移动通信系统中非线性放大器对发射信号的影响与调制方法密切相关,GSM制式采用GMSK调制方法是一种恒定包络的调制方法,对线性度的要求更高CDMA系统较低,线性技术如功率回退法可满足指标要求。

三级放大器级联获得的功率增益约为67dB55左右dB在一级放大器使用之前,指标要求π衰减器衰减信号。π型式衰减器是一种由三个电阻组成的衰减器,性能可靠,设计调试非常简单,可以非常有效地吸收后电路的反射波,可以改善级间匹配和电路驻波比,广泛应用于射频电路中。在第一级之前,与隔离器一起获得良好的输入驻波比。

最终设计模块电路原理图如下图2所示:

国产电磁兼容仪器设备

图2 GSM直放站功率放大器模块电路原理图


(4)原理图设计完成后,可根据原理图设计电路地图,然后组装出样机。样机调试完成后,射频仪器测量的主要指标如下:

表2 GSM直站功率放大器模块样机主要指标测试结果

国产电磁兼容仪器设备


三阶交调抑制系统和带内波动的显示结果如图3所示。从图中可以看出,功率放大器样机的三阶交调抑制系统达到-48.47dBc,带内波动为0.389dB。均大优于初始设计指标要求,性能非常满意。

射频功率放大器的设计中,电磁兼容性和线性化是设计师应该注意的两个关键问题。本文讨论了这两个问题的原理和具体实施措施,并进行了详细的分析GSM本工程实例的具体设计过程。原型的测量结果证明,本文的讨论方法具体可行,可供射频功率放大器设计工程师参考。


Copyright © 必赢app最新版 备案号:粤ICP备18007893号 百度统计 站点地图
技术支持:神州通达网络
首页
电话
留言